DE4217621C1 - Appts for generating ozone at controlled flow - with circuit controlling voltage variation at generator to predetermined pattern - Google Patents
Appts for generating ozone at controlled flow - with circuit controlling voltage variation at generator to predetermined patternInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ozonerzeugung mit einem netzgespeisten Gleichrichter, einem Zwischenkreis, der einen transistorisierten Einphasen-Wechselrichter speist, welcher eine Spannung variabler Frequenz und variabler Amplitude über einen Hochspannungstransformator einem angeschlossenen Ozonerzeuger bereitstellt, der zwischen seinen Elektroden mindestens ein festes Dielektrikum und eine Gasstrecke aufweist, sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Ozonerzeugers.The invention relates to a device for generating ozone with a mains powered rectifier, one DC link, which is a transistorized Single-phase inverter that feeds a voltage variable frequency and variable amplitude over one High voltage transformer connected Provides ozone generator between its electrodes at least one solid dielectric and one gas path has, and a method for operating a Ozone generator.
Eine solche Vorrichtung zur Erzeugung von Ozon ist aus der EP 0 205 911 B1 bekannt. Bei dieser Vorrichtung liefert der Umrichter einen frequenzvariablen Rechteckstrom, dessen Amplitude ebenfalls variabel ist. Hierdurch läßt sich eine Vorrichtung zur Ozonerzeugung so ausbilden, daß sich ein Betrieb in einem breiten Leistungsdichtespektrum ermöglichen läßt. Hierzu ist es erforderlich, daß dem Ozonerzeuger eine Kompensationsdrossel parallel geschaltet ist, um die kapazitive Belastung der Stromversorgung auszugleichen. Bei dieser Vorrichtung ist die am Ozonerzeuger anliegende Spannung näherungsweise sinusförmig. Obwohl die bekannte Vorrichtung einen vergleichsweise hohen elektrischen Wirkungsgrad aufweist, ist der Betrieb von Ozonerzeugern mit sinusförmiger Spannung nicht optimal. Für die Erzeugung von Ozon ist es nämlich wünschenswert, möglichst kurzfristig die Ionisierungsspannung zu erreichen, bei der die Ozonbildung einsetzt. Andererseits ist es aber nicht angezeigt, den Wert der Ionisierungsspannung maßgeblich zu überschreiten, da oberhalb einer optimalen Temperatur für die Ozonerzeugung die Ozonmenge reduziert wird.Such a device for generating ozone is known from the EP 0 205 911 B1 known. In this device, the Inverters a variable frequency square wave current Amplitude is also variable. This allows one Form the device for generating ozone so that a Operation in a wide range of power densities allows. For this it is necessary that the Ozone generator a compensation choke in parallel is switched to the capacitive load of the Balance power supply. In this device is the voltage applied to the ozone generator approximately sinusoidal. Although the known device one has comparatively high electrical efficiency, is the operation of ozone generators with sinusoidal Tension not optimal. It is for the generation of ozone namely desirable, as short as possible To achieve ionization voltage at which the Ozone formation begins. On the other hand, it is not displayed, the value of the ionization voltage is decisive to exceed, as above an optimal temperature the amount of ozone is reduced for ozone generation.
Aus der US 49 34 822 ist ein transistorisierter Wechselrichter bekannt, der einen kapazitiven Zwischenkreis aufweist und von einer PWM-Steuerung angesteuert wird, die als Teil eines Regelkreises wiederum von der an der Last anliegenden Spannung beeinflußt wird.From US 49 34 822 is a transistorized Known inverter that has a capacitive Intermediate circuit and a PWM control is controlled as part of a control loop again from the voltage applied to the load being affected.
Aus der DE 31 08 563 C2 ist ein Ozonerzeuger bekannt, wobei die gewünschte Ozonproduktion durch den zeitlichen Verlauf der anliegenden Spannung beeinflußbar ist.An ozone generator is known from DE 31 08 563 C2, wherein the desired ozone production through the temporal Course of the applied voltage can be influenced.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß der zeitliche Verlauf der am Ozonerzeuger anliegenden Spannung geeignet an die die Ozonerzeugung bestimmenden Prozeßgrößen, d. h. Ozonmenge und Ozonkonzentration anpaßbar ist. Therefore, the invention has for its object a Device of the type mentioned in this regard to further develop that the time course of the Voltage applied to the ozone generator is suitable Process variables determining ozone generation, d. H. Amount of ozone and ozone concentration is customizable.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Zwischenkreis kapazitiv ist und daß die Transistoren des Wechselrichters von einer Pulsweitenmodulations- Steuereinheit angesteuert werden, die Teil eines ersten Regelkreises für den Effektivwert der Spannung am Ozonerzeuger ist, dessen Eingangssignal von einem Spannungsdetektor für die am Ozonerzeuger anliegende Spannung gebildet ist, wobei die Pulsweitenmodulation mittels einer Formschaltung derart modifizierbar ist, daß ein vorbestimmbarer zeitlicher Verlauf der am Ozonerzeuger anliegenden Spannung vorgebbar ist. This task is the beginning of a device mentioned type in that the intermediate circuit is capacitive and that the transistors of the Inverter from a pulse width modulation Control unit that are part of a first Control circuit for the effective value of the voltage on Ozone generator, whose input signal is from a Voltage detector for those connected to the ozone generator Voltage is formed, the pulse width modulation can be modified by means of a shaping circuit such that a predeterminable time course of the Voltage applied to the ozone generator can be predetermined.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß einerseits der Effektivwert der am Ozonerzeuger anliegenden Spannung über die Pulsweitenmodulation der Transistoren des Wechselrichters regelbar ist und daß zusätzlich der zeitliche Verlauf der am Ozonerzeuger anliegenden Spannung über die Formschaltung an die gewünschten Prozeßbedingungen anpaßbar ist. Bei gleichem Effektivwert gibt es somit Spannungskurvenformen, bei denen eine besonders hohe Ozonkonzentration (bei kleinerer Menge) oder eine besonders große Ozonmenge (bei geringerer Konzentration) erzeugt werden kann.The invention is characterized in that on the one hand the effective value of those connected to the ozone generator Voltage via the pulse width modulation of the transistors of the inverter is adjustable and that in addition the temporal progression of those in contact with the ozone generator Voltage across the form circuit to the desired Process conditions is adaptable. With the same There is thus an effective value of voltage waveforms, at which have a particularly high ozone concentration (at smaller amount) or a particularly large amount of ozone (at a lower concentration) can be generated.
Die Formschaltung kann einerseits zur Vorgabe eines festen Spannungsverlaufs, beispielsweise eines dreieckförmigen, rechteckförmigen oder sinusförmigen Spannungsverlaufs dienen. Hierbei kann es sich vorzugsweise um eine vorprogrammierte Spannungskurvenform handeln, die auf experimentellem Wege anhand eines Idealprozesses ermittelt wurde. In diesem Falle arbeitet die Formschaltung als Steuerung.The form circuit can on the one hand to specify a fixed voltage curve, for example one triangular, rectangular or sinusoidal Serve voltage curve. It can be preferably around a pre-programmed voltage waveform act on an experimental basis using a Ideal process was determined. In this case it works the form circuit as a control.
Es ist aber in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auch vorgesehen, daß die Formschaltung Teil eines rückgekoppelten Regelkreises ist, welcher als zweiter Regelkreis dem ersten Regelkreis für den Effektivwert der am Ozonerzeuger anliegenden Spannung nebengeordnet ist. Als Regelgröße für diesen zweiten Regelkreis kommen in Frage die Ozonmenge oder die Ozonkonzentration am Ausgang des Ozonerzeugers, welche mittels üblicher meßtechnischer Hilfsmittel erfaßt werden. Vorzugsweise ist der zweite Regelkreis in zwei parallele Teilregelkreise aufgespalten, von denen der eine die Ozonmenge und der andere die Ozonkonzentration als Regelgröße hat. Hierdurch ergibt sich eine exakte Prozeßführung, da die Regelkreise kurzfristig auf Schwankungen der Regelgrößen reagieren können und diese ausgleichen.But it is in a further preferred embodiment the invention also provided that the mold circuit Part of a feedback control loop is which as the second control loop the first control loop for the RMS value of the voltage applied to the ozone generator is subordinate. As a controlled variable for this second The control loop comes into question the amount of ozone or the Ozone concentration at the outlet of the ozone generator, which detected by means of conventional measuring aids become. The second control loop is preferably in two split sub-control loops, of which the one is the amount of ozone and the other is the ozone concentration as a controlled variable. This results in an exact Litigation since the control loops are on short notice Fluctuations in the controlled variables can react and this compensate.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß der Formschaltung ein Umschalter vorgeordnet ist, mittels dem der Eingang der Formschaltung alternativ mit dem Funktionsgenerator oder mit dem zweiten Regelkreis bzw. den den zweiten Regelkreis bildenden Teilregelkreisen verbindbar ist. Hierdurch erhöht sich die Flexibilität der erfindungsgemäßen Vorrichtung, da je nach Prozeßerfordernissen die Anlage als Steuerung oder als Regelung arbeiten kann. Für den Fall, daß die Ozongeneratorspannung nicht als Stellgröße benötigt wird, sondern ein bestimmtes Verhältnis von Konzentration und Menge gewünscht wird, ist es nicht erforderlich, einen kompletten Regelkreis vorzusehen, so daß die Steuerung über eine fest vorprogrammierte Spannungskurvenform erfolgen kann.Another preferred embodiment provides that a switch is arranged upstream of the form circuit, by means of which the input of the form circuit alternatively with the Function generator or with the second control loop or the sub-control loops forming the second control loop is connectable. This increases flexibility the device according to the invention, depending on Process requirements the system as a controller or as Scheme can work. In the event that Ozone generator voltage is not required as a manipulated variable, but a certain relationship between concentration and If a quantity is desired, it is not necessary to have provide complete control loop so that the controller via a pre-programmed voltage curve shape can be done.
Die Erfindung sieht auch ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung mit den erfindungsgemäßen Merkmalen vor, wobei das zeitliche Profil der Spannung am Ozonerzeuger mittels einer Formschaltung in Abhängigkeit von der gewünschten Ozonmenge oder Ozonkonzentration vorgebbar ist.The invention also provides a method of operation a device with the features of the invention before, the temporal profile of the tension on Depending on the ozone generator by means of a shaping circuit on the desired amount or concentration of ozone can be specified.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. The invention is described below with reference to a drawing explained in more detail.
Der von einem Dreiphasennetz gespeiste Brückengleichrichter 1 arbeitet auf einem kapazitiven Zwischenkreis, an den ein Wechselrichter 3 angeschlossen ist, der als Einphasen-Wechselrichter arbeitet. Hierzu weist der Wechselrichter 3 vier Transistoren auf, die jeweils einen Brückenpfad des Wechselrichters bilden und an dessen Diagonalpfad ein Hochspannungstransformator 4 angeschlossen ist. Der Anschluß erfolgt über eine Filterschaltung mit den Bauelementen L, C, deren Grenzfrequenz so eingestellt ist, daß die Grundwelle der Ausgangsspannung des Wechselrichters 3 übertragen wird, nicht jedoch die durch die noch zu beschreibende Pulsweitenmodulation erzeugten Oberwellen. Hierdurch wird eine unerwünschte Erwärmung des Hochspannungstransformators 4 vermieden und eine bessere Abbildung der Pulsmuster am Ozonerzeuger 5 erreicht.The bridge rectifier 1 , which is fed by a three-phase network, works on a capacitive intermediate circuit, to which an inverter 3 is connected, which works as a single-phase inverter. For this purpose, the inverter 3 has four transistors, each of which forms a bridge path of the inverter and to whose diagonal path a high-voltage transformer 4 is connected. The connection is made via a filter circuit with the components L, C, the cut-off frequency of which is set so that the fundamental wave of the output voltage of the inverter 3 is transmitted, but not the harmonics generated by the pulse width modulation to be described. In this way, undesired heating of the high-voltage transformer 4 is avoided and the pulse patterns on the ozone generator 5 are better imaged.
Der Hochspannungstransformator 4 ist mit einem Ozonerzeuger 5 verbunden, der als gemischt ohmsch 7 - kapazitive 6 Last elektrisch dargestellt ist. Am Ausgang des Ozonerzeugers 5 sind Sensoren 8a, 8b angeordnet, die die erzeugte Ozonmenge 8a bzw. die erzeugte Ozonkonzentration 8b erfassen. Jeder der Sensoren 8a, 8b ist mit einem Regelkreis 9a, 9b verbunden, denen jeweils ein einstellbarer Sollwert 10a, 10b für die Ozonmenge bzw. Ozonkonzentration vorgebbar ist. Beide Regelkreise 9a, 9b sind zueinander parallel geschaltet und über einen Umschalter 10 mit einer Formschaltung 12 verbindbar.The high-voltage transformer 4 is connected to an ozone generator 5 , which is shown electrically as a mixed ohmic 7 -capacitive 6 load. At the output of the ozone generator 5 sensors 8 a, 8 b are arranged, which detect the amount of ozone 8 a generated or the generated ozone concentration 8 b. Each of the sensors 8 a, 8 b is connected to a control circuit 9 a, 9 b, to each of which an adjustable target value 10 a, 10 b for the ozone quantity or ozone concentration can be predetermined. Both control circuits 9 a, 9 b are connected in parallel to one another and can be connected to a form circuit 12 via a changeover switch 10 .
Alternativ zu den parallel geschalteten Teilregelkreisen 9a, 9b ist über den Umschalter 10 ein Funktionsgenerator 11 auf den Eingang der Formschaltung 12 schaltbar.As an alternative to the partial control loops 9 a, 9 b connected in parallel, a function generator 11 can be switched to the input of the shaping circuit 12 via the changeover switch 10 .
Die Formschaltung 12 bildet eine weitere Eingangsgröße einer Pulsweitenmodulations-Steuereinheit 13, deren Ausgang auf die Basisanschlüsse der vier Transistoren des Wechselrichters 3 einwirkt.The shaping circuit 12 forms a further input variable of a pulse width modulation control unit 13 , the output of which acts on the base connections of the four transistors of the inverter 3 .
Der erste Eingang der Pulsweitenmodulations- Steuereinrichtung 13 wird von einem Regelkreis gebildet, welcher als Eingangsgröße die am Ausgang des Hochspannungstransformators 4, d. h. am Eingang des Ozonerzeugers 5 anliegende Spannung mittels eines Spannungsdetektors 14 erfaßt. Für die am Eingang des Ozonerzeugers anliegende Spannung ist ein Sollwertgeber 15 vorgesehen.The first input of the pulse width modulation control device 13 is formed by a control circuit which, as an input variable, detects the voltage present at the output of the high-voltage transformer 4 , ie at the input of the ozone generator 5, by means of a voltage detector 14 . A setpoint generator 15 is provided for the voltage present at the input of the ozone generator.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wie folgt:The function of the device according to the invention is like follows:
Der Effektivwert der am Ozonerzeuger 5 anliegenden Spannung kann über den ersten Regelkreis, d. h. über den Spannungsdetektor 14, den Sollwertgeber 15 und die Pulsweitenmodulations-Steuereinrichtung 13 innerhalb eines Bereiches von Null bis zum Nenneffektivwert eingestellt werden. Die vom Ozonerzeuger abgegebene Ozonmenge ist dabei direkt proportional zum Effektivwert der am Ozonerzeuger anliegenden Spannung.The effective value of the voltage applied to the ozone generator 5 can be set via the first control circuit, ie via the voltage detector 14 , the setpoint generator 15 and the pulse width modulation control device 13 within a range from zero to the nominal effective value. The amount of ozone emitted by the ozone generator is directly proportional to the effective value of the voltage applied to the ozone generator.
Will man mit einem konstanten Verhältnis aus Ozonmenge und Ozonkonzentration arbeiten, so kann in der in der Zeichnung dargestellten Position des Umschalters 10 die Formschaltung 12 mit einem Funktionsgenerator 11 derart verbunden sein, daß ein festes zeitliches Spannungsprofil vorgebbar ist. Das Spannungsprofil ist dabei aus experimentellen Daten vorprogrammiert. Entsprechend der vom Funktionsgenerator 11 abgegebenen Kurvenform wirkt die Formschaltung 12 dabei so auf die Pulsweitenmodulations-Steuereinrichtung 13 ein, daß sich die gewünschte zeitliche Veränderung der am Ozonerzeuger 5 anliegenden Spannung ergibt. If you want to work with a constant ratio of the amount of ozone and the ozone concentration, then in the position of the switch 10 shown in the drawing, the shaping circuit 12 can be connected to a function generator 11 in such a way that a fixed temporal voltage profile can be predetermined. The voltage profile is preprogrammed from experimental data. According to the output from the function generator 11 acts waveform shape circuit 12 so thereby to the pulse width modulation control device 13 a that the desired temporal change of the applied voltage results at the ozone generator 5.
Eine andere Betriebsweise der Vorrichtung ergibt sich, wenn der Umschalter 10 in der anderen (nicht dargestellten) Position ist, bei dem die Ausgänge der Teilregelkreise 9a, 9b mit dem Eingang der Formschaltung 12 verbunden sind. Hierbei ist nicht eine fest vorgegebene zeitliche Funktion als Führungsgröße für die Pulsweitenmodulations-Steuereinrichtung 13 vorgesehen, sondern eine solche, die je nach dem tatsächlichen Verlauf der Prozeßgrößen am Ausgang des Ozonerzeugers 5 variabel ist.Another mode of operation of the device results when the changeover switch 10 is in the other (not shown) position, in which the outputs of the partial control loops 9 a, 9 b are connected to the input of the shaping circuit 12 . In this case, it is not a fixed time function that is provided as a reference variable for the pulse width modulation control device 13 , but one that is variable depending on the actual course of the process variables at the output of the ozone generator 5 .
In Abhängigkeit von den tatsächlichen Prozeßbedingungen des Ozonerzeugers läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung somit so betreiben, daß auch beim Ausfall einer oder mehrerer Ozonerzeugungseinheiten innerhalb eines Ozonerzeugers sich gleichwohl stabile Betriebsbedingungen ergeben.Depending on the actual process conditions of the ozone generator can be the invention Operate the device so that even in the event of failure one or more ozone generating units within of an ozone generator is nevertheless stable Operating conditions result.
Claims (6)
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| DE19924217621 DE4217621C1 (en) | 1992-05-27 | 1992-05-27 | Appts for generating ozone at controlled flow - with circuit controlling voltage variation at generator to predetermined pattern |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
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