EP0108963A1 - Versorgungsschaltung für einen elektrostatischen Staubabscheider - Google Patents

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EP0108963A1
EP0108963A1 EP83110554A EP83110554A EP0108963A1 EP 0108963 A1 EP0108963 A1 EP 0108963A1 EP 83110554 A EP83110554 A EP 83110554A EP 83110554 A EP83110554 A EP 83110554A EP 0108963 A1 EP0108963 A1 EP 0108963A1
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EP
European Patent Office
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circuit
thyristor
voltage
transformer
pulse
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EP83110554A
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English (en)
French (fr)
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EP0108963B1 (de
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Friedrich Eiserlo
Kurt Emmrich
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Walther and Co AG
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Walther and Co AG
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Publication date
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Application filed by Walther and Co AG filed Critical Walther and Co AG
Priority to AT83110554T priority Critical patent/ATE20833T1/de
Publication of EP0108963A1 publication Critical patent/EP0108963A1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/66—Applications of electricity supply techniques
    • B03C3/68—Control systems therefor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S323/00—Electricity: power supply or regulation systems
    • Y10S323/903—Precipitators

Definitions

  • the invention relates to a supply circuit for an electrostatic dust collector, with a transformer, the primary circuit of which contains a pulse-controlled thyristor circuit and the secondary circuit of which contains a series circuit comprising the dust collector and a capacitor.
  • Particles exerted in the high-voltage field is proportional to the level of the electric field strength, ie also the level of the applied voltage, ie the faster the particles are moved, the smaller the filter can be designed.
  • attempts have been made to keep the voltage as high as possible, which has the disadvantage in some dusts, especially in highly insulating dusts, that a very large excess of charge carriers is generated, which can lead to back-spraying in critical cases .
  • a short voltage pulse which is above the breakdown voltage, is said to explosively generate charge carriers for a short time, while a second device generates a base voltage which is as smooth as possible and which only serves to accelerate the charge of the loaded dust particles.
  • This base voltage should move as close as possible to the glow threshold voltage in order to avoid an excess of charge carriers.
  • the pulses should be present for as short a time as possible, ie in the range between 40 and 200 ⁇ s.
  • the known circuit (DE-A-26 08 436) consists essentially of one Separator capacitor and a thyristor circuit through which energy is transferred from a storage capacitor to the separator capacitor. As a result of the leakage inductances and a resistance contained in each circuit, this transition of the energy from the storage capacitor into the separator capacitor takes place in the form of a damped oscillation.
  • the inductance of the transformer forms a resonant circuit with the capacitance of the dust collector and with a coupling capacitor, which causes the energy stored in the separator to be returned during the pulse of the voltage source.
  • the returning energy is fed back to the storage capacitor by a so-called free-wheeling diode, so that only the losses in the circuit and the sprayed-off current have to be replaced.
  • Thyristors for short-term switching of high voltages and high powers are very expensive.
  • an electrostatic precipitator in which very high voltages are briefly applied in order to generate the necessary charge carriers, it often happens that a flashover occurs during a voltage pulse.
  • the voltage at the electrode of the dust separator breaks down suddenly because the dust separator is short-circuited to a certain extent.
  • This short circuit creates an oscillating circuit, which now only consists of the transformer and the coupling capacitor. This vibration is transmitted to the primary side of the transformer and generates a high current there, tends to charge the charging capacitor.
  • the thyristor circuit is turned on, this current can flow freely to the storage capacitor.
  • a voltage spike is generated at it, which can destroy the thyristors and the free-wheeling diodes.
  • the invention has for its object to provide a supply circuit of the type mentioned, which can be operated with brief pulses of high voltage to achieve an effective generation of charge carriers without the risk of destroying the thyristors or other electronic components.
  • the electrode of the dust collector is coupled to a detector which responds only to rapid voltage changes which occur in the event of a flashover at the dust collector and then controls the thyristor circuit to the conductive state.
  • the thyristor circuit If the sudden voltage breakdown occurs due to arcing with a conductive thyristor circuit, the oscillating current transmitted from the secondary side of the transformer to the primary side can flow off to the charging capacitor. On the other hand, if the thyristor circuit was blocked, such a high voltage would build up on it that the thyristors would possibly be destroyed. Such a build-up of voltage is prevented by the detector, which transfers to the normal pulse Wear on the electrode of the dust collector does not respond, but responds to a sudden voltage breakdown and then immediately switches the thyristor circuit into the conductive state. In this way, the thyristors are effectively protected against overvoltages and destruction by the action of the detector.
  • a protective circuit which taps the potentials in front of and behind the thyristor circuit and controls the thyristor circuit to the conductive state when the potential difference exceeds a predetermined value.
  • This protection circuit responds directly to the voltage between the main electrodes of the thyristors. It must have an extremely short response time of e.g. 1 ⁇ s to control the thyristors in the conductive state before voltage breakdowns can take place on the blocked thyristors.
  • the high-voltage pulses In order to generate a sufficient amount of free charge carriers during the high-voltage pulses at the dust collector, it is important that the high-voltage pulses have a high voltage on the one hand, but are very short on the other hand in order to avoid flashovers. Short high-voltage pulses can be done with a Only achieve the transformer if the leakage inductance of the transformer is as low as possible.
  • the usual transformers have an iron core made of laminated metal sheets. The sheets do not form a continuous magnetic path, but have joints that are the cause of magnetic losses and scattering.
  • the transformer is designed as a toroidal core transformer, the core of which carries the windings consists of a spirally wound sheet metal. This creates a continuous magnetic path free of impact points, the leakage inductance of which is limited to a minimum.
  • a toroidal transformer With such a toroidal transformer, short high-voltage pulses can be generated on the secondary side. Because of the short pulse duration, it is possible to make the voltage higher than with the known transformers without increasing the risk of voltage flashovers on the dust separator.
  • the core of the transformer is magnetized in the same direction with each pulse. Each pulse leaves a residual magnetization or remanence in the core. The new magnetization builds up on this in the same direction, so that after a few pulses the magnetization of the core saturates and the pulses generated on the secondary side have ever smaller amplitudes.
  • the transformer a secondary winding and a primary winding has an auxiliary winding through which a rectified counter-magnetizing current flows, which generates a magnetic field which is opposite to that of the pulse current through the primary winding.
  • This counter-magnetizing current is a direct current, which ensures after each transmitted pulse that the iron of the transformer is magnetized back to the operating point.
  • the counter-magnetizing current is preferably generated by the secondary coil of an auxiliary transformer, the primary coil of which is connected in series with the thyristor circuit.
  • the magnitude of the demagnetizing direct current is generated as a function of the magnitude or frequency of the pulse current, so that the magnetization back is limited to the required extent.
  • a larger counter magnetizing current results than in the case where the pulses with lower frequency are generated.
  • the housing 11 of a dust collector 10 is connected to earth potential.
  • An electrode 12 protrudes into the pot-shaped housing 11, on which a high voltage with respect to the housing 11 is generated in a manner still to be explained.
  • the voltage between the electrode 12 and the housing 11 is designated U F.
  • a base voltage U B of, for example, 35 kV is applied to the electrode 12 via a choke 13.
  • This base voltage is a DC voltage that is supplied by a voltage source (not shown).
  • the electrode 12 is connected to one end of the secondary winding 15 of the transformer 16 via a coupling capacitor 14 of 1 ⁇ F.
  • the other end of the secondary winding 15 is connected to ground potential.
  • the primary winding 17 of the transformer 16 is also connected to ground potential at one end and to the thyristor circuit 19 at the other end via an adjustable inductor 18.
  • the thyristor circuit 19 consists of a plurality of pairs connected in parallel, each consisting of a thyristor 20 and an antiparallel to the thyristor 20 Diode 21. For reasons of clarity, only one of these pairs is shown.
  • the thyristor circuit 19 is connected via the primary winding 23 of an auxiliary transformer 22 to the positive pole of the supply voltage U 1 , which has a size of, for example, 7 kV.
  • the storage capacitor 24 is connected to the connection between the primary winding 23 and the thyristor circuit 19 closed, the other electrode is connected to ground potential.
  • the circuit described so far is known. It works in such a way that the storage capacitor 24 is charged to the voltage U 1 .
  • a current flows through the inductance 18 through the primary winding 17. This current induces a high voltage in the secondary winding 15.
  • the winding ratio of primary winding 17 to secondary winding 15 is, for example, 1: 7.
  • the secondary winding 15 forms a series resonant circuit with the capacitor 14 and the capacitance of the dust separator 10.
  • the maximum voltage of U F is approximately 60 kV and this pulse is superimposed on the base voltage U B.
  • the course of the current flowing in the series resonant circuit is also shown in FIG. 3. It can be seen that the current I first runs through a positive half-wave. At the time when the pulse voltage U F reaches its maximum value, the current I goes through zero and this is followed by a negative half wave of the current I during the decay of the voltage U F.
  • control voltage U c ie the pulse that the control circuit 25 generates in order to control the thyristor 20.
  • This pulse U initially has a short voltage peak in order to open the thyristor 20 and this is followed an area of lower voltage.
  • the total duration of the pulse U is approximately 20 ⁇ s and the total duration of the pulse U F is approximately 120 ⁇ s.
  • the times indicated in FIG. 3 are calculated from the time t o at which the control of the thyristor 20 begins.
  • the thyristor 20 is already in the blocking state and a voltage arises at it that is opposite in polarity to the diode 21 and cannot flow out via this diode.
  • a detector 27 is connected to the electrode 12, which supplies a pulse to a transformer 29 via line 28 when the voltage U F drops sharply.
  • the secondary winding of the transformer 29 is connected between the anode connection and the control connection of the thyristor 20.
  • the transmitted from the line 28 to the secondary coil of the transmitter 29 controls the thyristor 20 in the conductive state, so that the high primary voltage resulting from the secondary short circuit of the transformer 16 can discharge through the conductive thyristor 20 to the storage capacitor 24.
  • the detector 27 consists of the series connection of a capacitor 30 and a resistor 31 which is connected to ground potential.
  • the RC constant of the detector 27 is approximately 1 ⁇ s, so that only very brief changes in the voltage U can generate a signal on line 28, while the normal pulse voltage, which is shown in FIG. 3, does not change the signal on line 28 evokes.
  • a further protective circuit 32 which generates a control signal on line 45 as a function of the voltage that prevails between the main electrodes of the thyristor 20.
  • This protective circuit consists of a first voltage divider consisting of resistors 33 and 34 and a second voltage divider consisting of resistors 35 and 36. The taps of the two voltage dividers are connected to one another and connected to the input of an amplifier 37. The output of the amplifier 37 is connected to the transformer 29 via line 45.
  • the ohmic voltage divider 33, 34 has a reaction time which is too great due to the capacitances or inductances which the resistors necessarily have. For this reason, the voltage divider 35, 36 is provided in parallel with the ohmic voltage divider, which has a short response time due to the capacitor 36.
  • the structural design of the transformer 16 is shown schematically in FIG. 2.
  • the transformer has a toroidal core 38 made from a spirally wound single sheet metal strip.
  • the cylindrical toroid is wound in the manner shown with the primary winding 17 and the secondary winding 15.
  • the toroidal core 38 also carries an auxiliary winding 39 which is wound in the opposite direction to the primary winding 17, which is indicated in FIG. 1 by the points.
  • the auxiliary winding 39 is connected via a rectifier 40 to the two ends of the secondary coil 41 of the auxiliary transformer 22.
  • the primary winding 23 of the auxiliary transformer 22 is traversed by current.
  • a voltage is generated in the secondary winding 41, which is rectified by the rectifier 40 and discharged via the auxiliary winding 39.
  • a direct current is generated in the auxiliary winding 39, the magnitude of which depends on the frequency and strength of the pulses at the dust separator 10 and which generates a counter-magnetization in the core 38, thereby preventing the core 38 from gradually increasing due to the pulses the saturation is controlled.
  • a capacitor (not shown) can be provided in parallel with the auxiliary winding 39.
  • a series circuit comprising a diode 42 and a capacitor 43 is connected between the thyristor and ground potential.
  • a resistor 44 is connected in parallel to the capacitor 43.
  • the diode 42 ensures that negative pulse jumps are kept away from the cathode connection of the thyristor 20. Such negative pulse jumps charge the capacitor 43 via the diode 42, which can then slowly discharge via the resistor 44.
  • This protective circuit also helps to prevent sudden overvoltages on the thyristor.

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Abstract

Die Impulsspannung für die Elektrode (12) eines Staubabscheiders (10) wird von einer Thyristorschaltung (19) erzeugt und über einen Transformator (16) zum Staubabscheider übertragen. Da am Staubabscheider (10) Spannungsüberschläge stattinden können, besteht die Gefahr, daß bei gesperrtem Thyristor (20) von der Sekundärseite des Transformators (16) aus eine hohe Spannung am Thyristor (20) erzeugt wird, die den Thyristor zerstört. Um dies zu verhindern, ist ein Detektor (27) vorgesehen, der ausschließlich auf plötzliche Spannungseinbrüche anspricht und daraufhin den Thyristor (20) in den leitenden Zustand steuert, so daß die Energie des Sekundärkreises sich auf den Speicherkondensator (24) im Primärkreis entladen kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Versorgungsschaltung für einen elektrostatischen Staubabscheider, mit einem Transformator, dessen Primärkreis eine impulsgesteuerte Thyristorschaltung enthält und dessen Sekundärkreis eine Reihenschaltung aus dem Staubabscheider und einem Kondensator enthält.
  • Zur elektrostatischen Reinigung eines Gases von Staub werden zwei Größen benötigt. Zum einen Ladungsträger, die infolge einer Korona unter Hochspannungseinfluß von der Sprühelektrode des Abscheiders abgestrahlt werden und sich an die Staubteilchen, die im Gas mitgeführt werden, anlagern. Zum zweiten wird ein Hochspannungsfeld benötigt, in dem die beladenen Teilchen entsprechend dem Coulombschen Gesetz einer Krafteinwirkung ausgesetzt werden, die sie in Richtung der positiven Anode treibt. Diese Kraft, die auf die
  • Teilchen im Hochspannungsfeld ausgeübt wird, ist proportional der Höhe der elektrischen Feldstärke, also auch der Höhe der anliegenden Spannung, d.h., je schneller die Teilchen bewegt werden, umso kleiner kann das Filter ausgelegt werden. In diesem Bestreben wurde versucht, die Spannung so hoch wie möglich zu halten, was bei manchen Stäuben, vor allem bei hochisolierenden Stäuben, den Nachteil mit sich bringt, daß ein sehr großer Überschuß an Ladungsträgern erzeugt wird, die in kritischen Fällen zum Rücksprühen führen kann. Diese beiden Funktionen, nämlich Erzeugung von Ladungsträgern und Zurverfügungstellen einer hohen Spannung, werden bei der pulsförmigen Energieversorgung getrennt. Ein kurzer Spannungspuls, der über der Durchschlagsspannung liegt, soll explosionsartig für kurze Zeit Ladungsträger erzeugen, während ein zweites Gerät eine möglichst glatte sogenannte Basisspannung erzeugt, die nur zur Beschleunigung der Ladung der beladenen Staubteilchen dient. Diese Basisspannung soll sich möglichst knapp an der Glimm-Einsetzspannung bewegen, um einen Überschuß an Ladungsträgern zu vermeiden. Um nun gezielt Pulse einer hohen Leistungsdichte in das Filter einbringen zu können, sollen die Pulse möglichst kurzzeitig anstehen, d.h. in der Größenordnung zwischen 40 und 200 µs. Infolge der kurzen Zeitdauer kann man nun die Spannung dieser Pulse sehr hoch über der normalen Durchschlagsspannung ansetzen, weil durch die Zeitverzögerung des Vorwachsens der Kanalentladung, die zum Lichtbogen führt, der Spannung wieder Zeit gegeben wird, abzuklingen und so der Nachschub an Energie in den eingeleiteten Entladungskanal fehlt. Die bekannte Schaltung (DE-A-26 08 436) besteht im wesentlichen aus einem Abscheiderkondensator und einer Thyristorschaltung, durch die Energie aus einem Speicherkondensator in den Abscheiderkondensator transferiert wird. Infolge der in jedem Stromkreis enthaltenen Streuinduktivitäten und einem Widerstand erfolgt dieser Übergang der Energie aus dem Speicherkondensator in den Abscheiderkondensator in Form einer gedämpften Schwingung. Die Induktivität des Transformators bildet mit der Kapazität des Staubabscheiders und mit einem Koppelkondensator einen Schwingkreis, der die Rückführung der während des Impulses der Spannungsquelle in dem Abscheider gespeicherten Energie bewirkt. Die zurückschwingende Energie wird durch eine sogenannte Freilaufdiode dem Speicherkondensator wieder zugeführt, so daß nur noch die Verluste im Stromkreis und der abgesprühte Strom zu ersetzen sind.
  • Thyristoren zum kurzzeitigen Schalten hoher Spannungen und hoher Leistungen sind sehr teuer. Bei einem Elektrofilter, bei dem zur Erzeugung der erforderlichen Ladungsträger kurzzeitig sehr hohe Spannungen angelegt werden, kommt es häufig vor, daß während eines Spannungsimpulses ein Funkenüberschlag erfolgt. Dabei bricht die Spannung an der Elektrode des Staubabscheiders schlagartig zusammen, weil der Staubabscheider gewissermaßen kurzgeschlossen wird. Durch diesen Kurzschluß entsteht ein Schwingkreis, der nunmehr nur noch aus dem Transformator und dem Kopplungskondensator besteht. Diese Schwingung überträgt sich auf die Primärseite des Transformators und erzeugt dort einen hohen Strom, der bestrebt ist, den Ladekondensator aufzuladen. Wenn die Thyristorschaltung in den leitenden Zustand gesteuert ist, kann dieser Strom ungehindert auf den Speicherkondensator fließen. Ist die Thyristorschaltung jedoch bereits gesperrt, dann entsteht an ihr eine Spannungsspitze, die zur Zerstörung der Thyristoren und der Freilaufdioden führen kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Versorgungsschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit kurzzeitigen Impulsen hoher Spannung betrieben werden kann, um eine wirksame Erzeugung von Ladungsträgern zu erzielen, ohne daß die Gefahr des Zerstörens der Thyristoren oder anderer elektronischer Bauteile besteht.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß die Elektrode des Staubabscheiders mit einem Detektor gekoppelt, der nur auf schnelle Spannungsänderungen, die bei Funkenüberschlag am Staubabscheider auftreten, anspricht, und draufhin die Thyristorschaltung in den leitenden Zustand steuert.
  • Wenn der plötzliche Spannungszusammenbruch durch Funkenüberschlag bei leitender Thyristorschaltung erfolgt, kann der von der Sekundärseite des Transformators auf die Primärseite übertragene Schwingstrom zum Ladekondensator abfließen. Andererseits würde sich bei gesperrter Thyristorschaltung an dieser eine so hohe Spannung aufbauen, daß die Thyristoren möglicherweise zerstört würden. Ein solcher Spannungsaufbau wird durch den Detektor verhindert, der auf die normale Impulsübertragung auf die Elektrode des Staubabscheiders nicht reagiert, wohl aber auf einen plötzlichen Spannungszusammenbruch anspricht und daraufhin die Thyristorschaltung unverzüglich in den leitenden Zustand versetzt. Auf diese Weise werden durch die Wirkung des Detektors die Thyristoren gegen überspannungen und Zerstörung wirksam geschützt.
  • Die Thyristoren können im gesperrten Zustand aber auch durch andere Spannungseinflüsse gefährdet sein, die entweder über den Transformator oder über die Spannungsversorgung kommen. Wenn derartige Überspannungen auftreten, die einen langsamen Spannungsaufbau haben und von dem Detektor nicht erkannt werden, sind die Thyristoren gefährdet. Um solche Gefährdungen zu verhindern, ist nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine Schutzschaltung vorgesehen, die die Potentiale vor und hinter der Thyristorschaltung abgreift und die Thyristorschaltung in den leitenden Zustand steuert, wenn die Potentialdifferenz einen vorgegebenen Wert übersteigt. Diese Schutzschaltung reagiert unmittelbar auf die Spannung zwischen den Hauptelektroden der Thyristoren. Sie muß eine extrem kurze Ansprechzeit von z.B. 1 µs haben, um die Thyristoren in den leitenden Zustand zu steuern, bevor an den gesperrten Thyristoren Spannungsdurchbrüche stattfinden können.
  • Zur Erzeugung einer ausreichenden Menge freier Ladungsträger während der Hochspannungsimpulse am Staubabscheider ist es wichtig, daß die Hochspannungsimpulse einerseits eine hohe Spannung haben, andererseits aber sehr kurz sind, um Spannungsüberschläge zu vermeiden. Kurze Hochspannungsimpulse lassen sich mit einem Transformator aber nur dann erzielen, wenn die Streuinduktivität des Transformators möglichst gering ist. Die üblichen Transformatoren weisen einen Eisenkern aus nebeneinandergeschichteteten Blechen auf. Die Bleche bilden keinen kontinuierlichen Magnetweg, sondern sie haben Stoßstellen, die die Ursache von magnetischen Verlusten und Streuungen sind. Zur Erzielung kurzzeitiger und scharf begrenzter Spannungsimpulse ist gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung vorgesehen, daß der Transformator als Ringkerntransformator ausgebildet ist, dessen die Wicklungen tragender Kern aus einem spiralförmig gewickelten Blech besteht. Hierbei bildet sich ein kontinuierlicher, von Stoßstellen freier Magnetweg aus, dessen Streuinduktivität auf ein Mindestmaß begrenzt ist. Mit einem derartigen Ringkerntransformator können sekundärseitig kurze Hochspannungsimpulse erzeugt werden. Wegen der kurzen Impulsdauer ist es möglich, die Spannung höher zu machen als bei den bekannten Transformatoren, ohne daß die Gefahr von Spannungsüberschlägen am Staubabscheider erhöht wird.
  • Ein weiteres Problem, das bei der Erzeugung hoher Impulsspannungen mit einem Transformator auftritt, besteht darin, daß der Kern des Transformators bei jedem Impuls in derselben Richtung magnetisiert wird. Jeder Impuls hinterläßt im Kern eine Restmagnetisierung oder Remanenz. Auf dieser baut sich in der gleichen Richtung die neue Magnetisierung auf, so daß nach wenigen Impulsen die Magnetisierung des Kernes in die Sättigung geht und die sekundärseitig erzeugten Impulse immer kleinere Amplituden haben. Um diesen Effekt zu vermeiden, ist vorgesehen, daß der Transformator außer einer Sekundärwicklung und einer Primärwicklung eine Hilfswicklung aufweist, die von einem gleichgerichteten Gegenmagnetisierungsstrom durchflossen ist, der ein Magnetfeld erzeugt, das demjenigen des Impulsstromes durch die Primärwicklung entgegengerichtet ist. Dieser Gegenmagnetisierungsstrom ist ein Gleichstrom, der nach jedem übertragenen Impuls dafür sorgt, daß das Eisen des Transformators wieder auf den Arbeitspunkt rückmagnetisiert wird.
  • Vorzugsweise wird der Gegenmagnetisierungsstrom durch die Sekundärspule eines Hilfstransformators erzeugt, dessen Primärspule mit der Thyristorschaltung in Reihe liegt. Auf diese Weise wird die Größe des entmagnetisierenden Gleichstroms in Abhängigkeit von der Größe bzw. Häufigkeit des Impulsstromes erzeugt, so daß die Rückmagnetisierung auf das erforderliche Maß begrenzt ist. Wenn die Impulse mit höherer Frequenz erzeugt werden, stellt sich ein größerer Gegenmagnetisierungsstrom ein als in dem Fall, daß die Impulse mit niedrigerer Frequenz erzeugt werden.
  • Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 ein schematisches Schaltbild der Versorgungsschaltung für den Staubabscheider,
    • Fig. 2 eine schematische Darstellung des Ringkerntransformators und
    • Fig. 3 ein Strom-Spannungs-Diagramm der Impulse.
  • Gemäß Fig. 1 ist das Gehäuse 11 eines Staubabscheiders 10 mit Erdpotential verbunden. In das topfförmige Gehäuse 11 ragt eine Elektrode 12 hinein, an der in noch zu erläuternder Weise eine Hochspannung gegenüber dem Gehäuse 11 erzeugt wird. Die Spannung zwischen der Elektrode 12 und dem Gehäuse 11 ist mit UF, bezeichnet.
  • An der Elektrode 12 liegt über eine Drossel 13 eine Basisspannung UB von z.B. 35kV. Diese Basisspannung ist eine Gleichspannung, die von einer (nicht dargestellten) Spannungsquelle geliefert wird.
  • Die Elektrode 12 ist über einen Kopplungskondensator 14 von 1 µF an das eine Ende der Sekundärwicklung 15 des Transformators 16 angeschlossen. Das andere Ende der Sekundärwicklung 15 ist mit Erdpotential verbunden.
  • Die Primärwicklung 17 des Transformators 16 ist mit einem Ende ebenfalls mit Erdpotential verbunden und mit dem anderen Ende über eine verstellbare Induktivität 18 mit der Thyristorschaltung 19. Die Thyristorschaltung 19 besteht aus mehreren parallelgeschalteten Paaren aus jeweils einem Thyristor 20 und einer antiparallel zu dem Thyristor 20 geschalteten Diode 21. Aus Gründen der übersichtlichkeit ist nur eines dieser Paare dargestellt. Die Thyristorschaltung 19 ist über die Primärwicklung 23 eines Hilfstransformators 22 mit dem positiven Pol der Versorgungsspannung U1 verbunden, die eine Größe von z.B. 7kV hat. An die Verbindung zwischen der Primärwicklung 23 und der Thyristorschaltung 19 ist der Speicherkondensator 24 angeschlossen, dessen andere Elektrode mit Erdpotential verbunden ist.
  • Die bisher beschriebene Schaltung ist bekannt. Sie arbeitet so, daß der Speicherkondensator 24 auf die Spannung U1 aufgeladen wird. Wenn der Thyristor 20 durch Anlegen eines kurzzeitigen Impulses von einem Steuergerät 25 an seinen Steueranschluß in den leitenden Zustand gesteuert wird, fließt ein Strom über die Induktivität 18 durch die Primärwicklung 17. Dieser Strom induziert in der Sekundärwicklung 15 eine Hochspannung. Das Wicklungsverhältnis von Primärwicklung 17 zur Sekundärwicklung 15 beträgt beispielsweise 1:7. Die Sekundärwicklung 15 bildet mit dem Kondensator 14 und der Kapazität des Staubabscheiders 10 einen Reihenschwingkreis. Am Staubabscheider 10 entsteht der in Fig. 3 dargestellte Spannungsverlauf UF, der ziemlich genau die Funktion einer Sinuskurve hat. Die Maximalspannung von UF beträgt etwa 60kV und dieser Impuls überlagert sich der Basisspannung UB. Der Verlauf des Stromes, der in dem Reihenschwingkreis fließt, ist in Fig. 3 ebenfalls dargestellt. Man erkennt, daß der Strom I zunächst eine positive Halbwelle durchläuft. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Impulsspannung UF ihren Maximalwert erreicht, geht der Strom I durch Null und hieran schließt sich während des Abklingens der Spannung UF eine negative Halbwelle des Stromes I an.
  • In Fig. 3 ist außerdem die Steuerspannung Uc dargestellt, d.h. derjenige Impuls, den die Steuerschaltung 25 erzeugt, um den Thyristor 20 zu steuern. Dieser Impuls U hat zunächst eine kurze Spannungsspitze, um den Thyristor 20 aufzusteuern und hieran schließt sich ein Bereich niedrigerer Spannung an. Die Gesamtdauer des Impulses U beträgt ca. 20 µs und die Gesamtdauer des Impulses UF beträgt ca. 120 µs. Die in Fig. 3 angegebenen Zeiten berechnen sich vom Zeitpunkt to zu dem die Ansteuerung des Thyristors 20 beginnt.
  • An dem Staubabscheider 10 können Spannungsüberschläge von der Elektrode 12 zum Gehäuse 11 auftreten. Dies ist durch die gestrichelt angedeutete Funkenstrecke 26 symbolisiert. Im Falle eines Spannungsüberschlags fällt die Spannung UF schlagartig auf Null. Der sekundärseitige Schwingkreis des Transformators 16 besteht dann lediglich noch aus der Sekundärwicklung 15 und dem Kondensator 14. Obwohl die Spannung UF Null geworden ist, fließt über die Funkstrecke 26 ein hoher Strom. Dieser Strom erzeugt eine Spannung an der Primärwicklung 17 und diese Spannung entlädt sich über die Induktivität 18 und die Thyristorschaltung 19 auf den Speicherkondensator 24, der dadurch wieder aufgeladen wird. Dieser Vorgang ist ungefährlich, wenn der Thyristor 20 sich noch im leitenden Zustand befindet. Ist der Thyristor 20 aber bereits gesperrt, dann wird an ihm durch den Kurzschluß der Funkenstrecke 26 eine gefährlich hohe Spannung erzeugt.
  • Zum Zeitpunkt t1 (Fig. 3), in dem die Spannung UF den Maximalwert erreicht und der Strom I des Schwingkreises durch Null geht, ist der Thyristor 20 noch geöffnet, obwohl die Steuerspannung Uc schon beendet ist. Bekanntlich wird ein Thyristor erst gelöscht, wenn der Thyristorstrom durch Null geht. Wenn also ein Spannungsüberschlag am Staubabscheider 10 zwischen den Zeiten to und t1 auftritt, so bleibt der bis dahin leitende Thyristor 20 leitend, weil er nach dem Spannungsüberschlag zum Aufladen des Speicherkondensators 24 in gleicher Richtung durchflossen wird wie während der positiven Halbwelle des Impulsstromes. Tritt der Spannungsüberschlag jedoch nach dem Zeitpunkt t1 auf, z.B. zum Zeitpunkt t2, dann ist der Thyristor 20 bereits im Sperrzustand und an ihm entsteht eine Spannung, die gegenpolig ist zur Diode 21 und nicht über diese Diode abfließen kann.
  • Um zu verhindern, daß der Thyristor 20 in diesem Zustand zerstört wird, ist an die Elektrode 12 ein Detektor 27 angeschlossen, der bei einem steilen Abfall der Spannung UF über Leitung 28 einen Impuls an einen Übertrager 29 liefert. Die Sekundärwicklung des übertragers 29 ist zwischen Anodenanschluß und Steueranschluß des Thyristors 20 geschaltet. Der auf die Sekundärspule des übertragers 29 übertragene Impuls von Leitung 28 steuert den Thyristor 20 in den leitenden Zustand, so daß sich die durch den sekundärseitigen Kurzschluß des Transformators 16 entstandene hohe primärseitige Spannung über den leitenden Thyristor 20 auf den Speicherkondensator 24 entladen kann.
  • Der Detektor 27 besteht aus der Reihenschaltung eines Kondensators 30 und eines Widerstandes 31, der mit Erdpotential verbunden ist. Die RC-Konstante des Detektors 27 beträgt ca. 1 µs, so daß nur sehr kurzzeitige Änderungen der Spannung U ein Signal an Leitung 28 erzeugen können, während die normale Impulsspannung, die in Fig. 3 dargestellt ist, keine Signal- änderung an Leitung 28 hervorruft.
  • Zum Schutz des Thyristors 20 ist eine weitere Schutzschaltung 32 vorgesehen, die in Abhängigkeit von der Spannung, die zwischen den Hauptelektroden des Thyristors 20 herrscht, ein Steuersignal an Leitung 45 erzeugt. Diese Schutzschaltung besteht aus einem ersten Spannungsteiler aus den Widerständen 33 und 34 und einem zweiten Spannungsteiler aus den Widerständen 35 und 36. Die Abgriffe der beiden Spannungsteiler sind untereinander verbunden und an den Eingang eines Verstärkers 37 angeschlossen. Der Ausgang des Verstärkers 37 ist über Leitung 45 mit dem übertrager 29 verbunden. Der ohmsche Spannungsteiler 33, 34 hat infolge der Kapazitäten bzw. Induktivitäten, die die Widerstände notwendigerweise haben, eine zu große Reaktionszeit. Aus diesem Grunde ist parallel zu dem ohmschen Spannungsteiler der Spannungsteiler 35, 36 vorgesehen, der infolge des Kondensators 36 eine kurze Reaktionszeit hat.
  • Die konstruktive Ausführung des Transformators 16 ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Der Transformator weist einen Ringkern 38 aus einem spiralförmig aufgewickelten einzigen Blechstreifen auf. Der zylindrische Ringkern ist in der dargestellten Weise mit der Primärwicklung 17 und der Sekundärwicklung 15 umwickelt. Außerdem trägt der Ringkern 38 noch eine Hilfswicklung 39, die gegensinnig zur Primärwicklung 17 gewickelt ist, was in Fig. 1 durch die Punkte angedeutet ist. Die Hilfswicklung 39 ist über einen Gleichrichter 40 an die beiden Enden der Sekundärspule 41.des Hilfstransformators 22 angeschlossen.
  • Während der Impulse, die unter Steuerung durch das Steuergerät 25 von dem Thyristor 20 erzeugt werden, wird die Primärwicklung 23 des Hilfstransformators 22 von Strom durchflossen. Hierdurch wird in der Sekundärwicklung 41 eine Spannung erzeugt, die durch den Gleichrichter 40 gleichgerichtet wird und sich über die Hilfswicklung 39 entlädt. Auf diese Weise wird in der Hilfswicklung 39 ein Gleichstrom erzeugt, dessen Größe von der Häufigkeit und Stärke der Impulse am Staubabscheider 10 abhängt und der in dem Kern 38 eine Gegenmagnetisierung erzeugt, wodurch verhindert wird, daß der Kern 38 durch die Impulse stufenweise immer mehr in die Sättigung gesteuert wird. Parallel zu der Hilfswicklung 39 kann ein (nicht dargestellter) Kondensator vorgesehen sein.
  • Zum weiteren Schutz des Thyristors 20 ist zwischen dem Thyristor und Erdpotential eine Reihenschaltung aus einer Diode 42 und einem Kondensator 43 geschaltet. Dem Kondensator 43 ist ein Widerstand 44 parallelgeschaltet. Durch die Diode 42 wird erreicht, daß negative Impulssprünge von dem Kathodenanschluß des Thyristors 20 ferngehalten werden. Solche negativen Impulssprünge laden über die Diode 42 den Kondensator 43 auf, der sich anschließend über den Widerstand 44 langsam entladen kann. Auch diese Schutzschaltung trägt dazu bei, plötzlich auftretende Überspannungen am Thyristor zu verhindern.

Claims (5)

1. Versorgungsschaltung für einen elektrostatischen Staubabscheider, mit einem Transformator (16), dessen Primärkreis eine impulsgesteuerte Thyristorschaltung (19) enthält und dessen Sekundärkreis eine Reihenschaltung aus dem Staubabscheider (10) und einem Kondensator (14) enthält, dadurch gekennzeichnet , daß die Elektrode (12) des Staubabscheiders (10) mit einem Detektor (27) gekoppelt ist, der nur auf schnelle Spannungsänderungen, die bei Funkenüberschlag am Staubabscheider (10) auftreten, anspricht und daraufhin die Thyristorschaltung (19) in den leitenden Zustand steuert.
2. Versorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schutzschaltung (32) vorgesehen ist, die die Potentiale vor und hinter der Thyristorschaltung (19) abgreift und die Thyristorschaltung in den leitenden Zustand steuert, wenn die Potentialdifferenz einen vorgegebenen Wert übersteigt.
3. Versorgungsschaltung für einen elektronischen Staubabscheider, mit einem Transformator (16), dessen Primärkreis eine impulsgesteuerte Thyristorschaltung (19) enthält und dessen Sekundärkreis eine Reihenschaltung aus dem Staubabscheider (10) und einem Kondensator (14) enthält, dadurch gekennzeichnet , daß der Transformator (16) als Ringkerntransformator ausgebildet ist, dessen die Wicklungen tragender Kern (38) aus einem spiralförmig gewickelten Blech besteht.
4. Versorgungsschaltung für einen elektronischen Staubabscheider, mit einem Transformator (16), dessen Primärkreis eine impulsgesteuerte Thyristorschaltung (19) enthält und dessen Sekundärkreis eine Reihenschaltung aus dem Staubabscheider (10) und einem Kondensator (14) enthält, dadurch gekennzeichnet , daß der Transformator (16) außer einer Primärwicklung (17) und einer Sekundärwicklung (15) eine Hilfswicklung (39) aufweist, die von einem gleichgerichteten Gegenmagnetisierungsstrom durchflossen ist, der ein Magnetfeld erzeugt, das demjenigen des Impulsstromes durch die Primärwicklung (17) entgegengerichtet ist.
5. Versorgungsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenmagnetisierungsstrom durch die Sekundärspule (41) eines Hilfstransformators (22) erzeugt wird, dessen Primärspule (23) mit der Thyristorschaltung (19) in Reihe liegt.
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