EP0459127A1

EP0459127A1 - Hochleistungsstrahler mit Stromversorgungseinrichtung

Info

Publication number: EP0459127A1
Application number: EP91106024A
Authority: EP
Inventors: Ulrich Dr. Kogelschatz; Thomas Müller
Original assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd; ABB AB
Priority date: 1990-04-24
Filing date: 1991-04-15
Publication date: 1991-12-04
Also published as: JPH04230951A; CH680246A5

Abstract

Zur Stromversorgung von Hochliestungsstrahlern kann auf den Einsatz eines teuren Hochspannungstransformators zwischen Umrichter (2) und Strahler (1) verzichtet werden, wenn die Speisung und der Strahler so ausgelegt sind, dass an ihm eine Spannungsüberhöhung auftritt, welche ausreicht, die Entladungen zu zünden. <IMAGE>

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochleistungsstrahler mit einem zumindest einseitig von einem Dielektrikum begrenztem Entladungsraum, der mit einem Gas gefüllt ist, das unter Entladungsbedingungen Strahlung aussendet, und einer Stromversorgungseinrichtung zur Speisung der Entladung.

TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND UND STAND DER TECHNIK

Die zunehmende Verwendung von Hochleistungsstrahlern für Belichtungs-, Beschichtungs- und Trockungsprozesse erfordert leistungsfähige, gleichzeitig wirtschaftliche Stromversorgungen zur Speisung der Entladung. Bei den bisherigen Stromversorgungseinrichtungen wurde auf solche zurückgegriffen, wie sie bei Ozonerzeugern seit langem bekannt sind. Sieht man von den mit Netzfrequenz betriebenen Ozonisatoren ab, so bestehen diese aus einem Umrichter mit steuerbarer Frequenz, Amplitude und/oder Kurvenform der Umrichterausgangsspannung und einem aufwendigen Hochspannungstransformator am Umrichterausgang. Dieser hat die Aufgabe, die in der Grösse von höchstens wenigen kV liegende Ausgangsspannung des Umrichters auf Werte anzuheben, die ausreichen, die Entladung in Gang zu halten bzw. sie überhaupt erst zu zünden.
Die Stromversorgungseinrichtungen von Hochleistungsstrahlern stellen ähnliche Anforderungen an Frequenz und Amplitude der die Entladung speisenden Spannung, wobei die Betriebsfrequenz weit höher liegen kann als bei einem Ozonisator. Beispiele von derartigen Strahlern finden sich in der EP-A-0254 111... Die Höhe der Spannung kann dabei jedoch kleiner sein, liegt aber regelmässig über denjenigen Werten (typisch um 5 kVolt), die ein technisch und wirtschaftlich ausgelegter Umrichter zu liefern in der Lage ist.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Hochleistungsstrahler mit einer Stromversorgungseinrichtung anzugeben, welche ohne einen aufwendigen Umrichter und ohne Hochspannungstransformator auskommt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Strahler unter Zwischenschaltung einer Induktivität unmittelbar am Umrichterausgang angeschlossen ist und diese Induktivität so bemessen ist, dass sie zusammen mit dem Strahler, der im wesentlichen eine kapazitive Last darstellt, einen Serienresonanzkreis bildet, der annähernd auf seine Resonanzfrequenz abgestimmt ist, so dass an den Elektroden des Strahlers eine Spannungsüberhöhung von mindestens 5 auftritt.
Auf diese Weise lassen sich handelsübliche Stromversorgungseinrichtungen, vorzugsweise Schaltnetzgeräte oder Frequenz-Generatoren mit nachgeschaltetem Leistungsverstärker, mit Ausgangsspannungen um 500 Volt verwenden.
Es ist vorteilhaft, die praktisch rein kapazitive Last, welche der Strahler darstellt, durch Parallelschalten einer Zusatzkapazität noch zu vergrössern. Auf diese Weise wird erreicht, dass sich die wirksamen Kapazitäten des gezündeten Strahlers und des ungezündeten Strahlers nur wenig voneinander unterscheiden. Diese Zusatzkapazität, welche im Prinzip nur die Kapazität des gelöschten Strahlers vergrössert, dient gleichzeitig als Energiespeicher für die Zündphase des Strahlers.
Anstelle einer Zusatzkapazität könnte auch nach Zündung des Strahlers die Frequenz des speisenden Stromes oder die Serieninduktivität verändert werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In der Zeichnung zeigt

Fig.1: in schematisierter Form einen UV-Hochleistungsstrahler mit Stromversorgungseinrichtung;
Fig.2: eine graphische Darstellung zur Verdeutlichung der Spannungsüberhöhung am Strahler als Funktion der Frequenz;
Fig.3: eine graphische Darstellung zur Verdeutlichung des Leistungsfaktors des Strahlers als Funktion der Frequenz.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

In Fig.1 ist ein UV-Hochleistungsstrahler generell mit der Bezugszahl 1, die zugehörige Stromversorgungseinrichtung mit 2 bezeichnet. Diese Stromversorgungseinrichtung, im folgenden allgemein mit "Umrichter" bezeichnet, besteht entweder aus einem sogenannten Schaltnetzgerät oder einem Frequenzgenerator mit nachgeschaltetem Leistungsverstärker Wesentlich dabei ist, dass dieser Umrichter bei Speisung mit technischem Wechselstrom einen Ausgangsstrom mit höherer Frequenz - typisch im Bereich kHz bis etwa 1 Mhz zu liefern imstande ist, wobei die Ausgangsspannung und/oder die Frequenz des Ausgangsstroms einstellbar sein sollte. Der Strahler 1 besteht im wesentlichen aus einem abgeschlossenen Entladungsraum 3, der mit einem Gas oder Gasgemisch gefüllt ist, das unter Enladungsbedingungen UV-Strahlung aussendet. Beispiele derartige Füllgase sind in dem eingangs genannten Patentdokument aufgelistet. Der Entladungsraum 3 ist auf beiden Seiten begrenzt von UV-durchlässigen Dielektrika 4 und 5, z.B. aus Quarzglas, auf welche äussere, UV-transparente Elektroden 6 und 7 aufgebracht sind. Die Elektrode 7 ist direkt, die Elektrode 6 ist über eine Induktivität 8 sind an die beiden Anschlüsse dee Umrichters 2 angeschlossen. Eine Zusatzkapazität 9 ist parallel zum Strahler 1 zuschaltbar. Schon aus der schematischen Darstellung des Strahlers 1 erhellt, dass der Strahler für den Umrichter eine Last mit hohem kapazitivem Anteil darstellt.
Die Diagramme gemäss Fig.2 und 3 verdeutlichen den Einfluss der Frequenz auf die Spannungsüberhöhung (Fig.2) bzw. den Leistungsfaktor (Fig.3) bei einem Strahler, der aus einem Frequenzgenerator mit nachgeschaltetem Leistungsverstärker mit einer Spannung von 130 V_eff gespeist wurde und einen Entladungsspalt von 3 mm und Quarzdielektrika 4 und 5 von je 1,5 mm Dicke mit einer Dielektrizitätskonstanten von 3,7 aufwies. Die Kurvenzüge A geben dabei den theoretischen Verlauf, die Kurvenzüge B den gemessenen Verlauf wieder.
Um den Strahler ständig im gewünschten Leistungsfaktor-Bereich betreiben zu können, kann es notwendig sein, entweder die Frequenz der Umrichterausgangsspannung zu variieren, oder der Induktivität eine Zusatzinduktivität 8a parallel zu schalten oder beide Massnahmen gleichzeitig zu ergreifen.

Claims

Hochleistungsstrahler mit einem zumindest einseitig von einem Dielektrikum (4,5) begrenzten Entladungsraum (3), der mit einem Gas gefüllt ist, das unter Entladungsbedingungen Strahlung aussendet und einer Stromversorgungseinrichtung (2) zur Speisung der Entladung, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahler (1) nur unter Zwischenschaltung einer Serieninduktivität (8) unmittelbar am Umrichterausgang angeschlossen ist und bei einem Leistungsfaktor nahe 1 betrieben wird, so dass an seinen Elektroden (6,7) eine Spannungsüberhöhung von mindestens 5 auftritt.
Strahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Strahler (1) eine Zusatzkapazität (9) schaltbar ist.
Strahler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter Mittel zur Veränderung der Frequenz seiner Ausgangsspannung vorgesehen sind.
Strahler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Induktivität (8) eine Zusatzinduktivität (8a) schaltbar ist.