Территория прогрессивных инноваций Территория прогрессивных инноваций Гнездо
   ГЛАВНАЯ  |  ИСТОРИЯ  |  НОВЫЕ РАЗРАБОТКИ  |  ПАТЕНТЫ  |  PATENTS  |  ВОИР  |  КОНТАКТЫ   

Ионизатор воздуха и газов

Авторы: Тышкевич Е.В., Шабин С.А. (Патент RU 2288011)

Довольно трудно представить себе область человеческой деятельности, в которой не использовались бы ионизаторы. Например, в химической промышленности для ионизации различных газовых сред, в лакокрасочной промышленности для нанесения порошковых полимеров на металлоизделия, в медицинской технике для ионизации воздуха в лечебных и профилактических целях, в сельском хозяйстве для обработки и хранения сельскохозяйственной продукции, в электростатических фильтрах, кондиционерах и т. д.

Конструкций ионизаторов бесчисленное множество. Наиболее распространенная основана на преобразовании электрических импульсов частотой 15…70 кГц, вырабатываемых опорным генератором, в высокое напряжение постоянного тока 5…100 кВ.

На процесс ионизации воздуха и других газовых сред влияют два фактора: напряжение и ток между активными (ионизирующими) электродами или между активным электродом и заземленным объектом. Величина напряжения определяет интенсивность ионообменных процессов в межэлектродном пространстве ионизатора от тлеющего разряда до лавинного пробоя при неизменной конструкции активных электродов и расстоянии между ними. Однако качественные характеристики ионообразования зависят от величины и стабильности тока, протекающего через воздушно-газовую среду.

Например, для нанесения порошковых полимерных материалов на металлические изделия в электростатическом поле величина тока распылителя-ионизатора находится в диапазоне от 8 мкА до 50 мкА. При обработке сельскохозяйственной продукции озоновоздушным агентом с целью улучшения ее сохранности величина тока ионизации составляет от 200 мкА до 2,5мА. В химическом производстве ток ионизации газовых сред при синтезе полимеров составляет десятки/сотни миллиампер и более, причем, во всех случаях с течением времени оптимально заданное технологическое значение тока не должно изменяться более чем на 10…12% от своего номинала.

Эту техническую задачу можно решить с помощью устройства, представленного на Фиг.1.

Функциональная схема ионизатора воздуха и газов.

На рисунке показана функциональная схема ионизатора воздуха и газов, выполненная по схеме широтно-импульсного преобразователя с диодно-емкостным умножителем на выходе.

Ионизатор воздуха и газов содержит стабилизированный блок питания 1, регулятор напряжения 2, задающий (опорный) генератор 3, электронный коммутатор 4, высоковольтный трансформатор 5, диодно-емкостный умножитель напряжения 6, ионизирующие электроды 7, 8, схему контроля тока 9, в состав которой входит задатчик тока 10, и счетный одновибратор 11.

Описание работы ионизатора воздуха и газов.

Устройство работает следующим образом. Задающий генератор 3, выполненный по схеме широтно-импульсного преобразователя, вырабатывает тактовые импульсы прямоугольной формы фиксированной частоты в диапазоне 20…130 кГц, которые поступают на вход электронного коммутатора 4. Питание генератора 3 осуществляется от стабилизированного источника 1, поэтому частота и амплитуда его выходного напряжения имеют высокую стабильность. Электронный коммутатор 4 преобразует опорный сигнал генератора 3 в импульсы переменной амплитуды и скважности, которые подаются на первичную обмотку высоковольтного трансформатора 5. Начальная скважность импульсов генератора 3 устанавливается из расчета максимальной передачи мощности трансформатором 5. Амплитуда импульсов на выходах коммутатора 4 изменяется от минимального до максимального значения при помощи регулятора напряжения 2, подключенного к блоку питания 1. Вследствие этого напряжение на выходах коммутатора 4 стабилизировано в любом положении регулятора 2 при неизменной скважности тактовых импульсов генератора 3. В результате, на вторичной обмотке высоковольтного трансформатора 5 образуется изменяемое по величине импульсное напряжение с частотой задающего генератора 3. Это напряжение посредством диодно-емкостного умножителя преобразуется в высокое постоянное напряжение 5…100 кВ, достаточное для нормальной работы ионизатора (электроды 7,8). Нагрузкой диодно-емкостного умножителя 6 является ионизирующий электрод 7, электрод 8 соединен с землей. Под действием высокого напряжения между ионизирующими электродами 7, 8, помещенными в газовую среду, происходит непрерывный процесс ионообразования. Его интенсивность пропорциональна величине тока, протекающего в межэлектродном пространстве.

Для поддержания тока на заданном уровне в устройстве имеется схема контроля тока 9, включенная входами между общим выводом умножителя 6 и землей. На первом (верхнем) выходе схемы контроля тока 9 образуется напряжение обратной связи, пропорциональное величине тока ионизации, которое подается на управляющий вход задающего генератора 3. Увеличение напряжения обратной связи на управляющем входе генератора 3 вызывает изменение скважности импульсов на его выходе таким образом, что ток между электродами 7, 8 уменьшается до номинального значения. Описанная система работает аналогично схеме широтно-импульсного регулятора. Отрицательная обратная связь непрерывно отслеживает изменение рабочего тока ионизации, возвращая его в исходное состояние. Номинальное значение этого тока устанавливается при помощи задатчика 10, входящего в состав схемы контроля тока 9.

Регулятор напряжения 2 предназначен для установления максимального рабочего напряжения на активном электроде 7. Его величина, зависящая от конструкции ионизатора, должна быть всегда меньше величины напряжения, при котором возникают электрические пробои между электродами 7,8.

Счетный одновибратор 11 выполняет функции двухступенчатой защиты устройства от перегрузок по току, вызванных стохастическими изменениями температуры, влажности, проводимости среды и другими внешними воздействиями. В момент превышения тока ионизации выше заданной величины, установленной задатчиком 10, на втором (нижнем) выходе схемы контроля тока 9 появляется сигнал, запускающий одновибратор 11. На первом (расположенном сверху) выходе одновибратора 11 образуется импульс, который временно блокирует работу электронного коммутатора 4, обесточивая первичную обмотку высоковольтного трансформатора 5. В результате этого прекращается подача электрической энергии на умножитель напряжения 6 и ток ионизации уменьшается. Длительность импульса блокировки коммутатора 4 находится в диапазоне 0,2…2 сек и выбирается из расчета времени, в течение которого ток ионизации восстанавливается до исходного значения. Такая защита имеет очень высокое быстродействие, поскольку не содержит интегрирующих цепей и линий задержки. Она срабатывает сразу после появления переднего фронта нарастания тока перегрузки на входах схемы контроля тока 9.

Если перегрузка по току имеет непрерывный характер или периодически повторяется в течение длительного времени, то на втором (расположенном слева) выходе одновибратора 11 появляется сигнал блокировки, поступающий на вход стабилизированного блока питания 1. Счетчик импульсов, входящий в состав одновибратора 11 фиксирует количество перегрузок, например микропробоев между электродами 7,8, в единицу времени и, если процесс приобретает систематический характер, то счетчик одновибратора 11 переполняется и выдает сигнал, блокирующий работу блока питания 1. В этом случае устройство полностью отключается (обесточивается) до устранения причин, вызвавших перегрузку.

Преимущества ионизатора воздуха и газов.

Описанное устройство имеет надежную быстродействующую защиту от перегрузок по току и коротких замыканий, а также ограничивает высокое напряжение между ионизирующими электродами 7,8 до заданного уровня.

К достоинствам электрической схемы описанного устройства следует отнести полную развязку по напряжению схемы контроля тока 9, включенную в цепь обратной связи, поскольку второй ионизирующий электрод 8 непосредственно соединен с землей.

Ионизатор воздуха и газов, обладает высокой стабильностью рабочих характеристик, надежной защитой от перегрузок и коротких замыканий, имеет высокий КПД и широкий диапазон использования.

на Главную
 
mailto: info@kosmin.ru