毕业设计215一种家庭实用的高压静电除尘器.docx

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毕业设计215一种家庭实用的高压静电除尘器

摘要

本文设计了一种家庭实用的高压静电除尘器。

介绍了常见高压静电发生器的工作原理，对几种电路进行了分析，对所选用的电路详细的分析。

此装置既可用于普通居民家庭中毛发等灰尘的清理，又可用于理发店美发厅。

关键词高压，静电，吸发器，除尘

英文摘要

目录

1绪论

　在空气干燥的季节，当你开门时偶尔会有电击的感觉，这就是静电放电（ＥＳＤ）。

当你感觉电击时，你身上的静电电压已超过２０００伏！

当你看到放电火花时你身上的静电已高达５０００伏！

当你听到放电声音时，你身上的静电已高达８０００伏！

但是现代许多高速超大规模集成电路碰到仅几十伏或更低的静电就会遭到损坏。

也就是说当你接触这些电路时，你既没有感觉到又没有看到更没有听到静电放电时，这块电路就已部分损伤或完全损坏，而你可能还在找其硬件或软件的原因。

你可能还没有意识到是静电这个“幽灵”。

在上个世纪中叶以前，静电现象就如同科技馆中的表演，只是一种有趣的物理现象；然而现在，静电已成为高科技现代化工业的恐怖主义者。

国内外近年发生了多起因静电造成的重大人员死亡事故。

在军工企业部门，静电放电使火箭（弹）产生意外爆炸；在石化工业中静电放电多次使汽油着火爆炸；在电子工业中损坏电子元器件，仅美国每年因静电对电子工业所造成的损失就达几百亿美元。

静电危害的另一种形式是静电力的危害，静电力的吸尘作用会影响产品质量，在大规模集成电路生产中由于静电使芯片成品率大大降低。

印刷过程中由于静电吸引力使纸张难以对齐，降低生产效率。

另外静电放电还产生很强的电磁干扰，其频率非常宽，从低频至几千兆赫兹以上。

这种强电磁场作用时间短但其强度远比手机辐射的电磁场强，会干扰一些设备的正常工作。

静电有很多危害，静电是否也能利用呢？

答案是肯定的，利用静电能给人类造福。

大家了解得最多的是静电复印现在得到广泛使用。

静电除尘，具有效率高的优点，现在很多空气净化器就是利用静电能吸除空气中的很小的尘埃，使空气净化。

在农业中，利用静电喷雾能大大提高效率和降低农药的使用，既经济又有利环境保护。

静电还有很多应用，如静电处理的种子抗病能力强，病害发生减少，而且发芽率高，产量得到提高；静电放电产生的臭氧是强化剂，有很强的杀菌作用；经过静电处理的水，既能杀菌又不易起水垢。

带有静电的驻极体膜还能治疗各种软组织损伤，它有活血化瘀、消炎消肿的作用。

静电还可用于喷涂，用静电喷涂家用电器如洗衣机、电冰箱的外壳非常均匀。

除尘是除去或减少空气中的灰尘或烟雾。

在自然环境遭到破坏的今天，大气层中的灰尘越来越多，许多工业生产，科学实验日常生活常常需要除尘处理，高压静电除尘是应用得最广泛的一种，它有四个过程：

电晕放电，尘粒荷电，带电尘粒从烟气中分离，整打清灰。

本文介绍的是一种由低压直流电源供电的高压静电除尘装置，结构简单使用方便。

在设计由低压直流电供电的高压除尘装置时，首先要根据直流电压转换的原理设计出高压静电发生器产生几十千伏的高压，然后分析电场分布的物理模型。

带电尘粒在电场中的运动规律及吸附在极板上的条件，得出电极的几何形状和有关参数，从而设计出高压静电除尘装置。

目前，市场上出售的吸尘器基本上是真空吸尘器，静电技术在工农业生产中的日益广泛，如农业方面的静电喷雾、静电选种、静电促进植物生长和工业方面的静电喷漆、粉末静电喷涂等，这些应用都离不开高压静电发生器这一关键电子设备。

本文设计了一种具有恒流自动控制功能的高压静电发生器，它可有效地防止在使用过程中产生高压“打火”现象，从而使操作更加安全，同时对元器件具有更好的保护作用。

该仪器用于实际，效果良好。

2高压静电发生器的设计与研制

　目前产生高压电源的方法大致分为两种：

一种是模拟方法，另一种是数字方法。

前者的稳压电路、调节电路和显示电路均采用模拟电路控制，而后者则是通过数字电路进行自动控制。

传统的高压电源一般通过调整十圈电位器和波段开关预置所需电压。

电压值由电压表头指示，这种手工控制和指示方式有很多缺点：

调整麻烦，不能很快获得所需电压，指针读数不精确，也不能在大负载和其他异常情况下自动监测和自身保护。

另外，实验室中的仪器或设备，有些同学难免会乱动旋钮和开关，造成下次开机时因电压过高而损坏仪器。

下面简要介绍目前几种比较常用的高压静电产生电路的工作原理。

方案一：

该高压发生器由电源、振荡、功率放大、高压升压与倍压整流、恒流自动控制等部分组成（如图1所示）。

其工作原理为：

电网220V±10%电源加入变压器输入端，次级两个绕组提供+12V直流稳压电源和+1.25～+27V直流稳压电源。

+12V直流电源作为振荡电路的工作电压，产生15kHz左右的脉冲方波信号。

+1.25～+27V直流稳压电源是功率转换的主要能源，高压静电是通过脉冲高压经倍压整流而获得，基脉冲信号由振荡电路产生，经功率放大电路放大后，在高频脉冲变压器的升压下，最终输出12kV左右的高压信号，经8倍压整流使输出电压可达-80kV。

恒流自动控制取样高压回路的静电工作电流，在恒流时，其负载加大不会引起工作电流的上升，这是因为静电电流上升引起+12.5～+27V稳压电源输出电压下跌，造成高压变压器输出的脉冲的幅值减小，使倍压整流电压降低，从而导致静电工作电流的下降而使工作电流恒定于某一数值。

3电路分析

图2为装置的电路原理图，下面对各部分电路进行分析。

1.1　振荡电路

振荡电路的原理图如图2所示，电路采NE555定时器接成的多谐振荡器来产生所需一定大小的方波信号。

从图中可以看到：

R2、R3、C2是振荡电路的定时元件，调节它们可以得到不同的振荡频率；C1的作用是防止干扰电压对电路的影响。

振荡电路原理图

3.1电源

电源变压器经过降压，在两个次级绕组上分别产生13V和23V的交流电，用于供给+12V和+1.25～+27V稳压源电路。

（1）13V交流电经桥堆V2整流和由3端固定稳压器N2及C5、C6、C7组成的稳压电路稳压后，输出稳定电压+12V。

电路中的C5为主滤波电容，C6和C7用以消除可能产生的高频自激振荡。

（2）23V交流电经桥堆V1整流和由3端可调稳压器及N1及C1、C2、C3、C4、R1、R2、V3、V5组成的稳压电路稳压后，输出稳定可调电压+1.25～+27V。

电路中的C为主滤波电容，C和C124用以消除高频自激振荡，V和V用于防止输入、输35出端意外短路而损坏集成块。

调节电位器R可改变2输出电压U，它与R的关系为

。

电路中的4为一大功率三级管，用于扩展电源的输出电流。

3.2振荡及放大电路

振荡电路由555集成定时器N3及外围元件R4、R5、R6、R7、C8、C9和V6组成，输出占空比和频率均可调的脉冲方波。

其输出方波的频率由下式确定

式中：

R4-2代表集成电路N3的4脚和2脚之间外接电阻的阻值。

而该脉冲方波的占空比则由比值R4-7/R7-2确定，R4-7和R7-2含义同R4-2。

从电路原理图可知，调节R5可改变输出脉冲的频率，而调节R6可改变输出脉冲的占空比，功率放大由功率三级管V9完成。

由于555定时器的输出电流最大可达200mA，因而可直接驱动功率管V9。

3.3高压升压及倍压整流

高压升压由高压升压变压器T1完成。

一般升压后，高压输出能达12kV以上。

倍压整流则由C13～C20及V11～V18组成的8倍压电路完成。

如图2所示，设高压变压器T1次级输出的电压幅值为U。

当次级信号为上正下负时，则对C13充电至电压值U；当信号为上负下正时，则由C13上电压加U值一起对C14充电至2U。

第2个周期开始时，以电压2U对C充电至电压值2U。

以此类推，直到C16，C17、C18、C19和C20上都充满2U电压为止。

这样从C20上输出的电压就是高压变压器次级输出电压的8倍，一般可大80kV以上。

3.4恒流自动控制电路

恒流自动控制电路由L1、R10、R9、V7和V8等元件组成。

实际工作时，电流经电流表头、L1、R10回地。

随着高压负载的加大，流过R10的电流亦增大，到一定值（可通过调节R10设定）时，三级管V7和V8导通，原流经R1的电流将部分地通过R3和V7回地，从而导致R1上的电压降减小，即集成块N1的3脚电位下降，其输出端2脚电压亦下降，使功放管V4输出电压下降，高压输出电压降低，静电电压下降，最终导致静电电流恒定在某一事先调整好的电流值上。

该高压静电发生器可输出0～880kV连续可调电压，恒流控制范围可设定在50～100μA。

经用于粉末静电喷涂和静电选种等多种场合，效果良好。

由于高压电源电路开关管与升压变压器工作于振荡状态,因此电路中会产生大量的高频高次谐波,为了防止这些有害的干扰影响振荡电路的工作,必须采用严格的隔离和滤波。

隔离的方式有许多种,其中效果较为明显的主要有两种,一种是变压器隔离,一种是光电隔离。

结合本系统,前者的优点是可以作为开关管的前级推动变压器,使开关管获得足够的推动功率,从而可以减小开关管的损耗,但是,由于其体积较大,市场上很难买到符合要求的变压器,相比之下,后者体积小,价格便宜,因而得到了广泛的应用。

本系统采用光电隔离技术,试验证明,光耦隔离可以有效的防止干扰脉冲影响振荡电路的工作。

电路采用电压比较器作为驱动电路,它能产生一组幅度相等、相位相反的脉冲信号,分别加到两个开关管基极,很好的满足电路的要求。

这种方式具有电路简单、驱动功率大、输出波形好的特点,从而避免了采用体积较大而笨重且绕制繁琐的压器驱动。

隔离与驱动电路原理图如图3所示。

方案二

本电路产生的高压静电，输出直流电压为1OOkV，可用于粉末涂料生产及高压静电喷塑。

下面简要分析该电路工作原理

　　该高压静电发生器电路由振荡升压电路和倍压整流电路组成，如图8-116所示。

振荡升压电路由电阻器Rl-R3、电容器Cl-C3、晶闸管VTl-VT3、二极管VDl-VD6和升压变压器Tl-T3组成。

倍压整流电路由二极管VD7-VDl6和电容器C4-Cl3组成。

接通电源开关S后，ELA亮，Cl-C3开始充电，在Tl-m的一次绕组中产生充电电流，二次绕组中产生感应高压。

当Cl-C3充满电时，VTl-VT3受触发导通，Cl-C3通过Tl-T3的一次绕组对VTl-VT3放电，使VTl-VT3截止，然后Cl-C3又开始充电，使VTl-VT3间歇导通，以上充、放电振荡过程周而复始地进行，即可在Tl-T3的二次绕组上产生近万伏脉冲高压。

此脉冲高压经l0倍压整流（VD7-VD9和C4、C8、C9为3倍压整流;VDlO-VDl2和C5、ClO、Cl1为3倍压整流;VDl3-VDl6和C6、C7、Cl2、C13为4倍压整流）后，产生1OOkV的直流高压。

　　高压发生器工作后，在放电间隙（司隙可调）产生放电火花，这样既可限制输出电压过高，又可以指示高压的有无。

整个电路安装完毕后，应用环氧树脂封装或浸在变压器油中，防止对空气放电。

元器件选择

　　Rl-R3均选用1/2W金属膜电阻器。

Cl-C3均选用耐压值为630V的CBB电容器;C4-C13均选用耐压值为lkV的高压瓷介电容器。

VDl-VD6均选用1N4007型硅整流二极管;VD7-VDl6均选用耐压值为2OkV的高压整流硅堆。

VTl-VT均选用3A、800V的晶闸管。

　　Tl-T3使用14in黑白电视机的行输出变压器改制:

一次绕组用φ0.41mm的高强度漆包线绕50匝，二次绕组使用原行输出变压器的高压包，安装时，二次绕组应与高压包拉开距离，可安装在高压包另一侧磁柱上。

S选用5A、220V的双极开关。

EL选用220V、2OOW的白炽灯泡。

方案三：

该高压静电发生器以555为核心，配以升压变压器和高反压二极管及放电刷（针），555和R1，R2，C2组成无稳态多谐振荡器，振荡频率f=1.44/（R1+2R2）C2，图示参数约在20kHz左