|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ Настольный аэроионизатор воздуха. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Медицина О пользе отрицательных ионов воздуха для здоровья человека сказано было уже немало. Коротко вспомним о том, что дает нам искусственная аэроионизация воздуха. Первое, и самое главное, мониторы компьютеров и телевизоры нейтрализуют отрицательные ионы воздуха в помещениях. Поэтому, как минимум, нужны устройства, способные эффективно подавлять положительные заряды, генерируемые мониторами и телевизорами. Кроме того, ионизаторы воздуха должны создавать необходимое дополнительное количество отрицательных ионов в воздушном пространстве комнаты, т. е. приборы-аэроионизаторы должны не просто компенсировать нехватку, но и вырабатывать дополнительное количество отрицательных ионов. Перечислим основные негативные эффекты от недостатка в воздухе отрицательных аэроионов: быстрая утомляемость, раздражительность, бессонница, острые респираторные заболевания (ОРЗ), расстройства центральной нервной системы (ЦНС) и сердечно-сосудистой системы. Очень хорошо о преимуществах использования аэроионизаторов воздуха рассказано в [1]. С использованием же ионизатора замедляется процесс старения, имеет место процесс лечения рассеянного склероза, старческого маразма, улучшаются процессы срастания костей у пожилом возрасте. Улучшается иммунитет. Авторы справедливо предупреждают о том, что только систематическое вдыхание ионизированного воздуха дает желаемые результаты. Не могу не согласиться с этим мнением. Все бы хорошо, но люстра Чижевского имеет значительные габариты, что вызывает соответствующие проблемы в наших тесных квартирах, особенно с низкими потолками. Но это еще не все, что таит в себе использование таких "присосок" на потолках. В [2] совершенно справедливо было отмечено, что потолок покрывается мелкодисперсной пылью. Приходится либо производить дополнительную изоляцию поверхности потолка, где находится люстра Чижевского, либо уменьшать высоту подвеса последней, либо и то, и другое совершать одновременно. Большие размеры люстры вызваны исключительно целесообразностью получения необходимой эффективности генерации отрицательных ионов. Выход из этого положения вроде бы давали так называемые проволочные излучатели отрицательных ионов [2]. Длительная эксплуатация этих излучателей подтвердила их превосходство в эффективности излучения отрицательных ионов воздуха. Но, по крайней мере, у них имеется два существенных недостатка, которые мешают их эксплуатации. Во-первых, стены покрываются мелкодисперсной пылью вдоль натянутой проволоки. Во-вторых, комната становится неприятно "засоренной" такими излучателями: нет-нет да и оборвет кто-нибудь данные проволочки. А почему бы не изготовить настольный вариант ионизатора воздуха? Ведь только в этом случае мы можем дышать ионизированным воздухом в любом помещении, не "цепляясь" в каждой комнате к потолкам. Такое исполнение прибора-аэроионизатора позволит устанавливать его непосредственно на нашем рабочем месте. То ли это письменный стол, то ли рабочее место инженера-радиомеханика, специалиста-программиста, вблизи спортивного тренажера и т.д. Традиционное использование сетевых преобразователей напряжения на пониженных частотах ∼220 В в необходимую величину высокого напряжения отрицательной полярности - крайне нежелательно. Об этом уже упоминали в литературе. Возникают значительной амплитуды пульсации, накладываемые на высоковольтное напряжение. Избавиться от этого можно самым простым способом увеличением частоты, на которой работает преобразовательная схема. Уйти от проблем, связанных с привязкой к низковольтному блоку питания, можно, если видоизменить схемотехнику преобразователя. Ведь согласитесь, преобразователи напряжения для ионизаторов воздуха, опубликованные, например в [2] или [3], вполне работоспособны. Конструкция из [2] работала длительное время без проблем с устойчивостью и надежностью системы в целом. Но привязка к стабилизатору напряжения 12 В лишь мешает в плане мобильности системы, особенно если речь идет еще и об излучателях ионов ("люстры"). Аналогичные высказывания вполне справедливы и в отношении конструкции [3]. Этот преобразователь требует наличия двух источников напряжения: 30 В (280 мА) и 5 В (40 мА). Избавиться от установки сетевого стабилизатора при питании схемы преобразователя к ионизатору воздуха позволяет конструкция (рис.1).
Ток, потребляемый этой схемой, не превышает нескольких десятков мА. Почти все детали, кроме умножителя конструкции, размещены в пластмассовом корпусе небольших размеров. Лишь транзистор VT2 снабжен небольшим радиатором. Сетевое напряжение на диодный мост VD1-VD4 поступает через токоограничивающие резисторы R1 и R2. Таким образом, при самых неблагоприятных стечениях обстоятельств (например, пробой электролитического конденсатора С1) ток через диодный мост не может превысить 0,5 А. Диоды 1N4007 выдерживают прямой ток не менее 1 А (Uобр≤1000 В). А на критические случаи имеется в схеме вставка плавкая на ток 0,25 А (.U1). Положительное напряжение с конденсатора С1 поступает одновременно на два участка схемы. Первый - через резистор R7 на импульсный трансформатор Т1 и на коллектор высоковольтного транзистора VT2. Второй - через балластные резисторы R3-R6 на вывод 14 микросхемы DD1 и через ограничительный резистор R12 на коллектор транзистора "раскачки" VT1. Питание этого участка схемы стабильное благодаря наличию стабилитрона VD5. Задающий генератор конструкции собран на уже давно хорошо себя зарекомендовавшей "диодной" схеме. Это элементы DD1.1, DD1.2, C5, VD6, VD7, R9 и R10. Умощнение схемы осуществлено параллельным включением дополнительных двух элементов микросхемы DD1.3, DD1.4. С выхода токоограничивающего резистора R11 прямоугольные управляющие импульсы поступают на транзистор VT1. Небольшая емкость форсирующего конденсатора С6 способствует быстрому запиранию транзистора VT1. С эмиттера этого транзистора сигнал поступает на базу оконечного каскада (транзистор VT2). Отличительная особенность данной схемы - наличие низкоомного резистора R13 (51 Ом), именно 51 Ом. Как известно, величина UКЭмакс высоковольтных транзисторов гарантируется лишь при строгом нормировании сопротивления резистора, подключенного между выводами базы и эмиттера. Радиолюбители просто об этом забывают, удивляясь "летальным" исходам высоковольтных транзисторов в своих конструкциях. Вот почему до недавнего времени были так распространены выходные каскады преобразователей напряжения высоковольтных схем с "раскачкой" импульсным трансформатором. Последний включался между базой и эмиттером выходного транзистора. Этим "убивали двух зайцев". Первое - это замыкание (почти накоротко) по постоянному току выводов базы и эмиттера транзистора. То есть решается автоматически проблема UКЭмакс (UКЭмакс, ограниченное сопротивлением между базой и эмиттером). Второе - получение, возможность подачи импульсов во время запирания этого транзистора. А ведь, как известно, это наилучший метод "отсоса" неосновных носителей из базы биполярного транзистора. Но поскольку в схеме рис.1 больших коммутирующих мощностей нет, то и оказалось возможным обойтись простой системой управления ключевым транзистором VT2. Поскольку система у нас резонансная, то довелось тщательно подбирать параметры импульса. Это делается с помощью установленных в плату двух подстроечных резисторов R9 и R10. Отдельно выбираются длительность паузы (tп) и импульса (tи). Только так можно добиться хороших показателей в плане энергопотребления при требуемом высоком выходном напряжении (≥25 кВ). Частота выбирается изменением емкости конденсатора С5 (20-50 кГц). Необходимо подчеркнуть, что от простейшего параметрического стабилизатора (R3-R6, VD5) запитана не только микросхема тактового генератора, но и транзистор VT1. Вот почему так важно оптимизировать схему управления мощным выходным транзистором VT2. Кстати, мой вариант конструкции сохраняет работоспособность вплоть до уменьшения сопротивления резистора R13 до 33 Ом включительно. То есть фактически использован маломощный источник напряжения, причем один на "два фронта". Резистор, установленный в цепи коллектора (R12), служит как раз вот таким своеобразным оптимизатором формы импульсов. Благодаря его наличию удалось "выжать" из схемы все необходимое, т.е. полностью решить поставленные задачи. Нагрузкой транзистора VT2 служит первичная (І) обмотка импульсного трансформатора Т1. Совместно с конденсатором С13 I обмотка образует колебательный контур. Такое исполнение обеспечивает высокий и устойчивый КПД ионизатора в целом. Диод VD8 служит для защиты транзистора VT2 от обратного напряжения. О конденсаторе С4. Без этого элемента схема нормально функционировать не будет. Скажу честно, было испытано несколько вариантов схем выходного каскада и узлов, питающих эти схемы. Если установлен резистор с нагрузкой усилителя, то блокирующий конденсатор не просто нужен, он необходим. Иначе не обеспечивается нормальный режим работы самого усилительного элемента. Причем установка в качестве блокирующего конденсатора "звенящего" экземпляра приводит к печальным результатам. Если нагрузка "колеблется" с частотой 20-30 кГц и более, то блокирующий конденсатор должен быть способен эти "колебания" погасить, т.е. "взять на себя" и замкнуть на общий провод. Вспомните звукотехнику. Как много говориться об искажениях, фиксируемых измерительным оборудованием. И лишь изредка встречаются замечания по поводу качества использованных конденсаторов. Самыми низкочастотными конденсаторами являются электролитические. Вот почему в ответственных случаях их шунтируют более высокочастотными - неэлектролитическими. Со вторичной (II) обмотки импульсного трансформатора Т1 переменное напряжение поступает на высоковольтный умножитель напряжения, который собран на элементах С7-С12, С14-С17 и Д9-Д18. Увеличенное количество умножительных звеньев (10 против 6 традиционных) позволило уменьшить до 3 кВ (достаточно уже 2,5 кВ) выходное напряжение с обмотки II импульсного трансформатора Т1). А это отодвигает рабочий режим трансформатора подальше от области его функционирования вблизи возможного электрического пробоя. Последнее обстоятельство очень опасно для этого моточного узла. Как подтвердили эксперименты и эксплуатация, до 4 кВ трансформатор работает устойчиво, без "коронных" и других опасных для него эффектов. Повышение напряжения на II обмотке до 5 кВ может вызвать пробой изоляции между витками, что выводит трансформатор из строя. То есть, при исполнении импульсного трансформатора без заливки компаундом его надежная эксплуатация допустима лишь при выходном напряжении не более 4 кВ. А заливать компаундом это изделие мне не хотелось. Поэтому было принято решение об увеличении числа умножительных звеньев. Это, ко всему прочему, разгружает и элементы умножителя напряжения по установившемуся на них напряжению. Последнее обстоятельство отблагодарит нас отсутствием отказов элементов умножителя напряжения. В то же время шестикаскадные умножители высокого напряжения мне уже доводилось ремонтировать, причем замене подлежали как диоды, так и конденсаторы ("выход" был -30 кВ, замыканий по выходу не было). Детали. Диоды выпрямительного моста VD1-VD4 типа 1N4007 заменимы любыми аналогичными с допустимым прямым током не менее 0,3 А и обратным напряжением не менее 400 В, например, типа КД105(Б, В, Г), КД226 (В-Е), КД243 (Г-Ж), КД247 (Г-Ж), КД209 (А-Г) и т.д. Вполне возможно использование и диодных мостиков типа КЦ405, КЦ402, КЦ407 и т.д. Но в этом случае разводку печатной платы нужно видоизменить. Конденсатор С1 любого типа на требуемое напряжение емкостью 10-30 мкФ. В моей конструкции установлен ("лежа") К50-12. Конденсатор С2 типа К50-35, его емкость также не критична и может быть в пределах 50-200 мкФ. Рабочее напряжение должно быть больше напряжения стабилизации стабилитрона VD5. Конденсатор С3 типа К73-17, его емкость может быть в пределах 0,022-0,1 мкФ. Конденсатор С4 должен быть высокого качества (малый tgδ, т.е. тангенс угла диэлектрических потерь должен быть поменьше). Я применил типа К78-2. Это хорошие конденсаторы. Они пригодны даже для разделительных элементов между ламповыми каскадами качественного усилителя звука. Конденсатор С5 слюдяной типа КСО, а С6 - КД. Контурный конденсатор С13 составлен двумя последовательно соединенными конденсаторами типа К15-5 емкостью 2200 пФ с рабочим напряжением 6,3 кВ каждый. Суммарная емкость 1000 пФ, а эквивалентное напряжение 12 кВ. Подстроечные резисторы R9 и R10 типа СП3-38б. Резистор R14 высоковольтный типа КЭВ-2. Остальные резисторы типа МЛТ (можно МТ). Диоды высоковольтного умножителя Д9-Д18 типа КЦ106Г, можно установить КЦ106В и даже КЦ106Б. Сейчас на рынке можно приобрести самые разнообразные радиокомпоненты. Но, как показывает практика, радиоэлементы чаще выходят из строя по причине перенапряжений, чем от токовых перегрузок. А нередко бывает так, что детали просто не соответствуют тем параметрам, которые гарантированы в ТУ. Конденсаторы умножителя С7-С12 и С14-С17 также должны иметь коэффициент нагрузки поменьше (не 0,7, как обычно допускается по напряжению). Я установил К15-4 (470 пФх20 кВ), так что запас по прочности достаточный. Дело в том, что сжечь элементы умножителя легче всего именно в процессе наладки (или экспериментов, как это и бывало). Так что запас по электрической прочности в данном случае - не роскошь, а необходимость. Во время экспериментов на II обмотке вполне могут возникать импульсы (выбросы) напряжения, которые значительно превышают номинальное или рабочее напряжение II обмотки трансформатора Т1. А это и приводит к дефектам диодов и конденсаторов умножителя. И лишь в хорошо налаженной схеме можно установить элементы с коэффициентом нагрузки 0,7 или 0,5 без риска вывести их из строя. Теперь о самом "страшном" - импульсном трансформаторе. От аккуратности изготовления этого изделия во многом зависит надежность прибора в целом. Сердечник - ферритовый магнитопровод марки 600НН ∅ 8 мм и длиной 160 мм. Обе обмотки размещены на секционированном каркасе. Чтобы избежать лишних хлопот с вытачиванием секционного каркаса, был проверен более доступный вариант секционированного исполнения обмоток трансформатора Т1. Этот способ не требует применения токарных работ и как нельзя лучше подходит для домашних условий изготовления секционированных катушек и трансформаторов в импульсной схемотехники. Сначала на ферритовый стержень наматывают 3-4 слоя трансформаторной (пропарафиненной) бумаги. Подойдет и любая другая плотная бумага. После этого измеряют диаметр полученного изделия штангенциркулем. Нарезают заготовки из нефольгированного стеклотекстолита квадратной формы размером 30х30 мм. Их должно быть 11 шт. Подойдет и любой другой электроизоляционный материал толщиной более 0,5 мм. В центре заготовок сверлим отверстие по диаметру заготовки, измеренному штангенциркулем. Эти заготовки впоследствии должны быть под рукой, так как технология изготовления потребует быстроты установки ее на стержень. Все обмотки намотаны проводом ПЭЛШО 0,25. Этот провод двойной изоляции, и здесь это не является излишеством. Производить намотку более толстым проводом не стоит, так как провод не поместится в предусмотренные секции, и обмотки будут занимать неоправданно громоздкое пространство в корпусе прибора. Меньший диаметр - пожалуйста. Итак, первую изоляционную прокладку фиксируют на ферритовом стержне клеем или скотчем вблизи одного из концов феррита. Всего должно быть десять секций на ферритовом стержне. Поэтому любым пишущим предметом делаем разметку для размещения будущих прокладок-перегородок необходимых секций-обмоток. После этого устанавливаем и вторую изоляционную прокладку. Закрепляем ее нитками со стороны, где будем мотать. В образовавшейся катушке наматываем 300 витков. Так делаем 10 раз подряд. Считаем, что II обмотка уже намотана и содержит 3000 витков провода ПЭЛШО 0,10,25. Теперь остается намотать I обмотку. Она расположена сверху, т.е. поверх II обмотки. Ее также "разбивают", но только на четыре секции, считая от "холодного" конца (верхний по схеме вывод I обмотки). Ни в коем случае нельзя производить намотку вблизи вывода II обмотки, где будет присутствовать напряжение несколько киловольт! В каждой из четырех секций размещено по 75 витков такого же провода, как и ранее (т.е. всего 300 витков). Таким образом удается избежать технологических проблем с изготовлением секционированного каркаса и дефицитов в процессе изготовления высокочастотного трансформатора. Действительно, измерьте прибором для измерения емкости емкость данной катушки (II обмотки). Приятно удивит тот факт, что емкость фактически ничтожна! Тоже справедливо и для I обмотки этого трансформатора (единицы пФ!). Отмечу, что длину ферритового стержня можно как уменьшить в 1,5 раза, так и увеличить в 1,5 раза. Можно изменить в широких пределах и соотношения витков. Но электрического пробоя (см. выше) не избежать никак без диэлектрического наполнителя (герметизатора), если захотите "вытянуть" более высокое напряжение с обмотки II Т1. Благодаря тому, что форма щечек секционированного каркаса квадратная, трансформатор можно легко закрепить на печатной плате. Транзистор VT1 выбран с параметром ∆h21э>>300 (Iб=const=1 мкА). Транзистор VT2 отобран с помощью измерителя Uкэмакс (>>1200 В). Вместо транзистора КТ828А устанавливаем также и КТ838А. С другими типами транзисторов работу аэроионизатора не проверял. Хотя можно предположить, что вполне подойдут и КТ872А, и производства дальнего зарубежья BU508, и т.д. Конструктивное исполнение. Все элементы схемы рис.1, кроме умножителя напряжения, размещены на печатной плате (рис.2), которая помещена в пластмассовый корпус размером 150х180х45 мм.
Высоковольтный умножитель напряжения размещен в отдельном корпусе размером 140х70х60 мм. У конденсаторов К15-4 имеются резьбовые контакты с одной стороны корпуса. Поэтому они прикреплены к изоляционной пластине гайками. Диоды КЦ106Г припаяны непосредственно к выводам этих конденсаторов. В верхней крышке пластмассового корпуса установлена изоляционная трубка D16 мм и длиной около 20 см. К выводу резистора R14 припаяно 12 проводов из нихрома ∅ 0,15 мм и длиной около 30 см. Эти проводники через изоляционную трубку выходят наружу. Это и есть излучатель отрицательных аэроионов воздуха. Он представляет собой своеобразную метелку из 12 проводов длиной более 10 см, считая от края изоляционной трубки. И еще один очень важный момент. Детали высоковольтного умножителя должны быть залиты компаундом. Хорошо подходит парафин. Не верьте описаниям конструкций ионизаторов, где высокое напряжение ≥25 кВ и не требуется заливка компаундом. Якобы достаточно закруглить края острых паяных соединений и все. Но это не так. Чем выше напряжение, тем сильнее идут процессы, сопровождающиеся только прогрессированием. А это слишком быстро приводит к дефекту деталей умножителя. Совсем другое дело - герметизация деталей умножителя. И только перекрыв доступ воздуха (кислорода!) к элементам высоковольтных схем, мы предохраняем их от скорых дефектов. Вот почему все умножители напряжений для телевизоров имеют герметичное исполнение, хотя их высокие напряжения находятся в пределах 16-27 кВ (и даже меньше). Блок преобразователя и блок умножителя соединены между собой высоковольтным кабелем длиной около 120 см. Если такого кабеля в наличии нет, то его заменяют самодельным. Такой кабель изготовляют из радиочастотного телевизионного типа РК-75. Для этого достаточно удалить оплетку-экран. Нижний по схеме отвод II обмотки трансформатора Т1 соединяют отдельным многожильным изолированным проводником. Предпочтение отдаем кабелю РК-75 с многожильным центральным проводником. Это особенно важно, если ионизатор планируется использовать при частных переменах рабочих мест. Провод будет много раз изгибаться, значит, его надежность, прочность должны этому соответствовать. Если же конструкцию выполнить в едином корпусе, то придется все внутреннее пространство заполнять компаундом. В противном случае выходит из строя микросхема генератора и другие элементы преобразователя напряжения. Но зато легко избавляемся от соединительного высоковольтного кабеля. О налаживании. Схема, собранная на исправных радиокомпонентах, начинает работать сразу. Первое включение производят с помощью лабораторного автотрансформатора (ЛАТРа) с амперметром, имеющим предел измерения тока 0-100 мА. Установив напряжение ЛАТРом на минимум, постепенно его увеличиваем. Исправная схема не должна потреблять большого тока. Но расстроенная конструкция может потреблять ток 50-70 мА и даже больше. Поэтому выходной транзистор, снабженный небольшим радиатором CAL (70х70х1,5 мм), будет сильно прогреваться. А в то же время хорошо отлаженный экземпляр потребляет ток от сети около 33 мА (не более 40 мА). Теперь транзистор будет едва теплым на ощупь. Когда напряжение на стабилитроне станет близким к напряжению стабилизации, можно начинать регулировку параметров генератора. Движки подстроечных резисторов оставляем в таком режиме работы генератора, при котором обеспечивается наибольшее выходное напряжение на выходе умножителя. Я при налаживании отключал умножитель от ІІ обмотки трансформатора Т1. Используем однополярный выпрямитель на диоде КЦ106Г и один конденсатор 470 пФх20 кВ. Кроме того, применяем токоограничивающий резистор сопротивлением 100 МОм типа КЭВ-2 и головку на 50 мкА. Получаем вольтметр с верхним пределом на 5 кВ. Впрочем, напряжение можно контролировать и в точке соединения конденсаторов С8 и С10 с диодами VD10 и VD11 через такой же резистор. Но это возможно, пока умножитель негерметизирован. В моей конструкции сопротивление резистора R9 равно 125 кОм, а R10 = 287 кОм (измерены универсальным вольтметром типа В7-38). После этого подбирают сопротивления резисторов R12 и R13. Резистор R13 можно и не подбирать, если сопротивление его в пределах 47-100 Ом не ухудшает работу схемы в целом. Сопротивление резистора R12 подбирают с точки зрения получения максимального напряжения на обмотке ІІ трансформатора Т1. Нужно не просто "попасть в резонанс" с контуром, образованным І обмоткой трансформатора Т1 и конденсатором С13, но и найти (в буквальном смысле этого слова!) наивыгоднейший режим работы преобразователя. А резистор R12 как раз влияет на такой режим работы транзистора VT2. Честно говоря, все регулировки влияют как на величину импульсного напряжения на выходе ІІ обмотки Т1, так и на потребляемый прибором ток от сети. И еще. Нельзя забывать о технике безопасности, так как элементы схемы преобразователя гальванически соединены с электрической сетью! Литература:
Автор: А.Г. Зызюк
Искусственная кожа для эмуляции прикосновений
15.04.2024 Кошачий унитаз Petgugu Global
15.04.2024 Привлекательность заботливых мужчин
14.04.2024
▪ Быстрое измерение параметров магнитного поля ▪ MAX30102 - датчик пульса и содержания кислорода в крови ▪ Датчик для умного дома Mi Human Sensor 2
▪ раздел сайта Загадки для взрослых и детей. Подборка статей ▪ статья Братья наши меньшие. Крылатое выражение ▪ статья Почему архипелаг Огненная Земля так называется? Подробный ответ ▪ статья Витекс священный. Легенды, выращивание, способы применения ▪ статья Комплектация ветроэлектрических установок. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники ▪ статья Сера в яичном белке. Химический опыт
Комментарии к статье: Юрий Сложности в перемотке и подбора трансформаторов. Лучше бестрансформаторные системы.
Главная страница | Библиотека | Статьи | Карта сайта | Отзывы о сайте
www.diagram.com.ua |
Смотрите другие статьи раздела 
Последние новости науки и техники, новинки электроники:
All languages of this page