CC BY
75
УДК 621.359.48 И.М. Кирпичникова, Е.О. Гамов, А.В. Мельников
ИССЛЕДОВАНИЕ ИСТОЧНИКА ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ФИЛЬТРА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ПОМЕЩЕНИЙ
Эффективная работа электростатического фильтра для очистки воздуха помещений в значительной степени зависит от источника высокого напряжения. В статье приведена схема такого источника, удовлетворяющая требованиям и обеспечивающая надежную работу как источника, так и аппарата очистки в целом. Представлены результаты исследований источника высокого напряжения при колебаниях напряжения сети.
Электростатические фильтры (ЭСФ) предназначены для очистки воздуха помещений от мелкодисперсной пыли, микроорганизмов, вредных аэрозолей и для дезодорации воздуха [1]. Областью их применения являются помещения, относящиеся к категории «чистые» и «особо чистые» (операционные, цеха по производству высокоточной полупроводниковой и другой техники, вакцины и др.), а также жилые, общественные, детские, лечебные учреждения, предприятия по переработке сельскохозяйственной продукции, производству продуктов питания и другие, где требуется чистый воздух. Техническая характеристика фильтра представлена в таблице.
Технические характеристики электростатического фильтра
Номинальное напряжение питающей сети, В 220
Потребляемая мощность, Вт 3,0
Средняя степень очистки воздуха от пыли, % 95-97
Диапазон улавливаемых частиц, мкм 0,1 - 1,0 и выше
Скорость воздушного потока, м/с До 0,76
Объемная подача воздуха, м3/ч До 250
Аэродинамическое сопротивление, Па Не более 2,0
Пылеемкость, г/м2 300
Период регенерации осадительных пластин, дней 90
Принцип действия фильтра основан на использовании естественного заряда частиц и осаждения их на осадительных пластинах под действием сил электростатического поля.
Источник высокого напряжения (ИВН) служит для питания ЭСФ и создания необходимой напряженности межэлектродного промежутка, которая, как известно, определяется отношением:
Е = — кВ/м, й
где U - напряжение, подаваемое на пластины фильтра, кВ; б - межэлектродное расстояние, м.
Основными показателями, характеризующими ИВН, являются:
- надежность работы;
- значение и возможность регулирования выходного напряжения;
- наличие защиты при аварийных режимах;
- коэффициент полезного действия;
- габариты и масса.
Надежность работы любой установки, в том числе и ИВН, оценивается временем наработки на отказ и вероятностью безотказной работы. Учитывая, что ЭСФ предназначен для круглосуточной работы в течение длительного времени, надежность работы ИВН в данном случае будет одним из основных показателей, к которому предъявляются высокие требования. Прежде всего, наработка на отказ ИВН должна составлять не менее 10000 часов, для этого необходимо предусмотреть использование интегральных микросхем и микросборок. Для обеспечения надежности ИВН должен быть построен по модульному принципу.
Рабочий диапазон напряжения, подаваемого на пластины ЭСФ, составляет 7 - 12 кВ. Эти напряжения должны обеспечиваться источником на его выходе и регулироваться в таких пределах.
Наличие высокого напряжения является предпосылкой для увеличения токов утечки, которые в маломощных устройствах под воздействием влияющих величин могут быть сравнимы с выходным током, что приведет к изменению выходного напряжения. Поэтому стабильность выходного напряжения должна обес-
печиваться конструктивно-технологическими мерами. В процессе работы ЭСФ могут возникнуть кратковременные перегрузки, например, пробой межэлектродного промежутка. В связи с этим ИВН должен иметь соответствующую защиту.
КПД источника питания во многом определяется выходным током. В маломощных источниках получение высокого КПД затруднено, так как режим работы этих источников близок к режиму холостого хода.
Значение помех от ИВН при его работе не должно превышать норм, установленных стандартом.
Наряду с требованиями к выходным и входным параметрам, к ИВН предъявляются также требования конструктивно-технологического исполнения. Конструкция высоковольтного источника электропитания должна обеспечивать тепловой режим, удобство обслуживания, уровень технологичности, уровень унификации, безопасность работы при обслуживании установки. К конструктивно-технологическим требованиям относится также уровень миниатюризации.
Так как эффективность очистки зависит от величины питающего напряжения, то любые его колебания могут привести к нестабильности работы установки. Это обстоятельство необходимо учитывать при разработке источника питания для таких фильтров.
Целью настоящей работы является разработка малогабаритного источника высокого напряжения для питания ЭСФ, отвечающего перечисленным требованиям и обеспечивающего необходимые параметры напряжения для ЭСФ.
Одним из требований, предъявляемых к ИВН, является его надёжная работа и стабильность напряжения на выходе.
Для разработки источника была составлена структурная схема ИВН (рис. 1).
В соответствии со схемой, для обеспечения безопасности обслуживания ИВН и уменьшения габаритов источника напряжение на выходе стабилизатора составляет 12 В.
Рис. 1. Структурная схема ИВН: СТ- стабилизатор напряжения; АГ - релаксационный автогенератор; УН - умножитель напряжения
Применение релаксационного автогенератора в схеме обусловлено тем, что коэффициент трансформации трансформатора зависит от частоты приложенного к нему напряжения [2-3]. Согласно [4], в данном случае целесообразно применение однотактного автогенератора. Однако с повышением частоты переменного напряжения возрастают потери в магнитопроводе трансформатора, а повышение напряжения связано с увеличением габаритов, т.к. потребуется обеспечить надёжную изоляцию. Для решения данной проблемы на выходе трансформатора автогенератора был предусмотрен умножитель напряжения.
Схема такого источника высокого напряжения представлена на рис 2.
СЗ О.ОІмкФ
Рис. 2. Схема источника высокого напряжения
Испытание ИВН показали, что он обеспечивает стабильное высокое напряжение, подаваемое на пластины фильтра.
Особенностью сельских электрических сетей является то, что они часто имеют отклонения напряжения в сторону уменьшения. Учитывая этот факт, необходимо было предусмотреть устройство, обеспечивающее стабилизацию выходного напряжения ИВН (ивых) по низкому напряжению сети (исети).
Одним из вариантов решения проблемы может быть использование стабилизатора КР142ЕН8Б.
При включении ИВН переменное напряжение, пониженное сетевым трансформатором ТУ1, подаётся на двухполупериодный выпрямитель, собранный на диодах VD1-VD4. Постоянное пульсирующее напряжение с выпрямителя подаётся через сглаживающий входной фильтр С1 на стабилизатор КРМ2ЕН8Б, на выходе которого включён выходной сглаживающий фильтр С2. Далее постоянное стабилизированное напряжение подаётся на релаксационный автогенератор, собранный на транзисторе VT1. В базовую цепь транзистора VT1 включена цепь R1R2C3, которая задаёт частоту колебаний автогенератора. Нагрузкой автогенератора служит трансформатор TV2, со вторичной обмотки которого снимается переменное высокое (1,5-2 кВ) напряжение и подаётся на умножитель УН8,5/25-1,2А. Умноженное и одновременно выпрямленное постоянное напряжение подаётся на выходные клеммы ИВН, к которым подключается ЭСФ очистки воздуха помещений. Охлаждающий вентилятор М включён непосредственно к выходу выпрямителя VD1-VD4 для облегчения режима работы стабилизатора КР142ЕН8Б.
Было произведено испытание ИВН при снижении напряжения сети и при его повышении от номинального (рис.3).
ри1 ЛАТР PV1
Рис. 3. Схема испытания ИВН; РУ1 - вольтметр АМВ; РУ2 - вольтметр С196
Повышение напряжения осуществлялось с помощью лабораторного автотрансформатора (ЛАТР) от номинального ин=220 В до напряжения итах=245 В.
Было установлено, что при увеличении исети от номинального стабильность ивых сохраняется (рис. 4).
ь220 исети ,.245.,
Рис. 4. Зависимость напряжения на выходе ИВН от повышения напряжения сети
Изменение напряжения вниз от номинального также производилось с помощью ЛАТРа с учётом регламентируемого (7,5%) и встречающегося на практике отклонения напряжения (до 18%) (рис. 5).
6.985
Uвых 6.98"
6.975
'6.97Н--------------------------------------------
180 190 200 210 220
исети
Рис. 5. Зависимость напряжения на выходе ИВН от снижения напряжения сети
Как видно из рис. 5, при изменении исети вниз от номинального значения ивых также остаётся неизменным, что отвечает требованиям надёжной работы электростатического фильтра.
Таким образом, проведённые исследования показали, что разработанная схема ИВН может быть использована для обеспечения необходимого значения напряжения в соответствии с требованиями и обеспечения надёжной работы ЭСФ по очистке воздуха помещений.
Литература
1. Кирпичникова, И.М. Электросберегающие системы электроочистки воздуха в сельскохозяйственных помещениях с повышенными требованиями к чистоте воздуха / И.М. Кирпичникова. - Челябинск: Изд-во ЧГАУ, 2001. - 80 с.
2. Ёркин, А.М. Лампы с холодным катодом / А.М. Ёркин. - М.: Энергия, 1972. - 127 с.
3. Терещук, Р.М. Малогабаритная радиоаппаратура: справ. / Р.М. Терещук. - Киев: Наукова думка, 1976. -202 с.
4. Малинин, Р.М. Справочник по транзисторным схемам / Р.М. Малинин. - М.: Энергия, 1968. - 168 с.
----------♦-------------
УДК 621.311.1.001.25 Н.К. Катаева
АДАПТАЦИЯ УЗО К НЕСИММЕТРИЧНЫМ РЕЖИМАМ СЕЛЬСКИХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ
Статья посвящена решению проблемы несимметрии с помощью создания многокритериальной модели с неопределенными факторами. Приведены методы адаптации, которые позволяют решить вопросы по исследованию работы УЗО в условиях несимметричных режимов.
Надежность систем электроснабжения сельских радиальных распределительных сетей в значительной степени определяется устойчивостью ее элементов к различным возмущающим факторам. При этом существует ряд методик, оценивающих устойчивость систем сельского электроснабжения [1-2].
Совершенствование научной базы ведет к расширению диапазона изучения параметров, ориентированных на «погодные условия» [3] или «худший случай» для максимального объема нагрузки потребителей [4].
Методы адаптации, ведущие к обеспечению устойчивости, как правило, ориентированы на определение минимальных критериев оптимизации, поэтому стохастические факторы вводятся в задачи в соответствии с экстремальными значениями.
