Схема и формулы к расчету зарядных устройств аэроионизаторов

 

Схема расположения коронирующих электродов	Напряжение зажигания короны, В, при атмосферном давлении 1,013·103Па и 200С	Ток короны
1. Коаксиальные цилиндры   -		. А/м
2. Провод – плоскость		. А/м

 

3. Провод между плоскостями		. А/м
4. Игла – плоскость		. А/м

 

 

 

Рис 1. Игольчатый электроразрядник: 1 – игла швейная №3; 2 – провод экранирующий; 3 – корпус; 4 – основание для крепления игл; 5 – крышка изоляционная; 6 – провод токопроводящий

 

 

Пример. Рассчитать разрядное устройство аэроионизатора для помещения, в котором содержат телят в возрасте до 1 месяца. Схема помещения показана на рис. 2. Расчетная высота помещения 4 м.

Концентрация отрицательных аэроионов для телят возрастом до 1 месяца составляет 2·10¹¹ ион/м³ (табл. 1). Продолжительность ионизации воздуха 6…8 ч. в сутки.

 

 

 

 

Рис.2. Схема размещения аэроионизационной установки в животноводческом помещении: 1 – щит силовой; 2 – блок питания аэроионизатора; 3,5 – кабель РК=75-17-21, соединяющий блок питания с разрядной линией; 4 – изоляторы; 6 – трос; 7 – линия разрядная (провод ПБД 1×2); 8 – устройство натяжное.

 

Разрядное устройство выполняем из провода ПБД1×2. Провода натягиваем в помещении на h≥2,5 м от пола над зоной содержания животных. Расчетная схема расположения коронирующих электродов соответствует позиции 3 в табл. 2. Радиус коронирующего электрода равен радиусу ворсинок хлопчатобумажной оплетки провода, r=3,5·10^{-5 м. Высота} h между коронирующим проводом и полом составляет 2,5 м., потолком – 1,5 м. Расчетной высотой принимаем h=2,5 м.

 

 

Высокое напряжение получают в схеме умножения напряжения. Пример одной из таких схем показан на рис. 3.

В первый полупериод напряжения конденсатор С1 заряжается до напряжения  U_cl=U_2max.  Во второй полупериод С2 заряжается через С1 и вентиль VD2 до напряжения C_c2=U_2max+U_cl=2U_2max, в третий – С3 через С2, VD3 и С1 до U_с3= U_2max+U_{c2 ­}- U_cl=2U_2max и т. д. Каждый конденсатор за исключением С1 заряжается до напряжения 2U_2max. Выходное напряжение схемы умножения на холостом ходу U_р=рU_2max, где р – число конденсаторов в схеме. Максимальное обратное напряжение на вентиле U_обр=2U_2max.

Несимметричная схема выпрямления с умножением напряжения (рис. 3) содержит общую точку для трансформатора и нагрузки, которая может быть заземлена. Это важное преимущество таких схем, с точки зрения безопасности.

 

 

IN~50Гц 380/220В

 

 

Рис. 3. Схема выпрямления и умножения напряжения

 

Разрядное устройство выполняем из провода ПБД1×2. Провода натягиваем в помещении на h≥2,5 м от пола над зоной содержания животных. Расчетная схема расположения коронирующих электродов соответствует позиции 3 в табл. 2. Радиус коронирующего электрода равен радиусу ворсинок хлопчатобумажной оплетки провода, r=3,5·10^{-5 м. Высота} h между коронирующим проводом и полом составляет 2,5 м., потолком – 1,5 м. Расчетной высотой принимаем h=2,5 м.

Исходными данными к разработке источника питания являются напряжения U_p и ток I_p разрядной линии, мощность источника питания P_н и др.

Высокое напряжение получают в схеме умножения напряжения. Пример одной из таких схем показан на рис. 3.

В первый полупериод напряжения конденсатор С1 заряжается до напряжения  U_cl=U_2max.  Во второй полупериод С2 заряжается через С1 и вентиль VD2 до напряжения C_c2=U_2max+U_cl=2U_2max, в третий – С3 через С2, VD3 и С1 до U_с3= U_2max+U_{c2 ­}- U_cl=2U_2max и т. д. Каждый конденсатор за исключением С1 заряжается до напряжения 2U_2max. Выходное напряжение схемы умножения на холостом ходу U_р=рU_2max, где р – число конденсаторов в схеме. Максимальное обратное напряжение на вентиле U_обр=2U_2max.

Несимметричная схема выпрямления с умножением напряжения (рис. 3) содержит общую точку для трансформатора и нагрузки, которая может быть заземлена. Это важное преимущество таких схем, с точки зрения безопасности.

Формулы и последовательность расчета схемы умножения даны в примере.

ЗАДАЧА. Рассчитать несимметричный выпрямитель с шестикратным умножением напряжения (рис. 3). Напряжения на разрядной линии U_р=13,1 кВ, ток I_p=8,6·10^{-6 A}.  Вторичное сопротивление трансформатора с нагрузкой R_2м=U_p /I_д, I_д=4·10^-3 А – допустимое значение силы тока по условиям техники безопасности.

Последовательность расчета

Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения S≤0,1. Частота переменного тока f=50 Гц.

Безразмерный параметр

.

По величине А на рис. 4а определяем В.

Действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора

 В.

Из рис. 4б по А находим F.

I_2max=pFI_р ,A.

По рис. 5а находим D.

Действующее значение тока на вторичной обмотке трансформатора.

 

 

, А.

 

Величина обратного напряжения на величине

В.

Принимаем конденсаторы с одинаковой величиной емкости

 ,мкФ.

По рис. 5б находим Н (при m=2), где m – количество выпрямляемых полупериодов напряжения сети.

Проверим величину емкости конденсатора по допустимой величине коэффициента пульсации по четной гармонике

,мкФ,

по нечетной гармонике

,мкФ.

Принимаем максимальное значение емкости каждого конденсата

3,3·10^-4 мкФ. Выбираем керамические конденсаторы К15-5 с емкостью

0,33 нФ.

Величина сопротивления R_орг, ограничивающего ток короткого замыкания в цепи разрядной линии

,Ом,

где: I_n=(5…10) I_p – полный ток разрядной линии с учетом утечки изоляции, А.

По условиям безопасности ток короткого замыкания линии должен превышать 4·10^-3 А, а ограничивающее сопротивление в случае должно быть не менее

,Ом

Выбираем резистор МЛТ1 с сопротивлением 330 Мом.

Мощность тепловых потерь в ограничивающем резисторе

По расчетным параметрам выбирают конденсаторы, вентили, резисторы, трансформатор схемы умножения, провода, соединяющие источник питания с разрядным устройством.

 

Рис. 4. Зависимость коэффициентов В, F от параметра А

 

 

Рис. 5. Зависимость коэффициентов D,H от параметра А