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高压静电吸发器的设计与研究
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河南科技学院 2009 届本科毕业论文（设计） 论文题目： 高压静电吸发器的 研究与 设计 学生姓名： 朱凯 所在院系： 机电学院 所学专业： 应用电子技术 教育 导师姓名： 田泽正 完成时间： 2009 年 05 月 18 日 1 摘 要 本文介绍了一种家庭实用的高压静电除尘器。文中首先简述了静电的危害以及目前静电在工农业中的应用，以及现在家庭用吸尘器的工作原理，然后提出如何利用静电吸附原理清理室内地面毛发的思路，最后叙述了几种常见高压静电发生器的工作原理，对几种常见电路进行了分析，并对所选用的电路进行了详 细的分析。论文分析了尘粒在电场中的运动规律及吸附条件，给出了设计除尘装置的理论方程，还介绍了梳状电极。此装置既可用于普通居民家庭中地面毛发等灰尘的清理，又可用于理发店美发厅等易积聚毛发场合的地面毛发等灰尘的清理。 关键词 高压静电 ， 静电吸附 ， 直流高压电源 ， 梳状电极 ， 除尘装置 a of of in of of a to of of he of to a in of of of a be in of be in to as of C 录 1 绪论 . 1 电的危害 . 1 电的应用 . 1 前吸尘器的工作原理 . 2 设计简介 . 2 2 高压静电发生器的设计与研制 . 3 案一 . 3 案二 . 4 案三 . 5 案四 . 6 案五 . 8 路分析 . 8 源电路 . 9 源的振荡电路 . 9 大及振荡电路 . 10 压升压及倍压整流电路 . 10 流自动控制电路 . 11 离和滤波电路 . 11 终方案 . 12 3 电场中尘粒的分析 . 12 尘装置电学分析 . 13 场中尘埃的力学分析 . 13 4 吸尘头装置的设计 . 15 状电极 . 15 尘头装置 . 16 5 结束语 . 17 致谢 . 17 参 考文献 . 18 1 1 绪论 静电这个词对大家来说都不陌生，我们对静电的危害早已闻之胆颤，目前对静电的应用也越来越广泛。但其应用依然停留在“高处”，至今尚未走入家庭。目前家庭用的吸尘器利用的是真空吸尘，若能利用静电吸附尘埃特别是毛发，这一方向将具有很好的应用前景。本设计主要介绍高压产生电路的原理和吸尘头装置的设计。 电的危害 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（ 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。 电的应用 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。 静电已广泛应用于静电除尘和分选、静电喷涂、静电纺纱、静电植绒、静电复印、静电制版、静电火箭发动机、静电轴承、静电陀螺仪、静电透镜、静电育种、静电常温灭菌 。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； 2 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。 前吸尘器的工作原理 目前吸尘器的工作原理主要是利用真空吸尘， 吸尘器主要由起尘、吸尘、滤尘三部分组成，一般包括串激整流子电动机、离心式风机、滤尘器（袋）和吸尘附件。一般吸尘器的功率为 400 1000W 或更高，便携式吸尘器的功率一般为250W 及其以下。 吸尘器能除尘 ，主要在于它的“头部”装有一个电动抽风机。抽风机的转轴上有风叶轮，通电后，抽风机会以每秒 500 圈的转速产生极强的吸力和压力，在吸力和压力的作用下，空气高速排出，而风机前端吸尘部分的空气不断地补充风机中的空气，致使吸尘器内部产生瞬时真空，和外界大气压形成负压差，在此压差的作用下，吸入含灰尘的空气。灰尘等杂物依次通过地毯或地板刷、长接管、弯管、软管、软管接头进入滤尘袋，灰尘等杂物滞留在滤尘袋内，空气经过滤片净化后，由机体尾部排出。因气体经过电机时被加热，所以吸尘器尾部排出的气体是热的。 吸尘器的吸尘桶内装有一个 收集灰尘的盒子，尘垢便留在集尘盒里，盒子装满后，可取出用水刷洗清理。吸尘器配上不同的部件，可以完成不同的清洁工作，如配上地板刷可清洁地面，配上扁毛刷可清洁沙发面、床单、窗帘等，配上小吸嘴可清除小角落的尘埃和一些家庭器具内的尘垢。 设计简介 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之前，首先介绍了目前几种直流高压产生电路，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，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除尘，静电喷漆、粉末静电喷涂等，然而至 3 今还没有人把静电除尘用于家庭。本文设 计了一种具有适 合于家庭用的高压静电发生器，以及吸尘头装置。该装置 目前 在 市场上还没有出现，有很好的 应用领域和 市场前景。 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。 案一 先介绍一个简单点的电路，下图是其电路原理图。 1234 0 0 5 5 512 12 S C 1 6 6 3图 1 电路原理图一 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 集成电路 和 成无 稳态多谐振荡器，振荡频率 f= 示参数约在 20右，经升压变压器 压后，在 次级可得到 20近 10高压，经 流后得到近 7电压，负载电流可达 50 该电路原理简单，制作方便， 是刚开始为了实验看本设计需要多高的电压能将毛发吸起而作的实验电路， 但是 结果因 产生的直流高压过低，不能可靠的吸起毛发纤维等大点的尘埃，不适合作为本设计所选电路 ，但是为本设计的完成起了十分重要的作用 。 4 案二 下面在介绍一个可产生 100升压电路和倍压电路组成的 的直流高压产生电路，并简要分析该电路工作原理 。 9V D 1 8V D 2V D 7 1561000 12V D 3V D 11V D 4V D 1 2C 10100511000 16V D 5 6 35 2 电路原理图二 该电路的振荡升压电路由电阻器 容器 闸管 极管 升压变压器 成。倍压整流电路由二极管 4 成。 接通电源开关 S 后， ， 始充电，在 一次绕组中产生充电电流，二次绕组中产生感应高压。当 满电时， 触发导通， 过 一次绕组对 电，使 止，然后开 始充电，使 歇导通，以上充、放电振荡过程周而复始地进行，即可在 二次绕组上产生近万伏脉冲高压。此脉冲高压经 压整流 ( 3 倍压整流； 3倍压整流； 4 倍压整流 )后，产生 1直流高压。 元器件选择 ： 选用 1/2W 金属膜电阻器。 选用耐压值为 630V 的 容器； 选用耐压值为 容器是 2 层聚乙 烯塑料和 2 层金属箔交替夹杂然后捆绑而成 ；高压 瓷介 电容器由 薄瓷片两面渡金属膜银而成 。 选用 1硅整流二极管； 选用耐压值为2高压整流硅堆。 选用 3A、 800V 的晶闸管。 5 用 14白电视机的行输出变压器改制：一次绕组用 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。 用 220V、 2白炽灯泡。 高 压发生器工作后，在放电间隙 (间隙可调 )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。 该电路产生的直流高压较高，电路原理也不是复杂，可用于粉末涂料生产及高压静电喷塑。但是电路关键元件 行输出变压器改制，而现实是行输出变压器已做成整体很难再加以改制，故也不适合该设计。 案三 再接着介绍一个采用交流 220V 电源供电，能产生近 100直流高压的高压静电发生器，其电路原理图如下图所示。 0 0 0 0 9 0 0 P 0 0 P 9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 电路原理图三 该高压静电发生器电路由电源开关 S、电源变压器 T、整流二极管 容器 阻器 压表 电流表 成，如图所示。 接通电源开关 S，交流 220V 电压经电源变压器 T 升压及 成 9倍压整流电路，倍压整流后，产生 100右的直流高压，一路经 流后输出，另一路经 流后，通过 示出输出电压值。 电路元器件安装完毕后，应使用环氧树脂进行封灌处理，以防止各元器件之间放电。元器件选择 ：选用 1W 的高压电阻器。 选用 耐压值为 30高压瓷介电容器。 用耐压值为 30高压整流硅堆（也可用两只耐压为 1820整流硅堆串联代替），例如 22型号。 用 0 100 T 选用成品升压变压器（二次电压为 12右）也可使用 14白电视机的分离式行输出变压器改制。 S 选用 220V、触头电流容量大于 5A 的双极开关。 6 该电路主要用于工业环境，可用于粉末涂料的生产及静电喷塑等场合，代替高压静电喷涂机的高压发生器电路。 案四 再来看一个用 12V 直流电源供电，用一片集 成电路和十级电压倍增器电路构成的一种高压静电电源。本电路如下图所示，该电路以 12V 直流电源供电，可获得 10000V 直流电压的输出。直流 /直流变换器把它的输出送入一个十级的高压倍增器而产生 10000V 的直流输出电压。 密特六反相器）。门电路 作方波脉冲发生器，它产生很纯净的方波（脉冲式直流）输出。再把 输出送往 输入端，这些反相器并联起来以驱动电流。 T?升压变压器V T 1T P 31 222 D 12I N 40 07V D 1112I C - 610I C - 58I C - 46I C - 32I C - 14I C - 212 3+ 12 5 0. 00 1 电路原理图四 并联的门电路输出脉冲送往 基极，是 着 震荡而开关工作。 集电极与 初级线圈串联。 初级线圈的另一端接 +12V 的电源，并通过 地去耦合。 加在 脉冲信号引起开关作用，造成 铁氧体磁芯升压变压器）初级线圈中的电磁场起伏，在 次级线圈中诱导出极性相反的脉冲信号。把级线圈的脉冲直流输出（在 800V 1000V 之间）加 到十 级电压倍增器电路，此电路含有 及 增器电路把电压提高到十倍，产生的输出电压可达 10000V 直流电压。 通过二极管 电容 反复充放电，倍增器输出将是倍增器中所有电 容的一连串相加的和。为了是电路能有效的工作，必须考虑方形波的 7 频率以及加在倍增器的信号。 数值规定振荡器 输出频率（规定数值大约为 15电位器 来微调振荡器的输出频率。振荡器的频率越高，倍增器的容抗越低。 发光二极管 输出功率的指示器，而氖灯 指示 级线圈的输出。要获得倍增器最大的最好办法是把示波器连接倍增器的高压输出，通过高压探针，调节电位器 取得高电压的输出，如果没有合是的测试工具，可以把倍增器的输出导线与地线相隔 1右 而造成火花，调节 获 得最大的火花输出为佳。 应当注意因倍增器的输出高压将引起强烈的电击，要注意即使把倍增器关闭之后，各电容仍然存储着电荷，如果没有充分放电触及这输出仍会有危险，把这输出短路接地可以清楚这些电荷。 件，对静电很敏感。仅能承受 15V 直流电压超过了这个临界，会损坏，二极管 来防止输入电压极性相反。 从电压倍增器的角度来看，二极管和电容必须能承受输入电压的两倍以上，所以，如果输入是 1000V，所有的二极管和电容必须能承受至少 2000V。由于这种额定电压的二极管很难找到和价钱昂贵，实际上 个都是两个串联的 1A/1000V 整流二极管。安装时要注意以下五点： 1：该装置可以安装在一块自制的电路板上， 须装上合适的散热器，否则会迅速过热而损坏。 2：倍增器必须组装可以防止任何离子漏电。如果高压源末端是尖的，电荷密度就会集中到这点上，而造成离子漏电。所以在焊接倍增器时要使用足够的锡焊焊成平滑的球型焊点，这点非常重要。 3：应该把倍增器焊接面绝缘，以防止任何金属物体接触。可以使用高压绝缘复合材料，也可以使用耐高压油灰。 4：电路的输出要屏蔽的很好的导线， 要 和用于电视显像管阳极高压的屏蔽线一样。这样导线可以安全处理的电压在 伏至 2 万伏之间，并有助于防止电荷漏电。 5：在倍增器电路各级取分路，所以输出电压范围从 1000V 直流电压到10000V 直流电压。例如 阴极可得到 20V 和 6000V 的电压。 该电路十分可靠，保护电路做的也相当不错，只是安装较为麻烦，还需要散热器，作为 大型 工程，厂矿企业十分不错，但是家庭使用显得不是很方便，而且产生的直流高压也不是足够高。 8 案 五 该方案高压 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 5 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 +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 15右的脉冲方波信号。 图 5 电路原理方框图 +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 12右的高压信号，经 8 倍压整流使输出电压可达 80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 +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。 路分析 下图 6 为直流高压产生装置的电路原理图，下面分别对各部分电路进行分析。 在图 6 的高压产生电路的原理图中未给出各个元件具体参数，这是因为刚一开始设定的参数实验出来做成产品的时候很多都有改动了，具体参数是慢慢摸索出来的。于是索性只在分析各部分电 路时才 给出各 个电子元器件的 具体 参数，有的特殊元件还做了介绍，比如高压瓷介电容器，高压硅整流堆，以及哪些电容需选用电解电容哪些需选择瓷质电容，它们的耐压值又是如何等等。 9 1234 24700 13 40 0P F 37 7 F 37 71 31 4 05 4 00 5 55 13压变压器R 1 03 30 31000 W 1 2 31 71 00 m 直流高压电源电路原理图 源电路 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 +27V 稳压源电路。 （ 1） 13V 交流电经桥堆 流和由 三 端固定稳压器 及 6、 成的稳压电路稳压后，输出稳定电压 +12V。电路中的 主滤波电容，4700F， 以消除可能产生的高频自激振荡。 （ 2） 23V 交流电经桥堆 流和由 三 端可调稳压器 1、 成的稳压电路稳压后，输出稳定可调电压 +27V。电路中的 主滤波电容， 以消除高频自激振荡， 选用普通二极管） 用于防止输入、输出端意外短路而损坏集成块。调节电位器 改变输出电压 U，它与 关系为。 另外 电路中的 一大功率三级管，用于扩展电源的输出电流。 源的振荡电路 振荡电路的原理图如 图 7 所示，电路采 时器接成的多谐振荡器来产生所需一定大小的方波信号。 图中各元件的参数如下： 33K， 11 . 2 5 (1 )u R 10 C 为 4700从图中可以看到： C 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； 容 的作用是防止干扰电压对电路的影响。 电阻 用 1/2W 金属膜电阻器 ，电阻 用 1W 高压电阻，可变电阻均选用连续可调的 1M 瓷质精密电阻。 电容 选用耐压值 50 7 8652134N E 55 50 0 P 0 1 振荡电路原理图 大及振荡电路 振荡电路 由 555 集成定时器 外围元件 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： （ 1） 式中： 表集成电路 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 R 47定， 义同 电路原理图可知，调节 改变输出脉冲的频率，而调节 改变输出 脉冲的占空比，功率放大由功率三级管 完成。由于 555 定时器的输出电流最大可达200而可直接驱动功率管 压升压及倍压整流电路 3 4 A D 3 4 3 4 0 0 P 0 0 P 0 0 P 0 0 P F+ 倍压整流电路 4 2 810 . 6 9 3f 11 高压升压由高压升压变压器 成。一般升压后，高压输出能达 12上。倍压整流则由 成的 8 倍压电路完成。 倍压整流电路如图 8 所示， 整流管选用耐压值 2 高压整 流硅堆 ，电容选用 耐压值为 30 在原理图 6 中 设高压变压器 级输出的电压幅值为 U。当次级信号为 上正下负时，则对 电至电压值 U；当信号为上负下正时，则由 电压加 U 值一起对 电至 2U。第 2 个周期开始时，以电压 2U 对 U。以此类推，直到 都充满 2U 电压为止。这样从 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80上。 流自动控制电路 恒流自动控制电路由 元件组成。 以用 一个 达林顿管 2替。 实际工作时，电流经电流表头、 地。随着高压负载的加 大，流过 电流亦增大，到一定值（可通过调节 定）时，三级管 通，原流经 电流将部分地通过 地，从而导致的电压降减小，即集成块 3 脚电位下降，其输出端 2 脚电压亦下降，使功放管 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0 880续可调电压，恒流控制范围可设定在 50 100A。 离和滤波电路 T L P 60 1 31 12333317538462- - 12 31 112V+_17538462- - 12 光电 隔离驱动电路原理图 12 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。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 。 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 变 压器 驱动 。 光电 隔离与 驱动 电路原理图如图 9 所示。 终方案 综上所述 方案五 电路十分可靠，设计合理，使用方便，尤其是 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。相比于前面几个方案本电路较为适合选用。 3 电场中尘粒的分析 静电除尘装置有圆筒式和平行板式两种 , 下面以圆筒式为例设计装置的相关参数。圆筒式除尘装置结构如图 10 所示。尘埃在静电场中的受力及运动轨迹如图 11 中所示。 图 10 圆筒式除尘装置 图 11 尘粒在圆筒中的运动轨迹 13 尘装置电学分析 中心电极为正极 (圆柱形 ) 其半径为 圆筒壁为负极，内径为 可以把它看成圆柱形电容器。电容大小为： （ 2） 式中 0 为空气介电常数， L 为圆柱筒高。将高压静电发生器的输出 在正负极上 , 圆筒中产生径向电场 E。极板上电荷 Q 及单位长度电荷密度 为 ： 02 （ 3） 012 （ 4） 电场内距轴心 r 处的场强 Rar 02rE r （ 5） 方向垂直于轴线呈辐射状，它是一个与 r 成反比的变化电场 er 圆筒内 r 柱面的电势 轴心电势 差值为： 00r E d r d r R （ 6） 场中尘埃的力学分析 当带有灰尘的空气以轴向速度 入圆筒时，尘粒受到电场力重力和空气对它的粘滞 阻力的作用。设尘粒所带电荷为 q，电场强度为 荷电尘粒所受的电场力 0()2 l n ( ) UF q E r R （ 7） 因尘粒半径很小（约 1 10m），尘粒其密度在（ 1 3） 103 kg/ 若尘粒近似球状，可知其所受的重力 为 10 数量级。 球形尘粒在气体中所受的粘滞阻力 球的半径 和速度 v 有关。 6 （ 8） 02 14 式中 为气体的内摩擦系数，即气体的粘度。 随温度的升高而增大。 当 t=0C，=10尘粒迁移的驱动速度为 s，可知 小约为 3 10 以忽略。 尘粒进入圆筒后，在电场力的作用下，沿轴向随气流作匀速运动的同时，必然沿径向产生偏转，如图 10 所示，中心电极为正，当不考虑电晕电流时，它周围产生的电晕的电势可看作 尘粒电荷带电 +q，在 驱动下，会偏向筒壁，最终被吸附在圆筒内壁上。因此圆筒内壁 就形成了收集器（集尘极）。 由（ 9）式（ 10）式（ 11）式和（ 12）式可求出尘粒的运动状态。 6q E （ 9） 式中， m 为尘埃质量，解之得： 16 qE （ 10） 6 mT a式中， T 为速度变化的时间常数。由于 m 很小，所以 T 是很小的，以微粒为 10当它的密度为 1 103kg/有： 33 2 3 6 2 3454 102 1 0 2 ( 5 1 0 ) 1 03 3 . 0 9 1 0 ( )6 9 9 1 . 8 1 0a 而尘粒到达集尘极的时间要比 T 大得多。所以，可以略去（ 10）式的指数项（即忽略粒子的加速过程）。认为尘粒已进入圆筒便达到了以稳定的趋进速度 ()6 6 l n ( )r A q U （ 11） 尘粒以 达的时间 b/进入圆筒的气流速度为 ，穿越整个筒体的时间为 。只有当 ，尘粒才能被吸附到集尘极上。当 r=，电势差 A e， 高压电源输出电压。 1a R l n ( )6 a R （ 12） 15 当高压电源 足（ 12）式，尘粒可被集尘极吸附，达到除尘的目的。此式为除尘装置设计的理论方程。圆柱筒的 L、 粒半径、种类、环境及气流速度等）来确定。 q 有关，从理论上考虑高除尘效果越好，但由于受电源装置绝缘性能和空气击穿等安全条件的限制 ， 宜太高，一般小于几十千伏 。 例如要设计 的一个实际的圆筒式除尘器，取 L=心轴线电晕极半径 1 10m 的尘粒，电荷 q=1010着 式（ 12），尘粒被吸附所需要的高压电源 ： 5 6 2 466 1 . 8 1 0 1 1 0 0 . 0 5 0 . 5 0 . 0 5l n 1 . 7 1 0 ( )1 0 0 . 4 0 . 0 1 当除尘装置的几何尺寸和高压电源电压 定后，除尘装置的捕集效率主要取决于尘粒所带电荷量 q，增大 q 可以提高除尘装置的捕集效率。实验证明，在设计参数选择恰当时，此装置有很好的除尘效果。 4 吸尘头装置的设计 本设计 的高压电源部分已经选用方案五设计的高压发生器电路，该模块可以直接单独使用，就是它也可以独立使用在其他场合。下面详细研究吸发器头部装置。 在做设计之前首先应做好理论分析，另外还要参考 了 目前已有的除尘头装置，特别是用于厂矿企业中的空气净化装置和现在家庭用的吸尘器装置头。 状电极 由以上结论，对高压静电除尘，当所加 定， q 越大，尘粒沿轴向行程越短，即越易被集尘极吸附。临界电荷 ： 2 106 R （ 13） 即尘粒需荷 一定数量的基本电荷才能被吸附。 尘粒电荷的获得， 一是由于空气中的正负离子， 自由电子与尘粒相互碰撞得到电荷， 这种电荷是扩散电荷，数量是很少的； 二是让尘粒处在强电场中，在强电场的电极附近产生电晕而得到电荷，尘粒在电晕的作用下可获得大量电荷。为此，可将尘粒先经过梳状电极“充电”即将气流先通过梳状电极电场作用的“笼”使尘粒得到较多的电荷，再进入除尘器中，提高除尘效率。 之所以卷成筒状还因为这样可以在地板上滚动很方便快捷的吸收地面上的不易被普通家庭用除尘器清理的毛发纤维等尘埃，为家庭的清洁和居民的健康做出应有的 贡献。达到彻底清理毛发（包括现在很多家庭饲养的宠物脱落的毛发）的目的。 16 图 12 梳状电极 梳状电极由一组并列的，长短错开的尖
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