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静电式空气净化器放电保护现象研究分析http://www.jiuliangmei.com/
信息来源:http://www.jiuliangmei.com/ 发布时间:2019/5/13 TAGS:$cvcvtt$

1 引言

静电除尘是在高压发生极和收集极之间加载很高的电压, 使高压极发生电晕, 从而释放出大量电子, 然后电子会由于电场力作用而向积尘极移动, 并在移动过程中与粉尘粒子发生碰撞而使粉尘荷电, 之后荷电粉尘会由于电场力的作用运动并最终附着在收集极上[1]。图1是静电除尘的工作基本原理图。由于高压放电的缘故, 需另配置安全保护装置。

本文研究的静电式空气净化器的工作过程如图2所示。

高压直流电源的工作原理 (见图3) :市电220V/50Hz交流输入电压, 经过EMI滤波器[2]滤除高频的干扰信号及噪声后, 再经过整流电路、PFC电路得到300V左右的直流电压, 然后经过电源的逆变部分进行DC/AC及高频的转换, 得到了高频交流电压, 再经过高频升压变压器和倍压整流电路升压输出6k V~18k V高压直流电压。电源反馈电路通过调节PWM输入占空比来调节输出电压值、稳定输出[2], 控制电路通过湿度传感器检测环境湿度大小来确定调节输出高压值, 这部分也是本文重点论述内容, 输出的高压在不同湿度下影响到机器运行放电打火问题, 因此电路中还需设计电压反馈保护电路。即根据输出高压值的大小给控制器一个反馈电压 (反馈电压值取值一般为输出值得1/10000左右) , 如反馈电压值低于一定, 则说明高压输出因放电而降低了输出, 通过反馈电压的大小, 控制器修正输出高压值的范围, 减少放电过多拉低启动电压, 导致启动失败。

2 放电打火问题研究分析

2.1 放电原因

经观察高湿 (湿度85%以上) 环境下, 空气净化器电极部件处有正常使用过残留的少许灰尘, 灰尘在潮湿环境下吸附空气中的小水珠。高湿环境上电开机, 高压电极部件在周围潮湿空气中爬电距离不够导致放电打火, 上电瞬间放电丝与周围结构件形成放电回路, 放电部件四周以及附近卡槽处出现大量放电丝, 导致启动时电压瞬间被拉低。低于保护值高压模块自动保护, 无高压输出。由于环境潮湿, 整机运行时高压极周围一直存在明显放电丝, 长时间会对其他部件造成破坏, 存在安全隐患。因此需设置启动保护功能, 在启动200ms内如果高压模块电压不能上升至12k V则自动进入保护。

2.2 现象分析

表1为湿度85%, 环境温度30℃ (简称潮态环境) 下经测试高压模块控制器, 捕捉反馈电压波形。

现象分析:通过使用电源仪器接入整机放电部件测试, 发现在设置的高湿度15k V高压输出时, 放电部件周围仍然存在大量放电丝, 原因如表1分析, 即放电部件四周存在潮湿空气, 导致放电引起电压被拉低, 导致整机进入保护, 无法运行;由于放电丝的大量存在, 导致整机运行时具有安全隐患, 同时臭氧产生增多, 所以有必要进一步降低电压, 通过结合电源仪器调试, 在湿度85%以上的潮态环境下运行电压降至6k V时, 放电丝几乎不存在, 机器能启动并能正常运行。

通过实验分析高压模块原设计的常温常湿和高温高湿工况下的打火保护电压偏高, 而且只设定了低于70%和高于70%湿度两种工况环境下不同的工作电压和保护电压, 样机在湿度偏高环境下容易出现自动保护。更改启动电压和加长启动时间, 增加一个工作电压 (将使用工况分为湿度低于70%、70%到85%, 和高于85%, 由湿度传感器检测湿度) 和一个保护电压阈值。

(1) 降低高压模块启动保护阈值为9k V, 对应反馈电压0。7V (原12k V, 对应反馈电压0。936V) , 同时延长保护判断时间为400ms (原200ms) ;环境湿度70%以下为18k V输出, 70%~85%之间为15k V输出, 85%以上为6k V输出, 确保85%以上湿度整机可以启动并安全运行。

(2) 增加潮态运行模式, 即环境湿度在85%以上时高压模块进入潮态运行模式, 以最低输出电压运行 (输出高压约6k V) 输出, 并增加该模式下的保护功能。

图2 静电式空气净化器的工作过程   下载原图

图3 高压直流电源的设计框   下载原图

2.3 方案验证 (见表2)

3 结论

(1) 环境湿度高时高压极容易放电, 通过修改控制器保护, 降低保护门槛实现宽湿度范围安全可靠运行。

(2) 调整高压模块启动参数, 可在潮态下正常启动。增加潮态运行模式, 即高压模块以最低高压输出, 解决潮态下放电部件周围存在放电丝的问题, 可有效消除安全隐患。

(3) 高湿环境启动阶段和潮态运行阶段都具备保护功能, 可进行正常保护。

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