【正文】 ................................................................................................................ 17 致謝 .............................................................................................................................. 17 參 考文獻 ...................................................................................................................... 18 1 1 緒論 靜電這個詞對大家來說都不陌生，我們對靜電的危害早已聞之膽顫，目前對靜電的應用也越來越廣泛。但其應用依然停留在“高處”，至今尚未走入家庭。目前家庭用的吸塵器利用的是真空吸塵，若能利用靜電吸附塵埃特別是毛發(fā)，這一方向將具有很好的應用前景。本設計主要介紹高壓產生電路的原理和吸塵頭裝置的設計。 靜電的危害 在 空氣干燥的季節(jié)，當你開門時偶爾會有電擊的感覺，這就是靜電放電（ ESD）。當你感覺電擊時，你身上的靜電電 壓已超過 2021 伏！當你看到放電火花時你身上的靜電已高達 5000 伏！當你聽到放電聲音時，你身上的靜電已高達 8000 伏！但是現(xiàn)代許多高速超大規(guī)模集成電路碰到僅幾十伏或更低的靜電就會遭到損壞。也就是說當你接觸這些電路時，你既沒有感覺到又沒有看到更沒有聽到靜電放電時，這塊電路就已部分損傷或完全損壞，而你可能還在找其硬件或軟件的原因。你可能還沒有意識到是靜電這個“幽靈”。在上個世紀中葉以前，靜電現(xiàn)象就如同科技館中的表演，只是一種有趣的物理現(xiàn)象，然而現(xiàn)在，靜電已成為高科技現(xiàn)代化工業(yè)的恐怖主義者。 國內外近年發(fā)生了多起 因靜電造成的重大人員死亡事故。在軍工企業(yè)部門，靜電放電使火箭（彈）產生意外爆炸；在石化工業(yè)中靜電放電多次使汽油著火爆炸；在電子工業(yè)中損壞電子元器件，僅美國每年因靜電對電子工業(yè)所造成的損失就達幾百億美元。靜電危害的另一種形式是靜電力的危害，靜電力的吸塵作用會影響產品質量，在大規(guī)模集成電路生產中由于靜電使芯片成品率大大降低。印刷過程中由于靜電吸引力使紙張難以對齊，降低生產效率。另外靜電放電還產生很強的電磁干擾，其頻率非常寬，從低頻至幾千兆赫茲以上。這種強電磁場作用時間短但其強度遠比手機輻射的電磁場強，會干擾一些 設備的正常工作。 靜電的應用 靜電有很多危害，靜電是否也能利用呢？答案是肯定的，利用靜電能給人類造福。 靜電已廣泛應用于靜電除塵和分選、靜電噴涂、靜電紡紗、靜電植絨、靜電復印、靜電制版、靜電火箭發(fā)動機、靜電軸承、靜電陀螺儀、靜電透鏡、靜電育種、靜電常溫滅菌 。靜電除塵，具有效率高的優(yōu)點，現(xiàn)在很多空氣凈化器就是利用靜電能吸除空氣中的很小的塵埃，使空氣凈化。在農業(yè)中，利用靜電噴霧能大大提高效率和降低農藥的使用，既經濟又有利環(huán)境保護。靜電還有很多應用，如靜電處理的種子抗病能力強，病害發(fā)生減少，而且發(fā)芽率高，產 量得到提高； 2 靜電放電產生的臭氧是強化劑，有很強的殺菌作用；經過靜電處理的水，既能殺菌又不易起水垢。帶有靜電的駐極體膜還能治療各種軟組織損傷，它有活血化瘀、消炎消腫的作用。靜電還可用于噴涂，用靜電噴涂家用電器如洗衣機、電冰箱的外殼非常均勻。 目前吸塵器的工作原理 目前吸塵器的工作原理主要是利用真空吸塵， 吸塵器主要由起塵、吸塵、濾塵三部分組成，一般包括串激整流子電動機、離心式風機、濾塵器（袋）和吸塵附件。一般吸塵器的功率為 400～ 1000W 或更高，便攜式吸塵器的功率一般為250W 及其以下。 吸塵器能除塵 ，主要在于它的“頭部”裝有一個電動抽風機。抽風機的轉軸上有風葉輪，通電后，抽風機會以每秒 500 圈的轉速產生極強的吸力和壓力，在吸力和壓力的作用下，空氣高速排出，而風機前端吸塵部分的空氣不斷地補充風機中的空氣，致使吸塵器內部產生瞬時真空，和外界大氣壓形成負壓差，在此壓差的作用下，吸入含灰塵的空氣。灰塵等雜物依次通過地毯或地板刷、長接管、彎管、軟管、軟管接頭進入濾塵袋，灰塵等雜物滯留在濾塵袋內，空氣經過濾片凈化后，由機體尾部排出。因氣體經過電機時被加熱，所以吸塵器尾部排出的氣體是熱的。 吸塵器的吸塵桶內裝有一個 收集灰塵的盒子，塵垢便留在集塵盒里，盒子裝滿后，可取出用水刷洗清理。吸塵器配上不同的部件，可以完成不同的清潔工作，如配上地板刷可清潔地面，配上扁毛刷可清潔沙發(fā)面、床單、窗簾等，配上小吸嘴可清除小角落的塵埃和一些家庭器具內的塵垢。 本設計簡介 除塵是除去或減少空氣中的灰塵或煙霧。在自然環(huán)境遭到破壞的今天，大氣層中的灰塵越來越多，許多工業(yè)生產，科學實驗日常生活常常需要除塵處理，高壓靜電除塵是應用得最廣泛的一種，它有四個過程：電暈放電，塵粒荷電，帶電塵粒從煙氣中分離，整打清灰。 本文介紹的是一種由低壓直流 電源供電的高壓靜電除塵裝置，結構簡單使用方便。在設計由低壓直流電供電的高壓除塵裝置之前，首先介紹了目前幾種直流高壓產生電路，根據(jù)直流電壓轉換的原理設計出高壓靜電發(fā)生器產生幾十千伏的高壓，然后分析電場分布的物理模型。帶電塵粒在電場中的運動規(guī)律及吸附在極板上的條件，得出電極的幾何形狀和有關參數(shù)，從而設計出高壓靜電除塵裝置。目前，靜電技術在工農業(yè)生產中的日益廣泛，如農業(yè)方面的靜電噴霧、靜電選種、靜電促進植物生長和工業(yè)方面的靜電除塵，靜電噴漆、粉末靜電噴涂等，然而至 3 今還沒有人把靜電除塵用于家庭。本文設 計了一種具有適 合于家庭用的高壓靜電發(fā)生器，以及吸塵頭裝置。該裝置 目前 在 市場上還沒有出現(xiàn)，有很好的 應用領域和 市場前景。 2 高壓靜電發(fā)生器的設計與研制 目前產生高壓電源的方法大致分為兩種：一種是 模擬 方法，另一種是 數(shù)字 方法。前者的穩(wěn)壓電路、調節(jié)電路和 顯示 電路均采用模擬電路 控制 ，而后者則是通過 數(shù)字 電路進行自動 控制 。傳統(tǒng)的高壓 電源 一般通過調整十圈電位器和波段 開關預置所需電壓。電壓值由電壓表頭指示，這種手工 控制 和指示方式有很多缺點：調整麻煩，不能很快獲得所需電壓，指針讀數(shù)不精確，也不能在大 負載 和其他異常情況下自動監(jiān)測和自身保 護。另外，實驗室中的儀器或設備，有些同學難免會亂動旋鈕和 開關 ，造成下次開機時因電壓過高而損壞儀器。下面簡要介紹目前幾種比較常用的高壓靜電產生電路的工作原理。 方案一 先介紹一個簡單點的電路，下圖是其電路原理圖。 1234C14 7 0 uC2C30.022R233KR1330R32 2 0R41M78652134N E 5 5 512VTD1放電刷V T 12 S C 1 6 6 3 圖 1 電路原理圖一 該高壓靜電發(fā)生器以 555 為核心，配以升壓變壓器和高反壓二極管及放電刷（針）， 555 集成電路 和 R1， R2， C2 組成無 穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，振蕩頻率 f=（ R1+2R2） C2，圖示參數(shù)約在 20kHz 左右，經升壓變壓器 T1升壓后，在 T1的次級可得到 20kHz 的近 10kV 的高壓，經 D1整流后得到近 7kV 的電壓，負載電流可達 50uA。 該電路原理簡單，制作方便， 是剛開始為了實驗看本設計需要多高的電壓能將毛發(fā)吸起而作的實驗電路， 但是 結果因 產生的直流高壓過低，不能可靠的吸起毛發(fā)纖維等大點的塵埃，不適合作為本設計所選電路 ，但是為本設計的完成起了十分重要的作用 。 4 方案二 下面在介紹一個可產生 100kV 有升壓電路和倍壓電路組成的 的直流高壓產生電路，并簡要分析該電路工作原理 。S220vVELV D 9V D 1VD13V D 8V D 2V D 7T1V T 1C8100pC12. 5uC91000PC41000P C61000PFUR151KV D 12V D 3V D 11V D 4V D 1OT2V T 2C 10100pC22. 5uC 111000PC51000PR251KV D 16V D 5VD15V D 6VD14T3V T 3C81000pC32. 5uC91000PC71000PR351K放電間隙+ 圖 2 電路原理圖二 該電路的振蕩升壓電路由電阻器 Rl～ R電容器 Cl～ C晶閘管 VT l～ VT二極管 VDl～ VD6和升壓變壓器 Tl～ T3組成。倍壓整流電路由二極管 VD7～ VDl6和電容器 C4～ Cl3 組成。 接通電源開關 S 后， EL 亮， C1～ C3開始充電，在 Tlm 的一次繞組中產生充電電流，二次繞組中產生感應高壓。當 Cl～ C3 充滿電時， VT l～ VT 3受觸發(fā)導通， Cl～ C3通過 Tl～ T3的一次繞組對 VT l～ VT3放電，使 VT l～ VT 3截止，然后Cl～ C3又開 始充電，使 VT l～ VT 3間歇導通，以上充、放電振蕩過程周而復始地進行，即可在 Tl～ T3的二次繞組上產生近萬伏脈沖高壓。此脈沖高壓經 l0 倍壓整流 (VD7～ VD9和 C C C9為 3 倍壓整流； VDlO～ VDl2和 C ClO、 Cl1為 3倍壓整流； VDl3～ VDl6和 C C Cl C13為 4 倍壓整流 )后，產生 1OOkV 的直流高壓。 元器件選擇 ： Rl～ R3均選用 1/2W 金屬膜電阻器。 Cl～ C3均選用耐壓值為 630V 的 CBB 電容器； C4～ C13均選用耐壓值為 lkV的高壓瓷介電容器。 CBB 電容器是 2 層聚乙 烯塑料和 2 層金屬箔交替夾雜然后捆綁而