2. 2. Расчет электрического ионизатора воздуха

Задачей расчета является определение размеров разрядного устройства, напряжения и мощности источника питания, выбор элементов схемы умножения напряжения: трансформатора, конденсатора, вентилей, резисторов.

Исходные данные:

• вид, возраст и способ содержания животных;

• рекомендуемая концентрация аэроионов в помещении и др.

Последовательность расчета:

По виду и возрасту животных или птицы определяют концентрацию аэроионов в помещении (табл. 2.1), принимают конструктивное исполнение разрядного устройства и расчетную схему (табл. 2. 2).

Напряжение зажигания короны U_з (табл. 2.3).

Напряжение, необходимое для создания требуемой концентрации аэроионов:

или , (2.8)

где n – концентрация аэроионов в помещении, ион/м³, е=1,6·10^-19 Кл – заряд аэроиона, принять равным заряду электрона; ε₀=8,85·10^-12 Ф/м – электрическая постоянная.

В табл. 2.1:

• r, R – радиусы коронирующего и осадительного электродов, м;

• h – расстояние между коронирующими и осадительным электродами (плоскостью), м;

• r₃ – радиус закругления иглы, м;

• k - подвижность аэроионов, м²/(В с);

• U_p – напряжение на разрядной линии, В.

Т а б л и ц а 2.1. Зоотехнические рекомендации по дозам и режимам ионизации воздуха

в помещениях

Вид животных, птицы,помещения	Концентрация отрицательных аэроионов, 105 ион/м3	Режим аэроионизации в течении суток
Телята до 1 мес.	2,0	Ежедневно по 6…8 ч
Коровы	2,5	В течение 15…20 дней по 5…8 ч, перерыв на 15…20 дней, повтор
Быки-приозводители	3,0	В течение 2 мес. По 8…10 ч. Перерыв на 20…30 дней, повтор
Поросята	4,0	В течении 3…4 недель по 0,5 ч 2 раза в день, перерыв 1 мес, повтор
Свиньи	5,0	В течении 3…4 недель по 0,5 ч 2 раза в день, перерыв 1 мес, повтор
Цыплята	0,25	Возраст 3…20 сут. – 1…2 ч, 20…40 сут. – 3 ч., 40…60 сут. – 4 ч.
Птица	0,3…1,6	Возраст 60…80 сут. От 0,5 до 4 ч., 80…100 сут. От 5 до 10ч. Чередование 5 сут. Ионизация, 5 сут. Перерыв
Бройлеры	0,65	3…18 сут. – 0,5 ч., 11…40 сут. – 2 ч., 40…65 сут. – 3 ч. Три дня ионизация, три дня пауза
Куры-несушки	1,5…2,5	Увеличение от 4 до 12 ч. Чередование: 1 мес. Ионизация, 1 мес. Перерыв
Инкубаторы	0,13	Круглосуточно 19 дней

Ток (i, I) разрядного устройства, А/м или А (табл. 2.1).

Поток аэроионов, ион/(м с) или ион/с:

N­_i=i/e, N_i=I/e. (2.9)

Длина разрядной линии l₁ или количество разрядных игл (k₀), приняв среднюю продолжительность жизни аэроиона τ=10 с:

L_i=nV/(N_iτ), K_и=nV/(N_iτ), (2.10)

где V – объем помещения , м³.

Ток разрядной линии (I_pi) или разрядных игл (I_pl):

I_pl=il_p, I_pl=k_и I . (2.11)

Мощность разрядной линии:

P_p=k_зI_piU_p, P_p=k₃I_plU_p, (2.12)

где k₃=1,1…1,2 – коэффициент, учитывающий понижение напряжения в сети.

Мощность источника питания:

P_u=P_p/η, (2.13)

где η=0,1…0,2 – КПД источника питания и линии, соединяющий источник с разрядным устройством.

Рис. 2.2. Игольчатый электроразрядник: 1 – игла швейная №3; 2 – провод

экранирующий; 3 – корпус; 4 – основание для крепления игл; 5 – крышка

изоляционная; 6 – провод токопроводящий

Т а б л и ц а 2. 2. 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

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

п р о д о л ж е н и е т а б л и ц ы 2.2

Пример. Рассчитать разрядное устройство аэроионизатора для помещения, в котором содержат телят в возрасте до 1 месяца. Схема помещения показана на рис. 2.3. Расчетная высота помещения 4 м.

Концентрация отрицательных аэроионов для телят возрастом до 1 месяца составляет 2·10¹¹ ион/м³ (табл. 2.1). Продолжительность ионизации воздуха 6…8 ч. в сутки.

Рис.2.3. 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. 2.2. 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. 2.4.

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. 2.4) 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.2.4. 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. 2.2. 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. 2.4.

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. 2.4) 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 зада­нии.

Задание для самостоятельного решения

Рассчитать несимметричный выпрямитель с шестикратным умножением напряжения (рис. 2.4). 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 А:

.

По величине А на рис. 2.5,а определяем В.

Действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора:

В.

Из рис. 2.5,б по А находим F.

I_2max=pFI_р ,A.

По рис. 2.6,а 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. 2.7,б 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 конденсатора

3,3·10^-4 мкФ (значения емкости конденсаторов представлены для проверки полученных студентами расчетных данных). Выбираем керамические конденсаторы К15-5 с емкостью 0,33 мФ.

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 (выбранный резистор представлен для проверки полученных студентами расчетных данных).

Рис. 2.5. Зависимость коэффициентов Рис. 2.6. Зависимость коэффициентов

В, F от параметра А D,H от параметра А

Мощность тепловых потерь в ограничивающем резисторе:

.

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

разрядным устройством.