用于喷涂设备的直流静电高压发生器的设计

【摘 要】通过对空气静电旋杯喷涂的分析研究，在已经市场化的设备基础上，设计了一种用于喷涂设备的直流静电高压发生器。设计表明进一步完善了设计要求。通过试验证明提高了EMI能力和减少了功耗，具有较好的保护性能。通过实际应用证明该发生器提高了设备的上漆率达85%以上，涂复率达90%以上，喷涂质量有所提高。还需进一步研究设计以便继续提高。

【关键词】喷涂设备；高压静电；空气静电旋杯

Abstract： Based on the analysis and research of the air electrostatic rotary cup spraying ，In the market has been based on the equipment ，design a kind of spraying equipment used for the DC static high voltage generator.Design shows that further perfect the design requirements. Through the test proved to improve the resistance EMI ability and reduce the power consumption，and has good protection performance.Through the practical application show that the generator to improve the equipment of paint rate of more than 85%，Shanghai juji rate of more than 90%，Spraying quality improved.Still need further study design in order to continue to improve

Key word： Spraying equipment； High voltage electrostatic； air electrostatic rotary cup

0.引言

传统的空气喷枪的上漆率只有30%～40%，而且喷涂质量也不高，而今的空气+静电 +旋杯的空气静电旋杯式喷涂已达70%～80%的上漆率，通过技术改进上漆率还能提高，由于空气喷枪喷涂造成色漆涂料的极大浪费，所以目前新型的空气静电旋杯式喷涂在不断发展和广泛应用之中。

空气静电旋杯喷涂通过压缩空气驱动高速气电机，进而驱动有齿纹的旋杯高速旋转使油漆雾化，将油漆雾化成小液滴，通过调整雾化空气的流量和压力控制油漆雾化程度大小和喷涂扇面形状，通过控制整形空气的压力来调整喷涂幅度，以达到精确喷涂的目的。针对相同的金属底色漆，通过研究空气喷枪喷涂和静电旋杯喷涂的效果和差异，研究人员不断设计出新型的高压静电和高速旋杯供设备使用。空气静电旋杯喷涂原理图见图1，其中高压静电发生器起重要作用，雾化油漆在高压电场的作用下形成定向运动，对提高上漆率、涂复率和上漆质量等有很大影响。

1.空气静电旋杯喷涂的电气原理

静电涂装基本上与针状电极和平板高压电场的性质相似，即以接地的被涂物作为正极， 涂料雾化器（ 即旋杯） 接负高压电作为负极， 在两极间形成高压静电场， 在负极产生电晕放电， 使喷出的漆雾带负电， 并进一步雾化， 按同性相斥， 异性相吸的原理， 已带电的涂料介质受电场力（ F=qE） 作用， 沿电力线定向地流向带正电的被涂物表面， 就可中和沉积成一层均匀、附着牢固的薄膜，如何使带电微粒（ 漆雾） 受静电场作用， 沿电力线方向高效、均匀地吸附到被涂工件上， 呈现独特的环抱效果是直流静电高压发生器的主要任务。通常情况下我们将被涂物作为正极接地。一般使用0.6～200kV作为静电喷枪和工件之间的电压，但含有的金属粉性质不同时电压的选择不一样，导电性能较好的涂料如铝粉漆电压要低一些，同时空气压力伴随的雾化流量也是考虑的因素，由于静电场强度与电压成正比，因此在工艺上，一般选较高电压，使喷涂涂复率达到一定水平，比如在80%以上，电压较低时涂复率较低，但电压也不能太高，易打火花， 不利安全，同时电压过高，绝缘性难以达到，工人和设备的安全性不能保障，通过研究高压恒流特性更有助于提高喷涂质量。

本设计是按照以铝粉漆为主的高压静电旋杯式高压静电发生器，压力指标：涂料压力0.3Mpa，最大0.62Mpa；空气压力0.1 Mpa ～0.4Mpa，最大0.62Mpa。

根据设计，直流静电高压发生器原理方框图如下：

主要控制指标：

输入电压：AC220V，50HZ

电源容量：100VA

输出直流高压：10～100KV

输出直流电流：10～100μA

保护类型：过电压击穿保护，过电流切断。

2.电路设计和特点

2.1 EMI和整流滤波稳压电路

核心器件是EMI滤波器组成，整流滤波稳压电路是由整流电路、滤波电路、稳压电路组成，其中稳压电路的核心器件是2片C2440、1片C1815。

此电路的特点是：具有较强的抗EMI干扰能力，功率因数大幅提高，电源效率也得到提高，恒流特性得到增强。

2.2 直流―交流主电路，以及控制电路

主要采用单相桥式CMOS驱动，核心芯片IRF530和IRF9530，高压电流恒流控制核心芯片主要选用UC3875和3片LM358和2片LM317。

此电路的特点是：采用全桥驱动可靠性提高，频率可高达1MHZ，减少了输出直流的纹波，使直流性能提高。进一步提高输出恒定直流性能。保护功能完善，过电流和短路保护、过电压和电压峰值保护电路、启动和软启动电路等，另外还有温度保护电路和瞬时高压保护（高压击穿保护管）保证了设备的安全性，按喷涂前的工艺参数测试，方便的通过电压电流给定调节电路调节给定电压和电流参数。

2.3升压变压器和倍压电路

升压变压器将输入交流电压升至最高10KV，倍压电路由高压二极管和高压电容组成，十倍压电路将升压变压器的输出电压最高升至最高100KV。

2.4 高压电流显示电路和高压电压显示电路

此电路将采样的电压电流信号放大至WS7107CPL芯片和数码管，显示精度3位半。

3.总结

通过分析几款台湾和日本的相关产品，设计出的高压静电发生器在实际运用中表现良好，特别是在电路前端采用EMI和直流稳压，提高了系统抗EMI能力和提高功率因数以及减少了功率损耗，直流稳压还进一步保证了后级的恒流特性；在保护电路上增加了短路电流和高压峰值保护，特别是在高压电源恒流特性上表现优越。通过试验上漆率进一步提高，达85%以上，铝粉依附性能和产品质量进一步提高，需要改进的地方是第一级滤波稳压电路的功耗需要进一步减少、输出频率1MHZ还可提高、电流检测精度也需进一步提高、需进一步研究倍压电路的稳压性能满足恒流的需要。

参考文献：

[1]刘勇.高速铃型旋杯自动静电涂装机在摩托车涂装领域的应用[J].表面技术，2009，3 ：25（2）.

[2]张福顺，张大卫.高速旋杯式静电喷涂雾化机理的研究[J].涂料工业，2006，12：3（12）.

[3]汪成榕.静电喷漆[J].电镀与环保，2002，7：20（4）.

[4]王家青，汪朝晖，胡迎锋.静电喷涂技术及其应用探讨[J].表面工程，2006，2：第1期 137-139.

[5]金晗辉，王军锋，王泽，罗惕乾.静电喷雾研究与应用综述[J].江苏理工大学学报，2009，5：20（3）.

[6]Durham K G， et al. Space Charge Deposition of Pesticide onto Cylindrical Target Arr ays. T ransaction of ASAE， 2005， 28（3） ： 658～ 664.