Ionizador de ar de mesa. Esquema, descrição

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Comentários do artigo

Muito já se falou sobre os benefícios dos íons negativos do ar para a saúde humana. Vamos relembrar brevemente o que a aeroionização artificial do ar nos proporciona. Em primeiro lugar, e mais importante, monitores de computador e televisões neutralizam os íons negativos do ar interno. Portanto, precisamos, no mínimo, de dispositivos que possam suprimir eficazmente as cargas positivas geradas por monitores e televisões.

Além disso, os ionizadores de ar devem criar a quantidade adicional necessária de íons negativos no espaço aéreo da sala, ou seja, os dispositivos aeroionizadores devem não apenas compensar a escassez, mas também produzir uma quantidade adicional de íons negativos. Listamos os principais efeitos negativos da falta de íons negativos no ar: fadiga, irritabilidade, insônia, doenças respiratórias agudas (IRA), distúrbios do sistema nervoso central (SNC) e do sistema cardiovascular. As vantagens do uso de ionizadores de ar são muito bem descritas em [1]. Com o uso de um ionizador, o processo de envelhecimento fica mais lento, ocorre o processo de tratamento da esclerose múltipla e da loucura senil e os processos de fusão óssea na velhice melhoram. A imunidade melhora. Os autores alertam, com razão, que apenas a inalação sistemática de ar ionizado dá os resultados desejados. Não posso deixar de concordar com esta opinião.

Tudo ficaria bem, mas o lustre de Chizhevsky tem dimensões significativas, o que causa problemas correspondentes nos nossos apartamentos apertados, especialmente com tectos baixos. Mas não é só isso que se esconde no uso dessas “ventosas” em tetos. Em [2], notou-se com razão que o teto está coberto de poeira fina. É necessário fazer um isolamento adicional da superfície do teto onde está localizado o lustre Chizhevsky, ou reduzir a altura da suspensão deste, ou fazer as duas coisas ao mesmo tempo.

O grande tamanho do lustre é causado unicamente pela conveniência de obter a eficiência necessária na geração de íons negativos. Os chamados emissores de fio de íons negativos pareciam fornecer uma saída para esta situação [2]. A operação de longo prazo desses emissores confirmou sua superioridade na eficiência da radiação de íons negativos do ar. Mas pelo menos eles têm duas desvantagens significativas que dificultam a sua utilização. Em primeiro lugar, as paredes são cobertas com pó fino ao longo do fio esticado. Em segundo lugar, a sala fica desagradavelmente “desordenada” com esses emissores: não, não, e alguém cortará esses fios. Por que não fazer uma versão desktop do ionizador de ar? Afinal, só neste caso podemos respirar ar ionizado em qualquer ambiente sem “grudar” no teto de cada ambiente. Este design do dispositivo aeroionizador permitirá que ele seja instalado diretamente em nosso local de trabalho. Ou é uma mesa, ou o local de trabalho de um engenheiro de rádio, programador, próximo a um simulador de esportes, etc.

O uso tradicional de conversores de tensão de rede em baixas frequências de ~220 V para a alta tensão necessária de polaridade negativa é extremamente indesejável. Isso já foi mencionado na literatura. Aparecem pulsações de amplitude significativa, sobrepostas à tensão de alta tensão. Você pode se livrar disso da maneira mais simples, aumentando a frequência na qual o circuito conversor opera.

Você pode evitar os problemas associados à conexão a uma fonte de alimentação de baixa tensão se modificar o circuito do conversor. Afinal, você deve concordar que os conversores de tensão para ionizadores de ar, publicados, por exemplo, em [2] ou [3], são bastante funcionais.

O projeto de [2] funcionou por muito tempo sem problemas com a estabilidade e confiabilidade do sistema como um todo. Mas a ligação a um estabilizador de tensão de 12 V só atrapalha a mobilidade do sistema, principalmente se estivermos falando também de emissores de íons (“lustres”). Afirmações semelhantes são bastante verdadeiras em relação ao design [3]. Este conversor requer duas fontes de tensão: 30 V (280 mA) e 5 V (40 mA). O design permite dispensar a instalação de um estabilizador de rede ao alimentar o circuito conversor ao ionizador de ar (Fig. 1).

(clique para ampliar)

A corrente consumida por este circuito não excede várias dezenas de mA. Quase todas as peças, exceto o multiplicador de design, estão alojadas em uma pequena caixa de plástico. Apenas o transistor VT2 está equipado com um pequeno radiador.

A tensão da rede é fornecida à ponte de diodos VD1-VD4 através dos resistores limitadores de corrente R1 e R2. Assim, nas circunstâncias mais desfavoráveis (por exemplo, quebra do capacitor eletrolítico C1), a corrente através da ponte de diodos não pode exceder 0,5 A. Os diodos 1N4007 podem suportar uma corrente direta de pelo menos 1 A (Uarb≤1000 V). E para casos críticos, o circuito contém um inserto de fusível para corrente de 0,25 A (.U1).

A tensão positiva do capacitor C1 é fornecida simultaneamente a duas seções do circuito. A primeira é através do resistor R7 para o transformador de pulso T1 e para o coletor do transistor de alta tensão VT2. A segunda é através dos resistores de lastro R3-R6 até o pino 14 do microcircuito DD1 e através do resistor limitador R12 até o coletor do transistor “boost” VT1. A fonte de alimentação para esta seção do circuito é estável devido à presença de um diodo zener VD5. O oscilador mestre do projeto é montado em um circuito de "diodo" comprovado.

Estes são os elementos DD1.1, DD1.2, C5, VD6, VD7, R9 e R10. O circuito é reforçado pela conexão paralela de dois elementos adicionais do microcircuito DD1.3, DD1.4. Da saída do resistor limitador de corrente R11, pulsos de controle retangulares são fornecidos ao transistor VT1. A pequena capacitância do capacitor de força C6 contribui para o rápido desligamento do transistor VT1. Do emissor deste transistor, o sinal vai para a base do estágio final (transistor VT2). Uma característica distintiva deste circuito é a presença de um resistor R13 de baixa resistência (51 Ohms), ou seja, 51 Ohms.

Como se sabe, o valor de UКЭmax dos transistores de alta tensão é garantido apenas com a normalização estrita da resistência do resistor conectado entre os terminais base e emissor. Os radioamadores simplesmente esquecem isso, surpresos com os resultados “letais” dos transistores de alta tensão em seus projetos. É por isso que, até recentemente, os estágios de saída de conversores de tensão de circuitos de alta tensão com “reforço” por um transformador de pulso eram tão comuns. Este último foi conectado entre a base e o emissor do transistor de saída. Isso "matou dois coelhos com uma cajadada só". O primeiro é um curto-circuito de corrente contínua (quase curto-circuito) dos terminais base e emissor do transistor. Ou seja, o problema do UКЭmax (UКЭmax limitado pela resistência entre a base e o emissor) é resolvido automaticamente. A segunda é a recepção, a capacidade de fornecer pulsos enquanto o transistor está desligado. Mas, como você sabe, este é o melhor método para “sugar” os portadores minoritários da base de um transistor bipolar. Mas como não há grandes potências de comutação no circuito da Fig. 1, foi possível sobreviver com um sistema de controle simples para o transistor chave VT2. Como nosso sistema é ressonante, tivemos que selecionar cuidadosamente os parâmetros do pulso. Isso é feito usando dois resistores de corte R9 e R10 instalados na placa.

As durações da pausa (tp) e do pulso (ti) são selecionadas separadamente. Esta é a única maneira de obter um bom desempenho em termos de consumo de energia na alta tensão de saída necessária (≥25 kV). A frequência é selecionada alterando a capacitância do capacitor C5 (20-50 kHz). Deve-se enfatizar que não apenas o microcircuito gerador de clock, mas também o transistor VT3 é alimentado pelo estabilizador paramétrico mais simples (R6-R5, VD1). É por isso que é tão importante otimizar o circuito de controle do poderoso transistor de saída VT2. A propósito, minha versão do projeto permanece operacional até que a resistência do resistor R13 seja reduzida para 33 Ohm inclusive. Ou seja, foi efetivamente utilizada uma fonte de tensão de baixa potência, e outra para “duas frentes”.

O resistor instalado no circuito coletor (R12) serve exatamente como um otimizador exclusivo do formato do pulso. Graças à sua presença foi possível “espremer” do circuito tudo o que era necessário, ou seja, resolver completamente os problemas atribuídos. A carga do transistor VT2 é o enrolamento primário (I) do transformador de pulso T1. Juntamente com o capacitor C13 I, o enrolamento forma um circuito oscilatório. Este design garante uma eficiência elevada e estável do ionizador como um todo. O diodo VD8 serve para proteger o transistor VT2 da tensão reversa.

Sobre o capacitor C4. Sem este elemento, o circuito não funcionará normalmente. Para ser honesto, foram testadas diversas variantes de circuitos de estágio de saída e nós que alimentam esses circuitos. Se um resistor for instalado com a carga do amplificador, o capacitor de bloqueio não será apenas necessário, ele também será necessário. Caso contrário, o funcionamento normal do próprio elemento amplificador não é garantido. Além disso, instalar uma amostra “tocante” como capacitor de bloqueio leva a resultados tristes.

Se a carga “oscilar” com uma frequência de 20-30 kHz ou mais, então o capacitor de bloqueio deve ser capaz de suprimir essas “oscilações”, ou seja, “assumir o controle” e causar curto-circuito no fio comum. Pense em engenharia de áudio. Fala-se muito sobre distorções registradas por equipamentos de medição. E apenas ocasionalmente há comentários sobre a qualidade dos capacitores utilizados. Os capacitores de frequência mais baixa são eletrolíticos. É por isso que em casos críticos eles são desviados por outros de maior frequência - não eletrolíticos.

Do enrolamento secundário (II) do transformador de pulso T1, a tensão alternada é fornecida a um multiplicador de tensão de alta tensão, que é montado nos elementos C7-C12, C14-C17 e D9-D18.

O aumento do número de unidades multiplicadoras (10 versus 6 tradicionais) permitiu reduzir a tensão de saída do enrolamento II do transformador de pulso T3 para 2,5 kV (1 kV já é suficiente). E isso afasta o modo de operação do transformador da área de sua operação próxima a uma possível falha elétrica. A última circunstância é muito perigosa para esta unidade de enrolamento. Como os experimentos e a operação confirmaram, até 4 kV o transformador opera de forma estável, sem “corona” e outros efeitos perigosos para ele. Aumentar a tensão no segundo enrolamento para 5 kV pode causar ruptura do isolamento entre as espiras, o que desabilita o transformador. Ou seja, quando um transformador de pulso é projetado sem preenchimento com composto, sua operação confiável é permitida apenas com uma tensão de saída não superior a 4 kV. Mas eu não queria encher este produto com composto. Portanto, decidiu-se aumentar o número de unidades multiplicadoras. Isto, entre outras coisas, também alivia os elementos multiplicadores de tensão da tensão neles estabelecida.

A última circunstância nos recompensará com a ausência de falhas nos elementos multiplicadores de tensão. Ao mesmo tempo, já havia reparado multiplicadores de alta tensão de seis estágios e tanto os diodos quanto os capacitores tiveram que ser substituídos (a “saída” era de -30 kV, não havia curto-circuitos na saída).

Detalhes. Os diodos retificadores de ponte VD1-VD4 tipo 1N4007 são substituíveis por quaisquer semelhantes com uma corrente direta permitida de pelo menos 0,3 A e uma tensão reversa de pelo menos 400 V, por exemplo, tipo KD105(B, V, G), KD226 (V-E ), KD243 (GZh), KD247 (GZh), KD209 (AG), etc. É bem possível usar pontes de diodo como KTs405, KTs402, KTs407, etc. Mas neste caso, o layout do PCB precisa ser modificado. Capacitor C1 de qualquer tipo para a tensão necessária com capacidade de 10-30 μF.

No meu projeto, o K50-12 está instalado ("deitado"). O capacitor C2 é do tipo K50-35, sua capacidade também não é crítica e pode estar na faixa de 50-200 μF. A tensão operacional deve ser maior que a tensão de estabilização do diodo zener VD5. Capacitor C3 tipo K73-17, sua capacidade pode estar na faixa de 0,022-0,1 μF. O capacitor C4 deve ser de alta qualidade (tanδ pequeno, ou seja, a tangente de perda dielétrica deve ser menor). Usei o tipo K78-2. Estes são bons capacitores. Eles são ainda adequados para separar elementos entre estágios valvulados de um amplificador de áudio de alta qualidade. O capacitor C5 é do tipo mica KSO e C6 é KD. O capacitor de loop C13 é composto por dois capacitores conectados em série do tipo K15-5 com capacidade de 2200 pF e tensão de operação de 6,3 kV cada.

A capacitância total é 1000 pF e a tensão equivalente é 12 kV. Resistores trimmer R9 e R10 tipo SP3-38b. Resistor R14 de alta tensão tipo KEV-2. Os demais resistores são do tipo MLT (é possível MT). Diodos do multiplicador de alta tensão D9-D18 tipo KTs106G, você pode instalar KTs106V e até KTs106B.

Hoje em dia você pode comprar uma grande variedade de componentes de rádio no mercado. Mas, como mostra a prática, os radioelementos falham mais frequentemente devido a sobretensões do que devido a sobrecargas de corrente. E muitas vezes acontece que as peças simplesmente não correspondem aos parâmetros garantidos nas especificações. Os capacitores multiplicadores C7-C12 e C14-C17 também devem ter um fator de carga menor (não 0,7, como normalmente é permitido para tensão). Instalei o K15-4 (470 pFx20 kV), então a margem de segurança é suficiente. O fato é que é mais fácil queimar elementos multiplicadores durante o processo de configuração (ou experimentos, como aconteceu). Portanto a margem de resistência elétrica neste caso não é um luxo, mas sim uma necessidade. Durante os experimentos, podem ocorrer pulsos de tensão (surtos) no enrolamento II que excedam significativamente a tensão nominal ou operacional do enrolamento II do transformador T1. E isso leva a defeitos nos diodos e capacitores do multiplicador. E somente em um circuito bem estabelecido é possível instalar elementos com fator de carga de 0,7 ou 0,5 sem risco de danificá-los.

Agora, sobre a coisa mais “assustadora” - o transformador de pulso. A confiabilidade do dispositivo como um todo depende em grande parte da precisão da fabricação deste produto. O núcleo é um núcleo magnético de ferrite de grau 600NN ∅ 8 mm e 160 mm de comprimento. Ambos os enrolamentos são colocados em uma estrutura seccionada. Para evitar problemas desnecessários com o giro da estrutura seccional, foi testada uma versão mais acessível do projeto seccional dos enrolamentos do transformador T1. Este método não requer o uso de torneamento e é ideal para a produção doméstica de bobinas seccionadas e transformadores em circuitos de pulso. Primeiro, 3-4 camadas de papel transformador (encerado) são enroladas em uma haste de ferrite. Qualquer outro papel grosso serve. Depois disso, meça o diâmetro do produto resultante com um paquímetro. Os espaços em branco do laminado de fibra de vidro não laminado são cortados em formatos quadrados medindo 30x30 mm. Deveria haver 11 deles.

Qualquer outro material isolante elétrico com espessura superior a 0,5 mm também é adequado. No centro das peças fazemos um furo de acordo com o diâmetro da peça, medido com um paquímetro. Posteriormente, esses blanks deverão estar à mão, pois a tecnologia de fabricação exigirá sua rápida instalação na haste. Todos os enrolamentos são enrolados com fio PELSHO 0,25. Este fio tem isolamento duplo e isso não é um exagero aqui. Não vale a pena enrolar com um fio mais grosso, pois o fio não caberá nas seções fornecidas e os enrolamentos ocuparão um espaço excessivamente volumoso no corpo do dispositivo. Diâmetro menor, por favor. Assim, a primeira almofada isolante é fixada na haste de ferrite com cola ou fita adesiva próxima a uma das pontas da ferrite. Deve haver um total de dez seções na haste de ferrite. Portanto, utilizando qualquer objeto de escrita, fazemos marcações para colocação de futuras juntas-divisórias das seções-enrolamentos necessários.

Depois disso, instalamos a segunda junta isolante. Prendemos com fios do lado onde vamos enrolá-lo. Enrolamos 300 voltas na bobina resultante. Fazemos isso 10 vezes seguidas. Consideramos que o enrolamento II já está enrolado e contém 3000 voltas de fio PELSHO 0,10,25. Agora só falta enrolar o enrolamento I. Ele está localizado no topo, ou seja, sobre o enrolamento II. Também está “quebrado”, mas apenas em quatro seções, contando a partir da extremidade “fria” (terminal superior do enrolamento I no diagrama).

Sob nenhuma circunstância você deve enrolar próximo ao terminal do enrolamento II, onde estará presente uma tensão de vários quilovolts! Cada uma das quatro seções contém 75 voltas do mesmo fio de antes (ou seja, 300 voltas no total). Desta forma, é possível evitar problemas tecnológicos na fabricação de uma moldura seccional e deficiências no processo de fabricação de um transformador de alta frequência.

Na verdade, meça a capacitância desta bobina (enrolamento II) com um dispositivo de medição de capacitância. Você ficará agradavelmente surpreso com o fato de que a capacidade é realmente insignificante! O mesmo vale para o enrolamento I deste transformador (unidades pF!). Observo que o comprimento da haste de ferrite pode ser reduzido em 1,5 vezes ou aumentado em 1,5 vezes.

A proporção de voltas também pode ser alterada dentro de amplos limites. Mas a quebra elétrica (veja acima) não pode ser evitada sem um enchimento dielétrico (selante) se você quiser “puxar” uma tensão mais alta do enrolamento II T1. Devido ao formato quadrado das bochechas da moldura seccionada, o transformador pode ser facilmente montado em uma placa de circuito impresso. O transistor VT1 é selecionado com o parâmetro ∆h21e>>300 (Ib=const=1 µA). O transistor VT2 é selecionado usando um medidor Ukemax (>>1200 V). Em vez do transistor KT828A, instalamos também o KT838A. Não testei o funcionamento do ionizador de ar com outros tipos de transistores. Embora se possa presumir que KT872A, BU508 produzidos no exterior, etc., sejam bastante adequados.

Projeto. Todos os elementos do circuito da Fig. 1, exceto o multiplicador de tensão, são colocados em uma placa de circuito impresso (Fig. 2), que é colocada em uma caixa plástica medindo 150x180x45 mm.

O multiplicador de tensão de alta tensão está alojado em uma caixa separada medindo 140x70x60 mm. Os capacitores K15-4 possuem contatos rosqueados em um lado da caixa. Portanto, eles são fixados à placa isolante com porcas. Os diodos KTs106G são soldados diretamente nos terminais desses capacitores. Um tubo isolante D16 mm e cerca de 20 cm de comprimento é instalado na tampa superior da caixa plástica. 14 fios de nicromo ∅ 12 mm e cerca de 0,15 cm de comprimento são soldados ao terminal do resistor R30. Esses condutores saem pelo tubo isolante. Este é o emissor de íons negativos do ar. É uma espécie de panícula de 12 fios com mais de 10 cm de comprimento, contados a partir da borda do tubo isolante.

E mais um ponto muito importante. As peças do multiplicador de alta tensão devem ser preenchidas com composto. A parafina funciona bem. Não acredite nas descrições de projetos de ionizadores, onde a alta tensão é ≥25 kV e não requer preenchimento com composto. Supostamente, basta arredondar as bordas das juntas de solda afiadas e pronto. Mas isso não é verdade. Quanto maior a voltagem, mais fortes são os processos, acompanhados apenas de progressão. E isso leva rapidamente a peças defeituosas do multiplicador.

Selar as partes do multiplicador é uma questão completamente diferente. E somente bloqueando o acesso de ar (oxigênio!) aos elementos dos circuitos de alta tensão, os protegemos de defeitos rápidos. É por isso que todos os multiplicadores de tensão para TVs são hermeticamente selados, embora suas altas tensões estejam na faixa de 16 a 27 kV (e até menos).

O bloco conversor e o bloco multiplicador são conectados entre si por um cabo de alta tensão com cerca de 120 cm de comprimento.Se tal cabo não estiver disponível, ele é substituído por um caseiro. Este cabo é feito de televisão de radiofrequência tipo RK-75. Para fazer isso, basta remover a tela trançada. A derivação inferior do enrolamento II do transformador T1 de acordo com o diagrama é conectada a um condutor isolado multipolar separado.

Damos preferência ao cabo RK-75 com condutor central multicore. Isto é especialmente importante se o ionizador for planejado para ser usado durante mudanças privadas nos locais de trabalho. O fio dobrará muitas vezes, o que significa que sua confiabilidade e resistência devem corresponder a isso. Se a estrutura for feita em corpo único, todo o espaço interno deverá ser preenchido com composto. Caso contrário, o microcircuito gerador e outros elementos do conversor de tensão falharão. Mas podemos facilmente nos livrar do cabo de conexão de alta tensão.

Sobre melhorar. Um circuito montado com componentes de rádio utilizáveis começa a funcionar imediatamente. A primeira comutação é realizada por meio de um autotransformador de laboratório (LATR) com um amperímetro com limite de medição de corrente de 0-100 mA.

Depois de definir a tensão LATR para o mínimo, aumentamos gradualmente. Um circuito em funcionamento não deve consumir muita corrente. Mas um design desafinado pode consumir uma corrente de 50 a 70 mA ou até mais. Portanto, o transistor de saída, equipado com um pequeno radiador CAL (70x70x1,5 mm), ficará muito quente. Ao mesmo tempo, uma instância em bom funcionamento consome uma corrente da rede de cerca de 33 mA (não mais que 40 mA). O transistor agora estará ligeiramente quente ao toque. Quando a tensão no diodo zener se aproximar da tensão de estabilização, você poderá começar a ajustar os parâmetros do gerador. Deixamos os motores do resistor trimmer no modo de operação do gerador que fornece a maior tensão de saída na saída do multiplicador. Durante a configuração, desconectei o multiplicador do segundo enrolamento do transformador T1.

Usamos um retificador unipolar em um diodo KTs106G e um capacitor 470 pFx20 kV. Além disso, usamos um resistor limitador de corrente com resistência de 100 MOhm tipo KEV-2 e cabeçote de 50 μA. Obtemos um voltímetro com limite superior de 5 kV. Porém, a tensão também pode ser controlada no ponto de conexão dos capacitores C8 e C10 com os diodos VD10 e VD11 através do mesmo resistor. Mas isso é possível desde que o multiplicador não esteja lacrado. No meu projeto, a resistência do resistor R9 é de 125 kOhm e R10 = 287 kOhm (medida com um voltímetro universal tipo B7-38).

Depois disso, as resistências dos resistores R12 e R13 são selecionadas. O resistor R13 não pode ser selecionado se sua resistência na faixa de 47-100 Ohms não prejudicar o funcionamento do circuito como um todo. A resistência do resistor R12 é selecionada em termos de obtenção da tensão máxima no enrolamento II do transformador T1. É necessário não apenas “entrar em ressonância” com o circuito formado pelo primeiro enrolamento do transformador T1 e do capacitor C13, mas também encontrar (no sentido literal da palavra!) o modo de operação mais vantajoso do conversor. E o resistor R12 afeta apenas este modo de operação do transistor VT2. Sinceramente, todos os ajustes afetam tanto o valor da tensão de pulso na saída do enrolamento II T1 quanto a corrente consumida pelo dispositivo da rede. E mais longe. Não devemos esquecer os cuidados de segurança, pois os elementos do circuito conversor estão galvanicamente conectados à rede elétrica!

Literatura:

Shtan Yu.A., Shtan V.Yu. Sobre algumas características do uso de ionizadores de ar (dispositivos "Lustre de Chizhevsky") // Radioamator. - 2001. - Nº 1. P.24.
Zyzyuk A.G. Ionizadores de ar//Radioamador. - 2000. - Nº 5. - P.36.
Lebedev V.D., Lebedev D.V. Ionizador de ar//Radioamador. - 2000. Nº 8. - P.28.

Autor: A. G. Zyzyuk

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