CS259528B2 - Electronic high-voltage source for electrostatic spraying instruments - Google Patents

Description

Elektronický vysokonapěťový zdroj pro elektrostatické rozprašovací přístroje používá pro napájení transformátoru, předřazeného vysokonapěťové kaskádě, frekvenčně řízeného výkonového zesilovače, který je napojen na regulovatelný nízkonapěťový stejnosměrný zdroj a na regulovatelný frekvenční generátor. Regulace nízkonapěťového stejnosměrného zdroje a frekvenčního generátoru se provádí mikropočítačem tak, aby transformátor byl pro všechna napětí, vyskytující se na vysokonapěťovém výstupu vysokonapěťové kaskády optimálně přizpůsoben.

Vynález se týká elektronického vysokonapěťového zdroje pro elektrostatické rozprašovací přístroje s rozprašovací elektrodou, sestávající z regulovatelného nízkonapěťového stejnosměrného zdroje, z frekvenčně taktovaného výkonového zesilovač pro převádění stejnosměrného napětí ve střídavé napětí, z transformátoru pro převádění nízkého střídavého napětí ve střední střídavé napětí a z vysokonapěťové kaskády pro převádění středního střídavého napětí ve vysoké stejnosměrné napětí, zejména pro ruční rozprašovací pistole, u kterých jsou transformátor a kaskáda umístěny v pistoli.

Vysokonapěťové zdroje této konstrukce jsou známy v různých provedeních, přičemž představují buď zvláštní prvek spojený s rozprašovací pistolí prostřednictvím vysokonapěťového kabelu, nebo transformátor a vysokonapěťové kaskáda jsou umístěny v pistoli a pistole je prostřednictvím nízkonapěťového vedení spojena s jednotkou, obsahující další konstrukční prvky vysokonapěťového zdroje. Při navrhování takových to rozprašovacích zařízení jsou jednotlivé elektronické konstrukční prvky, zejména pak frekvence kmitání oscilátoru použitého pro taktování výkonového zesilovače, dimenzovány tak, aby vysoké napětí se vytvářelo s co nejmenším ztrátovým výkonem. Zejména pak aby beze ztrát pracoval transformátor a sice v rezonančním rozsahu. Navzdory těmto předpokladům dochází však při praktickém provozu takovýchto rozprašovacích zařízení к podstatným výkonovým ztrátám a sice proto, že tyto předpoklady spočívají nutně na pevných hodnotách pokud se týká spojovacího vedení mezi vysokonapěťovým zdrojem, resp. částí vysokonapěťového zdroje a pistolí a pokud se týká zatížení. Právě však zatížení, které je závislé na vzdálenosti mezi rozprašovací elektrodou a postřikovaným obrobkem, na druhu rozprašovaného materiálu a podobně, podléhá v praxí podstatným změnám, resp. kolísáním, zejména pak v případě ručních stříkacích pistolí. Důsledkem těchto podstatných ztrát není jen nehospodárný provoz, nýbrž také i požadavky na odpovídající odvod tepla například na předřadných odporech. U rozprašovacích pistolí, u kterých je transformátor a vysokonapěťové kaskáda umístěna v pistoli, existuje kromě toho ten nedostatek, že možnosti zmenšení těchto konstrukčních prvků jsou značně omezeny v důsledku možnosti vzniku škcd přehřátím, což vede zejména u ručních stříkacích pistolí к tomu, že jsou poměrně velké a těžké a tím je manipulace s nimi velmi nepohodlná a namáhavá.

Úkolem vynálezu tudíž je, vytvořit elektrostatický zdroj vysokého napětí shora uvedené konstrukce pro provoz elektrostatických rozprašovacích přístrojů tak, aby během praktického provozu docházelo průběžně к samočinnému přizpůsobování jeho čin nosti ve smyslu dosažení minimálních výkonových ztrát.

Tento úkol se řeší u vysokonapěťového zdroje shora uvedeného druhu podle vynálezu tím, že na vstup výkonového zesilovače je připojen výstup regulovatelného frekvenčního generátoru, jehož výstup je připojen na první výstup mikropočítače, jehož druhý výstup je připojen na vstup nízkonapěťového stejnosměrného zdroje, přičemž na mikropočítač je připojen řídicí prvek a obvodová jednotka pro zjišťování skutečných hodnot primárního napětí transformátoru.

Dalším význakem vynálezu je, že na mikropočítač je připojena obvodová jednotka pro měření skutečných hodnot rozpracovacího proudu mezi uzlem zapojení a zemí.

Rozvinutí vynálezu spočívá dále v tom, že řídicí prvek je tvořen řídicí sadou tlačítek a indikační jednotkou.

Význakem vynálezu rovněž je, že indikační jednotka obsahuje pás světloemitujících diod.

Rozvinutí vynálezu spočívá rovněž v tom, že s mikropočítačem jsou spojeny vstupy a výstupy řídicí jednotky pro řízení průběhů rozprašování.

Posledním význakem vynálezu pak je, že s mikropočítačem jsou spojeny interfaceové jednotky pro provádění logických operací v procesoru nebo sériových logických operací.

Výhodnost řešení podle vynálezu spočívá zejména v tom, že výkonový zesilovač je taktován regulovatelným frekvenčním generátorem místo obvyklého oscilátoru, kmitajícího určitou frekvencí. Regulace této frekvence a regulace nízkonapěťového stejnosměrného zdroje se provádí potom mikropočítačem, který na základě regulačního algorytmu provádí plynule a průběžně nejpříznivější výkonové vyladění. Přitom se nastavuje napětí nízkonapěťového stejnosměrného zdroje a tím i vysoké napětí na výstupu vysokonapěťové kaskády podle předem zadané žádané hodnoty, podle které se i reguluje. Rovněž frekvence frekvenčního generátoru je mikropočítačem s ohledem na výkon optimálně volena resp. regulována V důsledku toho se při všech provozních stavech dosáhne takřka beze ztrátového vytváření vysokého napětí a jednak podstatného zmenšení vývinu tepla na elektronických konstrukčních prvcích, zejména na transformátoru, což představuje i podstatné úspory elektrické energiě. Tím je například umožněno spojit rozprašovací pistole s transformátorem a kaskádou, které při použití moderních elektronických konstrukčních prvků mají extrémně malé rozměry, tím je i celá pistole malá a lehká a neexistuje nebezpečí přehřátí uvedených elektronických konstrukčních prvků.

Další výhodnost řešení podle vynálezu spočívá v tom, že rozprašovací proud, tedy proud tekoucí mezi rozprašovací elektrodou a postřikovaným obrobkem, se měří, načež б

25952В mikropočítač na základě zjištěných hodnot rozprašovacího produ udržuje napětí až do předem zadané prahové hodnoty rozprašovacího proudu, v podstatě konstantním. Při dosažení, resp. překročení této prahové hodnoty pak mikropočítač napětí sníží. Jinými slovy, při přiblížení pistole к obroku, což je spojeno se zvýšením rozprašovacího proudu, se napětí udržuje nejprve na v podstatě konstantní hodnotě, naproti tomu od určité vzdálenosti, to je prahové hodnoty rozprašovacího proudu, se napětí zmenšuje a tak se snižuje i nebezpečí průrazu. Může se také ještě pracovat bez nebezpečí v určitých mezích prahové hodnoty, přičemž i nadále zůstává zabezpečeno optimální přizpůsobení při minimálních ztrátách.

Další předností vynálezu je, že zjišťování rozprašovacího proudu se provádí velmi jednoduchou, neproblematickou, ale presto velmi přesnou měřicí metodou.

Výhodnost řešení podle vynálezu spočívá rovněž v tom, že se může vysokonapěťový zdroj vytvořit z takových řídicích prvků a interfaceových jednotek, které poskytují mnohonásobné možnosti využití vstupních dat a jejich indikaci, programové zadávání průběhů provozu a spojení s dalšími rozprašovacími přístroji a. dalšími přístroji na zpracování dat.

Vynález bude v dalším textu blíže objasněn na příkladu provedení, znázorněného na připojených výkresech.

Na obr. 1 je znázorněno blokové schéma zapojení jednoho provedení vysokonapěťového zdroje podle vynálezu.

Na obr. 2A а 2B je znázorněn diagram pro vysvětlení regulace v závislosti na rozprašovacím proudu.

Na obr. ЗА, ЗВ а 3C jsou znázorněny schematicky obrázky pro objasnění indikačního ústrojí.

V blokovém zapojení podle obr. 1 je obsažen vysokonapěťový transformátor 10, jehož sekundární strana je spojena se vstupem vysokonapěťové kaskády 11. Vysokonapěťový výstup vysokonapěťové kaskády 11 vede к neznázorněné vysokonapěťové elektrodě. Transformátor 10, vysokonapěťové kaskáda 11 a vysokonapěťové elektroda jsou obvykle konstrukční díly známých elektrostatických rozprašovacích pistolí s vysokonapěťovým zdrojem umístěným v pistoli.

Primární strana vysokonapěťového transformátoru 10 je napájena výkonovým zesilovačem 12 prostřednictvím neznázorněného přívodního kabelu. Tento výkonový zesilovač 12 se nachází, stejně jako v dalším textu objasněné konstrukční díly, na místě vzdáleném od stríkací pistole, výhodně ve skříni kombinované napájecí a řídicí jednotky. Výkonový zesilovač 12 je napájen regulovatelným napěťovým zdrojem 13. Napájecí napětí je stejnoměrné. Výkonovému zesilovači 12 je přiváděna, resp. dodávaná potřebná řídicí frekvence frekvenčním generátorem 14, přičemž se u frekvenčního generátoru 14 jedná o regulovatelný frekvenční generátor, řízený stejnosměrným napětím, což má podstatný význam. Napěťový zdroj 13 a frekvenční generátor 14 jsou spojeny prostřednictvím řídicích vedení s mikropočítačem 15, který provádí regulaci těchto obou konstrukčních prvků. Mikropočítač 15 je ovládán řídicím prvkem 16, což je ručně ovladatelná sada tlačítek a indikační úústrojí pro indikaci zajímavých dat. Mikropočítači 15 jsou průběžně dodávaná data o dějích, probíhajících ve vysokonapěťovém zdroji, přičemž první obvodovou jednotkou 17 jsou zjišťovány okamžité skutečné hodnoty napětí a další obvodovou jednotkou 18 jsou zjišťovány okamžité skutečné hodnoty proudu primární strany transformátoru 10 a po odpovídající úpravě jsou předávány jako informační data mikropočítači 15. Zapojení obou obvodových jednotek 17, 18 je zřejmé z výkresu, přičemž obvodová jednotka 18 je zapojena na nízkoohmový odpor 19. Kromě toho jsou mikropočítači 15 dodávány informace, resp. informační data o velikosti okamžitého rozprašovacího proudu, tedy proudu mezi vysokonapěťovou elektrodou a uzemněným obrobkem, a sice prostřednictvím obvodové jednotky 20. Obvodová jednotka 20 zjišťuje přitom rozprašovací proud tím způsobem, že se měří proud tekoucí vysokoohmickým odporem 23, zapojeným mezi uzlem 21 a zemněním 22. Tímto způsobem lze zjišťovat přímými měřeními jen těžko přístupný rozprašovací proud, přičemž toto měření je jednoduché a přesto přesné.

Vstupní a výstupní řídicí jednotka 24, která je spojena s mikropočítačem 15, vysokonapěťovým transformátorem 10 a ovládacími prvky stříkací pistole, řídí spínací orgány vysokého napětí, přívod stříhacího materiálu a tlakového vzduchu a určité průběhy, například otevření ventilu stříkacího resp. rozprašovacího materiálu teprve po zapnutí vysokého napětí a případně indikuje poruchy. Kontrolu programového řízení mikropočítače 15 provádí obvyklá obvodová jednotka interfaců, přičemž u obvodové jednotky 26 se jedná o interface procesoru pro realizování spojení za účelem datové a povelové výměny, například při řízení více stříkacích pistolí z jedné ústředny. U obvodové jednotky 27 se jedná o sériový interface, který umožňuje připojení na nadřazené počítací zařízení.

Vysokonapěťový zdroj pracuje následujícím způsobem. Obsluha zadá prostřednictvím sady tlačítek u řídicího prvku 16 hodnotu vysokého napětí, požadovaného na rozprašovací elektrodě. Během celého rozprašovacího provozu reguluje potom mikropočítač 15 napětí napěťového zdroje 13 a frekvenci frekvenčního generátoru 14 tak, aby jednak požadované napětí zůstávalo konstantním a jednak aby primární proud vysokonapěťového transformátoru 10 zůstával na nejpříznivější hodnotě, to je minimální hodnotě z hlediska provozního výkonu. Nezávisle na okamžité zátěži a kolísáních zátěže je tedy zaručen optimální rozprašovací účinek při konstatním vysokém napětí a mi nimální výkonové ztráty v důsledku optimálního přizpůsobení. Přídavně к vkládání požadovaného vysokého napětí na rozprašovací elektrodě se zadává prostřednictvím sady tlačítek do procesoru, resp. mikropočítače 15 ještě prahová hodnota rozprašování. Jestliže se tato prahová hodnota dosáhne nebo překročí, což je mikropočítači 15 sděleno obvodovou jednotkou 20, pak mikropočítač 15 zmenší napětí napěťového zdroje 13 a tím i vysoké napětí na rozprašovací elektrodě a sice tak, aby rozprašovací proud zůstal v podstatě konstantním. Obr. 2A u· kazuje charakteristiku stříkacího proudu í_s a obr. ЗА ukazuje charakteristiku závislosti, resp. průběhu vysokého napětí U na rozprašovací elektrodě a sice vždy v závislosti na vzdálenosti rozprašovací elektrody od obrobku. Čárkovaná svislá čára označuje přitom prahovou hodnotu rozprašovacího proudu, resp. kritickou vzdálenost. Tato regulace, vyplývající z obou diagramu, umožňuje bezpečnou práci na minimální vzdálenosti mezi rozprašovací elektrodou a obrobkem, přičemž regulace se může provádět tak, že bezprostředně před dotykem rozprašovací elektrody s obrobkem se napětí zcela zhroutí. Toto je tak zvaná dotyková ochrana. Přitom se i během tohoto provozu z blízka u obrobku nadále provádí výkonové přizpůsobování, to znamená, že i při tomto provozním stavu nedochází к nijakým podstatným výkonovým ztrátám a tím i к zahřívání elektronických konstrukčních prvků.

Na indikační jednotce řídicího prvku 16 může obsluhující osoba zjišťovat různá nastavovací a provozní data. Zejména se zjišťuje a indikuje zvolené napětí, zvolená prahová hodnota rozprašovacího proudu a velikost rozprašovacího proudu. Zvláště elegantní a účinná indikace těchto tří hodnot se dostane při použití přepínatelného pásu světloemitujících diod, jak je to naznačeno v obr. ЗА, ЗВ а 3C. Přitom představuje světelný pás 30 indikaci pro nastavené vysoké napětí, přičemž napěťová hodnota odpovídá délce světelného pásu 30. Tato indikace zůstává tedy během provozu konstantní a to i v tom případě, jestliže se překročí prahová hodnota rozprašovacího proudu. Přepnutím pak lze dosáhnout stavu znázorněného v obr. 3B, ve kterém se indikuje nastavená prahová hodnota rozprašovacího proudu, a sice prostřednictvím diod, které neemitují světlo a které tak dělí světelný pás 30 ve dva dílčí světelné pásy 31, 32. Dalším přepnutím se konečně dostane stav znázorněný v obr. 3C, ve kterém se indikuje skutečný rozprašovací proud. Pro tuto indikaci pak svítí jen jediná světloemitující dioda 33. Přednost této indikace spočívá v tom, že pro indikaci třech hodnot, totiž napětí U, prahové hodnoty SW a rozprašovacího proudu í_s, je zapotřebí jen jediné řady světloemitujících diod.

Na základě dat, které jsou v mikropočítači, lze odvodit informace, které jsou podstatné pro diagnostiku poruch, tedy při poruše lze rozpoznat, zráli se jedná o poruchu ve vysokonapěťové kaskádě, nebo o přerušení vedení, atd. Dále prostřednictvím vstupní a výstupní řídicí jednotky 24 se provádí jak zadávání, tak i rozpoznávání, resp. indikace určitých průběhů a dějů, například zadávání blokování, to je, že ventil laku se otevře teprve po zapnutí vysokého napětí. Touto řídicí jednotkou 24 se provádí i indikace poruch. Prostřednictvím interfaceové obvodové jednotky 26 procesoru se může realizovat více logických operací za účelem výměny dat nebo povelů, například jestliže z jediné ústředny se má řídit více stříkacích pistolí, nebo jestliže se má provést kontrola zemnění obrobku, přičemž při vadném zemnění obrobku se provede samočinně odpojení vysokého napětí. Jestliže se má použít vysokonapěťový generátor ve spojení s nadřazenými počítači, může se toto provést prostřednictvím sériové oddělovací obvodové jednotky 27; přitom se dostanou téměř neomezené možnosti pro automatická rozprašovací zařízení se samočinným přepínáním barev apod.

Programování mikropočítače 15 není předmětem tohoto vynálezu, takže jeho vysvětlování na příkladu není nutné. Je třeba pouze uvést, že není spojeno s nijakými potížemi, programovat běžně dostupné mikropočítače tak, resp. vypracovat program tak, aby se dosáhlo potřebného algorytmu regulace, přičemž pod pojmem mikropočítač je třeba zde rozumě i kombinaci mikroprocesoru a datové paměti.

Na závěr budiž uvedeno několik číselných příkladů pro provoz zařízení podle vynálezu. Stejnosměrný zdroj 13 dodává stejnosměrné napětí 25 V, stejnosměrný proud 0,5 až 2 A. Frekvenční generátor dodává řídicí frekvenci 26 kHz.

Vynález se samozřejmě neomezuje na znázorněný a objasněný příklad provedení. Naopak jsou možné četné jeho obměny, aniž by překročily rozsah vynálezu. Toto se týká zejména druhu a zapojení jednotlivých konstrukčních elektronických prvků. Podstatné je, aby mikropočítač reguloval napětí a proud tak, že dochází к stálému optimálnímu přizpůsobování, což, vztaženo na primární stranu transformátoru, odpovídá maximální amplitudě při minimálním proudu.

Claims (6)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Elektronický vysokonapěťový zdroj pro elektrostatické rozprašovací přístroje s rozprašovací elektrodou, sestávající z regulovatelného nízkonapěťového stejnosměrného zdroje, frekvenčně řízeného výkonového zesilovače pro převádění stejnosměrného napětí ve střídavé napětí, z transformátoru pro převádění nízkého střídavého napětí ve střední střídavé napětí a z vysokonapěťové kaskády pro převádění středního střídavého napětí ve vysoké stejnosměrné napě tí, zejména pro ruční rozprašovací pistole, u kterých je transformátor a vysokonapěťová kaskáda umístěna v pistoli, vyznačující se tím, že na vstup výkonového zesilovače (12) je připojen výstup regulovatelného frekvenčního generátoru (14), jehož vstup je připojen na první výstup mikropočítače (15), jehož druhý výstup je připojen na vstup nízkonapěťového stejnosměrného zdroje (13), přičemž na mikropočítač (15] je připojen řídicí prvek (16) a obvodová jednotka (17) pro zjišťování skutečných hodnot primárního napětí transformátoru (10).
2. 2. Elektronický vysokonapěťový zdroj podle bodu 1, vyznačující se tím, že na mikropočítač (15) je připojena obvodová jednotka (18) pro měření skutečných hodnot roz prašovacího proudu mezi uzlem (21) a zemí (22).
3. 3. Elektronický vysokonapěťový zdroj podle bodu 1, vyznačující se tím, že řídicí prvek (16) je tvořen řídicí sadou tlačítek a indikační jednotkou (16a).
4. 4. Elektronický vysokonapěťový zdroj podle bodu 3, vyznačující se tím, že indikační jednotka (16a) obsahuje pás světloemitujících diod.
5. 5. Elektronický vysokonapěťový zdroj podle některého z bodů 1 až 4, vyznačující se tím, že s mikropočítačem (15) jsou spojeny vstupy a výstupy řídicí jednotky (24) pro řízení průběhů rozprašování.
6. 6. Elektronický vysokonapěťový zdroj podle některého z bodů 1 až 5, vyznačující se tím, že s mikropočítačem (15) jsou spojeny obvodové jednotky (26, 27) pro provádění logických operací v procesoru nebo sériových logických operací.

   2 listy výkresů

   259S 23