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靜電涂敷用高壓靜電電源

文檔作者：劉文斌伍學(xué)正陳景亮文檔來(lái)源：西安變通大學(xué)電氣系		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年09月26日
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靜電涂敷用高壓靜電電源
西安變通大學(xué)電氣系
劉文斌伍學(xué)正 陳景亮
一
、引 言
帶靜電的物體能夠吸附微細(xì)的塵?；驇?
靜電的微細(xì)塵埃能夠被其他物體所吸附， 這
早已是眾所周知的基本物理現(xiàn)象。靜電的這
一基本特性在許多生產(chǎn)領(lǐng)域中往往對(duì)生產(chǎn)帶
來(lái)影響， 甚至引起靜電災(zāi)害。但是它也有可
以被利用的一個(gè)方面， 人們利用這一基本現(xiàn)
象發(fā)明了許多先進(jìn)的生產(chǎn)工藝。例如：靜電
噴漆、靜電噴塑、靜電除塵、靜電塑料品貼
花。靜電流化床包封等都是利用了這一基本
物理現(xiàn)象。這些技術(shù)比傳統(tǒng)的工藝技術(shù)有了
很大的進(jìn)步和提高，在某些方面甚至發(fā)生了
根本性的變革。例如：對(duì)于流化床熱包封技
術(shù)而言，它要求首先將被包封元器件加熱至
粉末的熱熔化溫度以上-整個(gè)工藝都是在高
溫條件下進(jìn)行的，這樣對(duì)于一些耐溫強(qiáng)度不
太高的元器件而言，高溫預(yù)加熱不宜采
用，熱包封也就顯得無(wú)能為力。另外。對(duì)于
一些熱容量較小的元器件來(lái)說(shuō)，預(yù)加熱之后
熱量散失較快，包封厚度就無(wú)法保證·這樣
只有經(jīng)過(guò)多次包封才能達(dá)到要求。采用靜電
流化床便可以解決這樣的問(wèn)題，它不需要高
溫預(yù)加熱-高壓靜電使粉末帶電，然后吸附
到被包封元器件上， 最后在紅外加熱爐中固
化。
電子元器件的包封是其整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中
重要的、不可缺少的環(huán)節(jié)之一， 包封的質(zhì)量
及其效率在生產(chǎn)過(guò)程也特別重要。許多生產(chǎn)
廠家采用熱包封效果都不太理想，于是便轉(zhuǎn)
向使用靜電流化床包封技術(shù)。結(jié)臺(tái)西安無(wú)線
電二廠 氧化鋅壓敏電阻 靜電流化床包封
成套設(shè)備， 我們同時(shí)研制了實(shí)用型高壓靜電
電源。該電源具有線路簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、耗
電省、效率高、穩(wěn)定性好、過(guò)載能力強(qiáng)、使
用壽命長(zhǎng)、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。完全可以滿足
靜電流化床的使用要求-使用效果極好
二、靜電流化床包封基本原理
靜電流化床包封系統(tǒng)與普通流化床包封
系統(tǒng)的主要差別就在于多了一個(gè)高壓靜電電
源。它主要由空氣壓縮機(jī)、靜電流化床、高
壓靜電電源、集塵器、紅外熱固化爐所組
成。它的組成框圖如圖l所示?？諝鈮嚎s機(jī)將
圖1 酐電褫化庳系統(tǒng)框圖
所產(chǎn)生的壓縮空氣送給流化床， 使流化床中
的粉末料流化而產(chǎn)生出液態(tài)和氣態(tài)兩個(gè)粉末
區(qū)域， 如圖2所示。集塵器將懸浮狀的氣態(tài)粉
末收集起來(lái)， 以便再用， 并起到勞動(dòng)保護(hù)的
作用。而液態(tài)區(qū)域的粉末就主要用于涂敷包
封。流化床內(nèi)部設(shè)置一高壓電暈放l電電極與
高壓靜電電源接通，其作用原理是足夠高的
負(fù)高壓使電極發(fā)生電暈· 電暈電極使氣室中
的壓縮空氣游離而產(chǎn)生出大量的自由電
子， 當(dāng)這種游離化的空氣經(jīng)過(guò)液態(tài)狀粉末
時(shí)，粉末便捕獲電子而成為負(fù)離子粉末， 這些
負(fù)離子粉末通過(guò)靜電引力便吸附到被滁工件
上， 根據(jù)涂敷厚度的要求決定靜電電壓的高
低及涂敷的時(shí)問(wèn)， 待涂敷厚度達(dá)到要求
時(shí)， 再進(jìn)行加熱固化便是靜電流化床包封的
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主要工藝過(guò)程。 整機(jī)絨路圈蟲(chóng)f『圖4rfr~，它主要由三部分組成：
即工頻升壓部分；高壓倍壓整流部分；線路
控制部分。
踴2 靜電藹化厙示霹田
三、高壓靜電電源的基本原理
高壓靜電電源是靜電流化床的關(guān)鍵設(shè)備
之? ，它的基本原理是將交流高壓經(jīng)倍壓整
強(qiáng)L麗得到所需的靜電高壓。根據(jù)交流高壓的
類型可以將它們分為三類 其一是多諧振蕩
器產(chǎn)生出20kHz的交流信號(hào)， 經(jīng)由功率放
大，變壓器升壓送至倍壓整流器。其二是用方
波發(fā)生器發(fā)出lkHz左右的方波信號(hào)·經(jīng)由功
率放大，變壓器升壓送至倍壓整流器。其三
是利用50HzT頻電壓， 經(jīng)由變壓器升壓送至
倍壓整流器。三種電源的差別就在于輸出靜
電高壓的紋波系數(shù)不同，前兩類由于采用了
高頻振蕩． 故輸出靜電高壓的紋波系數(shù)相對(duì)
要低一些。而后一類則出于直接利用工頻電
壓 輸出箭電高壓的紋波系數(shù)相對(duì)就高一
些。但從結(jié)構(gòu)上去考慮，前兩類顯然要比后一
種復(fù)雜得多 根據(jù)實(shí)驗(yàn)一如果將倍雎器元器
件參數(shù)作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，利用第三剝r(jià)類型的高
壓靜電電 仍然能得到較理想的涂教效
果。實(shí)用型高壓靜電電源的組成框囝如圖3所
示。
負(fù) 匝蛤出
囝3 正靜電電埠原理框圖
四、高壓靜電電源的設(shè)計(jì)
根據(jù)原理框圖， 所設(shè)計(jì)的高壓靜電|ll源
圖4 日壓靜電電蹲整機(jī)電路
(一)工頻升壓部分
經(jīng)過(guò)J 控制的電源線直接輸入至0-2kVA
調(diào)壓器的輸入端，輸出端接至JDz一100型電
壓互感器的低匿端，互感器的變比為l∞ ：i(E0~
即經(jīng)過(guò)互感器可將¨；OV交漉電壓升至
10000、曳漉電壓， 經(jīng)過(guò)渡部分便輯決了工頻
電壓的升壓?jiǎn)栴}。互感器的高壓輸出端直接
接至工頻倍壓器的輸入端。
(二)高壓倍壓整流部分
由510PF、20KV耐壓的高壓薄膜電容器
和反峰耐壓為30KV的高壓硅堆組成倍壓整流
電路， 其屯踏圖如圖4所示，理想的倍壓倍比
經(jīng)過(guò)4．5級(jí)則可達(dá)到9．．／7t~，但由于漏電流
的存在和較大的內(nèi)阻，實(shí)際輸出電壓值遠(yuǎn)低
于此位。電壓愈高， 這一差值則愈太。理論
計(jì)算位與實(shí)耐位見(jiàn)圖5曲線所示。
靜電肓匪
壓
tv，
1 理論值 2 宴鍘值
囝S 輔出電壓理論甜葬值與宴鍘值的* 最
4l一
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(三)線路控制部分
整個(gè)電路由兩個(gè)繼電器完成控制，J 的
常閉接點(diǎn)直接接通電源指示綠燈，綠燈亮則
表示電源已經(jīng)接通。當(dāng)J 的常開(kāi)接點(diǎn)閉合
時(shí)，整個(gè)電路接通， 同時(shí)也接通指示紅燈a
Jz為過(guò)流繼電器，當(dāng)外電路由于某種原因發(fā)
生短路時(shí)， 整個(gè)電路會(huì)由于電流過(guò)少而斷
開(kāi)，達(dá)到保護(hù)各元器件的目的。該控制部分的
功能為接通和切斷調(diào)壓器的電源， 并能在大
電流的情況下自動(dòng)切斷電源起到保護(hù)電路的
作用。
(四)電壓、電流指示
倍壓整流電路由于功率較小，輸出端的
漏電對(duì)輸出電壓的影響較大，并且直接影響
到輸出電壓的紋波系數(shù)。因此， 電壓表接到
互感器的初級(jí)兩端，通過(guò)測(cè)量互感器初級(jí)電
廚6 宴甜{卉出電壓值f準(zhǔn)確值)與
表 指示值(近似值)的關(guān)泵
壓I可接地、近似指示出倍壓器的輸出電
壓。通過(guò)測(cè)量可知，初級(jí)電壓與輸出電壓的
倍壓交比在950～1000之間，故在初級(jí)問(wèn)用伏
特表以KV為單位測(cè)量輸出電壓，其誤差不大
于5 。實(shí)瀏輸出電壓值與表頭指示值關(guān)系如
圖6曲線所示。為安全起見(jiàn)， 電流表也串接在
初級(jí)回路，對(duì)外電路電流起到監(jiān)控作用。
五、高壓靜電電源技術(shù)性能及基本參數(shù)
測(cè)定
(一)技術(shù)性能
電源工作電壓22OV 50Hz
輸出電壓 0—8OKV
空載最大輸出電壓 ≤100K~
紋波系數(shù) <1O
功率消耗 90W
工作環(huán)境：溫度 一lO℃ ～+40℃
相對(duì)濕度≤85
外形尺寸 600×330×560
(二)基本參數(shù)測(cè)定
為了全面地了解和掌握該高壓靜電電源
的性能，對(duì)在工作狀態(tài)下的靜電電源特做了
如下幾個(gè)方面的參數(shù)測(cè)定：互感器原邊電壓
與副邊電流的關(guān)系 互感器原邊電壓與原邊
電流的關(guān)系；互感器原邊電壓與龜源輸出靜
、 電高壓的關(guān)系。顙l量數(shù)據(jù)分別由表1、表
V、2、表3列出。根據(jù)顙l量結(jié)果計(jì)算出電源功率
消耗，并做出測(cè)量表頭值與輸出靜電高壓實(shí)
測(cè)值餉校準(zhǔn)曲線如圖6所示。
表1 互感器原邊電壓與副邊電流測(cè)量值
原邊電壓(V ) 35 55 68 8。 92 l00
鬲{邊電流(mA ) 0 25 0．4 0．5 0 6 0．7 0．8
表2 互照器原邊電壓與原邊電流測(cè)量值
原遺電壓(V) 簽 50 60 70 80 J 90 l l00
原邊電流(A) 0．05 0．14 0．I9 0．27 0．4 }0．58 l 0 9
表3 互感器原邊電壓與電源輸出靜電高壓測(cè)量值
原邊電匝(V) 30 40 50 60 l 70 f 8。
輸出再壓(KV) 28 38 46．5 57．5 l 67 j 70
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六、高壓靜電電源的應(yīng)用性能試驗(yàn)
本高壓靜電電源為靜電流化床包封而專
門設(shè)計(jì)研制的，根本的問(wèn)題是看它能否有良
好的直用效果。一般取邊角覆蓋率、一定時(shí)
問(wèn)內(nèi)涂敷包封厚度與外施靜電電壓的關(guān)
系、～ 定電壓下涂敷包封厚度與涂敷時(shí)間的
關(guān)系及包封成品的光精程度來(lái)衡量包封的效
果。邊甩覆蓋率， 即～ 個(gè)正方形金屬條棱角
處包封厚度與平面處包封厚度之比值，它可
以反映， 棱角處與平面處涂敷包封厚度的差
別。通過(guò)包封厚度與外施靜電電壓的特性曲
線可以決定出包封不同厚度時(shí)的理想靜電電
壓。同理， 通過(guò)包封厚度與涂敷時(shí)間的特性
曲線可以決定出較理想的包封涂敷時(shí)間。邊
角覆蓋率在有靜電(靜電涂敷】和無(wú)靜電
(熱涂敷)兩種情況下進(jìn)行，以便比較，其
試驗(yàn)結(jié)果如表4。
表4 有靜電與無(wú)靜電涂敷的邊角覆蓋率
西安術(shù)材廣 西安陶瓷電輯囂廠
125 晤氧粉 卉分廠175 糟
邊角覆蓋辜 52 25 4l 50
(靜電)
邊角瘟孟翠 32 Ij5 lI 60
塒f無(wú) 電)
試驗(yàn)條件：涂敷時(shí)間l5眇、預(yù)熱 度140℃、
預(yù)熱時(shí)問(wèn)3吩、靜電電壓25KV
試驗(yàn)結(jié)果表明，不論哪一種粉束料，靜電
包封均比無(wú)靜電熱包封的邊角覆蓋率要高。
包封絕緣厚度與靜電電壓的特性曲線如圖
7所示，試驗(yàn)是在固定涂敷時(shí)間為lO秒的條件下
進(jìn)行的。由圖可見(jiàn)，包封厚度均隨靜電電壓的
提高而增厚。坦隨著電壓的進(jìn)～ 步提高，包封
效果將變差t器件涂敷層將會(huì)出現(xiàn)麻坑或邊角
崩落等現(xiàn)象， 以致影響包封質(zhì)量。試驗(yàn)表
明t—般取靜電電壓在15KV-30KV~問(wèn)為宜。
包封絕緣厚度與涂敷時(shí)間的特性曲線如圖
SN-~,試驗(yàn)是在固定15KV靜電電壓的條件下
進(jìn)行的。由圖可見(jiàn)，包封厚度均隨涂敷時(shí)間的
延長(zhǎng)而增加，涂敷開(kāi)始時(shí)，涂敷效率較高，增
厚較明顯坦涂敷厚度有明顯的自服效應(yīng)， 即涂
敷到一定厚度時(shí)，涂敷厚度便不再隨涂敷時(shí)問(wèn)
而增加。一般涂敷時(shí)向在1O～加秒之間。
囝7 絕緣唐厚度(S )與靜電電壓【i1)的特性曲線
l s
囝8 包封絕緣覃度《S )與
埭敷對(duì)問(wèn)(t)的特性曲線
七、結(jié)論
1 從理論上講，工頻高壓靜電電源的紋被
系數(shù)比高頻高壓靜電電源的紋波系數(shù)要高，坦
它完全可 滿足靜電流化床包封系統(tǒng)曲使用要
求，包封效率及包封質(zhì)量均可滿足電子元器件
的各項(xiàng)技術(shù)要求。
2．該高壓靜電電源具有線路簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊
湊、耗電省、效率高、穩(wěn)定性好、過(guò)載能力
強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、維修方便與成本較低等優(yōu)
點(diǎn)。
3．包封絕緣層厚度對(duì)靜電電壓與涂敷時(shí)問(wèn)
( p54頁(yè))
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中= 一 ‘(6n q a／m u ) 0審
另外，在穩(wěn)定狀態(tài)下，由 式可得Y方向的下
落速度為
vy=vl+ (mg／6 a)； f
其中，f是外加電壓的頻率(∞=2nf)。將
0 式和E o=v o／d代人 式，則得
q／m= (A日∞ ／v d)
· √ 1+ 【g／ ∞ ( f—vz)j
因此·只要測(cè)定了振幅A e、波長(zhǎng)^和氣體流
速v 便可求出粒子的荷質(zhì)比
四、空間電位法
空間電位法是間接測(cè)定浮游粉體(微粒
子)的平均電荷量的方法． 潮定的量是因粉
體電荷的存在而提高的空間電位。測(cè)定原理
如圖6所示，
l；齄千浮瓣流 2： 電壓衰
A 茸形金屬網(wǎng)B：集電援C：鮑繚管
田6 空問(wèn)電位}圭
將半徑為R的球形金屆網(wǎng)設(shè)置在浮游粉體
(接43頁(yè))
均有白限效應(yīng)，靜電電壓過(guò)高將會(huì)使涂敷層
出現(xiàn)寐坑、崩角等現(xiàn)象，靜電電壓不宜超過(guò)
3o} V。
(絕緣52班袁旭東同學(xué)參加了研制工
作順致謝意。)
參考文獻(xiàn)
中， 金屬網(wǎng)孔的太小使帶電粉體粒子可自由
地出入金屬網(wǎng)， 進(jìn)入金屆網(wǎng)中的帶電粉體便
在其中形成空間電荷。設(shè)帶電粉體粒子在其
中均勻分布，空間電荷密度為p ，1個(gè)粉體
粒子的平均電荷量為q'糟體粒子的空問(wèn)數(shù)密
度為1"1， 則有p nq。根據(jù)高斯定理， 球形
金屬網(wǎng)內(nèi)半徑r處的電場(chǎng)強(qiáng)度為
E= p；／3 d·r=nq／3 d·r ㈣
其中， e D是空間的介電常數(shù)，對(duì)于空氣·e。
=8．85×1 0一 F／In， 從。到R積分
0 式，可得球形盎屬網(wǎng)內(nèi)粉體空間電荷在球 ’
心產(chǎn)生的電位v曲
v o； j- Edr； p R ／6￡日
= nqR ／6。d 0
于是，有
q= 6 e 0／nR r j
D =nq=6 e ／R r )
Q =f4／3)rtR D：
； 8n ￡dRv日 f23)
Q；是球形金屬網(wǎng)內(nèi)帶電粒子的總電荷。因 ．
此．通過(guò)插入球形金屬網(wǎng)內(nèi)的電扳和電壓表測(cè)
量v n后， 使可求出1個(gè)粒子的平均電荷量q或
空間電荷密度以及球形金屈網(wǎng)內(nèi)粒子的總電
荷Q；。
這時(shí)， 探測(cè)電位的電極前端的電位應(yīng)盡
可能接近球形中心的電位，為此，需將電極
前端周圍的空氣變成導(dǎo)電性氣體·圖6在球形
金屬網(wǎng)中心設(shè)置的集電扳上裝有放射性物
質(zhì)，它輻射的放射線可將周圍l的氣體電離· 照
之具有導(dǎo)電性， 這樣測(cè)得的電位便非常接近
中心電位。
[I】陳安迪、陳振發(fā)主編，粉末涂料與
涂裝技術(shù)，安教科技出版社，19~o6年10月
【2】荊耀南、邱昌容主編，電氣絕緣測(cè)
試技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，1981年8月
【3】《技術(shù)通訊》，粉末涂敷工藝材
料專輯，Ol】基地技術(shù)情報(bào)站·1980年第二期

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