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浅谈静电植砂高压发生器
——岑文远 陈赉宝
摘要：本文阐述目前涂附磨具行业常见的静电植砂高压发生器，分析指出低频高压发生器比直流高压发生器有较多优点。介绍了18看来作者研制的三代产品的性能和特点。
　　 关键词：静电植砂  涂附磨具
上个世纪八十年代末，原第二砂轮厂和上海砂轮厂开始由德国引进涂附磨具生产设备，静电植砂技术由此进入中国。1992年上海理工大学研制出国产静电植砂技术，经过近20年的发展，我国涂附磨具行业几乎所有的企业都采用了静电植砂工艺。
静电植砂是在高压电场的作用下，砂粒克服自身重力，飞向带胶基布的一种砂布生产工艺。在静电植砂生产线中，使用着直流和低频交流两种高压发生器。直流高压发生器一般是原来生产静电喷漆、静电植绒的静电高压设备厂生产的。电路结构简单，价格比较便宜。它的电场力较小，适合用于P80—P320中等粗细的砂布生产。低频交流与直流高压相比有以下几方面的优点：
1、低频高压能够使砂粒在电场中产生较大冲击力。
砂粒在交流高压作用下，一正一反地被极化，可以比喻为拳头缩回来再打出去，进入涂胶层时冲击力较大，因此进入胶层较深，粘结比较牢固。且重心朝里尖头朝外，排列比较整齐，砂布磨削锋利，质量较好。低频交流还可以设计适合静电植砂的特种脉冲波形来增加冲击力。植砂时听到“沙、沙、沙”的飞砂声就是砂粒冲击的声音。
众所周知，高压电场的电极板必须安装在绝缘支架上，而绝缘支架和极板间距能够承受的高电压是有限的，过高的电压会造成绝缘击穿、极板间隙放电打火。目前，直流高压发生器上限100KV，低频交流高压上限60KV。在同等绝缘条件下，交流高压对地电压较低，击穿的可能性较小。
2、交流可以去除砂粒的极化。
在植砂过程中，一部分砂粒被胶粘在基布上，另一部分砂粒未被粘住而掉下来，还有一部分进入胶层较浅、粘得不牢的砂粒，在反向电场的作用下也能掉下来，产品质量较好。由于砂粒是电的不良导体，具有电介质的性质，在电场中有极化作用。在受电场力再次作用时，砂粒极化会表现出反电场方向的作用力，而减小吸引时的冲击力。交流高压的负半周有去极化作用，可以使得前一次未被粘住的砂粒下一次仍冲向胶层，使静电植砂连续生产的质量比较稳定。
3、可以按照生产实际需要调整频率和极板尺寸。
粗砂质量大，惯性也大，必须用较低频率才能在电场中从下极板飞到上极板。而较低频率生产率较低，因此细砂植砂生产时，频率调高一些，兼顾砂粒有足够时间从下极板飞到上极板和较高的生产率。粗砂低频工作如生产率偏低，可以适当增加极板长度来获得较高生产率。
4、交流比直流高压电压稳定。
直流高压发生器内部电路结构比较简单，高压由倍压整流电路产生，内阻很大且无法调整控制，使得高压电压稳定性差。而低频交流高压电压由高压变压器直接产生，相对内阻较小，且可以采取电路补偿和反馈措施，进一步提高高压电压的稳定性，从而能够对静电植砂电场强度进行比较精确的控制。好的低频交流高压发生器，它的高压电压稳定性很好，不但可以用于一般密植砂场合，还可以用于要求较高的疏密植砂可控的场合。上海理工大学JD-3型静电高压发生器属于这类产品。
5、交流高压发生器有较好的保护功能。
目前直流高压发生器采用半导体高压硅堆，属于不可控电子器件。当负载瞬时过载或电源超过极限时，主要保护手段是烧保险丝或空气开关跳闸，或者烧高压硅堆造成设备损坏。从我国实际情况来看，多数使用直流高压发生器的植砂机结构比较简陋，绝缘性能较差，高压放电打火现象时有发生，负载瞬时过载难以避免，因此故障率较高。
烧保险丝或空气开关跳闸，需要01秒或更长时间。若遇到工人触电需要瞬时保护，0.1秒时间就太长。目前低频交流高压发生器设计使用IGBT管，这是一种电压控制型大功率晶体三极管，可以在10微秒时间内从导通变成关断，起到快速保护作用。此外上海理工大学产品设计了七种保护措施，使用安全。
低频交流高压发生器也有它的局限性。
1、电场力有限，还不能吸附很粗的砂粒，对于P36以粗的砂布生产还要借助重力植砂工艺。
2、交流高压由集成电路、三极管、电阻电容等弱电电子器件产生和控制。在高压强电环境下工作，有时也会损坏。需要从电路设计、制造工艺和材料选择多方面采取措施，使用者也要按规章操作。
上海理工大学是一所具有百年历史的综合性高等学校，在学习研究国外先进技术的基础上，1992年研制成功了JD-1型静电植砂高压发生器，获得了上海市科技进步奖和国家专利，产品销往全国各地并出口东南亚，满足了磨料磨具行业技术改造的迫切需要。随着磨具磨料行业对砂布砂纸质量要求越来越高，而且要求单位面积重量控制在一定范围，品种要求也不断增多，对于某些场合JD-1型静电植砂高压发生器难以胜任，为此，2003年上海理工大学研制出JD-2型精密控制型静电植砂高压发生器。它是JD-1型基础上的改进产品，保留了JD-1型全部技术性能，增加了对静电植砂电压的稳压控制。2008年又改进研制出JD-3型静电植砂高压发生器。它保留了JD-2型的全部技术性能，体积重量大为减少，调压控制精密度和快速性也有所提高，产品成本和价格还略有降低。
三种产品的性能对比见表一：
表一：JD-1，JD-2，JD-3，型静电植砂高压发生器对照表
序号
项目
JD-1型
JD-2型
JD-3型
1
研制年份
1992年
2003年
2008年
2
用途
砂纸、砂布、砂带静电植砂生产线
3
输出电压
0～60KV
4
输出电流
0～10mA
5
输出频率
2～30HZ
6
输出波形
静电植砂特种低频交流高压脉冲波形
7
植砂能力
P36以细（碳化硅）P46以细（棕刚玉）
8
植砂电压稳定度
随电网电压而变
±1
±0.5%（满载时）
9
电压调整响应时间
1秒
1秒
0.05秒
10
电压显示分辨率
1000v
20v
20v
11
供电电源
3相380v50Hz
3相380v50Hz
单相220v50Hz
12
供电功率
≤1250VA
≤1250VA
≤800VA
13
环境温度
0—40℃
14
工作方式
连续工作
15
电控柜尺寸
1900*700*450
立方毫米
1900*700*450
立方毫米
1000*700*250
立方毫米
16
电控柜重量
120㎏
150㎏
40㎏
17
高压变压器尺寸
610*500*800立方毫米
18
高压变压器重量
560㎏
19
防尘密封性能
较差
较差
较好
20
安全保护功能
七种保护电路
由表一可知，JD-3型保持了JD-1、JD-2型的全部优良技术性能。体积重量大为下降；显示分辨率比JD-1型明显提高，与JD-2型相同；植砂电压控制精度与稳度比JD-1明显提高，比JD-2型稍有提高；稳压调整时间JD-3为0.5秒，比JD-2（5～10秒）快得多；设备密封防尘性能较好；供电由三相380V改为单相220V，且功耗下降，节电良好，在漆包线、矽钢片等各种原料不断涨价的市场环境下，JD-3型价格不但不涨，反而稍有下降，使其成为性能价格比十分优良的静电植砂设备。
由表一看到，三种设备的电气控制柜变化改进较大，高压变压器未作变化。因为该变压器是我们特殊设计，专业定点生产产品。设计中巧妙地避开了电感电容分布参数造成的对2～30HZ工作范围的影响；输出阻抗和最低工作频率都明显优于进口同类设备，而且50多条生产线16年先后使用故障率为零。

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