УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТИРКИ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к бытовой технике и предназначена для использования в устройствах для акустической активации жидких сред, преимущественно при стирке.
Известны бытовые ультразвуковые устройства для стирки белья, включающие схему преобразования питающего напряжения электросети, генератор электрических колебаний и акустический излучатель, содержащий пьезокерамический элемент (патент РФ №2116396, публ. 1998 г., патент РФ №2152121, публ. 2000 г., патент РФ №2200780, публ.2003 г.).
H
B
Известно также ультразвуковое устройство для стирки белья, содержащее генератор электрических колебаний, соединенный с источником питания и акустическим излучателем с вибратором, выполненным в виде пьезокерамического элемента. Генератор электрических колебаний выполнен в виде источника акустических колебаний качающейся частоты в диапазоне частот f-f (патент РФ №2109095, публ. 1998 г.).
В основе известных ультразвуковых стирающих устройств лежит принцип предварительного понижения питающего переменного напряжения, преобразование его в постоянный ток низкого напряжения, преобразование этого тока аналоговым ультразвуковым генератором в высокочастотный сигнал, а затем повышение полученного сигнала до уровня, необходимого для работы ультразвукового излучателя. Все эти преобразования приводят к снижению КПД ультразвуковых устройств,
снижению интенсивности ультразвукового поля, неустойчивой работе ультразвуковых стирающих устройств.
Известен генератор, предназначенный для использования в портативном устройстве с пьезокерамическим излучателем (патент RФ №2210174, публ. 2003 г.).
Известное устройство имеет высокий КПД за счет работы генератора на резонансной частоте излучателя.
Недостатком известного устройства является большое количество дискретных элементов, моточных изделий и сложность настройки генератора на резонансную частоту излучателя.
Задачей создания настоящей полезной модели является повышение КПД ультразвукового устройства для стирки и повышение мощности, подводимой к ультразвуковому излучателю.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в следующем.
Ультразвуковое устройство для стирки содержит последовательно соединенные блок питания, генератор ультразвуковой частоты и ультразвуковой излучатель. Генератор ультразвуковой частоты запитывается постоянным током, напряжение которого равно напряжению бытовой электросети, а его электрическая схема выполнена на высоковольтных коммутирующих транзисторах, включенных полумостом, и управляемых драйвером верхнего и нижнего ключа, содержащим встроенный генератор, подключенный к внешнему времязадающему устройству.
Генератор ультразвуковой частоты может быть выполнен на интегрированном в единый корпус драйвере полумоста и высоковольтных коммутирующих транзисторов.
Генератор ультразвуковой частоты может дополнительно содержать блок смещения основной рабочей частоты от 20 кГц до 60 кГц с частотой качания 4-5 Гц.
В другом варианте исполнения ультразвуковое устройство для стирки содержит последовательно соединенные блок питания, генератор ультразвуковой частоты, ультразвуковой излучатель, при этом электрическая схема генератора выполнена на микроконтроллере, осуществляющим цифровое формирование рабочей частоты и формирующим импульсы управления для драйвера верхнего и нижнего ключа, управляющего внешними высоковольтными коммутирующими транзисторами.
В обоих вариантах исполнения между выходом генератора и излучателем дополнительно может быть размещен электронный блок самодиагностики.
На фиг.1-3 представлены варианты выполнения блок-схем ультразвукового устройства для стирки.
Представленное на фиг.1 ультразвуковое устройство для стирки содержит блок питания 1, генератор электрических колебаний ультразвуковой частоты 2, ультразвуковой излучатель 3. Генератор электрических колебаний 2 включает драйвер полумоста 4, блок мощных высоковольтных коммутирующих транзисторов 5 и трансформатор 6. Драйвер полумоста 4 управляется внешним времязадающим устройством 7.
Устройство работает следующим образом.
Блок питания 1 осуществляет преобразование переменного сетевого напряжения 220 В в постоянное напряжение 220 В, которое в дальнейшем преобразуется коммутирующими транзисторами в переменное напряжение высокой частоты. Драйвер полумоста 4 имеет встроенный генератор, частота работы которого определяется внешним времязадающим устройством 7, включающим в себя RC-цепь, и обеспечивает управление верхним и нижним ключами полумостовой схемы. Частота задается параметрами RC-цепи, которая рассчитывается по типовой формуле для
каждого конкретного типа используемого драйвера полумоста. Трансформатор 6 обеспечивает гальваническую развязку от сети и согласование с нагрузкой 3, выполненной в виде ультразвукового излучателя с рабочим элементом из сегнетожесткой пьезокерамики на основе твердого раствора цирконата-титана свинца, герметизированного компаундом.
Используемые в бытовых целях ультразвуковые устройства для стирки белья имеют невысокую интенсивность звука. Это дает возможность применить вместо драйвера полумоста 4 и блока мощных транзисторов 5 интегрированный с транзисторами в одном корпусе функционально идентичный драйвер. Это позволяет минимизировать габариты ультразвукового устройства для стирки белья, снизить трудоемкость его сборки и повысить надежность всего устройства.
Основанный на акусто-капилярном эффекте процесс стирки происходит за счет прохождения ультразвуковых волн через жидкую среду и способствует пропитыванию ткани раствором поверхностно-активных веществ. Возникающая в жидкости флуктуация микропотоков приводит к более активному перемешиванию моющего раствора у поверхности стираемых изделий, если воздействовать на среду ультразвуком качающейся частоты.
На фиг.2 показана блок-схема ультразвукового устройства для стирки белья, которая обеспечивает акустические ультразвуковые колебания переменной частоты в диапазоне 20-60 кГц с частотой качания 4-5 Гц. Устройство отличается от приведенного на фиг.1 наличием блока 8, который задает смещение основной рабочей частоты до верхней и нижней границ диапазона и частоту качания. Блок 8 включает в себя генератор пилообразного напряжения с частотой сигнала 4-5 Гц и мультивибратор, работающий на переменной частоте 20-60 кГц.
Данная схема достаточно проста в реализации, но не обладает возможностью динамичной перестройки частоты качания и диапазона работы, что необходимо для качественного отстирывания тканей разной плотности.
На фиг.3 показана реализация схемы другого варианта исполнения ультразвукового устройства для стирки белья, где частотные параметры задаются программируемым микроконтроллером, что позволяет задавать различные режимы работы устройства. Это приводит к более глубокому проникновению поверхностно-активных веществ в структуру ткани и, следовательно, повышению качества отстирываемости изделия и сокращению времени стирки.
Представленное на фиг.3 ультразвуковое устройство для стирки содержит блок питания 9, генератор электрических колебаний 10, ультразвуковой излучатель 3, блок выбора режима и индикации 11, датчик тока 15. Генератор электрических колебаний 10 включает микроконтроллер 13, драйвер верхнего и нижнего ключа 14, блок мощных высоковольтных коммутирующих транзисторов 15, трансформатор 16.
Предложенное на фиг.3 устройство работает следующим образом.
Блок питания 9 обеспечивает выпрямление переменного сетевого напряжения 220 В в постоянное напряжение 220 В и формирование низковольтного напряжения для работы микроконтроллера 13 и драйвера верхнего и нижнего ключа 14. Микроконтроллер 13 получает сигналы управления от блока выбора режима работы и индикации 11 и в соответствии с ними формирует импульсы управления для драйвера верхнего и нижнего ключа 14, который управляет внешними высоковольтными коммутирующими транзисторами 15. Микроконтроллер 13 также задает время работы устройства в соответствии с выбранным режимом и индикацию режима работы на блоке 11. Получаемые микроконтроллером 13 сигналы с датчика тока 12 обрабатываются и
ультразвуковое устройство для стирки белья имеет возможность отслеживать изменения нагрузки и формировать защиту от перегрузки.
Также представленные схемы могут содержать устройство самодиагностики 17 - «SDS Nevoton» (заявка на ПМ 2005133471, решение о выдаче патента от 29.11.05 г.), содержащее включенные в общую цепь светодиод и систему резисторов, соединенных между собой с возможностью измерения величины падения напряжения на резисторах блока. Устройство самодиагностики 17 осуществляет контроль работоспособности всех систем ультразвукового устройства для стирки белья.
Предложенные варианты ультразвукового устройства для стирки белья, благодаря упрощению схемы преобразования сетевого напряжения и применению цифрового синтезатора ультразвуковой частоты с драйвером управления транзисторными ключами обеспечивают увеличение КПД и интенсивности ультразвукового поля в моющей среде, качество и производительность стирки, очистки, дезинфекции при обеспечении высокой надежности ультразвукового устройства.
Заявляемое в качестве полезной модели устройство позволяет повысить КПД ультразвукового устройства для акустической активации жидких сред и мощность, подводимую к ультразвуковому излучателю. Это достигается за счет исключения из схемы питания ультразвуковых стирающих устройств понижающего преобразователя напряжения электросети и применения в качестве генератора УЗЧ высоковольтных коммутирующих транзисторов, включенных полумостом с управлением от драйвера верхнего и нижнего ключа.