基于發(fā)電機(jī)的免電池燃?xì)恻c(diǎn)火器

王東芃 梁琨

摘? ?要：傳統(tǒng)燃?xì)恻c(diǎn)火器以電池作為工作能源，存在電池耗盡的尷尬和換電池的麻煩，也不適應(yīng)綠色、低碳社會的要求。本文提出一種免電池燃?xì)恻c(diǎn)火器裝置，該裝置利用人手握力、用發(fā)電機(jī)作為點(diǎn)火器的能源，是一款永不斷電、方便安全的燃?xì)恻c(diǎn)火方法。

關(guān)鍵詞：點(diǎn)火器;發(fā)電機(jī);高壓電弧;增速齒輪組

目前廚房用火基本都普及了液化氣，為家庭用火帶來了極大的方便。燃?xì)庠畛Ｓ玫狞c(diǎn)火工具為壓電點(diǎn)火器和電子點(diǎn)火器。壓電點(diǎn)火器由于效率低可靠性差而逐漸被淘汰，電子脈沖點(diǎn)火器成為主流的點(diǎn)火裝置。電子脈沖點(diǎn)火器需要電池提供能源，這帶來兩個問題：（1） 電池屬高污染物資，它的使用有悖我國提倡的綠色、低碳社會環(huán)境。（2） 電池使用存在壽命問題，常有因電池沒電而影響食堂、家庭生火做飯。

本文提出了一種免電池的燃?xì)怆娮狱c(diǎn)火方法，該方法利用手握力帶動壓桿、齒輪組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力帶動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn) ，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能作為燃?xì)恻c(diǎn)火器的能源。該點(diǎn)火方法具有永不斷電、方便、綠色低碳的優(yōu)點(diǎn)。

1? 結(jié)構(gòu)原理

基于發(fā)電機(jī)的免電池燃?xì)恻c(diǎn)火器的原理是利用機(jī)械手握結(jié)構(gòu)將手握力轉(zhuǎn)變?yōu)槟茯?qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電的旋轉(zhuǎn)力、組成供電系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)發(fā)出的低壓交流電經(jīng)整流后獲得直流電壓，該直流電壓經(jīng)過逆變，形成低壓高頻交流電，低壓高頻交流電經(jīng)過變壓組成的高壓發(fā)生系統(tǒng)，形成高頻高壓交流電。高頻高壓交流電經(jīng)儲能觸發(fā)系統(tǒng)形成電弧點(diǎn)火高壓，點(diǎn)燃電弧。點(diǎn)火器基本原理為：直線運(yùn)動的手握力經(jīng)由機(jī)械連桿結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轵?qū)動電機(jī)的旋轉(zhuǎn)力，旋轉(zhuǎn)力帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。發(fā)電機(jī)發(fā)出的低頻交流電經(jīng)整流、逆變、儲能觸發(fā)等環(huán)節(jié)，獲得16KV的高壓脈沖，在燃弧引針之間引燃電?。ㄈ鐖D1）。

高壓發(fā)生器由整流、逆變、儲能觸發(fā)環(huán)節(jié)組成，電原理圖如圖2所示。發(fā)電機(jī)發(fā)出的低頻交流電從AC1、AC2端口輸入，經(jīng)D1-D4整流二極管整流、電容C1濾波后，得到直流電壓VC。模塊U1是ROHM公司出品的back型開關(guān)電源功能芯片D9329A，它與外圍元件構(gòu)成斬波電路將直流電壓VC轉(zhuǎn)換為幅值為VC的高頻方波交流電后送往變壓器T1。

T1將幅值為VC的高頻方波交流電的幅值提高，在次級獲得幾百伏的高壓高頻交流電。二極管D5、D6組成高壓整流環(huán)節(jié)、將高壓高頻交流電轉(zhuǎn)換為脈動高壓直流電對儲能電容C3充電。

在脈動高壓直流電的充電下，儲能電容C3中的能量不斷增加，D6兩端的電壓也不斷地增加。當(dāng)D6兩端電壓增加到一定閾值，表明C3已經(jīng)存儲了足夠的能量。此時，由觸發(fā)管Q1、可控硅管Q2和電阻Rs5構(gòu)成閾值觸發(fā)電路動作，Q2導(dǎo)通。Q2導(dǎo)通后，存儲在C3中的電能量通過變壓器T2放電，在次級感應(yīng)出16KV的高壓，高壓通過放電針引燃電弧，實(shí)現(xiàn)電子點(diǎn)火。

2? 實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)原理介紹的方法，制作出基于發(fā)電機(jī)的免電池燃?xì)恻c(diǎn)火器樣機(jī)可以打出很強(qiáng)烈的電弧。為了評價發(fā)電機(jī)性能，用不同速度按壓壓桿，觀察發(fā)電機(jī)輸出電壓波形，圖3是在不同按壓速度下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從圖3a可以看到，每一次按壓和回彈過程，輸出電壓出現(xiàn)兩個幅值為6.8V的包絡(luò)起伏。包絡(luò)維持時間為400ms，與手的握壓時間一致。圖3b是把時間軸拉開后看到的輸出電壓波形，可以很清楚的看到，隨著按壓速度的加速，輸出電壓波形的周期從6.3ms（160Hz）減少到4.2ms（230Hz），輸出電壓的頻率提高了。同時，電壓幅度也從5.8V增加到6.8V。

根據(jù)表1，分別用8.2V和6.6V的電壓作為整流端的輸入電壓，模擬在0.4s和0.8s按壓速度的情況，用示波器觀看高壓放電端的波形。模擬按壓速度為0.8s的高壓輸出波形，高壓脈沖間隔為480ms，高壓峰值16kV。模擬按壓速度為0.4s的高壓放電端輸出波形，高壓脈沖間隔為300ms，高壓峰值在16kV～20kV之間。兩種情況高壓放電電壓都超過15kV，完全能夠點(diǎn)燃電弧。實(shí)驗(yàn)表明放電脈沖頻率隨按壓速度提高而增加，這是因?yàn)殡S著按壓速度提高，發(fā)電環(huán)節(jié)輸出電壓增加，因而儲能電容C3充電速度提高導(dǎo)致的。也就是說，提高按壓速度，能在單位時間內(nèi)增加高壓電弧的功率密度。此外，可以在示波器看到每一個高壓放電過程的物理變化：將高壓放電脈沖的時間軸拉開，每一個高壓放電脈沖為一個寬度為1.8μs的鋸齒形狀脈沖，脈沖前沿電壓線性上升，放電針之間的電場能量增加。當(dāng)放電針之間電壓達(dá)到放電針燃弧電壓、電場能量足夠大后，放電針之間空氣被擊穿而點(diǎn)燃電弧，電場能量迅速轉(zhuǎn)換為熱能量，電壓迅速降為0。

3? 總結(jié)與展望

本文提出了一種基于發(fā)電機(jī)的免電池燃?xì)恻c(diǎn)火器實(shí)現(xiàn)方法，該方法利用手握力帶動壓桿、齒輪組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力帶動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn) ，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能作為燃?xì)恻c(diǎn)火器的能源，解決傳統(tǒng)燃?xì)恻c(diǎn)火器由于環(huán)境不好，接觸不好，電池電量有限等時間不確定因素造成的使用不方便，不環(huán)保的問題。所制作出的技術(shù)樣機(jī)能夠很方便地使用，點(diǎn)火性能良好。實(shí)驗(yàn)表明，技術(shù)樣機(jī)能在0.3 ～ 1s的按壓速度下正常工作。