電機(jī)制氧-剖析便攜制氧機(jī)的工作原理
新冠肺炎肆虐全球,便攜式制氧機(jī)能讓病人在康復(fù)階段隨時隨地吸上高純度的氧氣!無需化學(xué)物,更不用電解水,以空氣為原料,通過無刷電機(jī)等加工就有氧氣!
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202211/440558.htm新冠肺炎肆虐全球,如何讓病人在康復(fù)階段隨時隨地都能吸到90%以上純度的氧氣,成為擺在面前的難題!便攜式制氧機(jī)的橫空出世完美地解決此問題。無需化學(xué)物,更不用電解水,以空氣為原料,通過無刷電機(jī)等加工就能源源不斷地輸出氧氣!本文將剖析其中的電機(jī)制氧的原理!
制氧機(jī)工作原理
空氣中的主要成分有氮氣和氧氣,并且氮氣的分子直徑遠(yuǎn)大于氧氣。如果有一種辦法將氮氣過濾出來,剩下的就是高純度的氧氣了。
圖1 空氣比例
利用變壓吸附法即可實現(xiàn)!此方法利用分子篩物理吸附和解吸技術(shù),在加壓時將直徑大的氮分子吸附,剩余直徑小的氧分子通過分子篩被收集起來,經(jīng)過凈化處理后即成為高純度的氧氣。分子篩在減壓時將所吸附的氮排放回環(huán)境空氣中,在下一次加壓時又可以吸附氮氣并制取氧氣,整個過程為周期性的動態(tài)循環(huán)過程,分子篩并不消耗。制氧機(jī)用的分子篩呈粉末狀,是一種在分子水平上篩選物質(zhì)的多孔材料,主要是由沸石材料構(gòu)成。正因為它可以在分子水平上過濾不同直徑的氣體,人們將它裝進(jìn)罐中,做成為分子篩罐。
制氧機(jī)按下面的步驟循環(huán)工作:
1. 空氣被過濾后進(jìn)入壓縮機(jī),經(jīng)過冷凝器,隨后在電磁閥的選擇下,輪流進(jìn)入分子篩罐1和2。
2. 電磁閥讓高壓空氣只進(jìn)入分子篩罐1,不進(jìn)入分子篩罐2;氮分子被分子篩罐1吸附,而氧分子直接通過進(jìn)入儲氧罐;同時打開分子篩罐2的排氣閥,在低壓下,原來被吸附的氮氣分子被解吸出來,排放到大氣中。
3. 電磁閥讓高壓空氣只進(jìn)入分子篩罐2,不進(jìn)入分子篩罐1;氮分子被分子篩罐2吸附,而氧分子直接通過進(jìn)入儲氧罐;同時打開分子篩罐1的排氣閥,在低壓下,原來被吸附的氮氣分子被解吸出來,排放到大氣中。
4. 儲氧罐中的高純度的氧氣通過流量計對外輸出。
這樣,在分子篩罐1和2輪流工作下,即可輸出恒定的氧氣。
圖2 制氧機(jī)框圖(圖片源自網(wǎng)絡(luò)侵刪)
制氧機(jī)出來的就是90%以上的高純度氧氣,人要是直接吸入這樣的氧氣,用不了多久,鼻粘膜就會因為太干燥而流血。所以需要在出口處通過濕化瓶,用純凈水濕潤氧氣,人吸氧時才會舒服。而對于便攜式制氧機(jī),因為不方便攜帶濕化瓶,所以采用脈沖供氧的方式,流量計測量到人要吸氣時才通過單向閥對外供氧,同時也能節(jié)省電量。
便攜制氧機(jī)介紹
便攜制氧機(jī)是在傳統(tǒng)插電的制氧機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行小型化。主要將傳統(tǒng)的基于交流異步電機(jī)的壓縮機(jī),改為基于直流無刷電機(jī)的微型壓縮機(jī),工作電壓在12~24V,并且使用鋰電池供電,小小一個背包在身,一般可以連續(xù)4個小時以上供氧。
基于無刷電機(jī)的微型壓縮機(jī)是整臺便攜制氧機(jī)的“心臟”,需要它在保證供養(yǎng)量的情況下,盡可能省電、安靜。普遍采用的微型無油空氣壓縮機(jī),大概拳頭大,因為內(nèi)部沒有任何機(jī)油,保證空氣不會被污染。采用直流無刷電機(jī)為動力,一般額定12V~18V/30~60W/3000RPM。需氧量越大,電機(jī)速度要越高,但耗電也越快。在遇險時,例如登山缺氧,可以將電機(jī)速度調(diào)得盡量低,雖然制氧量降低,但能延長使用時間,等待救援。
便攜制氧機(jī)驅(qū)動板
致遠(yuǎn)電子針對微型無油空氣壓縮機(jī),出品了便攜制氧機(jī)專用的無刷直流電機(jī)驅(qū)動板,具有以下特點:
● 優(yōu)化的算法,根據(jù)制氧機(jī)深度改進(jìn)的無感FOC算法,傳統(tǒng)無感FOC算法在此運行會劇烈震動、無法使用;
● 大范圍轉(zhuǎn)速 無感FOC算法支持低速大扭矩,能在50~3500RPM大范圍轉(zhuǎn)速穩(wěn)定工作,制氧機(jī)能輕松實現(xiàn)多檔位選擇;其他方案一般只能在1000~3000RPM小范圍轉(zhuǎn)速下工作;
● 穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速,ADRC算法替換傳統(tǒng)的PID算法,在1000~3000RPM滿載下,轉(zhuǎn)速波動僅為5RPM左右;其他基于PID的FOC方案約50RPM;方波方案一般無法勻速,速度會受吸氧量的影響而波動;轉(zhuǎn)速越穩(wěn)定,震動越小,更安靜、更省電;
● 優(yōu)化加減速,采用工業(yè)伺服的S曲線控制加減速,換擋平順、不抖動;
● 穩(wěn)定且靈活,醫(yī)療產(chǎn)品級,基于高性能ARM處理器,DC12~24V/120W,1~2ms PWM脈沖輸入調(diào)速,過流、過壓、欠壓、堵轉(zhuǎn)、缺相、功率保護(hù)等等。
圖3 便攜制氧機(jī)驅(qū)動板演示DEMO
下一期我們將深度剖析ADRC算法如何讓制氧機(jī)穩(wěn)定工作。
來源: ZLG
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