Come assemblare un generatore ad alta tensione con bassa corrente. Generatore di alta tensione. Test sui generatori AT

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Il mio generatore alta tensione (H.V.) Utilizzo in molti dei miei progetti ( , ):

Elementi -
1 - interruttore
2 - varistore
3 - Condensatore soppressione disturbi E/m
4 - trasformatore riduttore dall'UPS
5 - raddrizzatore (diodi Schottky) sul radiatore
6 - condensatori di filtro di livellamento
7 - stabilizzatore di tensione 10 V
8 - generatore di impulsi rettangolare con duty cycle regolabile tramite resistore variabile

10 - MOSFET IRF540 collegati in parallelo, montati su un radiatore
11 - bobina ad alta tensione su un nucleo di ferrite da un monitor
12 - uscita ad alta tensione
13 - arco elettrico

Il circuito sorgente è abbastanza standard, basato sul circuito del convertitore flyback ( volo di ritorno convertitore):

Circuiti di ingresso

Varistore serve per la protezione da sovratensione:

S- varistore a disco
10 - diametro disco 10 mm
K- errore 10%
275 - massimo Tensione CA 275 V

Condensatore C riduce le interferenze generate dal generatore nella rete di alimentazione. Viene utilizzato come condensatore di soppressione delle interferenze X tipo.

Sorgente di tensione costante

Trasformatore - da un gruppo di continuità:

Avvolgimento primario del trasformatore Tr collegato alla tensione di rete 220 V, ed il secondario ad un raddrizzatore a ponte VD1.

Il valore effettivo della tensione all'uscita dell'avvolgimento secondario è 16 V.

Il raddrizzatore è assemblato da tre contenitori di doppi diodi Schottky montati su un radiatore - SBL2040CT, SBL1040CT:

SBL 2040 C.T.- massimo corrente media raddrizzata 20 A, max. tensione inversa di picco 40 V, max. tensione inversa effettiva 28 V
collegati in parallelo:
SBL 1040 C.T.- massimo corrente media raddrizzata 10 A, max. tensione inversa di picco 40 V, max. tensione inversa effettiva 28 V
SBL 1640 - massimo corrente media raddrizzata 16 A, max. tensione inversa di picco 40 V, max. tensione inversa effettiva 28 V

La tensione pulsante all'uscita del raddrizzatore viene attenuata dai condensatori di filtro: elettrolitici CapXon C1, C2 con una capacità di 10.000 µF per una tensione di 50 V e ceramica C3 con una capacità di 150 nF. Quindi alla chiave viene fornita una tensione costante (20,5 V). e ad uno stabilizzatore di tensione, la cui uscita è una tensione di 10 V, che serve ad alimentare il generatore di impulsi.

Stabilizzatore di tensione assemblato su un microcircuito IL317:

Acceleratore l e condensatore C servono per attenuare le ondulazioni di tensione.
Diodo ad emissione luminosa VD3 collegato tramite un resistore di zavorra R4, serve ad indicare la presenza di tensione in uscita.
Resistore variabile R2 serve per regolare il livello della tensione di uscita (10 V).

Generatore di impulsi

Il generatore è assemblato su un timer NE555 e produce impulsi rettangolari. Una caratteristica speciale di questo generatore è la possibilità di modificare il ciclo di lavoro degli impulsi utilizzando resistore variabile R3, senza modificare le loro frequenze. Dal duty cycle degli impulsi, cioè Il livello di tensione sull'avvolgimento secondario del trasformatore dipende dal rapporto tra la durata degli stati di accensione e spegnimento.

RA = R1+ parte superiore R3
Rb= parte inferiore R3 + R2
durata "1" $T1 = 0,67 \cdot Ra \cdot C$
durata "0" $T2 = 0,67 \cdot Rb \cdot C$
periodo $T = T1 + T2$
frequenza $f = (1.49 \over ((Ra + Rb)) \cdot C)$

Quando si sposta il cursore del resistore variabile R3 resistenza totale RA + Rb = R1 + R2 + R3 non cambia, quindi non cambia la frequenza di ripetizione degli impulsi, ma solo il rapporto tra RA E Rb e, di conseguenza, il ciclo di lavoro degli impulsi cambia.

Chiave e
Gli impulsi provenienti dal generatore sono controllati tramite il driver da un tasto su due collegati in parallelo -ah ( - transistor ad effetto di campo a semiconduttore di ossido di metallo, transistor MOS ("semiconduttore a ossido di metallo"), transistor MOS ("semiconduttore a isolante metallico"), transistor ad effetto di campo con gate isolato) IRF540N nel caso TO-220, montato su un massiccio radiatore:

G- otturatore
D- azione
S- fonte
Per transistor IRF540N La massima tensione drain-source è VDS = 100 volt e la corrente di drenaggio massima ID = 33/110 amp. Questo transistor ha una bassa resistenza RDS(acceso) = 44 milliohm. La tensione di apertura del transistor è VGS(esimo) = 4 volt. Temperatura operativa - fino a 175° C .
Possono essere utilizzati anche i transistor IRFP250N nel caso TO-247.

Il driver è necessario per un controllo più affidabile -transistor. Nel caso più semplice, può essere assemblato da due transistor ( n-p-n E p-n-p):

Resistore R1 limita la corrente di gate quando è acceso -ah, e un diodo VD1 crea un percorso affinché la capacità del gate si scarichi quando è spenta.

Chiude/apre il circuito dell'avvolgimento primario di un trasformatore ad alta tensione, che viene utilizzato come trasformatore a scansione orizzontale (“scansione lineare”, trasformatore di riga (FBT)) da un vecchio monitor SamsungSyncMaster3Ne:

Lo schema elettrico del monitor mostra l'uscita ad alta tensione H.V. trasformatore di linea T402 (FCO-14AG-42), collegato all'anodo del cinescopio CRT1:


Del trasformatore ho utilizzato solo il nucleo, poiché il trasformatore di linea ha diodi incorporati riempiti di resina e non possono essere rimossi.
Il nucleo di un tale trasformatore è realizzato in ferrite ed è composto da due metà:

Per evitare la saturazione del nucleo utilizzare un distanziale in plastica ( distanziatore) viene creato un traferro.
Ho avvolto l'avvolgimento secondario con un gran numero (~ 500) giri di filo sottile (resistenza ~ 34 Ohm) e l'avvolgimento primario con un filo spesso con un piccolo numero di giri.

Improvvisi cambiamenti di corrente nell'avvolgimento primario del trasformatore quando è spento -a indurre impulsi ad alta tensione nell'avvolgimento secondario. Ciò consuma l'energia del campo magnetico accumulata all'aumentare della corrente nell'avvolgimento primario. I conduttori dell'avvolgimento secondario possono essere collegati ad elettrodi per produrre, ad esempio, un arco elettrico, oppure collegati a un raddrizzatore per produrre un'elevata tensione continua.

Diodo VD1 e resistore R(smorzatore (smorzatore) catena) limitano l'impulso di tensione di autoinduzione sull'avvolgimento primario del trasformatore quando l'interruttore è aperto.

Simulazione del generatore ad alta tensione
Risultati dei processi di modellazione in un generatore ad alta tensione nel programma LTspice sono presentati di seguito:

Il primo grafico mostra come la corrente nell'avvolgimento primario aumenta secondo la legge esponenziale (1-2), per poi interrompersi bruscamente nel momento in cui si apre l'interruttore (2).
La tensione sull'avvolgimento secondario reagisce leggermente all'aumento graduale della corrente nell'avvolgimento primario (1), ma aumenta bruscamente quando la corrente viene interrotta (2). Durante l'intervallo (2-3), non c'è corrente nell'avvolgimento primario (la chiave è spenta), quindi inizia nuovamente ad aumentare (3).

Potente generatore di alta tensione (apparato Kirlian), 220/40000 volt

Il generatore produce tensioni fino a 40.000 V e anche superiori, che possono essere applicate agli elettrodi descritti nei progetti precedenti.

Potrebbe essere necessario utilizzare una piastra di vetro o plastica più spessa nell'elettrodo per evitare gravi scosse elettriche. Sebbene il circuito sia potente, la sua corrente di uscita è bassa, riducendo il rischio di shock mortale se entra in contatto con qualsiasi parte del dispositivo.

Tuttavia, è necessario prestare la massima attenzione nel maneggiarlo, poiché non si può escludere la possibilità di scosse elettriche.

Attenzione! Le alte tensioni sono pericolose. Prestare estrema attenzione quando si lavora con questo circuito. Si consiglia di avere esperienza con tali dispositivi.

Puoi utilizzare il generatore in esperimenti con la fotografia Kirlian (elettrofotografia) e altri esperimenti paranormali, come quelli che coinvolgono il plasma o la ionizzazione.

Il circuito utilizza componenti convenzionali e ha una potenza di uscita di circa 20 W.

Di seguito alcune caratteristiche del dispositivo:

• tensione di alimentazione - 117 V o 220/240 V (rete CA);
• tensione di uscita - fino a 40 kV (a seconda del trasformatore ad alta tensione);
• potenza in uscita - da 5 a 25 W (a seconda dei componenti utilizzati);
• numero di transistor - 1;
• frequenza operativa - da 2 a 15 kHz.

Principio di funzionamento

Il diagramma mostrato in Fig. 2.63, è costituito da un generatore a transistor singolo, la cui frequenza operativa è determinata dai condensatori C3 e C4 e dall'induttanza dell'avvolgimento primario del trasformatore ad alta tensione.

Riso. 2.63 Apparato Kirlian

Il progetto utilizza un transistor npn al silicio ad alta potenza. Per rimuovere il calore, dovrebbe essere montato su un radiatore sufficientemente grande.

Determinano i resistori R1 e R2 potenza di uscita, impostando la corrente del transistor. Il suo punto di funzionamento è impostato dal resistore R3. A seconda delle caratteristiche del transistor, è necessario selezionare sperimentalmente il valore del resistore R3 (dovrebbe essere compreso tra 270 e 470 Ohm).

Il trasformatore di uscita orizzontale del televisore (trasformatore orizzontale) con nucleo in ferrite viene utilizzato come trasformatore ad alta tensione, che determina anche la frequenza operativa. L'avvolgimento primario è costituito da 20...40 spire di normale filo isolato. Sull'avvolgimento secondario viene generata una tensione molto elevata, che utilizzerai negli esperimenti.

L'alimentazione è molto semplice: si tratta di un raddrizzatore a onda intera con trasformatore step-down. Si consiglia di utilizzare un trasformatore con avvolgimenti secondari che forniscano tensioni di 20...25 V e correnti di 3...5 A.

Assemblea

L'elenco degli elementi è riportato nella tabella. 2.13. Poiché i requisiti di assemblaggio non sono molto rigidi, in Fig. La Figura 2.64 mostra il metodo di installazione utilizzando un blocco di montaggio. Contiene piccole parti, come resistori e condensatori, interconnessi tramite montaggio incernierato.

Tabella 2.13. Elenco degli elementi

Parti di grandi dimensioni, come ad esempio un trasformatore, vengono avvitate direttamente all'alloggiamento.

È meglio realizzare il corpo in plastica o legno.

Riso. 2.64. Installazione del dispositivo

Il trasformatore ad alta tensione può essere rimosso da una TV in bianco e nero o a colori non funzionante. Se possibile, utilizzate un televisore con una diagonale di 21 pollici o superiore: più grande è il cinescopio, maggiore sarà la tensione che il trasformatore di linea del televisore dovrebbe generare.

Resistori R1 e R2 - filo avvolto C1 - qualsiasi condensatore con un valore nominale di 1500...4700 µF.

Generatore di blocco HV (alimentatore ad alta tensione) per esperimenti: puoi acquistarlo su Internet o realizzarlo da solo. Per fare questo, non abbiamo bisogno di molti dettagli e della capacità di lavorare con un saldatore.

Per assemblarlo è necessario:

1. Trasformatore di scansione di linea TVS-110L, TVS-110PTs15 da televisori a tubo in bianco e nero e a colori (qualsiasi scanner di linea)

2. 1 o 2 condensatori 16-50V - 2000-2200pF

3. 2 resistori da 27 Ohm e 270-240 Ohm

4. 1-Transistor 2T808A KT808 KT808A o caratteristiche simili. + buon radiatore per il raffreddamento

5. Fili

6. Saldatore

7. Braccia dritte

E così prendiamo il rivestimento, lo smontiamo con cura, lasciamo l'avvolgimento secondario ad alta tensione, costituito da molte spire di filo sottile, un nucleo di ferrite. Avvolgiamo i nostri avvolgimenti con filo di rame smaltato sul secondo lato libero del nucleo delle ferite, avendo precedentemente realizzato un tubo attorno alle ferite di cartone spesso.

Primo: 5 giri di circa 1,5-1,7 mm di diametro

Secondo: 3 giri di circa 1,1 mm di diametro

In generale, lo spessore e il numero di spire possono variare. Ho realizzato ciò che era a portata di mano.

Nell'armadio hanno trovato delle resistenze e un paio di potenti bipolari transistor n-p-n-KT808a e 2t808a. Non voleva realizzare un radiatore, a causa delle grandi dimensioni del transistor, anche se l'esperienza successiva ha dimostrato che è assolutamente necessario un radiatore di grandi dimensioni.

Per alimentare tutto questo ho scelto un trasformatore da 12V; può essere alimentato anche da una normale batteria da 12 volt 7A. da un UPS (per aumentare la tensione di uscita, è possibile fornire non 12 volt ma, ad esempio, 40 volt, ma qui è già necessario pensare a un buon raffreddamento della trance e le spire dell'avvolgimento primario possono essere effettuate non 5 -3 ma 7-5 per esempio).

Se intendi utilizzare un trasformatore, avrai bisogno di un ponte a diodi per rettificare la corrente da CA a CC, il ponte a diodi può essere trovato nell'alimentatore del computer, lì puoi anche trovare condensatori e resistori + fili.

Di conseguenza, otteniamo un'uscita di 9-10 kV.

Ho posizionato l'intera struttura nell'alloggiamento dell'alimentatore. Si è rivelato abbastanza compatto.

Quindi, abbiamo un generatore di blocco HV che ci dà l'opportunità di effettuare esperimenti e far funzionare il Tesla Transformer.

Prima di passare alla descrizione della sorgente di alta tensione proposta per il montaggio, ricordiamo la necessità di osservare le precauzioni generali di sicurezza quando si lavora con alte tensioni. Sebbene questo dispositivo produca una corrente in uscita estremamente bassa, può essere pericoloso e provocare uno shock piuttosto spiacevole e doloroso se toccato accidentalmente nel posto sbagliato. Dal punto di vista della sicurezza, questa è una delle fonti di alta tensione più sicure, poiché la corrente in uscita è paragonabile a quella delle pistole stordenti convenzionali. Alta tensione ai terminali di uscita - corrente continua circa 10-20 kilovolt e se colleghi uno spinterometro puoi ottenere un arco di 15 mm.

Circuito sorgente ad alta tensione

La tensione può essere regolata cambiando il numero di stadi del moltiplicatore, ad esempio se vuoi che accenda i neon puoi usarne uno, se vuoi che le candele funzionino puoi usarne due o tre, e se vuoi un valore più alto tensione è possibile utilizzare 4,5 o più. Meno stadi significano meno tensione ma più corrente, il che può rendere il dispositivo più pericoloso. Paradossalmente, maggiore è la tensione, meno difficile sarà causare danni legati all'energia poiché la corrente scende a livelli trascurabili.

Come funziona

Dopo aver premuto il pulsante, il diodo IR si accende e il raggio luminoso colpisce il sensore optoaccoppiatore, questo sensore ha una resistenza di uscita di circa 50 ohm, sufficiente per accendere il transistor 2n2222. Questo transistor fornisce l'energia della batteria per alimentare il timer 555. La frequenza e il ciclo di lavoro degli impulsi possono essere regolati modificando i valori nominali dei componenti del trim. In questo caso la frequenza può essere regolata tramite un potenziometro. Queste oscillazioni, attraverso il transistor BD679, che amplifica gli impulsi di corrente, entrano nella bobina primaria. Una tensione alternata aumentata di 1000 volte viene rimossa dal secondario e raddrizzata da un moltiplicatore esplosivo.

Parti per assemblare il circuito

Il microcircuito è un qualsiasi timer della serie KR1006VI1. Per la bobina: un trasformatore con un rapporto di resistenza dell'avvolgimento di 8 Ohm: 1 kOhm. La prima cosa da considerare quando si sceglie un trasformatore è la dimensione, poiché la quantità di potenza che possono gestire è proporzionale alla loro dimensione. Ad esempio, la dimensione di una moneta di grandi dimensioni ci fornirà più energia di un piccolo trasformatore.

La prima cosa che devi fare per riavvolgerlo è rimuovere il nucleo di ferrite per accedere alla bobina stessa. Nella maggior parte dei trasformatori le due parti sono incollate tra loro, basta tenere il trasformatore con una pinza sopra un accendino, facendo solo attenzione a non sciogliere la plastica. Dopo un minuto, la colla dovrebbe sciogliersi e sarà necessario dividerla in due parti del nucleo.

Tieni presente che la ferrite è molto fragile e si rompe abbastanza facilmente. Per avvolgere la bobina secondaria è stato utilizzato filo di rame smaltato da 0,15 mm. Avvolgimento fino a quasi pieno, in modo che in seguito ce ne sia abbastanza per un altro strato di filo più spesso di 0,3 mm: questo sarà il primario. Dovrebbe avere diverse dozzine di giri, circa 100.

Perché qui è installato un fotoaccoppiatore: fornirà un completo isolamento galvanico dal circuito, non ci sarà alcun contatto elettrico con esso tra il pulsante di alimentazione, il microcircuito e la parte ad alta tensione. Se si interrompe accidentalmente una tensione di alimentazione elevata, sarai al sicuro.

È molto semplice realizzare un fotoaccoppiatore; inserisci qualsiasi LED IR e sensore IR in un tubo termoretraibile, come mostrato in figura. Come ultima risorsa, se non vuoi complicare le cose, rimuovi tutti questi elementi e fornisci alimentazione chiudendo Transistor KE 2N2222.

Notare i due interruttori nel circuito, questo perché ciascuna mano deve essere utilizzata per attivare il generatore: questo sarà sicuro e ridurrà il rischio di attivazione accidentale. Inoltre, durante l'utilizzo del dispositivo, non dovresti toccare nient'altro che i pulsanti.

Quando si monta il moltiplicatore di tensione, assicurarsi di lasciare spazio sufficiente tra gli elementi. Tagliare eventuali conduttori sporgenti poiché possono causare scariche a effetto corona che riducono notevolmente l'efficienza.

Si consiglia di isolare tutti i contatti esposti del moltiplicatore con adesivo hot melt o altro materiale isolante simile e quindi avvolgerli in guaina termorestringente o nastro isolante. Ciò non solo ridurrà il rischio di urti accidentali, ma migliorerà anche l'efficienza del circuito riducendo le perdite attraverso l'aria. Inoltre, come assicurazione, hanno aggiunto un pezzo di schiuma tra il moltiplicatore e il generatore.

Il consumo corrente dovrebbe essere di circa 0,5-1 ampere. Se di più, significa che il circuito è mal configurato.

Test sui generatori AT

Sono stati testati due diversi trasformatori, entrambi con risultati eccellenti. Il primo aveva un nucleo di ferrite più piccolo e quindi meno induttanza, funzionava alla frequenza di 2 kHz, mentre l'altro a circa 1 kHz.

Quando si avvia per la prima volta, controllare prima il generatore NE555 per vedere se funziona. Collega un piccolo altoparlante alla gamba 3: dovresti sentire il suono proveniente da esso quando la frequenza cambia. Se tutto diventa molto caldo, puoi aumentare la resistenza dell'avvolgimento primario avvolgendolo con un filo più sottile. E si consiglia un piccolo dissipatore di calore per il transistor. E la frequenza di sintonizzazione corretta è importante per evitare questo problema.

Tutti sanno che nell'originale il trasformatore risonante Tesla era realizzato su una lampada, ma con lo sviluppo dell'elettronica è diventato possibile ridurre e semplificare notevolmente le dimensioni di questo dispositivo, se al posto della lampada si utilizza un transistor bipolare convenzionale del tipo KT819 o un altro simile per corrente e potenza. Ovviamente con transistor ad effetto di campo i risultati saranno ancora migliori, ma questo circuito è pensato per chi sta muovendo i primi passi nell'assemblaggio di generatori ad alta tensione. Diagramma schematico il dispositivo è mostrato in figura:

Le bobine di comunicazione e collettore sono avvolte con filo da 0,5-0,8 mm. Per una bobina ad alta tensione prendiamo qualsiasi filo con uno spessore di 0,15-0,3 mm e circa 1000 giri. All'estremità "calda" dell'avvolgimento ad alta tensione posizioniamo una tale spirale: tutto è come in una vera Tesla. Nella mia versione ho preso l'alimentazione da un trasformatore da 10V 1A.

Naturalmente, con un'alimentazione di 24 V e superiore, la durata della scarica corona aumenterà in modo significativo. Dopo l'avvolgimento secondario c'è un raddrizzatore e un condensatore da 1000uF 25V. Il transistor per il generatore è stato utilizzato KT805IM. per il diagramma nell'archivio.

E ora una foto del progetto finito e dello scarico stesso: