Головна › Інтернет › Як зібрати високовольтний генератор з невеликим струмом. Високовольтний генератор. Випробування генератора ВН

Як зібрати високовольтний генератор з невеликим струмом. Високовольтний генератор. Випробування генератора ВН

Інформація надана виключно з освітньою метою!
Адміністратор сайту не несе відповідальності за можливі наслідки використання наданої інформації.

Мій генератор високої напруги (HV) я використовую в багатьох своїх проектах ( , ):

Елементи -
1 - вимикач
2 - Варістор
3 - конденсатор придушення е/м перешкод
4 - трансформатор знижуючий від ДБЖ
5 - випрямляч (діоди Шоттки) на радіаторі
6 - конденсатори фільтра, що згладжує.
7 - стабілізатор напруги 10 В
8 - генератор прямокутних імпульсів з регульованою змінним резистором шпаруватістю

10 - включені паралельно MOSFET IRF540, закріплені на радіаторі
11 - високовольтна котушка на феритовому сердечнику з монітора
12 - високовольтний вихід
13 - електрична дуга

Схема джерела – досить стандартна, заснована на схемі "флайбек"-перетворювача ( flyback converter):

Вхідні ланцюги

Варістор служить для захисту від перенапруги:

S- дисковий варистор
10 - Діаметр диска 10 мм
K- похибка 10%
275 - макс. напруга змінного струму 275 В

Конденсатор Cзнижує перешкоди, створювані генератором у мережі електропостачання. В якості нього використаний конденсатор, що перешкодить тиску. Xтипу.

Джерело постійної напруги

Трансформатор - із джерела безперебійного живлення:

Первинна обмотка трансформатора Trпідключена до напруги 220 В, а вторинна - до мостового випрямляча VD1.

Чинне значення напруги на виході вторинної обмотки становить 16 Ст.

Випрямляч зібраний з трьох корпусів здвоєних діодів Шоттки, закріплених на радіаторі. SBL2040CT, SBL1040CT:

SBL 2040 CT- макс. середній струм випрямлений 20 А, макс. пікова зворотна напруга 40, макс. діюча зворотна напруга 28 В
з'єднані паралельно:
SBL 1040 CT- макс. середній струм випрямлений 10 А, макс. пікова зворотна напруга 40, макс. діюча зворотна напруга 28 В
SBL 1640 - макс. середній струм випрямлений 16 А, макс. пікова зворотна напруга 40, макс. діюча зворотна напруга 28 В

Пульсуюча напруга на виході випрямляча згладжується конденсаторами, що фільтрують: електролітичними CapXon C1, C2ємністю 10000 мкФ на напругу 50 В та керамічним C3ємністю 150 нФ. Потім постійна напруга (20,5 В) надходить на ключовий і на стабілізатор напруги, на виході якого діє напруга 10, служить для живлення генератора імпульсів.

Стабілізатор напруги зібраний на мікросхемі IL317:

Дросель Lта конденсатор Cслужать для згладжування пульсацій напруги.
Світлодіод VD3, включений через баластовий резистор R4служить для індикації наявності напруги на виході.
Змінний резистор R2служить для підстроювання рівня вихідної напруги (10).

Генератор імпульсів

Генератор зібраний на таймері NE555і виробляє прямокутні імпульси. Особливістю цього генератора є можливість міняти шпаруватість імпульсів за допомогою змінного резистора R3, не змінюючи їх частоти. Від шпаруватості імпульсів, тобто. від співвідношення між тривалістю включеного та вимкненого стану ключа залежить рівень напруги на вторинній обмотці трансформатора.

Ra = R1+ верхня частина R3
Rb= нижня частина R3 + R2
тривалість "1" $ T1 = 0,67 \ cdot Ra \ cdot C $
тривалість "0" $ T2 = 0,67 \ cdot Rb \ cdot C $
період $ T = T1 + T2 $
частота $f = (1,49 \ over ((Ra + Rb)) \ cdot C) $

При переміщенні двигуна змінного резистора R3сумарний опір Ra + Rb = R1 + R2 + R3не змінюється, тому не змінюється і частота проходження імпульсів, а змінюється тільки співвідношення між Raі Rb, і, отже, змінюється шпаруватість імпульсів.

Ключ і
Імпульси від генератора керують через драйвер ключем на двох включених паралельно -ах ( - metal-oxide-semiconductor field effect transistor, МОП-транзистор ("метал-оксид-напівпровідник"), МДП-транзистор ("метал-діелектрик-напівпровідник"), польовий транзистор з ізольованим затвором) IRF540Nу корпусі TO-220, закріплених на масивному радіаторі:

G- затвор
D- стік
S- витік
Для транзистора IRF540Nмаксимальна напруга "стік-витік" складає V DS = 100 вольт, а максимальний струм стоку I D = 33/110 ампер. У цього транзистора малий опір у відкритому стані R DS(on) = 44 міліома. Напруга відкривання транзистора складає V GS(th) = 4 вольти. Робоча температура - до 175° C .
Можна використовувати і транзистори IRFP250Nу корпусі TO-247.

Драйвер потрібний для більш надійного керування -транзисторами. У найпростішому випадку він може бути зібраний із двох транзисторів ( n-p-nі p-n-p):

Резистор R1обмежує струм затвора при включенні -а, а діод VD1створює шлях для розряду ємності затвора при вимкненні.

Замикає/розмикає ланцюг первинної обмотки високовольтного трансформатора, в якості якого використаний трансформатор малої розгортки ("рядок", flyback transformer (FBT)) зі старого монітора Samsung SyncMaster 3Ne:

На принциповій схемі монітора показаний високовольтний висновок HVрядкового трансформатора T402 (FCO-14AG-42), що підключається до анода кінескопа CRT1:

З трансформатора я використовував лише сердечник, так як в малий трансформатор вбудовані діоди, які залиті смолою і не підлягають видаленню.
Сердечник такого трансформатора виготовлений з фериту та складається з двох половинок:

Для запобігання насиченню в осерді за допомогою пластикової прокладки ( spacer) виробляється повітряний зазор.
Вторинну обмотку я намотав великим числом (~ 500) витків тонкого дроту (опір ~ 34 Ом), а первинну - товстим дротом із малим числом витків.

Різкі перепади струму в первинній обмотці трансформатора при вимкненні -а індукують високовольтні імпульси у вторинній обмотці На це витрачається енергія магнітного поля, накопичена у разі зростання струму в первинній обмотці. Висновки вторинної обмотки можуть бути підключені до електродів для отримання, наприклад, електричної дуги, або підключені до випрямляча для отримання високої постійної напруги.

Діод VD1та резистор R(Снабберна (snubber)ланцюжок) обмежують імпульс напруги самоіндукції на первинній обмотці трансформатора при розмиканні ключа.

Моделювання генератора високої напруги
Результати моделювання процесів у генераторі високої напруги у програмі LTspiceпредставлені нижче:

На першому графіку видно, як наростає струм у первинній обмотці за експонентним законом (1-2), потім різко обривається в момент розмикання ключа (2).
Напруга на вторинній обмотці трохи реагує на плавне зростання струму в первинній обмотці (1), але різко зростаєпід час обриву струму (2). На інтервалі (2-3) струм у первинній обмотці відсутній (ключ вимкнений), а потім знову починає зростати (3).

Потужний генератор високої напруги (апарат Кірліана), 220/40000 вольт

Генератор виробляє напругу до 40000 і навіть вище, яку можна додавати до електродів, описаних у попередніх проектах.

Може знадобитися використання в електроді більш товстої скляної або пластмасової пластини, щоб уникнути серйозного електричного удару. Хоча схема досить потужна, її вихідний струм невеликий, що знижує небезпеку смертельного удару при зіткненні з частинами пристрою.

Тим не менш, слід бути вкрай обережним при поводженні з нею, оскільки можливість електрошоку все одно не виключена.

Увага! Висока напруга небезпечна. Будьте обережні під час роботи з даною схемою. Бажано мати досвід поводження з подібними пристроями.

Ви можете використовувати генератор в експериментах з фотографією Кирліана (електрофотографії) та інших паранормальних експериментах, наприклад, пов'язаних з плазмою або іонізацією.

У схемі використовують звичайні компоненти, її вихідна потужність становить близько 20 Вт.

Нижче наведено деякі характеристики пристрою:

напруга джерела живлення – 117 В або 220/240 В (мережа змінного струму);
вихідна напруга – до 40 кВ (залежно від високовольтного трансформатора);
вихідна потужність - від 5 до 25 Вт (залежно від використовуваних компонентів);
число транзисторів – 1;
робоча частота – від 2 до 15 кГц.

Принцип роботи

Схема показана на рис. 2.63 складається з однотранзисторного генератора, робоча частота якого визначається конденсаторами С3 і С4 і індуктивністю первинної обмотки високовольтного трансформатора.

Мал. 2.63 Апарат Кирліана

У проекті використовується потужний кремнієвий n-p-n транзистор. Для відведення тепла його слід закріпити на досить великому радіаторі.

Резистори R1 та R2 визначають вихідну потужність, задаючи струм транзистора. Його робочу точку задає резистор R3. Залежно від характеристик транзистора необхідно досвідченим шляхом підібрати значення резистора R3 (воно має бути в межах 270...470 Ом).

Як високовольтний трансформатор, який також визначає робочу частоту, використовується вихідний трансформатор горизонтальної розгортки телевізора (рядковий трансформатор) з феритовим сердечником. Первинна обмотка складається з 20...40 витків звичайного ізольованого дроту. На вторинній обмотці утворюється дуже висока напруга, яку ви і використовуватимете в експериментах.

Джерело живлення дуже простий він є двонапівперіодним випрямлячем з понижувальним трансформатором. Рекомендується використовувати трансформатор з вторинними обмотками, що забезпечують напругу 20...25 і струми 3...5 А.

Складання

Перелік елементів наведено у табл. 2.13. Так як вимоги до збирання не дуже суворі, на рис. 2.64 наведено спосіб монтажу з використанням монтажної колодки. На ній розміщуються невеликі деталі, такі як резистори та конденсатори, з'єднані між собою навісним монтажем.

Таблиця 2.13. Список елементів

Великі деталі, наприклад, трансформатор, прикріплюються гвинтами прямо до корпусу.

Корпус краще робити пластмасовий чи дерев'яний.

Мал. 2.64. Монтаж пристрою

Високовольтний трансформатор можна вилучити з чорно-білого або кольорового телевізора, що не працює. Якщо вийде, скористайтеся телевізором з діагоналлю 21 дюйм або більше: чим більший кінескоп, тим більша напруга має формувати малий трансформатор телевізора.

Резистори R1 та R2 - дротяні С1 - будь-який конденсатор номіналом 1500...4700 мкФ.

HV блокінг-генератор (високовольтний блок живлення) для дослідів його можна купити в інтернеті або зробити самому. Для цього нам знадобиться не дуже багато деталей та вміння працювати паяльником.

Для того, щоб його зібрати потрібно:

1. Трансформатор малої розгортки ТВС-110Л, ТВС-110ПЦ15 від лампових ч/б та кольорових телевізорів (будь-який рядок)

2. 1 або 2 конденсатори 16-50в - 2000-2200пФ

3. 2 резистора 27Ом та 270-240Ом

4. 1-Транзистор 2Т808А КТ808 КТ808А або схожі за характеристиками. + хороший радіатор для охолодження

5. Провід

6. Паяльник

7. Прямі руки

І так беремо рядок розбираємо його акуратно, залишаємо вторинну високовольтну обмотку, що складається з безлічі витків тонкого дроту, феритовий сердечник. Намотуємо свої обмотки емальованим мідним дротом на другий вільний бік феритового осердя попередньо зробивши із щільного картону трубку навколо фериту.

Перша: 5 витків приблизно 1.5-1.7 мм діаметром

Друга: 3 витки приблизно 1.1мм діаметром

Взагалі, товщина і кількість витків можна змінюватись. Що було під рукою – з того й зробив.

У коморі були знайдені резистори та пара потужних біполярних n-p-n транзисторів- КТ808а та 2т808a. Радіатор робити не захотів - зважаючи на великі розміри транзистора, хоча згодом досвід показав - що великий радіатор обов'язково потрібен.

Для харчування всього цього я вибрав 12В трансформатор, можна запитати і від звичайного 12 вольт 7А акк. від UPS-а.(щоб збільшити напругу на виході, можна подати не 12 вольт а наприклад 40 вольт але тут вже треба думати про хороше охолодження трансу, і витків первинної обмотки можна зробити не 5-3, а 7-5 наприклад).

Якщо збираєтеся використовувати трансформатор, то знадобиться діодний міст, щоб випрямити струм зі змінного в постійний, діодний міст можна знайти в блоці живлення від комп'ютера, там же можна знайти конденсатори і резистори + дроти.

в результаті ми отримуємо 9-10кВ на виході.

Всю конструкцію я розмістив у корпусі від БП. вийшло досить компактно.

Отже, ми маємо HV Блокінг генератор, який дає нам можливість ставити досліди і запускати Трансформатор Тесла.

Перш ніж ми перейдемо до опису пропонованого для складання джерела високої напруги, нагадаємо про необхідність дотримуватися загальних заходів безпеки при роботі з високими напругами. Хоча цей пристрій дає вихідний струм надзвичайно малого рівня, він може бути небезпечним і викличе досить неприємний і болісний удар, якщо випадково торкнутися в недозволеному місці. З точки зору безпеки, це одне з найбезпечніших високовольтних джерел, оскільки вихідний струм можна порівняти зі струмом звичайних електрошокерів. Висока напруга на вихідних клемах - постійного струмублизько 10-20 кіловольт, і якщо підключити розрядник, можна отримати дугу 15 мм.

Схема джерела високої напруги

Напруга може регулюватися зміною кількості ступенів у помножувачі, наприклад, якщо ви хочете, щоб вона запалила неонові лампи - можна використовувати одну, якщо хочете, щоб працювали свічки запалювання - можна використовувати дві або три, і якщо потрібно більш висока напруга - можна використовувати 4, 5 та більше. Менше каскадів означає меншу напругу, але більший струм, що може збільшити небезпеку цього пристрою. Парадокс, але чим більша напруга, тим менш складним буде завдати шкоди через харчування, оскільки струм падає до зневажливо малого рівня.

Як це працює

Після натискання кнопки, ІЧ-діод вмикається і промінь світла потрапляє на датчик оптрона, цей датчик має вихідний опір близько 50 Ом, що достатньо для включення транзистора 2n2222. Цей транзистор подає енергію батареї для живлення таймера 555. Частоту та шпаруватість імпульсів можна регулювати зміною номіналів компонентів обв'язування. У разі частота може регулюватися з допомогою потенциометра. Ці коливання через транзистор BD679, що посилює імпульси струму, надходять на первинну котушку. З вторинної знімається змінна напруга, збільшена в 1000 разів, і випрямляється ВР помножувачем.

Деталі для збирання схеми

Мікросхема – будь-який таймер серії КР1006ВІ1. Для котушки - трансформатор із ставленням опору обмоток 8 Ом: 1 кОм. Перше, потім необхідно звернути увагу під час виборів трансформатора - це розмір, оскільки кількість енергії, що вони можуть обробляти, пропорційно їх розмірам. Наприклад, розміром з велику монету дасть нам більше енергії, ніж невеликий трансформатор.

Перше, що необхідно зробити для його перемотування, це видалити феритовий сердечник для доступу до самої котушки. У більшості трансформаторів дві частини склеюються клеєм, легко тримайте трансформатор плоскогубцями над запальничкою, тільки обережно, щоб не розплавити пластик. Після хвилини клей повинен розплавитись і треба розламати його на дві частини сердечника.

Враховуйте, що ферит дуже тендітний і тріскається досить легко. Для намотування вторинної котушки використовувався емальований мідний провід 0,15 мм. Намотування майже до заповнення, щоб потім вистачило ще на один шар товстішого дроту 0,3 мм - це буде первинка. Вона має мати кілька десятків витків, близько 100.

Чому тут встановлений оптрон - він забезпечить повну гальванічну розв'язку від схеми, з ним не буде електричного контакту між кнопкою замикання живлення, мікросхемою та високовольтною частиною. Якщо випадково проб'є високу напругу, то ви будете в безпеці.

Зробити оптрон дуже легко, будь-який ІЧ-світлодіод і ІЧ-датчик вставте в термозбіжну трубку, як показано на малюнку. У крайньому випадку, якщо не хочеться ускладнювати справу, приберіть усі ці елементи і подавайте харчування замкнувши К-Е транзистора 2N2222.

Зверніть увагу на два вимикачі у схемі, так зроблено тому, що кожна рука має бути задіяна щоб активувати генератор – це буде безпечно, зменшує ризик випадкового включення. Також при роботі пристрою ви не повинні торкатися чогось ще, крім кнопок.

При збиранні помножувача напруги не забудьте залишити достатній зазор між елементами. Обріжте всі висновки, що стирчать, оскільки вони можуть призвести до коронних розрядів, які сильно знижують ефективність.

Рекомендуємо ізолювати всі оголені контакти помножувача з термоклеєм або іншим аналогічним ізоляційним матеріалом і, після цього, обернути в термозбіжну трубку або ізоленту. Це не лише зменшить ризик випадкових ударів, а й підвищить ефективність схеми шляхом зменшення втрат через повітря. Також для страховки додали шматок пінопласту між помножувачем та генератором.

Споживаний струм повинен бути приблизно 0,5-1 ампер. Якщо більше – значить схема погано налаштована.

Випробування генератора ВН

Було випробувано два різні трансформатори - обидва з відмінними результатами. Перший мав менший розмір феритового сердечника і, отже, менша індуктивність, працював на частоті 2 кГц, а в іншому близько 1 кГц.

При першому запуску спочатку перевірте генератор NE555, чи він працює. Підключіть маленький динамік до ноги 3 – при зміні частоти ви повинні почути звук, що виходить із нього. Якщо все сильно нагрівається, можна збільшити опір первинної обмотки, намотавши її проводом тонше. І маленький радіатор для транзистора рекомендується. Та й правильна частота налаштування є важливою, щоб уникнути цієї проблеми.

Всім відомо, що в оригіналі резонансний трансформатор Тесла робився на лампі, але з розвитком електроніки стало можливим значно зменшити та спростити розміри даного пристрою, якщо замість лампи задіяти звичайний біполярний транзистор типу КТ819 або інший аналогічний струму і потужності. Звичайно з польовим транзисторомрезультати будуть ще кращими, але дана схема розрахована на тих, хто робить перші кроки у складанні генераторів високої напруги. Принципова схемапристрої показано на малюнку:

Котушки зв'язку та колектора мотаються дротом 0,5-0,8 мм. На високовольтну котушку беремо будь-який провід з товщиною 0,15-0,3мм і приблизно 1000 витків. На "гарячому" кінці високовольтної обмотки ставимо ось таку спіраль - все як у плотній Теслі. У своєму варіанті брав живлення із трансформатора 10В 1А.

Звичайно при живленні 24В і вище – довжина коронного розряду значно збільшиться. Після вторинної обмотки стоїть випрямляч та конденсатор 1000мкФ 25В. Транзистор для генератора використовував КТ805ІМ. для схеми у архіві.