Высоковольтный генератор 8. Генератор высокого напряжения. Генераторы с инверторами
Катушки связи и коллектора мотаются проводом 0,5-0,8 мм. На высоковольтную катушку берём любой провод, с толщиной 0,15-0,3мм и примерно 1000 витков. На "горячем" конце высоковольтной обмотки ставим вот такую спираль - всё как в натоящей Тесле. В своём варианте брал питание с трансформатора 10В 1А.
Конечно при питании 24В и выше - длина коронного разряда значительно увеличится. После вторичной обмотки стоит выпрямитель и конденсатор 1000мкФ 25В. Транзистор для генератора использовал КТ805ИМ. для схемы в архиве.
А теперь фотография готовой конструкции и самого разряда:
Здравствуйте. Сегодня речь пойдет об очень мощной и крутой самоделке. Сегодня я соберу мощный высоковольтный генератор напряжением около 25 кВ. Данную схему я собираю уже не в первый раз, так что каких то сложностей нет. Постараюсь объяснить все коротко и просто
Начну пожалуй со схемы высоковольтного генератора. Нашел ее еще когда собирал , да и сохранил на всякий случай. Схема всего из десятка компонентов
Как говорил схему собирал для второго осциллятора, схема сейчас успешно работает на сварке. Нижняя плата и есть высоковольтный генератор
Пока собирал успел наиграться с дугой иногда достигающей 3х сантиметром, что равнялось примерно 30 кВ. Еще тогда придумал собрать для себя такой же генератор, надо было только подходящие компоненты собрать и вот пришло время
Нашел цветной телевизор советского производства и вырвал с него плату строчной развертки
Собственно с этой платы нужны только строчный трансформатор и конденсатор к73-17 на 400В 0.47 мкФ. На первом генераторе у меня стояла их пара.
Плату очистил от старых дорожек болгаркой, строчный трансформатор установил на старое место намотав две обмотки по 5 витков. Из такого же трансформатора изготовил дроссель, который чуть позже переделаю.
Приступил к сборке управляющей части схемы. Монтаж будет навесной, не хочу морочится платой. Установил полевые транзисторы 40N60 на радиатор, через изолирующие прокладки
На следующем этапе сборки припаял мощные трехамперные диоды Шотки
Дело за малым припаять конденсатор между стоками транзисторов и припаять резисторы 390 Ом в затворы. Стабилитроны я не ставил, так как их нет у меня, но схема отлично работает и без них
Припаял трансформатор к стокам и перемотал дроссель, так как индуктивность предыдущего слишком мала. Новый дроссель индуктивностью 50 мкГн.
Пора и попробовать запустить высоковольтный генератор. Подключаю плату к . На фото дуга примерно пол сантиметра, что равно 5кВ. Питание 20В
Попробовал раздвинуть дугу до 2,5 см, напряжение поднялось до 25кВ. Дуга стала широкой и мошной, сигарету в доли секунды зажигает 🙂 Но начал плавиться провод и пришлось прервать эксперимент
Что бы провода не подгорали, один вывод высоковольтной обмотки подключил к саморезу закрученному в плату, а на второй прикрутил болт.
Питание подал 20В, ток холостого хода 0,6А
Теперь попробую разжечь дугу до 25 кВ и сделать замер. Напряжение просело до 13,2В, ток потребления 6,25А. Потребляемая мощность 82,5Вт, карандаш загорается вообще без проблем
К сожалению мой лабораторный не может разжечь дугу посильней и так трансформатор перегружен. Надо найти что то мощнее и посмотреть, на что еще способен высоковольтный генератор
Я тут снял коротенькое видео работы генератора, надеюсь вам будет интересно.
А пока грузил это видео, нашел еще одно интересное видео работы данного генератора от 30В, ребята это вообще жесть
Информация предоставлена исключительно в образовательных целях!
Администратор сайта не несет ответственности за возможные последствия использования предоставленной информации.
Мой генератор высокого напряжения (HV
) я использую во многих своих проектах ( , ):
Элементы -
1 - выключатель
2 - варистор
3 - конденсатор подавления э/м помех
4 - трансформатор понижающий от ИБП
5 - выпрямитель (диоды Шоттки) на радиаторе
6 - конденсаторы сглаживающего фильтра
7 - стабилизатор напряжения 10 В
8 - генератор прямоугольных импульсов с регулируемой переменным резистором скважностью
10 - включенные параллельно MOSFET-ы IRF540, закрепленные на радиаторе
11 - высоковольтная катушка на ферритовом сердечнике из монитора
12 - высоковольтный выход
13 - электрическая дуга
Схема источника - довольно стандартная, основана на схеме "флайбэк"-преобразователя (flyback
converter
):
Входные цепи
Варистор служит для защиты от перенапряжения:
S
- дисковый варистор
10
- диаметр диска 10 мм
K
- погрешность 10%
275
- макс. напряжение переменного тока 275 В
Конденсатор C снижает помехи, создаваемые генератором в сети электроснабжения. В качестве него использован помехоподавляющий конденсатор X типа.
Источник постоянного напряжения
Трансформатор - из источника бесперебойного питания:
Первичная обмотка трансформатора Tr
подключена к сетевому напряжению 220 В, а вторичная - к мостовому выпрямителю VD1
.
Действующее значение напряжения на выходе вторичной обмотки составляет 16 В.
Выпрямитель собран из трех корпусов сдвоенных диодов Шоттки, закрепленных на радиаторе - SBL2040CT, SBL1040CT
:
SBL2040
CT
- макс. средний выпрямленный ток 20 А, макс. пиковое обратное напряжение 40 В, макс. действующее обратное напряжение 28 В
соединены параллельно:
SBL1040
CT
- макс. средний выпрямленный ток 10 А, макс. пиковое обратное напряжение 40 В, макс. действующее обратное напряжение 28 В
SBL1640
- макс. средний выпрямленный ток 16 А, макс. пиковое обратное напряжение 40 В, макс. действующее обратное напряжение 28 В
Пульсирующее напряжение на выходе выпрямителя сглаживается фильтрующими конденсаторами: электролитическими CapXon C1 , C2 емкостью 10000 мкФ на напряжение 50 В и керамическим C3 емкостью 150 нФ. Затем постоянное напряжение (20,5 В) поступает на ключевой и на стабилизатор напряжения, на выходе которого действует напряжение 10 В, служащее для питания генератора импульсов.
Стабилизатор напряжения собран на микросхеме IL317
:
Дроссель L
и конденсатор C
служат для сглаживания пульсаций напряжения.
Светодиод VD3
, включенный через балластный резистор R4
, служит для индикации наличия напряжения на выходе.
Переменный резистор R2
служит для подстройки уровня выходного напряжения (10 В).
Генератор импульсов
Генератор собран на таймере NE555
и вырабытывает прямоугольные импульсы. Особенностью этого генератора является возможность менять скважность импульсов с помощью переменного резистора R3
, не меняя их частоты. От скважности импульсов, т.е. от соотношения между длительностью включенного и выключенного состояния ключа зависит уровень напряжения на вторичной обмотке трансформатора.
Ra
= R1
+ верхняя часть R3
Rb
= нижняя часть R3
+ R2
длительность "1" $T1 = 0,67 \cdot Ra \cdot C$
длительность "0" $T2 = 0,67 \cdot Rb \cdot C$
период $T = T1 + T2$
частота $f = {1,49 \over {(Ra + Rb)} \cdot C}$
При перемещении движка переменного резистора R3 суммарное сопротивление Ra + Rb = R1 + R2 + R3 не изменяется, поэтому не меняется и частота следования импульсов, а меняется только соотношение между Ra и Rb , и, следовательно, меняется скважность импульсов.
Ключ и
Импульсы от генератора управляют через драйвер ключем на двух включенных параллельно -ах ( - metal-oxide-semiconductor field effect transistor
, МОП-транзистор ("металл-оксид-полупроводник"), МДП-транзистор ("металл-диэлектрик-полупроводник"), полевой транзистор с изолированным затвором) IRF540N
в корпусе TO-220
, закрепленных на массивном радиаторе:
G
- затвор
D
- сток
S
- исток
Для транзистора IRF540N
максимальное напряжение "сток-исток" составляет V DS
= 100 вольт
, а максимальный ток стока I D
= 33/110 ампер
. У этого транзистора малое сопротивление в открытом состоянии R DS(on)
= 44 миллиома
. Напряжение открывания транзистора составляет V GS(th)
= 4 вольта
. Рабочая температура - до 175°C
.
Можно использовать и транзисторы IRFP250N
в корпусе TO-247
.
Драйвер нужен для более надежного управления -транзисторами. В простейшем случае он может быть собран из двух транзисторов (n-p-n и p-n-p ):
Резистор R1 ограничивает ток затвора при включении -а, а диод VD1 создает путь для разряда затворной емкости при выключении.
Замыкает/размыкает цепь первичной обмотки высоковольтного трансформатора, в качестве которого использован трансформатор строчной развертки ("строчник", flyback transformer
(FBT
)) из старого монитора Samsung SyncMaster 3Ne
:
На принципиальной схеме монитора показан высоковольтный вывод HV
строчного трансформатора T402 (FCO-14AG-42)
, подключаемый к аноду кинескопа CRT1
:
Из трансформатора я использовал только сердечник, так как в строчный трансформатор встроены диоды, которые залиты смолой и не подлежат удалению.
Сердечник такого трансформатора изготовлен из феррита и состоит из двух половинок:
Для предотвращения насыщения в сердечнике с помощью пластиковой прокладки (spacer
) делается воздушный зазор.
Вторичную обмотку я намотал большим числом (~ 500) витков тонкого провода (сопротивление ~ 34 Ом), а первичную - толстым проводом с малым числом витков.
Резкие перепады тока в первичной обмотке трансформатора при выключении -а индуцируют высоковольтные импульсы во вторичной обмотке. На это расходуется энергия магнитного поля, накопленная при возрастании тока в первичной обмотке. Выводы вторичной обмотки могут быть либо подключены к электродам для получения, например, электрической дуги, либо подключены к выпрямителю для получения высокого постоянного напряжения.
Диод VD1 и резистор R (снабберная (snubber) цепочка) ограничивают импульс напряжения самоиндукции на первичной обмотке трансформатора при размыкании ключа.
Моделирование генератора высокого напряжения
Результаты моделирования процессов в генераторе высокого напряжения в программе LTspice
представлены ниже:
На первом графике видно, как нарастает ток в первичной обмотке по экспоненциальному закону (1-2), затем резко обрывается в момент размыкания ключа (2).
Напряжение на вторичной обмотке немного реагирует на плавное возрастание тока в первичной обмотке (1), но резко возрастает
при обрыве тока (2). На интервале (2-3) ток в первичной обмотке отсутствует (ключ выключен), а затем опять начинает возрастать (3).
Генераторы импульсов - это устройства, которые способны создавать волны определенной формы. Тактовая частота в данном случае зависит от многих факторов. Основным предназначением генераторов принято считать синхронизацию процессов у электроприборов. Таким образом, у пользователя есть возможность настраивать различную цифровую технику.
Как пример можно привести часы, а также таймеры. Основным элементом устройств данного типа принято считать адаптер. Дополнительно в генераторы устанавливаются конденсаторы и резисторы вместе с диодами. К основным параметрам устройств можно отнести показатель возбуждения колебаний и отрицательного сопротивления.
Генераторы с инверторами
Сделать генератор импульсов своими руками с инверторами можно и в домашних условиях. Для этого адаптер потребуется бесконденсаторного типа. Резисторы лучше всего использовать именно полевые. Параметр передачи импульса у них находится на довольно высоком уровне. Конденсаторы к устройству необходимо подбирать исходя из мощности адаптера. Если его выходное напряжение составляет 2 В, то минимальная должна находиться на уровне 4 пФ. Дополнительно важно следить за параметром отрицательного сопротивления. В среднем он обязан колебаться в районе 8 Ом.
Модель прямоугольных импульсов с регулятором
На сегодняшний день генератор прямоугольных импульсов с регуляторами является довольно распространенным. Для того чтобы у пользователя была возможность настраивать предельную частоту устройства, необходимо использовать модулятор. На рынке производителями они представлены поворотного и кнопочного типа. В данном случае лучше всего остановиться на первом варианте. Все это позволит более тонко проводить настройку и не бояться за сбой в системе.
Устанавливается модулятор в генератор прямоугольных импульсов непосредственно на адаптер. При этом пайку необходимо производить очень аккуратно. В первую очередь следует хорошо прочистить все контакты. Если рассматривать бесконденсаторные адаптеры, то у них выходы находятся с верхней стороны. Дополнительно существуют аналоговые адаптеры, которые часто выпускаются с защитной крышкой. В этой ситуации ее необходимо удалить.
Для того чтобы у устройства была высокая пропускная способность, необходимо резисторы устанавливать попарно. Параметр возбуждения колебаний в данном случае обязан находиться на уровне Как основную проблему генератор прямоугольных импульсов (схема показана ниже) имеет резкое повышение рабочей температуры. В данном случае следует проверить отрицательное сопротивление бесконденсаторного адаптера.
Генератор перекрывающих импульсов
Чтобы сделать генератор импульсов своими руками, адаптер лучше всего использовать аналогового вида. Регуляторы в данном случае применять не обязательно. Связано это с тем, что уровень отрицательного сопротивления может превысить 5 Ом. В результате на резисторы оказывается довольно большая нагрузка. Конденсаторы к устройству подбираются с емкостью не менее 4 Ом. В свою очередь адаптер к ним подсоединяется только выходными контактами. Как основную проблему генератор импульсов имеет асимметричность колебаний, которая возникает вследствие перегрузки резисторов.
Устройство с симметричными импульсами
Сделать простой генератор импульсов такого типа можно только с использованием инверторов. Адаптер в такой ситуации лучше всего подбирать аналогового типа. Стоит он на рынке намного меньше, чем бесконденсаторная модификация. Дополнительно важно обращать внимание на тип резисторов. Многие специалисты для генератора советуют подбирать кварцевые модели. Однако пропускная способность у них довольно низкая. В результате параметр возбуждения колебаний никогда не превысит 4 мс. Плюс к этому добавляется риск перегрева адаптера.
Учитывая все вышесказанное, целесообразнее использовать полевые резисторы. в данном случае будет зависеть от их расположения на плате. Если выбирать вариант, когда они устанавливаются перед адаптером, в этом случае показатель возбуждения колебаний может дойти до 5 мс. В противной ситуации на хорошие результаты можно не рассчитывать. Проверить генератор импульсов на работоспособность можно просто подсоединив блок питания на 20 В. В результате уровень отрицательного сопротивления обязан находиться в районе 3 Ом.
Чтобы риск перегрева был минимальным, дополнительно важно использовать только емкостные конденсаторы. Регулятор в такое устройство устанавливать можно. Если рассматривать поворотные модификации, то как вариант подойдет модулятор серии ППР2. По своим характеристикам он на сегодняшний день является довольно надежным.
Генератор с триггером
Триггером называют устройство, которое отвечает за передачу сигнала. На сегодняшний день они продаются однонаправленные или двухнаправленные. Для генератора подходит только первый вариант. Устанавливается вышеуказанный элемент возле адаптера. При этом пайку необходимо проделывать только после тщательной зачистки всех контактов.
Непосредственно адаптер можно выбрать даже аналогового типа. Нагрузка в данном случае будет небольшой, а уровень отрицательного сопротивления при удачной сборке не превысит 5 Ом. Параметр возбуждения колебаний с триггером в среднем составляет 5 мс. Основную проблему генератор импульсов имеет такую: повышенная чувствительность. В результате с блоком питания выше 20 В указанные устройства работать не способны.
повышенной нагрузки?
Обратим внимание на микросхемы. Генераторы импульсов указанного типа подразумевают использование мощного индуктора. Дополнительно следует подбирать только аналоговый адаптер. В данном случае необходимо добиться высокой пропускной способности системы. Для этого конденсаторы применяются только емкостного типа. Как минимум отрицательное сопротивление они должны быть способны выдерживать на уровне 5 Ом.
Резисторы для устройства подходят самые разнообразные. Если выбирать их закрытого типа, то необходимо предусмотреть для них раздельный контакт. Если все же остановиться на полевых резисторах, то изменение фазы в данном случае будет происходить довольно долго. Тиристоры для таких устройств практически бесполезны.
Модели с кварцевой стабилизацией
Схема генератора импульсов данного типа предусматривает использование только бесконденсаторного адаптера. Все это необходимо для того, чтобы показатель возбуждения колебаний был как минимум на уровне 4 мс. Все это позволит также сократить термальные потери. Конденсаторы для устройства подбираются исходя из уровня отрицательного сопротивления. Дополнительно необходимо учитывать тип блока питания. Если рассматривать импульсные модели, то у них уровень выходного тока в среднем находится на отметке 30 В. Все это в конечном счете может привести к перегреву конденсаторов.
Чтобы избежать таких проблем, многие специалисты советуют устанавливать стабилитроны. Припаиваются они непосредственно на адаптер. Для этого необходимо прочистить все контакты и проверить напряжение катода. Вспомогательные адаптеры для таких генераторов также используются. В этой ситуации они играют роль коммутируемого трансивера. В результате параметр возбуждения колебаний повышается до 6 мс.
Генераторы с конденсаторами РР2
Складывается генератор высоковольтных импульсов с конденсаторами данного типа довольно просто. На рынке найти элементы для таких устройств не составляет никаких проблем. Однако важно подобрать качественную микросхему. Многие с этой целью приобретают многоканальные модификации. Однако стоят они в магазине довольно дорого по сравнению с обычными типами.
Транзисторы для генераторов подходят больше всего однопереходные. В данном случае параметр отрицательного сопротивления не должен превышать 7 Ом. В такой ситуации можно надеяться на стабильность работы системы. Чтобы повысить чувствительность устройства, многие советуют применять стабилитроны. При этом триггеры используются крайне редко. Связано это с тем, что пропускная способность модели значительно снижается. Основной проблемой конденсаторов принято считать усиление предельной частоты.
В результате смена фазы происходит с большим отрывом. Чтобы наладить процесс должным образом, необходимо вначале работы настроить адаптер. Если уровень отрицательного сопротивления находится на отметке 5 Ом, то предельная частота устройства должна составлять примерно 40 Гц. В результате нагрузка с резисторов снимается.
Модели с конденсаторами РР5
Генератор высоковольтных импульсов с указанными конденсаторами можно встретить довольно часто. При этом использоваться он способен даже с блоками питания на 15 В. Пропускная способность его зависит от типа адаптера. В данном случае важно определиться с резисторами. Если подбирать полевые модели, то адаптер целесообразнее устанавливать именно бесконденсаторного типа. В том случае параметр отрицательного сопротивления будет находиться в районе 3 Ом.
Стабилитроны в данном случае используются довольно часто. Связано это с резким понижением уровня предельной частоты. Для того чтобы ее выровнять, стабилитроны подходят идеально. Устанавливаются они, как правило, возле выходного порта. В свою очередь, резисторы лучше всего припаивать возле адаптера. Показатель колебательного возбуждения зависит от емкости конденсаторов. Рассматривая модели на 3 пФ, отметим, что вышеуказанный параметр никогда не превысит 6 мс.
Основные проблемы генератора
Основной проблемой устройств с конденсаторами РР5 принято считать повышенную чувствительность. При этом термальные показатели также находятся на невысоком уровне. За счет этого часто возникает потребность в использовании триггера. Однако в данном случае необходимо все же замерить показатель выходного напряжения. Если он при блоке в 20 В превышает 15 В, то триггер способен значительно улучшить работу системы.
Устройства на регуляторах МКМ25
Схема генератора импульсов с данным регулятором включает в себя резисторы только закрытого типа. При этом микросхемы можно использовать даже серии ППР1. В данном случае конденсаторов требуется только два. Уровень отрицательного сопротивления напрямую зависит от проводимости элементов. Если емкость конденсаторов составляет менее 4 пФ, то отрицательное сопротивление может повыситься даже до 5 Ом.
Чтобы решить данную проблему, необходимо использовать стабилитроны. Регулятор в данном случае устанавливается на генератор импульсов возле аналогового адаптера. Выходные контакты при этом необходимо тщательно зачистить. Также следует проверить пороговое напряжение самого катода. Если оно превышает 5 В, то подсоединять регулируемый генератор импульсов можно на два контакта.
Мощный генератор высокого напряжениям (аппарат Кирлиана), 220/40000 вольт
Генератор вырабатывает напряжение до 40000 В и даже выше, которое можно прилагать к электродам, описанным в предыдущих проектах.
Может потребоваться использование в электроде более толстой стеклянной или пластмассовой пластины во избежание серьезного электрического удара. Хотя схема достаточно мощная, ее выходной ток невелик, что снижает опасность смертельного удара при соприкосновении с какими-либо частями устройства.
Тем не менее следует быть крайне осторожным при обращении с ней, так как возможность электрошока все равно не исключена.
Внимание! Высокие напряжения опасны. Будьте предельно осторожны при работе с данной схемой. Желательно иметь опыт обращения с подобными устройствами.
Вы можете использовать генератор в экспериментах с фотографией Кирлиана (электрофотографией) и других паранормальных экспериментах, например связанных с плазмой или ионизацией.
В схеме используются обычные компоненты, ее выходная мощность составляет около 20 Вт.
Ниже приведены некоторые характеристики устройства:
- напряжение источника питания - 117 В или 220/240 В (сеть переменного тока);
- выходное напряжение - до 40 кВ (в зависимости от высоковольтного трансформатора);
- выходная.мощность - от 5 до 25 Вт (в зависимости от используемых компонентов);
- число транзисторов - 1;
- рабочая частота - от 2 до 15 кГц.
Принцип работы
Схема, показанная на рис. 2.63, состоит из однотранзисторного генератора, рабочая частота которого определяется конденсаторами С3 и С4 и индуктивностью первичной обмотки высоковольтного трансформатора.
Рис. 2.63 Аппарат Кирлиана
В проекте используется мощный кремниевый n-p-n транзистор. Для отвода тепла его следует укрепить на достаточно большом радиаторе.
Резисторы R1 и R2 определяют выходную мощность, задавая ток транзистора. Его рабочую точку задает резистор R3. В зависимости от характеристик транзистора необходимо опытным путем подобрать значение резистора R3 (оно должно находиться в пределах 270...470 Ом).
В качестве высоковольтного трансформатора, который также определяет рабочую частоту, используется выходной трансформатор горизонтальной развертки телевизора (строчный трансформатор) с ферритовым сердечником. Первичная обмотка состоит из 20...40 витков обычного изолированного провода. На вторичной обмотке образуется очень высокое напряжение, которое вы и будете использовать в экспериментах.
Источник питания очень простой он представляет собой двухполупериодный выпрямитель с понижающим трансформатором. Рекомендуется использовать трансформатор со вторичными обмотками, обеспечивающими напряжение 20...25 В и токи 3...5 А.
Сборка
Перечень элементов приведен в табл. 2.13. Так как требования к сборке не очень строгие, на рис. 2.64 представлен способ монтажа с использованием монтажной колодки. На ней размещаются небольшие детали, такие как резисторы и конденсаторы, соединенные между собой навесным монтажом.
Таблица 2.13. Перечень элементов
Крупные детали, например трансформатор, прикрепляются винтами прямо к корпусу.
Корпус лучше делать пластмассовый или деревянный.
Рис. 2.64. Монтаж устройства
Высоковольтный трансформатор можно изъять из неработающего черно-белого или цветного телевизора. Если получится, воспользуйтесь телевизором с диагональю 21 дюйм или больше: чем крупнее кинескоп, тем большее напряжение должен формировать строчный трансформатор телевизора.
Резисторы R1 и R2 - проволочные С1 - любой конденсатор номиналом 1500...4700 мкФ.