Высоковольтные источники своими руками

Источник высокого напряжения

Для самостоятельного изготовления флокатора, пистолета порошковой покраски или электростатической коптильни требуется источник высокого напряжения. И если первые два устройства требуют 75-100 киловольт, то высоковольтный генератор для коптильни работает при 15-20.

В сети есть множество схем высоковольтных генераторов сделанных с использованием строчных трансформаторов от мониторов, телевизоров или автомобильных катушек зажигания. В большинстве своём их схемотехника удручает – как правило это простейшие обратноходовые преобразователи, а значит транзистор в них будет работать в роли кипятильника т.к. для новичка наверняка не имеющего осциллографа рассчитать снаббер практически не реально.

Схемы из прошлого века на тиристорах с питанием от сети 220 вольт опасны и в случае неосторожности могут привести к печальным последствиям. Мы же сделаем резонансный полумост на ТДКС .

Давайте посмотрим схему:

Схема высоковольтного генератора

Список компонентов:

1. U1 – «IR2153»;
2. C1 – электролит 470-1000uf 16v, желательно Low Esr;
3. C2 – керамика 1n;
4. C3, C4 – керамика 100n;
5. C5, C6 – полипропилен 470nf 630v;
6. R1 – многооборотный подстроечный резистор;

Остальные компоненты вопросов думаю не вызывают.

Файл печатной платы: ir2153.lay6[0,03 MB]

В качестве генератора используется распространённая микросхема IR2153, для работы которой требуются всего несколько деталей в обвязке: времязадающая RC цепочка и конденсатор с диодом для верхнего ключа.

Транзисторы при сборке необходимо установить на небольшие радиаторы, я этого делать не стал т.к. плата нужна лишь для демонстрации. Так же не рекомендую включать устройство без запаянного электролитического конденсатора, может получится ситуация когда через ключи потечет сквозной ток.

Номиналы времязадающей цепи с помощью подстроечного резистора позволяют микросхеме работать в диапазоне частот примерно от 7 до 146kHz. В процессе настройки включать высоковольтный генератор желательно через амперметр для контроля тока, при этом желательно что бы блок питания выдавал не менее 3-х ампер при 12 вольт.

Подстроечным резистором можно пройтись по всему диапазону частот для нахождения резонансных участков, при этом для получения 20 киловольт искровой разряд не должен превышать буквально 1.5 см, а ток потребления при этом должен быть около 0.6-0.8А.

Если добиться таких результатов не удается то есть два варианта. Первый из них «поиграть витками», увеличивая или уменьшая их количество, второй – заменить резонансный конденсатор с 470 на 330 или 220 нанофарад. У меня все заработало сразу после сборки, но как говориться – если вдруг.

Перед намоткой первичной обмотки на ТДКС феррит следует изолировать изолентой или скотчем, мотать следует эмальпроводом 0.6-0.8мм, или (что лучше) сразу двумя-тремя проводами 0.6 параллельно. Провода от трансформатора до платы желательно не более 10 сантиметров.

Не следует забывать что во вторичной обмотке ТДКС как правило находится диод, поэтому умножитель напряжения к нему не подключишь.

Для использования в электростатической коптильне параллельно выходам необходимо поставить конденсатор

30kV 470pf – 2.2n и выходной токоограничительный резистор.

Источник

Опасное развлечение: простой для повторения генератор высокого напряжения

Добрый день, уважаемые хабровчане.
Этот пост будет немного необычным.
В нём я расскажу, как сделать простой и достаточно мощный генератор высокого напряжения (280 000 вольт). За основу я взял схему Генератора Маркса. Особенность моей схемы в том, что я пересчитал её под доступные и недорогие детали. К тому же сама схема проста для повторения (у меня на её сборку ушло 15 минут), не требует настройки и запускается с первого раза. На мой взгляд намного проще чем трансформатор Теслы или умножитель напряжения Кокрофта-Уолтона.

Принцип работы

Сразу после включения начинают заряжаться конденсаторы. В моём случае до 35 киловольт. Как только напряжение достигнет порога пробоя одного из разрядников, конденсаторы через разрядник соединятся последовательно, что приведёт к удвоению напряжения на конденсаторах, подсоединённых к этому разряднику. Из-за этого практически мгновенно срабатывают остальные разрядники, и напряжение на конденсаторах складывается. Я использовал 12 ступеней, то есть напряжение должно умножиться на 12 (12 х 35 = 420). 420 киловольт — это почти полуметровые разряды. Но на практике, с учетом всех потерь, получились разряды длиной 28 см. Потери были вследствие коронных разрядов.

О деталях:

Сама схема простая, состоит из конденсаторов, резисторов и разрядников. Ещё потребуется источник питания. Так как все детали высоковольтные, возникает вопрос, где же их достать? Теперь обо всём по порядку:

1 — резисторы

Нужны резисторы на 100 кОм, 5 ватт, 50 000 вольт.
Я пробовал много заводских резисторов, но ни один не выдерживал такого напряжения — дуга пробивала поверх корпуса и ничего не работало. Тщательное загугливание дало неожиданный ответ: мастера, которые собирали генератор Маркса на напряжение более 100 000 вольт, использовали сложные жидкостные резисторы генератор Маркса на жидкостных резисторах, или же использовали очень много ступеней. Я захотел чего-то проще и сделал резисторы из дерева.

Отломал на улице две ровных веточки сырого древа (сухое ток не проводит) и включил первую ветку вместо группы резисторов справа от конденсаторов, вторую ветку вместо группы резисторов слева от конденсаторов. Получилось две веточки с множеством выводов через равные расстояния. Выводы я делал путём наматывания оголённого провода поверх веток. Как показывает опыт, такие резисторы выдерживают напряжение в десятки мегавольт (10 000 000 вольт)

2 — конденсаторы

Тут всё проще. Я взял конденсаторы, которые были самыми дешевыми на радио рынке — К15-4, 470 пкф, 30 кВ, (они же гриншиты). Их использовали в ламповых телевизорах, поэтому сейчас их можно купить на разборке или попросить бесплатно. Напряжение в 35 киловольт они выдерживают хорошо, ни один не пробило.

3 — источник питания

Собирать отдельную схему для питания моего генератора Маркса у меня просто не поднялась рука. Потому, что на днях мне соседка отдала старенький телевизор «Электрон ТЦ-451». На аноде кинескопа в цветных телевизорах используется постоянное напряжение около 27 000 вольт. Я отсоединил высоковольтный провод (присоску) с анода кинескопа и решил проверить, какая дуга получится от этого напряжения.

Вдоволь наигравшись с дугой, пришел к выводу, что схема в телевизоре достаточно стабильная, легко выдерживает перегрузки и в случае короткого замыкания срабатывает защита и ничего не сгорает. Схема в телевизоре имеет запас по мощности и мне удалось разогнать её с 27 до 35 киловольт. Для этого я покрутил подстроичник R2 в модуле питания телевизора так, что питание в строчной развертке поднялось с 125 до 150 вольт, что в свою очередь привело к повышению анодного напряжения до 35 киловольт. При попытке ещё больше увеличить напряжение, пробивает транзистор КТ838А в строчной развёртке телевизора, поэтому нужно не переборщить.

Процесс сборки

С помощью медной проволоки я прикрутил конденсаторы к веткам дерева. Между конденсаторами должно быть расстояние 37 мм, иначе может произойти нежелательный пробой. Свободные концы проволоки я загнул так, чтобы между ними получилось 30 мм — это будут разрядники.

Лучше один раз увидеть, чем 100 раз услышать. Смотрите видео, где я подробно показал процесс сборки и работу генератора:

Техника безопасности

Нужно соблюдать особую осторожность, так как схема работает на постоянном напряжении и разряд даже от одного конденсатора будет скорее всего смертельным. При включении схемы нужно находиться на достаточном удалении потому, что электричество пробивает через воздух 20 см и даже более. После каждого выключения нужно обязательно разряжать все конденсаторы (даже те, что стоят в телевизоре) хорошо заземлённым проводом.

Лучше из комнаты, где будут проводиться опыты, убрать всю электронику. Разряды создают мощные электромагнитные импульсы. Телефон, клавиатура и монитор, которые показаны у меня в видео, вышли из строя и ремонту больше не подлежат! Даже в соседней комнате у меня выключился газовый котёл.

Нужно беречь слух. Шум от разрядов похож на выстрелы, потом от него звенит в ушах.

Интересные наблюдения

Первое, что ощущаешь при включении — то, как электризуется воздух в комнате. Напряженность электрического поля настолько высока, что чувствуется каждым волоском тела.

Хорошо заметен коронный разряд. Красивое голубоватое свечение вокруг деталей и проводов.
Постоянно слегка бьет током, иногда даже не поймёшь от чего: прикоснулся к двери — проскочила искра, захотел взять ножницы — стрельнуло от ножниц. В темноте заметил, что искры проскакивают между разными металлическими предметами, не связанными с генератором: в дипломате с инструментом проскакивали искорки между отвёртками, плоскогубцами, паяльником.

Лампочки загораются сами по себе, без проводов.

Озоном пахнет по всему дому, как после грозы.

Заключение

Все детали обойдутся где-то в 50 грн (5$), это старый телевизор и конденсаторы. Сейчас я разрабатываю принципиально новую схему, с целью без особых затрат получать метровые разряды. Вы спросите: какое применение данной схемы? Отвечу, что применения есть, но обсуждать их нужно уже в другой теме.

На этом у меня всё, соблюдайте осторожность при работе с высоким напряжением.

Источник

Опасное развлечение: простой генератор высокого напряжения Кокрофта-Уолтона

Добрый день, уважаемые хабровчане.

Этот пост будет небольшим и не очень обучающим, но может быть кому-нибудь покажется интересным. В нем я расскажу вам, как сделать очень маленький, полностью SMD-шный и легко масштабируемый генератор Кокрофта-Уолтона, или попросту умножитель напряжения, который на вход получает переменные N вольт, а на выходе выдает постоянные x*N вольт, где x — число ступеней.

Предупреждаю: так как на выходе стоят конденсаторы (собственно, как и на входе, кроме конденсаторов и диодов в нем ничего и нет), удар тока, скорее всего, окажется для вас смертельным. Собирайте схему на ваш страх и риск и только в том случае, если понимаете, что делаете. Я не несу никакой ответственности за вашу жизнь, здоровье и психику.
Не испугались? Тогда идем дальше.

Предыстория и предпосылки

Собственно, предыстория очень простая — этот генератор высокого напряжения — один из самых простых схемотехнически, не содержит огромных катушек, в отличие от Трансформатора Теслы и весьма легок в сборке. Результаты, конечно, тоже менее впечатляющие, чем у Теслы — на выходе мы имеем не высокое напряжение большой частоты, а просто высокое напряжение. Поэтому, во-первых, красивых коронных разрядов можно не ждать, а во-вторых, в отличие от Теслы, разряд генератора Кокрофта-Уолтона лишен скин-эффекта, поэтому, вероятнее всего, смертелен. Следует соблюдать большую осторожность.

В общем, когда-то я собрал себе умножитель по традиционной схеме (рассмотрим чуть позже), из больших конденсаторов и диодов, который выглядел вот так:

Было в нем 15 ступеней, конденсаторы на 400В х 0.1 мкФ и диоды на 1000В х 1А. Для того, чтобы его запитать, я собрал небольшой инвертер из валявшегося под рукой трансформатора 220В->6В, который, судя по искре, выдавал на выходе больше киловольта, из-за чего постоянно вылетали диоды (конденсаторы оказались более живучими, но изредка помирали и они).

Искра на выходе была около 5 мм, легко пробивала бумагу и звучала как выстрел из пистолета с пистонками (думаю, у многих в детстве такой был. ).

Чтобы добиться более впечатляющих результатов, нужно было наращивать число ступеней, что, при такой конструкции, мне совершенно не хотелось делать — колбаса из конденсаторов и так была слишком большой. В общем, поразвлекавшись с пробиванием бумажек, я забросил свой умножитель.

Но спустя пару лет увидел в магазине smd.ru просто потрясающие, на мой взгляд, конденсаторы. Тем, кто работает с такими каждый день, как мой друг Aregus, они, конечно, были не в новинку. Но для меня SMD-конденсатор, рассчитанный на 1000В и 0.1 мкФ, после здоровенных 400В кондеров из моего старого умножителя показались просто чудом. Поэтому я не сдержался и развел небольшую плату умножителя.

Если посмотреть видео на youtube по запросу Cockcroft–Walton generator, можно найти, конечно, куда более зрелищные результаты с многокиловольтным выходом. Однако все они собраны на здоровенных кондерах для монтажа в отверстия и, чаще всего, точно так же висят в воздухе, как мой первый генератор. Я разводил свою плату так, чтобы она была:
1) маленьких размеров
2) полностью SMD
3) легко масштабируемой.

В итоге получилась плата размером 35х45 мм, с креплениями по углам под стандартную стойку. На плате расположено 10 ступеней, максимальное входное напряжение — до 500В. Плата выдерживает и больше, но тогда периодчески умирают диоды. Если брать напряжение пробоя воздуха в 30 КВ/см, то максимум, что она выдавала — несколько разрядов в 10-15 КВ, после чего выбивало один из диодов. При работе в номинальном режиме такого, разумеется не происходит — ее можно запитать, например, от 220В, получив на выходе около 3111В без ущерба для ее компонентов. И, самое главное — можно легко сделать десяток таких плат, составить из них башню, пользуясь стойками, и получить умножитель в 100 раз.

Рассмотрим схемотехнику платы.

Железо

Схемотехнически плата очень простая.

Это типовая схема генератора Кокрофта-Уолтона, умножителя напряжения, которая хорошо описана в википедии.

Также там описан механизм его работы:

Благодаря диодам, конденсаторы по очереди заряжаются до удвоенного напряжения питания, соответственно на выходе имеем напряжение, возросшее в N раз, где N — количество конденсаторов в цепи. Разумеется, конденсаторы следует подбирать так, чтобы они выдерживали это самое удвоенное напряжение, поэтому, т.к. конденсаторы в схеме рассчитаны на 1000В, максимум что можно подать на них не боясь отказа — 500В. Для ровного счета я взял 10 ступеней.

Далее я развел плату:

Верхняя сторона

нижняя сторона

Можно было, в принципе, уменьшить размеры еще сильнее, но я решил не мельчить, чтобы ненароком не пробило где не надо.
Дорожки специально делал потолще, т.к. недостатка в площади в силу предыдущего пункта не испытывал. В общем, плату легко изготовить ЛУТом или фоторезистивным методом в домашних условиях.
Но т.к. мне все равно нужно было заказывать несколько плат по работе, я разместил на той же заготовке три модуля умножителя, благо они почти не занимали места.

Результаты

В результате с производства мне приехала вот такая замечательная плата:

В уже упомянутом магазине я закупил 10 конденсаторов и 10 диодов (на самом деле несколько больше, с запасом, и не зря — я все-таки не удержался и запитал умножитель от своего инвертора, напряжение на выходе которого явно выше того, на которое рассчитаны конденсаторы и диоды, в результате чего мне выбило входной диод через три-четыре разряда).

После сборки получаем вот такой модуль:

Он же в окружении моего старенького инвертора изображен на самой первой фотографии статьи.
Я долго не решался подключить его к 220 вольтам — видимо, сказывалось то, что я цифровик и ни разу не высоковольтник.

Очень не хотелось застрелиться из генератора, который сам собрал, в день своего двадцатипятилетия. Но в итоге я все-таки пересилил себя и запитал модуль от розетки, включив последовательно с чайником, который выступал в роли токоограничительного сопротивления — при мощности чайника в 1 КВт максимальный ток, который бы потек, в случае КЗ в схеме был бы не более 4.5А.

К счастью, схема заработала с первого раза в силу своей простоты.
Ниже привожу видео работы. К сожалению, моя камера не может запечатлеть нормально недлинные, но яркие разряды и нормально захвать сопутствующий звук. Зато, если смотреть в HD, хорошо видно как разряды насквозь пробивают бумажку.

Для тех, кто не хочет ради этого смотреть видео в HD — фото пробитой бумажки (пробито много раз в верхнем правом углу):

Кстати, на видео, наверное, незаметно, но в живую ясно видно, что когда между электродами вставлена бумажка, искра приобретает красноватый оттенок — видимо, из-за прогорающего вещества.

В целом конденсаторы и диоды обошлись мне рублей в 200-300 (по 15 штук и тех и тех), сейчас уже не помню точно, а на сайте цену не пишут.

Производство платы мне обошлось в 2600 рублей в московском Резоните. Но следует помнить, что, во-первых, в заказе было шесть плат, только три из которых — платы умножителя. Суммарный размер заготовки был около 100х200 мм.

А во-вторых, из этих 2600 рублей 1800 стоила подготовка к производству и 350 — доставка, так что сами платы вышли очень даже дешево. Думаю, найдется множество несогласных, но при такой цене на платы, у меня просто рука не поднимается возиться с их изготовлением дома — теперь я предпочитаю отработать по максимуму на макетках, накопить несколько различных плат, после чего заказать их все разом.

В дальнейших планах дозаказать-таки десяток таких плат и собрать башню на 30+ киловольт.

На этом у меня все, берегите себя и осторожнее с высоким напряжением.

Источник