Генератор молний Тесло с длиной искрового разряда 75 см – ЧАСТЬ 2

October 30, 2011 by admin Комментировать »

 

Рис. 18.2. Схемы первичного сетевого питания от 115 и 220 В 50/60Гц

Принципиальная схема устройства (окончоние)

На рис. 18.2 показаны схемы включения трансформаторов Tl, Т2, ТЗ, Т4 при питании от 115 или 220 В. Они соединяются параллельно-последовательно для обеспечения выходного напряжения 8000 В, 60 мА. Вторичные катушки соединены с общей нейтральной точкой для обеспечения заземления. Эта схема обеспечивает напряжение 8 кВ между конечными выводами трансформатора, но только 4 кВ между конечным выводом трансформатора и землей. Первичные цепи соединены по стандартной схеме подключения питания 115 или 220 В.

Важно учитывать фазовые точки (начала фаз), указанные рядом с обмотками. Их необходимо соблюдать и в первичных, и во вторичных цепях (см. рис. 18.2).

Внимоние1 Имейте в виду, что первичная цепь должна быть изолирована от вторичной.

Вторичная катушка соединена непосредственно со скобой заземления GRDPLT.

Плавкий предохранитель 10 А предназначен для предотвращения катастрофических повреждений от замыканий, пробоев и т.д. Третий заземляющий провод трехпроводного шнура питания COl соединен со скобой заземления. Эта скоба служит также для заземления всех элементов системы. Она должна быть непосредственно подключена к выделенному надежному заземлению. Вы видите, что общие точки конденсаторов С1 и С2 соединены линиями переменного тока со скобой заземления. Эти конденсаторы создают обходную схему для импульсов помех, предотвращая их попадание в сеть питания, что позволяет минимизировать или даже совсем исключить риск повреждения чувствительного электронного оборудования. Систему можно подключить к отдельному регулируемому трансформатору для регулировки выходного напряжения.

При контакте с металлическими органами управления выходное напряжение устройства может вызвать неприятный ожог или шок. Можно управлять включением и выключением сетевого питания, вставив или вынув вилку из розетки или используя удаленный выключатель.

Функциональное назначение основных компонентов устройство

Ниже описаны функции компонентов катушки Тесла.

Именно здесь вырабатывается высокое напряжение. Каркасом катушки должен быть очень хороший изолятор с низким рассеянием высокочастотных токов. Предпочтительно использовать материал, который не будет обугливаться при пробое. Витки должны быть ровными и плотно намотанными, виток к витку и без перехлестов. Скрещивание или наложение витков может вызвать серьезные проблемы в работоспособности устройства и является признаком неряшливости и малой квалификации. Можно приблизительно рассчитать резонансную частоту вторичной катушки, если рассматривать ее как четвертьволновую секцию длины, равной реальной длине используемого провода. Уменьшение этой величины может быть вызвано дополнительной емкостью вследствие ионизации в верхней части катушки при разряде.

Выходной терминал

Показанный здесь выходной терминал вашей системы имеет вид тороида диаметром 30 см. Это дорогая и нечасто встречающаяся деталь. Если вас не интересует внешний вид, можете использовать вместо нее даже патрубок печной трубы.

Терминал решает двойную задачу. Во-первых, он является электростатическим экраном и защищает верхнюю часть вторичной обмотки от дугового разряда в воздух. При дуговом разряде могут быть ухудшены характеристики и можно сжечь катушку. Во-вторых, добавление электрической емкости в верхней части четвертьволновой системы увеличит ток через катушку. Это изменение параметров увеличит энергию искрового разряда за счет меньшего количества разрядов в единицу времени. Говоря математически, емкость не ограничена, за исключением того, что резонансная частота уменьшается до нерабочего уровня. В настоящее время мы разрабатываем компьютерную программу, анализирующую это важное свойство, когда оно используется для увеличения напряжения и для других резонансных систем с немагнитным взаимодействием.

Первичной иотушио 1Р1

Эта катушка работает совместно с конденсатором СЗ и вместе с ним должна формировать резонансную схему с частотой, равной резонансной частоте вторичной катушки LSI с соответствующим выходным терминалом. Это регулируется с помощью отвода, который позволяет подключиться в любой точке катушки. Используется неизолированный провод из чистой меди большого сечения или медная трубка с диаметром 0,5 см или более, чтобы соответствовать высоким токам первичного накопителя из-за большого значения добротности.

Вмимодействие

Вторичная катушка LSI связана с первичной катушкой LP1 и для эффективной работы должна быть настроена на ту же частоту. Взаимодействие катушек не должно быть слишком сильным, так как биения могут вызвать образование участков перегрева на вторичной катушке. Если же взаимодействие недостаточное, это не обеспечит надлежащей передачи энергии между катушками. Вы можете провести эксперименты, изменяя положение LSI с помощью размещения ее на деревянных блоках.

Искровой разрядник SPKGflP

Именно здесь накопленная в конденсаторе СЗ энергия передается в первичную индуктивность LP1. Электроды разрядника должны быть отрегулированы таким образом, чтобы обеспечивать четкие «действия» и «отключения».

Очень важна регулировка, обеспечивающая достаточный заряд СЗ до пробоя или переключения. Помните, что энергия системы является функцией квадрата напряжения заряда на первичном конденсаторе. Важно, чтобы разрядник полностью закрывался до того, как ток вторичной цепи достигнет максимума. Энергия тока вторичной цепи не должна передаваться обратно в первичную цепь, это вызовет неправильную работу искрового разрядника, образование разрушительных узлов напряжения, участков перегрева и т.д. Если предполагается частое использование катушки, рекомендуется применять для искрового разрядника вольфрамовые электроды.

Первичный конденсатор СЗ

В этом конденсаторе накапливается та энергия, которая передается в первичную катушку со скоростью, определяемой резонансной частотой контура. Для обеспечения эффективной работы устройства эта цепь должна работать с сильными токами и иметь низкий коэффициент рассеяния. Имейте в виду, что для этой цепи должен использоваться специальный конденсатор, надо следить за его коэффициентом рассеяния и способностью реагировать на обратные токи.

Дроссель высокой частоты СНК1

Эта деталь необходима для блокирования высокой резонансной частоты, а также гармонических напряжений и токов, идущих обратно в трансформатор. Эти токи могут создать разрушительные напряжения, которые с большой вероятностью вызовут преждевременный пробой этой детали.

Порядок сборки устройство

При сборке катушки Тесла в нашей лаборатории мы выполнили указанную ниже последовательность операций. Вы можете сами определить варианты сборки, но если при этом вы измените параметры схемы и номиналы элементов, мы не можем гарантировать обещанную эффективность работы устройства.

1.              Изучите все чертежи, схемы и рисунки.

2.              Если вы купили набор, идентифицируйте все детали и элементы. Важно учесть следующее: арматура, расположенная около первичной катушки, должна быть выполнена из латуни.

3.              Соберите вторичную катушку LSI, как показано на рис. 18.3.

4.              Соберите дроссели СНК1, как показано на рис. 18.4 (понадобятся два дросселя).

Рис. 18.3. Сборка вторичной катушки

Рис. 18.4. Катушка защитного дросселя СНК1

Примечание:

1.                Сначала припаяйте кусок магнитного провсда #26 к верхнему лепестку. Намотайте около 2,5 см проецда с интервалом и нанесите шеллак.

2.                Продолжите намотку оставшихся 5 см и припаяйте провод к нижнему лепестку, как показано на рисунке.

3.                Нанесите шеллак на обмотку.

4.                Вставьте ферритовый сердечник7,62×1,27см в катушку. См. замечание ниже.

5.                Сборка устанав мваага на нижнем основании с помощью пластиковой крышки и фиксируется винтами. Она теперь плотно вставлена в крышку для стабилизации ее положения.

6.                Индуктивность должна гастазлять около 0,1-0,4 мкГн.

«Намотать с интервалом» означает взять два провода одного и того же размера и намотать их параллельно, а затем удалить второй провод, при этом между витками образуется интервал.

5. Подготовьте верхнюю BASTOP и нижнюю BASBOT секции основания, как показано на рис. 18.5. Имейте в виду, что не все отверстия предварительно просверлены, поскольку их расположение лучше определить по реальному расположению компонентов.

Рис. 18.5. Изготовление верхней BASTOP и нижней BASBOT секций основания

6. Изготовьте пластиковые детали PRIBKT в соответствии с рис. 18.6 (нужны четыре детали). Имейте в виду, что расположение отверстий на этих деталях должно быть выполнено точно так, как показано. Изготовьте детали искрового разрядника, как показано на рис. 18.7. Обратите также внимание на вид сверху и спереди искрового разрядника (рис. 18.6 и 18.8).

Рис. 18.6. Изготовление пластиковых деталей BTCFABP

Рис. 18.7. Изготовление искрового разрядника

Рис. 18.8. Сборка искрового разрядника и вентилятора

 

Рис. 18.9. Изготовление BTCFABM и сборка платы заземления GRDPLT

7.              Изготовьте металлические детали, обозначенные GRDPLT (рис. 18.9). Обратите внимание на отверстия для установки Tl, Т2, ТЗ и Т4.

8.              Соберите секцию первичной катушки, обозначенную BTCPRI (рис. 18.10). Это можно легко сделать, поскольку медная трубка 0,48 см обычно аккуратно намотана на контейнер. Установите скобы PRIBKT с помощью латунных винтов для дерева #6. Аккуратно расположите витки катушки, как это показано на рисунке. Присоедините кусок изолированного провода #30 длиной 30 см к медной трубке, вставив его зачищенный конец

Рис. 18.10. Сборка первичной катушки

Примечание:

Пунктирные линии показывают возможное положение провода от» ща при использовании опции тороидалтмого терминала, который можно также заказать у нас. Это грубая настройка отвод а и потребует перенастройки для получения оптимального аьосоднего искрового разряда. Однако в качестве начальной настройки она достаточна и даст несколько впечатляющих нарядов в воздух. Вы видите, что провод зтеода напрпален в туже сторону, что и витки катушки, то есть он Лоаляет еще виток. При движении в другую сторону число витков уменьшается. Направление перемещения отвода и его расположение зависят от конкретной сборки.

в трубку и запаяв с помощью сильной паяльной лампы. Обратите внимание на конец внешней медной трубки рядом с отверстием для отвода. Используйте силиконовый каучук (адгезив с комнатной температурой вулканизации RTV) и зафиксируйте с его помощью медную трубку в прорезях

Рис. 18.11. Вид устройства после окончательной сборки в изометрии

PRIBKT. Подождите 24 ч, чтобы соединение полимеролизовалось. Отрежьте кусок провода #12 длиной 90 см для отвода катушки и присоедините зажим типа «крокодил» для соединения с медной трубкой.

9. Присоедините детали к скобе GRDPLT (см. рис. 18.9). Обратите внимание на держатель плавкого предохранителя, снятие напряжения с провода, винт заземления GRDSCR и гнездо наблюдения тока, как показано на рис. 18.11. Их расположение не критично, но должно обеспечить достаточное расстояние между точками соединения.

Трансформаторы устанавливаются на нижнее основание с помощью подходящей арматуры. Используйте рис. 18.12 и 18.13, для установки сборок BTCAS и BTCBASP постарайтесь следовать указанному расположению компонентов.

Имейте в виду, что внутренние ножки для установки трансформатора электрически соединены со скобой заземления GRDPLT, что обеспечивает заземление корпуса трансформатора.

Завершите сборку, как показано на остальных рисунках. Обратите внимание на схемы, показывающие работу при питании 115 и 230 В переменного тока. Учтите, что показаны соединения проводов первичной цепи с помощью проволочных гаек. Вы можете использовать другие средства соединения. Помните, что это точки напряжения 115/220 В переменного тока и должны выдерживать ток по меньшей мере 5 А.

Рис. 18.12. Сборка BTCAS и прокладка проводов первого уровня

Рис. 18.13. Сборка BTCBASP для прокладки проводов второго уровня

Примечание:

План размещения д еталей на нижней секций, показ» гчткхций прокладку npuauqor низкого напряжения. Показано для 115 В переменноготока.

Замечание по поводу фазировки. В нашей лаборатории мы изначально проводили фазировкуТ1 и Т2 для получения 8000В сточкой заземления в центре. Затем тоже самое проводили для ТЗ и Т4. Следующий шаг заключается в том, чтобы добиться выходного напряжения 8000 В и 60 мА.

BiwftKumo! Выходное напряжение8000В стоком 60 мАопасно, поскольку прикосновение к контактам при работе с такими параметрами может быть смертельным!

Соединения искрового разрядника проводятся так, как показано на рис. 18.14. Обратите внимание на установку СЗ с помощью двух прочных охватывающих зажимов.

Рис. 18.14. Искровой разрядник и конденсатор с видом сбоку

Порядок электрических испытаний

Если вы живете в густонаселенном районе, близко к аэропорту, находитесь около компьютеров или другого чувствительного электронного оборудования, данную систему необходимо тестировать в клетке Фарадея (FAR1). Настоятельно рекомендуем также проверять эту систему в помещении с деревянными сухими полами, поскольку при этом резко уменьшаются опасные обратные токи заземления, возникающие в результате случайного контакта. При проведении электрических испытаний выполните следующие операции:

1.         Аккуратно расположите нижнюю скобу вторичной катушки над центральным винтом и заверните.

2.         Проверьте правильность соединений, соблюдение расстояний между точками высокого напряжения, правильность заземления на плату заземления GRDPLT.

3.         Установите два искровых разрядника на величину между ними около 0,1 б см.

4.         Подключите отвод к последнему внешнему витку. Вы увидите, что гибкий провод отвода образует полный оборот вокруг обмотки и добавляет еще один виток при изменении положения подключения отвода. Это важно, поскольку без этого дополнительного витка система может не настроиться должным образом при работе с терминалом в виде тороида.

5.         Подключите измерительное устройство к разъему J1 или закоротите его (для обычного применения не обязательно).

6.         Присоедините тороид или другой аналогичный терминал. Приверните к верхней скобе вторичной катушки и закрепите гайкой.

7.         В качестве выходного терминала вторичной катушки вместо тороида можно использовать винты 5-7,5 см. Заверните винт снизу в центральное отверстие верхней скобы. Максимальный выход при этом потребует продвижения отвода на несколько оборотов внутрь. Не допускайте разрядов с верней части обмотки, поскольку это может привести к возгоранию каркаса катушки из PVC.

8.         Поместите заземленный тестовый контакт на расстоянии около 20 см от терминала и закрепите его на месте.

9.         Быстро включите устройство и наблюдайте разряд через тестовый контакт. Если он не возникает, проверьте систему еще раз.

10.       Отодвиньте тестовый контакт при плохом разряде, подключите отвод к следующему внутреннему витку катушки LP1. Снова включите питание.

11.       Повторите предыдущие шаги, стараясь обнаружить точку расположения отвода первичной катушки для обеспечения максимального выходного разряда. Слегка откройте искровой разрядник и повторите эксперимент. Имейте в виду, что разряды в воздух будут значительно длиннее, чем разряды от точки к точке. Вы можете настроиться на соответствующий эффект в зависимости от ваших целей.

Имейте в виду, что возникает дифференциальный эффект второго порядка, когда вследствие изменений динамической емкости из-за объемной ионизации разрядник раскрывается. Этот эффект проявляется в том, что требуется немного большая индуктивность первичной цепи. Используя компьютерную программу MATHCAD, мы в настоящее время разрабатываем мощную программу расчета с помощью комплексных методов высшей математики и электрофизики для резонансных систем высокого напряжения.

12.       Экспериментируйте с использованием различных показателей взаимодействия, помещая вторичную катушку на деревянные блоки и перенастраивая все параметры. Круглые или прямоугольные деревянные блоки внутри катушки определяют ее положение и служат для фиксации. Для соединения всегда используйте латунные винты. Может быть, вам придется снять нижнюю скобу. Проявите изобретательность при выполнении этого эксперимента.

Рекомендуем также вести записи своих экспериментов. Это оптимизирует их процесс.

Особые замечания

Для индикации тонкой настройки можно использовать амперметр Ml, установленный на максимум. При неправильной начальной настройке могут возникать пиковые токи, особенно если электромагнитное взаимодействие между катушками очень сильное. Используйте термопару, если она у вас есть.

Вторичная катушка в системе действует аналогично четвертьволновой антенне с максимальной нагрузкой. Это означает, что ток имеет величину в несколько ампер. Полагаясь на третий зеленый провод шнура питания как на заземление, вы заставляете ваши провода стать частью этой системы. Это плохая идея, поскольку градиент напряжения может распространиться по проводу. Величина напряжения определяется множеством факторов, таких как частота, коэффициент гармоник и, конечно, величиной параллельно и последовательно подключенных импедансов. Проще говоря, это означает, что вы должны заземлить катушку на землю самым коротким прямым путем. Это также может устранить значительную часть воздействия на линию питания.

Каркас, который используется для вторичной катушки, должен быть отличным изолятором и одновременно диэлектриком с относительно малыми потерями на рабочей частоте. Идеалом был бы каркас из рубиновой слюды, если бы таковая существовала. Материал с такими свойствами достаточно дорогой. Тонкостенная трубка из PVC хотя и не является лучшим вариантом, обеспечивает хороший компромисс между ценой и качеством. К сожалению, PVC является гигроскопическим материалом (он поглощает жидкость), но его можно использовать, удалив жидкость с помощью тепловой пушки, запечатав затем оранжевым шеллаком или эквивалентным материалом (сделайте это в сухой день).

Внимание! Трубка ив PVC может выделять нежелательные газы при воздействии высокого напряжения. Проводите проветривание помещения, где проводятся эксперименты.

Если вы намереваетесь использовать ваше устройство в течение продолжительного времени, более предпочтительны трубки из лексана.

Не для всех отверстий, показанных на рисунках, даны размеры. Предполагается, что вы примерите детали и просверлите их сами.

Дроссели СНК1 и СНК2 спроектированы для обеспечения относительно высокого импеданса на рабочей резонансной частоте и любой из высших гармоник. Необходимо предотвратить попадание этих высоких частот в трансформаторы Т1-Т4, где они неизбежно приведут к повреждению вторичной обмотки. Вместо этих дросселей можно использовать проволочные резисторы 1 кОм, 50 Вт.

Искровой разрядник соединен через трансформатор для ограничения воздействия напряжения на вторичные обмотки. Электроды разрядника изготовлены из трех кусков инструментальной стали 5,08×0,95 см или из вольфрамового стержня. Вентилятор обеспечивает охлаждение сборки (см. рис. 18.14).

Будьте осторожны с ультрафиолетовыми лучами. Разряды в искровом разряднике выделяют опасное ультрафиолетовое излучение, и на них нельзя смотреть без защитных очков. Смотрите на них только сквозь прозрачный пластик или защитные очки для глаз.

Для долгой и надежной работы катушки рекомендуется использование вольфрама. Однако это достаточно дорогой материал, поэтому, если вам нужна лишь кратковременная работа устройства, можно использовать инструментальную сталь. При этом торцы электродов придется обрабатывать чаще, чем при использовании вольфрама.

Используйте оставшиеся 120 см провода #14 для изготовления пробника разряда на землю, который должен непосредственно подключаться к плате заземления (см. рис. 18.11). Его можно использовать для получения искр с выхода катушки.


Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты