Высоковольтные генераторы напряжения с емкостными накопителями энергии. Высоковольтный генератор Простой генератор высокого напряжения
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).
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:
Из данной статьи вы узнаете как получить высокое напряжение, с высокой частотой своими руками. Стоимость всей конструкции не превышает 500 руб, при минимуме трудозатрат.
Для изготовления вам понадобится всего 2 вещи: - энергосберегающая лампа (главное, чтобы была рабочая схема балласта) и строчный трансформатор от телевизора, монитора и другой ЭЛТ техники.
Энергосберегающие лампы (правильное название: компактная люминесцентная лампа
) уже прочно закрепились в нашем быту, поэтому найти лампу с нерабочей колбой, но с рабочей схемой балласта я думаю не составит труда.
Электронный балласт КЛЛ генерирует высокочастотные импульсы напряжения (обычно 20-120 кГц) которые питают небольшой повышающий трансформатор и т.о. лампа загорается. Современные балласты очень компактны и легко помещаются в цоколе патрона Е27.
Балласт лампы выдает напряжение до 1000 Вольт. Если вместо колбы лампы подключить строчный трансформатор, то можно добиться потрясающих эффектов.
Немного о компактных люминесцентных лампах
Блоки на схеме:
1 - выпрямитель. В нем переменное напряжение преобразуется в постоянное.
2 - транзисторы, включенные по схеме push-pull (тяни-толкай).
3 - тороидальный трансформатор
4 - резонансная цепь из конденсатора и дросселя для создания высокого напряжения
5 - люминесцентная лампа, которую мы заменим строчником
КЛЛ выпускаются самой различной мощности, размеров, форм-факторов. Чем больше мощность лампы, тем более высокое напряжение нужно приложить к колбе лампы. В данной статье я использовал КЛЛ мощностью 65 Ватт.
Большинство КЛЛ имеют однотипную схемотехнику. И у всех имеется 4 вывода на подключение люминесцентной лампы. Необходимо будет подсоединить выхода балласта к первичной обмотке строчного трансформатора.
Немного о строчных трансформаторах
Строчники также бывают разных размеров и форм.
Основной проблемой при подключении строчника, является найти 3 необходимых нам вывода из 10-20 обычно присутствующих у них. Один вывод - общий и пара других выводов - первичная обмотка, которая будет цепляться к балласту КЛЛ.
Если сможете найти документацию на строчник, или схему аппаратуры, где он раньше стоял, то ваша задача существенно облегчится.
Внимание! Строчник может содержать остаточное напряжение, так что перед работой с ним, обязательно разрядите его.
Итоговая конструкция
На фото выше вы можете видеть устройство в работе.
И помните, что это постоянное напряжение. Толстый красный вывод - это "плюс". Если вам нужно переменное напряжение, то нужно убрать диод из строчника, либо найти старый без диода.
Возможные проблемы
Когда я собрал свою первую схему с получением высокого напряжения, то она сразу же заработала. Тогда я использовал балласт от лампы мощностью 26 Ватт.
Мне сразу же захотелось большего.
Я взял более мощный балласт от КЛЛ и в точности повторил первую схему. Но схема не заработала. Я подумал, что балласт сгорел. Обратно подключил колбы лампы и включил в сеть. Лампа загорелась. Значит дело было не в балласте - он был рабочий.
Немного поразмыслив я сделал вывод, что электроника балласта должны определять нить накала лампы. А я использовал только 2 внешних вывода на колбу лампы, а внутренние оставил "в воздухе". Поэтому я поставил резистор между внешним и внутренним выводом балласта. Включил - схема заработала, но резистор быстро сгорел.
Я решил использовать конденсатор, вместо резистора. Дело в том, что конденсатор пропускает только переменный ток, а резистор и переменный и постоянный. Также, конденсатор не нагревался, т.к. давал небольшое сопротивление на пути переменного тока.
Конденсатор работал великолепно! Дуга получилась очень большой и толстой!
Итак если у вас не заработала схема, то скорее всего 2 причины:
1. Что-то не так подключили, либо на стороне балласта, либо на стороне строчного трансформатора.
2. Электроника балласта завязана на работе с нитью накала, а т.к. ее нет, то заменить ее поможет конденсатор.
Иногда возникает необходимость получения высокого напряжения из подручных материалов. Строчная развертка отечественных телевизоров и есть готовый высоковольтный генератор, мы лишь чуток переделаем генератор.
Из блока строчной развертки нужно выпаять умножитель напряжения и строчный трансформатор. Для нашей цели был использован умножитель УН9-27.
Строчный трансформатор подойдет буквально любой.
Строчный трансформатор сделан с огромным запасом, в телевизорах используется лишь 15-20% мощности.
Строчник имеет высоковольтную обмотку, один конец которого можно увидеть прямо на катушке, второй конец высоковольтной обмотки находится на стенде, вместе с основными контактами внизу катушки (13-ый вывод). Найти высоковольтные выводы очень легко, если взглянуть на схему строчного трансформатора.
Используемый умножитель имеет несколько выводов, ниже представлена схема подключения.
Схема умножителя напряжения
После подключения умножителя к высоковольтной обмотке строчного трансформатора, нужно думать о конструкции генератора, который будет питать всю схему. С генератором не мудрил, решил взять готовый. Была использована схема управления ЛДС с мощностью в 40 ватт, иными словами просто балласт ЛДС.
Балласт китайского производства, можно найти в любом магазине, цена не более 2-2,5$. Такой балласт удобен тем, что работает на высоких частотах (17-5кГц в зависимости от типа и производителя). Единственный недостаток заключается в том, что выходное напряжение имеет повышенный номинал, поэтому мы не можем напрямую подключить такой балласт к строчному трансформатору. Для подключения используется конденсатор с напряжением 1000-5000 вольт, емкость от 1000 до 6800пкФ. Балласт может быть заменен на другой генератор, он не критичен, тут важен только разгон строчного трансформатора.
ВНИМАНИЕ!!!
Выходное напряжение от умножителя составляет порядка 30.000 вольт
, это напряжение в некоторых случаях может быть смертельно опасным, поэтому просим быть предельно осторожными. После выключения схемы
в умножителе остается заряд, замыкайте высоковольтные выводы
, чтобы полностью разрядить его. Все опыты с высоким напряжением делайте вдали от электронных устройств.
Вообще вся схема находится под высоким напряжением, поэтому не дотрагивайтесь компонентов во время работы.
Установка может использоваться в качестве демонстрационного генератора высокого напряжения, с которым можно проводить ряд интересных опытов.
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
