18+ Некоторые материалы сайта могут содержать информацию, запрещенную для детей.

Запись от AZM на субдомене electronics-and-mechanics
Все записи на субдомене: Электроника и механика (записки от AZM)

Трансформатор Тесла (на искровом промежутке SGTC с роторным разрядником)... C питанием от 12 вольт и управлением с беспроводного пульта ДУ!
Трансформатор тесла с низковольтным питанием в работе - 25 сантиметров искры

Проект по созданию этой совершенно безумной конструкции ещё не закончен, так что в этой заметке не найти схем и красивых фото метровых молний.

Если уважаемый читатель думает, что я пошутил, когда сказал, что проект этого трансформатора Тесла совершенно безумный, то он ошибается, это не шутки. Степень моих задуряшек становиться понятна после ознакомления с перечнем проблем, которые потребовалось решить.

Проблемы, которые потребовалось решить при создании этого трансформатора Тесла
1) Преобразование 12 вольт в 3500 вольт и более с выходными токами от 0,1 ампера и более.
2) Экранирование цифровой и сигнальной слаботочной электроники от мощных электромагнитных и электростатических полей и помех.
3) Раскручивание диска разрядника с контролем частоты вращения и заданием её значения.
4) Отключение преобразователя 12 в 3500 на время, пока в разряднике происходит пробой (горит дуга).
5) Выбор канала связи пульта ДУ и устройства, с учётом сильных электромагнитных и электростатических полей и помех.

Конструкция трансформатора Тесла
Вся конструкция состоит из отдельных блоков, при этом, некоторые блоки связаны между собой сигнальными линиями (экранировка и всё такое), а некоторые линиями передачи высокого напряжения (изоляция, отсутствие острых углов и всё такое).
Блоки трансформатора тесла с питанием от 12 вольт


Рама, первичный и вторичный контур теслы
Рама, первичный и вторичный контур теслы

Собственно самый простой узел с электрической и электронной точки зрения и второй по сложности узел с точки зрения механики.
Очень муторно мотать тысячу витков на трубу диаметром 100мм, длиной 500мм, виток к витку, потом покрывать намотанное эпоксидкой, придумывать как крепить, да ещё и что бы не образовать короткозамкнутые витки ни рамой ни креплением, которые бы могли попасть в поле первичного контура.

Преобразователь в высокое напряжение (12 вольт в 3,5 киловольта) и логика
Преобразователь 12 вольт в 3,5 киловольта для трансформатора тесла

Пожалуй, самый сложный узел с точки зрения электроники, так как на одной плате сочетает и высокое напряжение (киловольты), силовую электронику (ключевые транзисторы), микроконтроллер, который разбирает сигналы с пульта ДУ, устанавливает и контролирует частоту вращения диска разрядника и приёмник ИК посылок пульта ДУ.
Сам преобразователь выполнен по схеме пуш-пул, феррит трансформатора от компьютерного блока питания на 850 ватт. Управляющие сигналы для ключей преобразователя вырабатывает микросхема КР1211ЕУ1.
Выходная цепь преобразователя: умножитель - удвоитель.
Рабочая частота преобразователя, порядка 90кГц.
Микроконтроллер, который всем управляет: ATtiny2313.

Роторный искровой разрядник
Роторный искровой разрядник для трансформатора тесла

Роторный искровой разрядник - искровой промежуток в масштабе

Самый сложный с точки зрения механики узел, особенно сложно было сбалансировать диск. Сложность заключается в том, что из-за низкого напряжения питания первичного контура (всего 3,5 киловольта), приходится выбирать очень малый зазор искрового промежутка, а в совокупности со скоростью вращения до 8000 оборотов/мин, необходимостью изолировать вращающиеся контакты от двигателя, это ещё та задачка.
Кроме самого разрядника и схемы управления бесколлекторным двигателем от винчестера, здесь же установлен узел контроля зажигания дуги (оптический). Свет от дуги засвечивает фотодиод, сигнал усиливается быстродействующим усилителем до уровня логической единицы и далее используется для отключения преобразователя на время горения дуги.

Балластный и развязывающий по ВЧ дроссель
Дроссель трансформатора тесла

Сверху "версия 2, улучшенная и дополненная", снизу "версия 1".
Задача данной детальки развязать источник питания дающий 3,5КВ постоянного напряжения и импульсов ВЧ напряжения в первичном контуре.
Кроме того дроссель нивелирует задержки в отключении преобразователя блоком контроля зажигания дуги, по этому имеет большую индуктивность, чем потребовалось бы, что бы просто развязать эти две цепи.
Намотка секционная, для увеличения пробивного напряжения и уменьшения собственной ёмкости.

Конденсатор первичного контура (MMC)
Исходный "материал" для ММС
Исходный материал для создания MMC - К78-2, 0.033мкф на 1600в

Готовый блок MMC в сборе:
MMC трансформатора теслы в сборе

Тут всё тривиально, собран MMC из плёночных конденсаторов К 78-2, номиналом 0,033мкф на 1600 вольт, всего 24 конденсатора (8 групп по 3), каждый обвязан резистором на 9,1 мегаом. В целом MMC обвязан варисторами для защиты на случай попадания искры "с верха", где многие тысячи вольт в первичный контур, где жалкие 3,5 тысячи.
Итоговая ёмкость ММС: 88нФ
Номинальное рабочее напряжение на постоянном токе: 4,8КВ.

Выходные (высоковольтные) цепи преобразователя, дроссель, батарея MMC, катушка первичного контура - всё покрыто 3 слоями уретанового лака с электрической прочностью 110КВ/мм.

Пульт ДУ
Пульт ДУ

Собственно обычный пульт от древненького ТВ-Тюнера.
Как выяснилось при написании прошивки и разборе его команд, работает на базе протокола NEC.

Первые запуски этой теслы
Первый запуск трансформатора тесла

Трансформатор тесла с низковольтным питанием в работе


Параметры теслени
Рабочая частота250 кГц
Ёмкость MMC88 нФ
Первичная обмотка5 витков медной трубы диаметром 7мм; конус - больший диаметр 220мм, меньший 140мм
Вторичная обмотка1000 витков провода 0,38мм на каркасе диаметром 105мм, длина намотки 400мм
Тороидвнешний диаметр 300мм, внутренний диаметр 100мм
Напряжение в первичном контуре3,5 КВ
Диапазон регулировки BPS (разрядов в секунду в первичном контуре)2 ... 500
Подводимая мощность к первичному контуру<400 ватт


Почему ещё не всё готово?
Вообще, это проект начала 2010 года, с того времени вроде бы прошло много времени, но он ещё числится у меня не готовым потому, что:
+ Хочу собрать и установить ММС на рабочее напряжение порядка 16 киловольт.
+ Собрать и установить новый, более мощный преобразователь, с выходным напряжением порядка 7-8 киловольт.
Проблемы, которые мешают мне это сделать:
- Мало места в существующей раме, на которой всё собрано, надо заказывать изготовление новой рамы (руки не доходят).
- Большие напряжения на выходе преобразователя, большие токи по цепи питания 12 вольт (для выходных 7 киловольт с током всего 0,1 ампера, токи в цепи 12 вольт будут порядка 75 ампер, это близко к пределу для аккумулятора от бесперебойника, который используется для пробных пусков).

... Так что ещё работаем-с в этом направлении.

Добавлено: 2170 дн 6 час 4 мин 54 сек назад | Внесений правок: 3 | Последняя правка: 2169 дн 10 час 35 мин 45 сек назад



Электроника и механика (записки от AZM)