Sstc из хлама (катушка тесла)

SSTC из хлама (Катушка Тесла)

sstc из хлама (Катушка Тесла)

Совсем недавно в мою голову влетела мысль, которая мне не давала покоя около недели. После нескольких ночей напролет эта мысль воплотилась в нечто материальное, о чем сегодня я вас и поведаю. 

Идея состояла в том чтобы сделать некое подобие катушки Тесла, которую будет приятно подарить кому-нибудь или просто поставить у себя на столе и любоваться на нее вечерами.

Но задача была не только воссоздать эту конструкцию, но и чтобы она обладала небольшими габаритами, малым тепловыделением (что немаловажно) ну и естественно красивыми стримерами, которые будут короновать из тороида катушки. 

Ну что заинтриговал? Тогда начнем… А начну я со схемы.

Основная часть схемы представляет собой драйвер на ШИМ-контроллере 3845 тактируемом интегральном таймере 555.

Начну по порядку, интегральный таймер по имени 555 включен в режиме астабильного генератора прямоугольных импульсов, частота которых регулируется переменными резисторами R6, R7.

Частота задающего генератора высчитывается по формуле которую все давным давно знают, но для любопытных из расчетов по схеме резисторы R6, R7 регулируют частоту от 16 герц до 160 герц.

Далее у нас идет сам ШИМ-контроллер, углубляться в принцип работы я тоже не буду но все же пару слов скажу. Прямоугольные импульсы с выхода 555 идут через резистор на ШИМ на вход (третий вывод) тем самым в момент импульса микросхема отключается, переставая подавать сигнал на полевой транзистор, в паузах между импульсами 3845 работает как полагается.

Взаимозаменяемость

Все детали можно заменить аналогами. К примеру для микросхемы NE555 есть отечественный аналог КР1006ВИ, а для UC3845 аналогом будет MIC38C45. Отклоняться от номиналов деталей можно но не более 30%.

Собственно вот сам драйвер на фото.(простите за качество фото, было плохое освещение)

Печатная плате делалась методом аэрозольного фоторезиста.

Сначала сделал шаблон. Делается он легко и просто. Для этого надо распечатать печатку на лазерном принтере, затем прям поверх рисунка наклеить скотч, затем аккуратненько разрезать по кусочкам.

Далее эти кусочки в теплой воде оттираются от бумаги и получается нечто подобное. На фото результат из трех слоев шаблона.

Затем шаблон кладется на текстолит заранее покрытый фоторезистом. Для лучшего прилегания надо смочить текстолит водой или маслом.

Далее укладываем под лампу и засвечиваем в течении семи минут.

Проявка в растворе щелочи, Я использовал “Крот”.

Травление в хлорном железе.

Результат работы в действии.

Список радиоэлементов

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Источник: http://cxem.net/tesla/tesla49.php

SSTC создание и работа

YOUR WEBSITES NAME

SSTC

Транзисторные катушки Теслы – на сегодняшний день, пожалуй, самая интересная тема для тесластроителя. Очень много схем летает по Интернету. На самых различных элементах, с самыми различными схемотехническими решениями. Чем они интересны…. Первое – они относительно малошумные, если сравнивать, например с SGTC- искровыми катушками.

Во вторых, они потребляют довольно скромно. Около 400 ватт. Плс-минус… В третьих, они довольно компактны. Настольный, так сказать, вариант. Ну и в третьих, они очень эффектны и безопасны, опять же, если сравнивать с искровыми. Можно руками стриммер спокойно ловить. Ну, так, покалывает немного. Ниже, я буду выводить видео своих транзисторных катушек.

По возрастающей

Это катушка Теслы на генераторе, на микросхеме TL494 и полумостовом оконечном каскаде на китайских транзисторах MJE13009. Не спутайте с оригинальными европейскими ST13009. Хрень полная, именно для этого случая. Почему именно такой транзистор…

Потому что, в таком варварском режиме работы, особенно, ещё на стадии регулировки, транзисторы часто перегорают. Но эти – держатся. Тоже горят, но реже. А на стадии настройки, стойкость к перегоранию – особенно ценна. И их стоимость всего около 45 рублей.

Например, мосфеты IRFP460 о которых пойдёт речь далее, стоят уже 125 рублей. Почувствуйте разницу! Вот я и накапливал опыт, применяя MJE13009.  Да и работают они неплохо. На этом видео не хватает тора на установке. Поэтому стриммеры чуток маловаты.

Ну и питание всётаки пониже, чем когда полевики цепляешь… Ладно. Эта установка, так, для разгона вам, начинающие. Продолжим:

Эта установка всё на том же генераторе TL494. Но тут уже я поставил полевые транзисторы, или как говорят буржуи, Мосфеты. IRFP450. Это уже был для меня прорыв. Вот их, блин, сгорело-то, пока я получил нормально работающую катушку ! Ну, что тут скажешь…

. Зато, это уже совсем другое дело! И рабочее напряжение 110 вольт , а не 50. И стриммеры побольше уже. Но собрав эту конструкцию, я понял, что не смогу остановиться на полпути. Мне захотелось большего. Воткнуть уже IRP460, или что покруче! И погнал…

На этом видео, у катушки, всё тот же ШИМ-контроллер TL494. Для увеличения тока ипульсов поставил драйвер на IR4426 и эмиттерных повторителях на транзисторах BD139 и BD140.  Ну и мосфеты IRFP460H . Частота генератора – 34 кГц. Длина стримера – 18-20  см. Заземление – конденсаторный мост на сеть 220.  Полевые транзисторы – почти холодные. Выключал вентилятор даже…

Немного о заземлении. При таком варианте, ваша питающая электросеть становится зашумленной. То есть многочисленные гармоники от катушки, проникают в электросеть. Со всеми вытекающими… Первый способ борьбы с ними : Установка по питанию катушки высокочастотных фильтров. Это несколько ферритовых колец с проводом и конденсаторов. Всё это – ничего.

Только зачем огород городить, при катастрофической нехватке денег, материалов, а самое главное, места в корпусе катушки! Есть второй вариант, собственного изготовления, так сказать. Псевдоземля! Выводим от нижнего конца катушки провод на, скажем, телескопическую антенку. И ставим её рядом с катушкой. Готово. В своих последующих конструкциях я так и сделал.

Такая антенка чем ещё хороша? Дело в том, что в такого класса генераторах, без применения обратной связи, отсутствует стабилизация частоты у генератора. При включении катушки, частота генератора, скажем, 32кГц. Но с течением времени работы, она постепенно “уплывает”. Это связано с отсутствием стабилизации частоты.

Ну и тот факт, что мы ходим вокруг неё, подносим разные предметы и собственные пальчики… Всё это вносит свой “вклад” в изменение ёмкости катушки и в, соответственно, частоту резонанса. Можно резистор вывести и подстраивать частоту. А можно антенкой двигать. То ближе, то дальше. Можно и то и то вместе. Этим антенка и удобна.

Двух зайчиков убиваем 😉 В общем и целом, плюсы таких конструкций : меньше деталей, проще схема. Минус : “плвает” частота. Может так “уплыть”, что мосфеты, предназначенные для работы на высоких частотах, просто сгорят, с понижением частоты катушки. Поэтому и антеннкой и резистором нужно пользоваться с некоторой осторожностью.Что можно сказать ещё….

Все эти схемы работают в CW – режиме. То есть в непрерывном режиме подачи импульсов от генератора к ключам MOSFET. В таком режиме, оконечные транзисторы (Мосфеты) быстро нагреваются и могут выйти из сторя. Да и стриммер дают короткий и пушистый. Нету сердито трещащих длинных разрядов. Сигнал нужно по-любому как-то рвать.

Или хотя бы питание самих транзисторов прерывать, если нет рвущего сигнал устройства. Кстати, он называется interupter. И строится на различных генераторных микросхемах (можно и на транзисторах) . Генератор этот – частоты невысокой и регулируемой.  И встраивается такой рвущий сигнал от интераптера в цепи упраления основного генератора (если они есть).

Но это усложняет схему. Поэтому, в погоне за результатом, я не стал заморачиваться на интераптере, а просто поставил однополупериодный выпрямитель по питанию мосфетов. Получилось следующее: Нижнюю часть синусоиды переменного напряжения, такой однополупериодный выпрямитель отсёк. Осталась верхняя, положительная часть , уже не синусоиды, а этаких её обрезков.

И питание пошло половинчатое и прерывистое. То есть, не сигнал, приходящий на мосфеты рвём, а само питание мосфетов. Но, так или иначе, а результат получен. Прерывистая молния. И эффектно и экономично В выпрямителе я применил диод Д232, без сглаживающих конденсаторов.

Напряжение, конечно, поделилось пополам, но зато появился результат – отчётливого сердито трещащий стриммер, более длинный, чем в CW режиме. Ну, не мытьём, так катаньем…

Следующее видео – та же схема, только уже выполненная на печатке и засунутая в корпус. В общем, доведённая до товарного вида. Смотрим :

Сбоку от катушки и стоит антенна псевдоземли. За время работы катушки, я пару раз антеннку передвинул поближе.
Следующее видео – новая и на сегодняшний день, последняя пока что конструкция SSTC. Замахнулся я на полный мост и на нормальный прерыватель! Скажу сразу : ни хрена не получилось…

Мост перегорал. Стоило мне повысить напряжение больше половины напряжения для прошлой конструкции, как все четыре мосфета сгорали….Ушёл обратно на полумост…Может, транзисторы недостаточной мощности… И с прерывателем ничего не получилось. То есть, получилось…в принципе…

Нашёл я в нете, на какой вывод ШИМ-контроллера TL494 можно подавать сигнал с прерывателя, собранного на 555м таймере, через оптопару. Но! На осцилографе, на фронтах включаемого сигнала был явный всплеск амплитуды в несколько раз превышающий собственно сигнал.

Я даже побоялся подключать к такой фигне оконечный каскад ! Короче, плюнул. И построил ещё одну катушку, тоже без прерывателя и на полумосте. Правда, я применил каркас для вторички меньшего диаметра. И в качестве тора использовал большую ёлочную игрушку в виде шара. На китайском рынке купил.

Облепил её алюминиевым скотчем и вывел наверх терминал. Неплохо получилось, по-моему…

Та же катушка, но уже в корпусе. С приданным её товарным видом. Прекрасно работает. Радует глаз не только мой, но и многочисленных моих друзей и гостей, приходящих поглазеть ко мне. Зрелище конечно, прикольное. Нету такого ни у кого;-)

Фото полумостовых катушек на мосфетах IRFP460
С плоским тороидом и с шаровым.

В последнее время, из-за неприглядности плоских тороидов, я стал всё больше склоняться к традиционно Тесловским – шаровым резонаторам. И красиво и изготавливать не в пример как легче,,,как ни странно. Покупаю подездный светильник, из тех, что на лестничных клетках светят, вернее не сам светильник покупаю, а плафон. Или рассеиватель.

Сейчас их сполшь и рядом из пластика матового изготавливают. Обрезаю горловину слегка, облепляю его скотчем алюминиевым. Сверху спицу вязальную приделываю. И готово ! Классные резонаторы получаются по-моему. Поставил их на все свои SSTC-катушки. На качеры придумаю ещё что-нибудь.

Например, игрушки ёлочные пластиковые китайские облепливать скотчем алюминиевым…

Сделал ещё одну катушку и сразу же поставил на неё шар.

В последнее время, из-за неприглядности плоских тороидов, я стал всё больше склоняться к традиционно Тесловским – шаровым резонаторам. И красиво и изготавливать не в пример как легче,,,как ни странно. Покупаю подездный светильник, из тех, что на лестничных клетках светят, вернее не сам светильник покупаю, а плафон. Или рассеиватель.

Сейчас их сполшь и рядом из пластика матового изготавливают. Обрезаю горловину слегка, облепляю его скотчем алюминиевым. Сверху спицу вязальную приделываю. И готово ! Классные резонаторы получаются по-моему. Поставил их на все свои SSTC-катушки. На качеры придумаю ещё что-нибудь.

Например, игрушки ёлочные пластиковые китайские облепливать скотчем алюминиевым…

Сделал ещё одну катушку и сразу же поставил на неё шар.

Читайте также:  Электронный кодовый замок на atmega8

А этот небольшой опыт делают почти все. Приматываем изолентой лампу накаливания, цоколем к терминалу и влкючаем катушку.

Источник: http://www.teslacoil27.ru/SSTC.html

Как мы для музея науки сделали самую большую катушку Тесла в Украине

В 2016 году мне предложили принять участие в проекте по созданию мощной катушки Тесла для музея науки в родном городе.

Отказаться означало бы предать свои идеалы и собственных детей, которые обожают научные опыты.

Под катом не только описание конструкции получившегося прибора, но и немного о мужской любви к науке, энтузиастах и о том, как рождаются и реализовываются социальные проекты.

Предыстория

Это история о людях.
Кто не любит истории о людях, может спокойно пропустить этот раздел.

Вначале немного о себе. Меня зовут Артем. Сейчас я работаю конструктором в одной частной фирме, но по образованию — физик, а методика преподавания физики детям является моим увлечениям. По данной тематике я уже публиковал посты на Geektimes (один и два).

Четыре года назад я был полностью погружен наукой, работал в “Лаборатории методики преподавания физики” родного университета, проводил курсы повышения квалификации для учителей всей области, был соведущим кружка “Юных физиков” для детей от 5 лет, а также работал учителем физики и развивал авторский сайт.

Именно тогда в Украине впервые начали проводиться Научные пикники.

Это прекрасное мероприятие по популяризации науки, когда университеты, лаборатории, исследовательские центры выходят на площадь вместе с физическими экспонатами, жидким азотом, скелетами и манекенами, микроскопами, телескопами, редкими насекомыми и летучими мышами. В общем, каждый выставляет то, чем занимается и что будет интересно для остальных. Разумеется, в Научном пикнике приняли активное участие и лаборатория, и школа, и кружок, где я работал.

Там я познакомился с одним из организаторов пикника — Сергеем. Этот парень мечтал о музее науки для нашего города и убеждал меня, что если не опускать руки и быть активным, то все обязательно получится.

Так оно и случилось, Научный пикник имел ошеломительный успех, на основании такого положительного результата университет решил дать зеленый свет команде Сергея и щедро выделил под музей некоторые помещения внушительной площади.

Это было, наверное, самое романтичное время. Почти без финансирования попытка сделать из разрушенных помещений музей науки за месяц-два выглядело безумием.

Но Сергей не унывал, он носился, как метеорит, латая дыры в полу, завешивал стены без ремонта тканью, изготавливал перегородки и подставки для будущих экспонатов. Сергей проявил поразительную целеустремленность и волю, а также замечательные организационные способности.

Наша лаборатория, как и многие другие, помогала проекту демонстрационными приборами и идеями бюджетных, но увлекательных экспонатов.

Музей благополучно открылся, а я уехал с женой и детьми в Черногорию. Там я тоже организовал кружок по астрономии и физике, но основным местом работы уже стал конструкторский отдел.

В прошлом году я вернулся в Украину. Сергей сделал мне экскурсии по обновленному музею. За два года музей сделал ремонт, в несколько раз увеличил экспонатную базу и значительно разросся по занимаемой площади. Было невероятно приятно обнаружить работающим один из демонстрационных приборов — “оптический стол”, который своими руками собирал еще на рассвете проекта.

Сергей рассказал о желании раздобыть для музея “катушку Тесла”, он не только нашел продавца, но договорился с одной замечательной компанией “Х” о спонсировании проекта и даже успел получить деньги. Однако, непосредственно перед продажей, продавец решил увеличить цену в два раза. Разумеется, общение на этом было завершено. А Сергей оказался в незавидном положении.

Спустя некоторое время Сергей позвонил мне и сообщил, что нашел какого-то паренька, который уже собрал несколько небольших катушек Тесла, и готов попробовать собрать катушку покрупнее. Но ему нужна помощь с механикой. Ненавязчиво мне предложили присоединиться к проекту без права отказаться.

Предстояла встреча с этим “тесластроителем”, которого, кстати, тоже звали Сергеем. Вполне очевидно, что он был каким-то фриком, у которого мания к катушкам Тесла, а идея фикс — большая Катушка. Но как только мы начали обсуждать проект, пошли нестыковки с представляемым (мне кажется тут нужно вставить “мною”) образом.

Собеседник начал последовательно излагать конструкцию прибора, не повторялся, не говорил ничего лишнего. Все физические термины употреблялись правильно, а физическим явлениям давалась верная трактовка. На все вопросы звучали внятные и логически обоснованные ответы.

Оказалось, что я общаюсь адекватным преподавателем известного технического вуза, который действительно увлекается катушками Тесла.

Сергей оказался обладателем такого ценного качества, как скрупулезность. За что сразу завоевал глубокое уважение. Он долго и тщательно подготавливал свое рабочее место, подбирал заранее инструмент и обустраивался, все контакты он всегда, абсолютно всегда, тщательно лудил.

Если в спешке выполнить не качественное соединение, то Сергей промолчит, а потом тихонько возьмет и исправит. Может показаться, что такая щепетильность излишняя, но на самом деле она экономит огромное количество времени. Ведь за весь период работы мы ни разу не столкнулись с ошибкой неправильной сборки.

Чтобы не путаться среди Сергеев, далее будем называть его Сергеем А., а первого — Сергеем В.

Что такое катушка Тесла?

Я попросил Сергея А. (автора катушки) собственнолично рассказать о катушке. Весь текст в этом разделе принадлежит ему:

Наш выбор «Old school»

Для любителей циферок — краткое техническое описание нашего экспоната от Сергея А.

А теперь, о механической составляющей

Имеющийся бюджет не позволял сильно разгуляться. Количество фрезерных и токарных работ пришлось свести к минимуму. Все неответственные детали изготавливались нами собственноручно.

Диск разрывателя был выполнен из текстолита толщиной 8 мм. На диске находится 6 контактов, которые замыкают разрядник. Диск находится на оси двухполюсного асинхронного двигателя мощностью 0,37 кВт.

Частота вращения двигателя составляет 2800 об./мин. Учитывая, что за один оборот происходит 6 замыканий, мы получаем 280 замыканий в секунду.

В интернете можно найти работы настоящих маньяков, которые ставят диск разрядника на вал угловой шлифовальной машины:

Подобные решения подкупают своей простотой, но совсем не совместимы с таким понятием, как техника безопасности. Шлифовальная машинка ненадежно крепится к основанию при помощи хомута вокруг ручки. Электроды на диске сильно перегреваются, так как имеют маленькие время и площадь охлаждения. Диск вращается с частотой 4000-6000 об./мин! Это хрупкое равновесие легко нарушить, и тогда раскаленные электроды, как шрапнель, разлетятся в произвольных направлениях. Прошу вас, пользуйтесь угловой шлифовальной машиной только по назначению!

Первичная катушка изготавливалась в форме спирали из медной трубки диаметром ¼”, по этим трубам обычно циркулирует фреон между блоками кондиционера.

Геометрия катушки очень важна, от нее зависит индуктивность, а как следствие — и частота колебательного контура. Чтобы форма строго соответствовала расчетной, были разработано незамысловатое крепление из четырех опор.

Опоры были изготовлены из листового ПВХ при помощи ЧПУ фрезеровки.

Хороший экспонат — безопасный экспонат

Разумеется, катушка Тесла является опасным устройством, правильнее даже сказать смертельно опасным. Рассмотрим все факторы по мере их важности.

  • Если вы подумали, что надо бояться двухметровых молний, которые летят во всех направлениях, то знайте, это только цветочки. Настоящую опасность представляет первичная обмотка, такая невзрачная спиралька, которая находится под напряжением 8600 В и готова поделится своим током с силой в сотни миллиампер. Нечаянно прикоснутся к ней — верный путь на небо. Молнии тоже могут нанести существенный вред человеку, но их опасность уже на порядок меньше.
  • Стоит также упомянуть, что в процессе работы катушка Тесла генерируется мощное электромагнитное поле. Это поле способно на расстоянии до нескольких метров зажигать газоразрядные лампы, а также в радиусе более десяти метров выводить из строя чувствительные к помехам электроприборы. Таким образом, даже на значительных расстояниях прибор несет реальную угрозу людям с кардиостимуляторами.
  • Кроме того, в процессе работы выделяется огромное количество озона, в Википедии написано, что озон — высокотоксичный газ, обладающий окислительными свойствами, который может привести к преждевременной смерти. Хорошая новость заключается в том, что озон эффективно убивает плесень и бактерии.
  • Не стоит также забывать, что молнии светят не только видимым светом, но и ультрафиолетом, который не особо полезен для глаз.
  • Также необходимо учесть, что установка генерирует шум (порядка 100 Дб на расстоянии 3 метров). Шум вызывает дискомфорт, а также может испугать ребенка.

Перед нами стояла непростая задача — превратить смертельно опасную установку в безопасный и увлекательный экспонат для детей. Было определены следующие средства защиты.

  • Работа экспоната — только в присутствии человека, ознакомленного с ТБ (ведущего).
  • Множественные автоматы, размыкатели и магнитный пускатель. Чтобы на катушку было подано напряжение, должно быть выполнено ряд условий, в частности, подан сигнал из щитка, ключ к которому имеет только ведущий. А вот обесточить установку может даже посетитель. Кроме того, установка отключается сама по реле времени через 40 с.
  • Установку поместили в клетку Фарадея. Клетка имеет собственное заземление и закрывается на замок. Данное средство защищает от молний, экранирует электромагнитное поле, а также выполняет функции надежного ограждения.
  • Перегородка из закаленного стекла толщиной 10 мм. Стекло поглощает ультрафиолет, а также, в комплексе с принудительной вытяжкой, предотвращает попаданию озона в зал с посетителями.
  • Стекло выступает в качестве звукоизоляционной перегородки, оно значительно (-10 Дб) снижает уровень звукового давления. Тем не менее, для маленьких посетителей были дополнительно заказаны шумоподавляющие наушники.

Хочу заметить, что Сергей А. по-своему трактовал назначение клетки Фарадея и стеклянной перегородки:

Как мы попали в UMBRELLA INC

При включении катушки должна выполняться определенная последовательность. Вначале должен включиться и выйти на рабочий режим электродвигатель, и только после этого может подаваться питание на первичную обмотку. Мы нуждались в блоке управления, который бы обеспечил простой запуск установки, а также выполнял бы ряд других алгоритмов.

Собирать устройство “на коленке” даже не рассматривали. Сформулировали ТЗ и обратились за помощью в одно конструкторское бюро “Y”. Наш заказ для них был мелким и совсем не интересным, но, учитывая социальную направленность проекта и малый объем работ, они согласились выполнить его безвозмездно.

Мы оплатили только компоненты и изготовление плат на заводе.

Когда работа была завершена, электронщик, мило улыбаясь, протянул мне коробочки с платами. Вместо логотипа фирмы мы нашли скромную надпись “UMBRELLA”. Фирма отказалась от пиара, а электронщик от нашей благодарности.

Пуск и наладка

Все шло по плану. Все детали были изготовлены и становились на предназначенные им места без сюрпризов. Ну почти без сюрпризов. Дело в том, что у нас было желание регулировать частоту прерываний на разрядники. С этой целью для электродвигателя был приобретен частотник национального производства.

Этот самый частотник отобрал у нас несколько дней работы, мы были втянуты в смешную, грустную и поучительную историю одновременно. Мораль сводилась к тому, что лучше не использовать частотные регуляторы национального производства.

Если будут запросы в комментариях, частотнику будет посвящен отдельный пост с обзором и фотографиями вскрытия.

После отказа от частотного регулирования, установка заработала при первом же пуске. Теоретические расчеты Сергея полностью себя оправдали. Мы обрезали пол лишних витка первичной катушки и попали в резонанс. Все узлы работали штатно.

Ультрафиолет от молний ласкал наши лица, громкие рокоты радовали сердце. Запах озона разнесся по всему помещению площадью 150 м2. Мы поняли, что пора заканчивать работу. Следующие пуски было решено проводить уже в предназначенном помещении, со всеми оговоренными средствами защиты. Мы ждали только окончания строительных работ.

Читайте также:  Особенности работы с дисплеем lph9157-2

***

Когда ремонт помещения был завершен, у нас оставалось лишь две недели, чтобы установить катушку Тесла, выполнить все подключения и протестировать систему на надежность. Это был маленький срок, учитывая, что двое из трех членов команды имели постоянное место работы за пределами музея науки, а выполнять какие-либо операции в одиночку было нельзя.

Мы перенесли оборудование, выполнили все подключения, все перепроверили, подали питание на платы управление, включили все автоматы, торжественно нажали на кнопку и…
…и ничего не произошло. Вообще ничего.

При поиске неисправностей обнаружили, что одна из фаз имеет напряжение 60 В вместо 220 В! К счастью, мы имели доступ ко всем трем фазам и смогли быстро переподключиться.

Для нас вопрос решился быстро, а вот в здании, где располагается музей науки, треть оборудования не работала больше недели.

Настоящие трудности поджидали нас в блоке управления катушкой Тесла. Несмотря на то, что все входы и выходы к блоку были гальванически развязаны, а питание к разряднику подавалось по отдельной фазе, как только в разряднике проскакивала первая искра, блок управления сходил с ума.

Он или сразу выключал катушку, или не выключал ее вообще, или выключал двигатель. Корень зла крылся в высокочастотных помехах, которые шли от катушки по проводам обратно в сеть. Импульсы были настолько сильны, что индуцировали помехи во всех соседних проводах.

В предыдущих тестах мы раскладывали провода так, что они шли на удалении одни от других. Здесь же, согласно проекту дизайнеров, они шли по общим трубам. Нам пришлось внести изменения в проект. Мы вынесли плату управления из общего щита в отдельный заземленный шкаф.

Но это ничего не изменило. Вот тут и начались танцы с бубном.

В поисках решений мы перепробовали все, даже прибегали к таким гомеопатическим средствам, как установка ферритовых колец и супрессоров. Время шло, а напряженность возрастала.

Периодически я брал своего старшего шестилетнего сына с собой. Пока мы работали, он весело проводил время в музее. Часто я не приходил, и большую часть работы ребята делали сами. Все с пониманием относились к моему семейному статусу.

В определенный момент к нам присоединился еще один энтузиаст, которого также звали Сергей. Этот парень оказался студентом университета, но весьма толковым. Появление третьего Сергея неожиданно положительным образом сказалось на эффективности нашей компании. С его участием мы установили основную причину неисправности.

Слабым звеном оказался вход от кнопки пуска, единственной кнопки, которую должен нажимать посетитель. Мы еще раз изменили проект и провели кабель от кнопки к блоку управления в отдельной трубе. Дополнительно мы перепаяли несколько компонентов на плате. Изменили номиналы подтягивающих резисторов, а также одного резистора из блока подавления дребезга контакта.

Эта мера сработала, и проблему мы устранили. Со спокойной душой мы встретили Новый Год вместе у меня дома.

Результат

Открытие экспоната произошло 4 января, с тех пор он штатно работает и развлекает посетителей.

В СМИ появились пафосные заголовки: «Ученые восстановили катушку самого Никола Тесла», «Заработала самая большая катушка Тесла в Европе», «В центре Х появилась комната высоких энергий», “Ученые изобрели лекарство от рака” и т. д.

Как конструктор, я не испытываю особой гордости по проекту, думаю, что для многих из читателей понятно, что с инженерной точки зрения это довольно простое устройство, выполненное к тому же с некоторыми огрехами.

Но очень приятно вспоминать сам процесс: наши встречи после работы, обсуждение концепций за дешевой буфетной пиццей, первый запуск, утомительную борьбу с неполадками и победы.

Почему-то эти воспоминания пересекаются с разными событиями из раннего детства: как в 4 года сделал короткое замыкание в квартире, запихнув шпильку в розетку, как «починил» магнитофон брата, как из досок и гвоздей смастерил себе самолетик и пытался его запустить, как впервые взял в руки паяльник.

Реализовав этот маленький проект, каждому из нас удалось воплотить мечты и чаяния детства. От этого мне становится очень тепло и приятно на душе, чем и хочу поделиться с вами.

Источник: http://www.pvsm.ru/fizika/238709

SSTC из хлама (Катушка Тесла)

sstc из хлама (Катушка Тесла)

SSTC из хлама (Катушка Тесла)

Совершенно не так давно в мою голову влетела идея, которая мне не давала покоя около недели. После нескольких ночей напролет эта идея воплотилась в нечто вещественное, о чем сейчас я вас и поведаю.

Мысль состояла в том чтоб сделать некоторое подобие катушки Тесла, которую будет приятно подарить кому-нибудь либо просто поставить у себя на столе и наслаждаться на нее вечерами.

Но задачка была не только лишь воссоздать эту конструкцию, да и чтоб она обладала маленькими габаритами, малым тепловыделением (что важно) ну и естественно прекрасными стримерами, которые будут короновать из тороида катушки.

Ну что заинтересовал? Тогда начнем… А начну я со схемы.

Основная часть схемы представляет собой драйвер на ШИМ-контроллере 3845 тактируемом интегральном таймере 555.

Начну по порядку, интегральный таймер по имени 555 включен в режиме астабильного генератора прямоугольных импульсов, частота которых регулируется переменными резисторами R6, R7.

Частота задающего генератора высчитывается по формуле которую все давным издавна знают, но для любознательных из расчетов по схеме резисторы R6, R7 регулируют частоту от 16 герц до 160 герц.

Дальше у нас идет сам ШИМ-контроллер, углубляться в механизм работы я тоже не буду но все таки пару слов скажу. Прямоугольные импульсы с выхода 555 идут через резистор на ШИМ на вход (3-ий вывод) тем в момент импульса микросхема отключается, переставая подавать сигнал на полевой транзистор, в паузах меж импульсами 3845 работает как полагается.

Взаимозаменяемость

Все детали можно поменять аналогами. Например для микросхемы NE555 есть российский аналог КР1006ВИ, а для UC3845 аналогом будет MIC38C45. Отклоняться от номиналов деталей можно но менее 30%.

Фактически вот сам драйвер на фото.(простите за качество фото, было нехорошее освещение)

Печатная плате делалась способом аэрозольного фоторезиста.

Поначалу сделал шаблон. Делается он просто и просто. Для этого нужно распечатать печатку на лазерном принтере, потом прям поверх рисунка приклеить скотч, потом аккуратно разрезать по кускам.

Дальше эти куски в теплой воде оттираются от бумаги и выходит нечто схожее. На фото итог из 3-х слоев шаблона.

Потом шаблон кладется на текстолит заблаговременно покрытый фоторезистом. Для наилучшего прилегания нужно смочить текстолит водой либо маслом.

Дальше укладываем под лампу и засвечиваем в течении 7 минут.

Проявка в растворе щелочи, Я использовал «Крот».

Травление в хлорном железе.

Итог работы в действии.

Перечень радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот IC1 Программируемый таймер и осциллятор NE555 1 Поиск в win-sourceВ блокнотIC2 ШИМ контроллер UC3845 1 Поиск в win-sourceВ блокнотVT1 MOSFET-транзистор IRFP460 1 Поиск в win-sourceВ блокнотBr1, Br2 Диодный мост2 Поиск в win-sourceВ блокнотС1 Электролитический конденсатор470 мкФ1 Поиск в win-sourceВ блокнотС2 Конденсатор0.1 мкФ1 Поиск в win-sourceВ блокнотС3, С4 Электролитический конденсатор1000 мкФ2 Поиск в win-sourceВ блокнотС5 Конденсатор100 пФ1 Поиск в win-sourceВ блокнотС6 Конденсатор0.01 мкФ1 Поиск в win-sourceВ блокнотR1 Резистор 51 кОм 1 Поиск в win-sourceВ блокнотR2, R3 Резистор 1 кОм 2 Поиск в win-sourceВ блокнотR4 Резистор 8.1 кОм 1 Поиск в win-sourceВ блокнотR5 Резистор 10 Ом 1 Поиск в win-sourceВ блокнотR6 Переменный резистор680 кОм1 Поиск в win-sourceВ блокнотR7 Переменный резистор51 кОм1 Поиск в win-sourceВ блокнотR8 Переменный резистор10 кОм1 Поиск в win-sourceВ блокнотL1, L2 Катушка индуктивности2 Поиск в win-sourceВ блокнот Трансформатор220/110 В1 Поиск в win-sourceВ блокнот Трансформатор220/12 В1 Поиск в win-sourceВ блокнотДобавить все

Скачать перечень частей (PDF)

Печатка. lay (70 Кб)
Катушка Тесла 555 Sprint-Layout Высочайшее напряжение ШИМ

Источник: http://bloggoda.ru/2017/09/07/sstc-iz-xlama-katushka-tesla/

Сетевая катушка Тесла своими руками

Если Вы сам деятель науки или просто любознательный человек, и Вы частенько смотрите или читаете последние новости в сфере науки или техники. Именно для Вас мы создали такой раздел, где освещаются последние новости мира в сфере новых научных открытий, достижений, а также в сфере техники. Только самые свежие события и только проверенные источники.

В наше прогрессивное время наука двигается быстрыми темпами, так что не всегда можно уследить за ними. Какие-то старые догмы рушатся, какие-то выдвигаются новые.

Человечество не стоит на месте и не должно стоять, а двигателем человечества, являются ученые, научные деятели.

И в любой момент может произойти открытие, которое способно не просто поразить умы всего населения земного шара, но и в корне поменять нашу жизнь.

Особая роль в науке выделяется медицине, так как человек, к сожалению не бессмертен, хрупок и очень уязвим к всякого рода заболеваниям. Многим известно, что в средние века люди в среднем жили лет 30, а сейчас 60-80 лет.

То есть, как минимум вдвое увеличилась продолжительность жизни. На это повлияло, конечно, совокупность факторов, однако большую роль привнесла именно медицина. И, наверняка 60-80 лет для человека не предел средней жизни.

Вполне возможно, что когда-нибудь люди перешагнут через отметку в 100 лет. Ученые со всего мира борются за это.

В сфере и других наук постоянно ведутся разработки. Каждый год ученые со всего мира делаю маленькие открытия, потихоньку продвигая человечество вперед и улучшая нашу жизнь. Исследуется не тронутые человеком места, в первую очередь, конечно на нашей родной планете. Однако и в космосе постоянно происходят работы.

Среди техники особенно рвется вперед робототехника. Ведется создание идеального разумного робота. Когда-то давно роботы – были элементом фантастики и не более. Но уже на данный момент некоторые корпорации имеют в штате сотрудников настоящих роботов, которые выполняют различные функции и помогают оптимизировать труд, экономить ресурсы и выполнять за человека опасные виды деятельности.

Ещё хочется особое внимание уделить электронным вычислительным машинам, которые ещё лет 50 назад занимали огромное количество места, были медленными и требовали для своего ухода целую команду сотрудников.

А сейчас такая машина, практически, в каждом доме, её уже называют проще и короче – компьютер. Теперь они не только компактны, но и в разы быстрее своих предшественников, а разобраться в нем может уже каждый желающий.

С появлением компьютера человечество открыло новую эру, которую многие называют «технологической» или «информационной».

Вспомнив о компьютере, не стоит забывать и о создании интернета. Это дало тоже огромный результат для человечества. Это неиссякаемый источник информации, который теперь доступен практически каждому человеку. Он связывает людей с разных континентов и молниеносно передает информацию, о таком лет 100 назад невозможно было даже мечтать.

В этом разделе, Вы, безусловно, найдете для себя что-то интересное, увлекательное и познавательное. Возможно, даже когда-нибудь Вы сможете одним из первых узнать об открытии, которое не просто изменит мир, а перевернет Ваше сознание.

Источник: http://imperiya.by/video/c8cbGyXfR5u/setevaya-katushka-tesla-SSTC-svoimi-rukami.html

DRSSTC Half-Bridge

        В этой статье рассмотрена конструкция полупроводникового генератора называемого в интернете DRSSTC (Dual Resonant Solid State Tesla Coil). Отличие его от SSTC в том, что в схеме первичного резонансного контура присутствует конденсатор, а обратная связь берется с первичной обмотки. Для такой схемы нужна особая система управления.

Читайте также:  Курс arduino - звук

Так как устройств такой сложности я еще не строил и нужно было на чем-то учиться, то была выбрана к постройке наиболее популярная схема Стива Варда DRSSTC-1 with OCD . Нужно сразу отметить, что катушка строилась не как демонстрационная, а как проверка возможности работы такого генератора в однопроводной линии. По этому на большие разряды она не рассчитывалась.

Весь генератор состоит из различных модулей. Рассмотрим их по отдельности.

        Силовая часть.

        Для силовой части выбрана полу-мостовая схема (Half-Bridge) чтоб не спалить много транзисторов в полном мосте. Принцип действия здесь точно такой же как в SSTC.

Ключи работают в противофазе, а каждый ключ в течение полупериода имеет модулируемое по длительности время открытого и закрытого состояния. Прочитать об этом можно в прошлой статье .
        В качестве ключей выбраны мощные IGB транзисторы IRGP50B60PD, эквиваленты 50 амперных MOSFET.

У них довольно большой импульсный ток коллектора. К тому же они могут работать на частоте до 150кГц. Схема силовой части представлена на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 – Схема полу-мостового типа

        Управляющий сигнал приходит с TV1 – трансформатора гальванической развязки (GDT). Он соединяет низковольтную схему управления с силовой частью. Конструкция идентичен GDT из статьи об SSTC.

R1,VD1 (R2,VD2) формируют задержку заряда затворной емкости для устранения синфазного открытия транзисторов VT1 и VT2. VD3-VD6 – защитные диоды (супрессоры) на напряжения 18 и 400В, ограничивают выбросы паразитной индуктивности.

С1,L1 – первичный колебательный контур резонансного трансформатора Тесла. Емкостной делитель С2,С3 создает среднюю точку полумоста, R3,R4 – выравнивающие резисторы. Светодиод VD7 весьма полезен.

При частых настройках после запусков генератора он показывает наличие опасного напряжения в схеме после отключения напряжения питанию. С4 закорачивает ВЧ. Изготовленная силовая часть в моем исполнении имеет вид представленный на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2 – Силовая часть на печатной плате

        Схема управления.

        На рисунке 5.3 представлена схема управления силовыми транзисторами.

Рисунок 5.3 – Схема управления

        Схема похожа на схему SSTC. В данном случае добавлена микросхема 74HC109 (DA2) и OCD. 74HC109 синхронизирует отключающий импульс прерывателя или OCD с обратной связью. Обратная связь снимается с катушки L1 трансформатором тока TA1. При отсутствии сигнала с DA2 отключается драйвер и, соответственно, закрывается транзистор.
        Т.е.

транзисторы закрываются при почти нулевом токе на их силовой части (на катушке L1). Если транзистор закроется когда ток в силовой цепи максимален, то разрывание такой цепи приводит к возникновению больших потерь, транзисторы могут перегреться или взорваться. Такой режим называется hard-switch. Отключение транзисторов в нуле тока не вызывает их нагрев.

Это режим soft-switch.

Рисунок 5.4 – Печатная плата схемы управления DRSSTC

        OCD (Over Current Detector) – детектор превышения тока. Эта схема подает импульс (с помощью транзистора VT1) к DA2 на отключение силовой части на некоторое время при превышении разрешенного значения тока в первичной обмотке. Длительность отключения определяется элементами R9 и С5 с микросхемой DA6 (NE555).

Разрешенное значение тока сработки устанавливается напряжением на входе 2 компаратора DA5 (LM311) с помощью переменного резистора R5. На вход 3 поступает выпрямленное напряжение с трансформатора тока ТА2. Этот трансформатор подключен точно так же как и ТА1 к первичной обмотке.

Компаратор сравнивает два значения своих входов 2 и 3 и подает импульс к DA6 при превышении тока в контуре силовой части. Если у нас силовой транзистор полу-моста с максимальным импульсным током 150А, то на сработку от такого тока и нужно настраивать компаратор. Хотя в данной конструкции порог срабатывания гораздо ниже.

Целью было получить генератор, который стабильно работает в течение длительного времени.

        Прерыватель (Interrupter).

         Прерыватель запускает и отключает всю DRSSTC. Его можно считаь пультом управления.

Рисунок 5.5 – Принципиальная схема прерывателя

        Генератор импульсов состоящий из DA7 совместно с R1, R2 и С2 создает периодическую последовательность прямоугольных импульсов. Те в свою очередь поступают на вход DA8, куда так же поступают импульсы от другого генератора на микросхема DA9. В результате на выходе микросхемы DA8 получаются пачки импульсов с импульсами внутри. Выглядит это вот так (рис.5.6)

Рисунок 5.6 – Сигнал на выходе прерывателя

        Если отключить Burst-mode (кнопка SA3), то на выходе будет последовательнось импульсов без прерываний.
        Прерыватель подключается к схеме управления проводом 1,5м в экране.

В некоторых частях схемы обычные желтые керамические конденсаторы, подобие К10-17б, от которых требуется повышенная стабильность (например С2, С5, С9) заменены на полиэфирные WIMA, так как возникали некоторые проблемы с некорректной работой прерывателя.

С вимой проблем не замечено. Подходят WIMA MKS2 или MKS02. В случае керамических конденсаторов предпочтительней те, у которых температурный коэффициент емкости X7R – емкость может изменятся в пределах 10%.

Менее желателен Y5V, емоксть от повышения температуры может изменятся в пределах 20%. Применены беспроволочные переменные резисторы СП4-1 (СПО-0,5).

Рисунок 5.7 – Прерыватель (плата и корпус)

        При настройке прерывателя с помощью осциллографа были установлены первоначальные значения ширина импульса 100мкс, период 8мс. После первых испытатьельных запусков генератора значения перестраивались в широком диапазоне.

        Блок питания.

        Блок питания, да и весь генератор рассчитывались на примерную максимальную потребляемую от сети мощность не более 600-700Вт (220В 3А). Первоначально такой БП прошел испытания в SSTC при указанной мощности и по этому считался надежным.

Рисунок 5.8 – Принципиальная схема БП

        Конденсаторы электролиты С1 и С2 выполняют функцию сглаживания пульсаций переменного напряжения. Чем больше емкость С2 – тем лучше. В данном случае С2=680мкФ, 450В. Если емкость этого конденсатора превышает 1000мкФ то нужно делать систему плавного запуска. Заряженный конденсатор разряжается мощными импульсами большого тока.

Помимо этого в БП встроены два конденсатора C3 и C4 создающие среднюю точку для подключения нижнего вывода вторичной обмотки (вместо заземления). Их номинал 0,1 мкФ, 630В. Так же установлен предохранитель 5А 220В, NTC терморезистор на 10Ом 10А и реле дистанционного запуска.

Кнопка SA1 объединена с кнопкой включения прерывателя (в одно нажатие замыкаются две независимые пары контактов). Реле может и не быть, а генератор может запускаться от прерывателя. Т.е. сетевое напряжение 220В подводится к полу-мосту, а запуск происходит только после включения прерывателя.

Когда этот генератор строился, данный факт не был известен. Диодный мост (VD5-VD7) 50А. Общий провод 12В и 310В нигде не пересекаются.

Рисунок 5.9 – БП

        Резонансная часть.

         В ходе настройки резонансных контуров трансформатора Тесла были испытаны несколько различных вариантов катушек первичного контура.

№1 Плоская спиральная катушка из одножильного провода Ø3мм в изоляции. В данном случае минимальная связь между катушками L1 и L2. Чем меньше коэффициент этой связи тем меньшая мощность передается в L2. Транзисторы немного греются. Разряды с L2 не пробивают в L1.
№2 Цилиндрическая катушка из такого же провода. Здесь коэффициент связи больше чем в первой, больше значение тока через катушку и, соответственно, больше разряды с L2. Но такая конфигурация нагревает транзисторы. Причем не только из-за большого тока через них и не совсем точного soft-switch, а из-за обратного влияния L2 на L1.
№3 Коническая спираль. Этот вариант что-то среднее между первыми двумя, разряд с L2 не самый максимальный, но приличный (до 35см). Транзисторы нагреваются умеренно. Иногда возникают КЗ между L2 и L1.
№4 Коническая спираль. В этом варианте применен фидер от систем связи GSM. Его оплетка выполнена из цельной медной оболочки и в ПВХ изоляции. Диаметр 1,5 см. Центральная жила не вытаскивалась. Катушка такого вида является самым лучшим вариантом из всех. Транзисторы после работы остаются абсолютно холодными, достигнуты максимальные разряды c L2 (из всех предыдущих испытаний). Недостатком катушки является её относительная громоздкость.

Рисунок 5.12 – Катушки L1

         В результате выбор остановился на катушке №3 – коническая спираль из провода Ø3мм. Для экспериментов с однопроводной линией этого достаточно. Над обмоткой установлен заземленный разорванный виток (strike-ring).

        Вторичная обмотка (катушка L2) выполнена на ПВХ трубе Ø11см. Провод обмотки Ø0,16мм, 2000 витков. Обмотка покрыта эпоксидным клеем ЭДП. Намотаны две такие катушки для передатчика и приемника.

Причем эти катушки наматывались довольно давно и применялись в однопроводной системе с генератором SGTC. Когда строилась DRSSTC не было желания, а главное времени их переделывать. В принципе, катушки неплохо работают, но являются не самым удачным исполнением.

На верхний вывод катушек закреплена металлическая сфера диаметром 12-13см. Собственная частота такого контура 120кГц.

        Конденсаторы первичного контура выбраны CBB81. Контурная емкость может переключаться с помощью кнопок на корпусе. Конкретную емкость назвать трудно т.к. генератор запускался в различных режимах с подключенной однопроводной линией и без неё. Максимальная емкость конденсаторной сборки 220нФ, минимальная 15нФ. Конденсаторы должны быть расчитаны на напряжение 4кВ, а лучше даже на 6кВ.

        Все части помещены в корпус, катушки размещены и закреплены сверху него.

Рисунок 5.10 – Все части DRSSTC в сборе

Рисунок 5.11 – Корпус и кнопки переключения конденсаторов

        Схема генератора рассматривалась в университете и поэтому нормо-контроль заставил нарисовать её в соответствии с ГОСТ. Позднее схема была немного изменена для всеобщего понимания.

Полная схема DRSSTC с номиналами деталей .

        Настройка генератора производилась по методике, изложенной в прошлой статье. В отличие от SSTC тут еще нужно настроиться на резонансную частоту. Резонансная частота определялась длинной высоковольтного разряда с вторичного контура. Подстройка осуществлялась перемещением контакта по виткам катушки L1 и переключением контурной емкости.

         Приемник.

         Приемник электроэнергии применен такой же, как и для предыдущих систем. Его схема представлена на рисунке 5.13.

Рисунок 5.13 – Принципиальная схема приемного блока

         Параметры его резонансных контуров идентичны параметрам передатчика. Входной сигнал поступает в приемник на несущей частоте по однопроводной линии. Экспериментальная линия длинной 4м.

Входная частота подстраивается конденсатором С1 приемника, количеством витков L2 и расположением L2 относительно L1. После диодно-конденсаторного блока выпрямленное напряжение поступает в нагрузку. В качестве нагрузки использовались лампы накаливания 40 Вт.

Конструкция приемника и схема с номиналами деталей представлены в статье об SSTC

         Структурная схема однопроводной линии представлена на рисунке 5.14.

Рисунок 5.14 – Структурная схема однопроводной системы передачи электроэнергии

         Общий вид однопроводной системы передачи электроэнергии представлен на рисунке 5.15.

Рисунок 5.15 – Однопроводная система передачи электроэнергии

         Видео работы системы (Ссылка)

         В дальнейших статьях планируется представить эксперименты по передаче электроэнергии с описанными ВЧ генераторами (SSTC и DRSSTC).

         Демонстрационный вид этого генератора представлен тут .

Источник: http://technoattic.by/page6_DRSSTC1.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector