Как сделать разрядник своими руками

Иногда при диагностике требуется проверить наличие искры как таковой, не вдаваясь в подробности её качества и своевременности.

Данный разрядник позволяет сделать это максимально быстро, требуется лишь снять ВВ-провод с двигателя, надеть на свечу разрядника и прицепить зажим на массу двигателя.

У свечи разрядника спилен боковой электрод. Это сделано для первичной оценки состояния катушки (модуля) зажигания. Искровой зазор получился около 6 мм.

Провод припаян как к свече, так и к зажиму.

Бюджет — 18 рублей на зажим, свеча из мусорки, провод из кучи обрезков, изоленту кто б её считал)

Введение

В 1997 году я заинтересовался катушкой Тесла и решил построить свою. К сожалению, я потерял интерес к ней, прежде чем я смог её запустить. Через несколько лет я нашел свою старую катушку, немного пересчитал её и продолжил строительство. И снова я забросил ее. В 2007 году друг показал мне свою катушку, напомнив мне о моих незавершенных проектах. Я опять нашел свою старую катушку, пересчитал все и в этот раз завершил проект.

Катушка Тесла — это резонансный трансформатор. В основном это LC схемы, настроенные на одну резонансную частоту.

Высоковольтный трансформатор используется для зарядки конденсатора.

Как только конденсатор достигает достаточного уровня заряда, он разряжается на разрядник и там проскакивает искра. Происходит короткое замыкание первичной обмотки трансформатора и в ней начинаются колебания.

Поскольку ёмкость конденсатора фиксирована, схема настраивается путем изменения сопротивления первичной обмотки, изменяя точку подключения к ней. При правильной настройке, очень высокое напряжение будет в верхней части вторичной обмотки, что приведет к впечатляющим разрядам в воздухе. В отличие от традиционных трансформаторов, соотношение витков между первичной и вторичной обмотками практически не влияет на напряжение.

Этапы строительства

Спроектировать и построить катушку Тесла довольно легко. Для новичка это кажется сложной задачей (мне это тоже казалось сложным), но можно получить рабочую катушку, следуя инструкциям в этой статье и проделав небольшие расчеты. Конечно, если вы хотите очень мощную катушку, нет никакого способа кроме изучения теории и проведения множества расчетов.

Вот основные шаги, с которых следует начать:

1. Выбор источника питания. Трансформаторы которые используются в неоновых вывесках, вероятно, лучше всего подойдут для начинающих, так как они относительно дешевые. Я рекомендую трансформаторы с выходным напряжением не меньше чем 4кВ.
2. Изготовление разрядника. Это могут быть просто два винта, вкрученных в паре миллиметров друг от друга, но я рекомендую приложить немного больше усилий. Качество разрядника сильно влияет на производительность катушки.
3. Расчет ёмкости конденсатора. Используя формулу ниже, рассчитайте резонансную емкость для трансформатора. Значение конденсатора должно быть примерно в 1,5 раза больше этого значения. Вероятно, лучшим и наиболее эффективным решение будет сборка конденсаторов. Если вы не хотите тратить деньги, можете попробовать изготовить конденсатор сами, но он может не работать, а его емкость трудно определить.
4. Изготовление вторичной обмотки. Используйте 900-1000 витков эмалированной медной проволоки 0,3-0,6мм. Высота катушки обычно равна 5 её диаметрам. Водосточная труба из ПВХ, возможно, не самый лучший, но доступный материал для катушки. Полый металлический шар прицеплен к верхней части вторичной обмотки, а её нижняя часть заземлена. Для этого желательно использовать отдельное заземление, т.к. при использовании общедомового заземления есть шанс испортить другие электроприборы.
5. Изготовление первичной обмотки. Первичная обмотка может быть сделана из толстого кабеля, или ещё лучше из медной трубки. Чем толще трубка, тем меньше резистивных потерь. 6 миллиметровой трубы вполне достаточно для большинства катушек. Помните, что толстые трубы намного сложнее сгибать и медь трескается при многочисленных перегибах. В зависимости от размера вторичной обмотки, от 5 до 15 витков с шагом от 3 до 5 мм должно хватить.
6. Соедините все компоненты, настройте катушку, и все готово!

Перед тем как начать делать катушку Тесла настоятельно рекомендуется ознакомиться с правилами ТБ и работы с высокими напряжениями!

Также обратите внимание, что не были упомянуты схемы защиты трансформатора. Они не были использованы, и пока проблем нет. Ключевое слово здесь — пока.

Детали

Катушка делалась в основном из тех деталей, которые были в наличии.
Это были:
4кВ 35mA трансформатор от неоновой вывески.
0.3мм медная проволока.
0.33μF 275V конденсаторы.
Пришлось докупить 75мм водосточную трубу ПВХ и 5 метров 6мм медной трубки.

Вторичная обмотка

Вторичная обмотка сверху и снизу покрыта пластиковой изоляцией, для предотвращения пробоя

Вторичная обмотка была первым изготовленным компонентом. Я намотал около 900 витков провода вокруг сливной трубы высотой около 37см. Длина использованного провода была примерно 209 метров.

Индуктивности и емкости вторичной обмотки и металлической сферы (либо тороида) можно рассчитать по формулам которые можно найти на других сайтах. Имея эти данные можно рассчитать резонансную частоту вторичной обмотки:
L = [(2πf) 2 C] -1

При использовании сферы диаметром 14см, резонансная частота катушки равна примерно 452 кГц.

Металлическая сфера или тороид

Первой попыткой было изготовление металлической сферы путем обвертывания пластикового шара фольгой. Я не смог разгладить фольгу на шаре достаточно хорошо, и решил изготовит тороид. Я сделал небольшой тороид, обмотав алюминиевой лентой гофрированную трубу, свернутую в круг. Я не смог получить очень гладкий тороид, но он работает лучше, чем сфера из-за своей формы и за счет большего размера. Для поддержки тороида под него был подложен фанерный диск.

Первичная обмотка

Первичная обмотка состоит из медных трубок диаметром 6 мм, намотанных по спирали вокруг вторичной. Внутренний диаметр обмотки 17см, внешний 29см. Первичная обмотка содержит 6 витков с расстоянием 3 мм между ними. Из-за большого расстояния между первичной и вторичной обмоткой, они могут быть слабо связаны между собой.
Первичная обмотка вместе с конденсатором является LC генератором. Необходимая индуктивность может быть рассчитана по следующей формуле:
L = [(2πf) 2 C] -1
С — емкость конденсаторов, F-резонансная частота вторичной обмотки.

Но эта формула и калькуляторы основанные на ней дают лишь приблизительное значение. Правильный размер катушки должен быть подобран экспериментально, поэтому лучше сделать её слишком большой, чем слишком маленькой. Моя катушка состоит из 6 витков и подключена на 4 витке.

Конденсаторы

Сборка из 24 конденсаторов с гасящим резистором 10МОм на каждом

Так как у меня было большое количество мелких конденсаторов, я решил собрать их в один большой. Значение конденсаторов может быть рассчитано по следующей формуле:
C = I ⁄ (2πfU)

Значение конденсатора для моего трансформатора 27.8 нФ. Фактическое значение должно быть немного больше или меньше этого, так как быстрый рост напряжения в связи с резонансом может привести к поломке трансформатора и / или конденсаторов. Небольшую защиту от этого обеспечивают гасящие резисторы.

Моя сборка конденсаторов состоит из трех сборок с 24 конденсаторами в каждой. Напряжение в каждой сборке 6600 В, общая ёмкость всех сборок 41.3нФ.

Каждый конденсатор имеет свой 10 МОм гасящий резистор. Это важно, так как отдельные конденсаторы могут сохранять заряд в течение очень долгого времени после того, как питание было отключено. Как видно из рисунка ниже, номинальное напряжение конденсатора является слишком низким, даже для 4 кВ трансформатора. Чтобы хорошо и безопасно работать оно должно быть по крайней мере, 8 или 12 кВ.

Разрядник

Мой разрядник это просто два винта с металлическим шариком в середине.
Расстояние регулируется таким образом, что разрядник будет искрить только тогда, когда он является единственным подключенным к трансформатору. Увеличение расстояния между ними теоретически может увеличить длину искры, но есть риск разрушения трансформатора. Для большей катушки необходимо строить разрядник с воздушным охлаждением.

Характеристики

Колебательный контур
Трансформатор NST 4кВ 35мА
Конденсатор 3 × 24 275VAC 0.33μF
Разрядник: два шурупа и металлический шар

Первичная обмотка
Внутренний диаметр 17см
Диаметр трубки обмотки 6 мм
Расстояние между витками 3 мм
Длина трубки первичной обмотки 5м
Витки 6

Вторичная обмотка
Диаметр 7,5 см
Высота 37 см
Проволока 0.3мм
Длина провода около 209m
Витки: около 900

Доброго времени суток. При поиске неисправностей и ремонте электронного оборудования всегда первым делом нужно разряжать имеющиеся в схема конденсаторы. В противном случае нерадивый ремонтник рискует получить заряд бодрости…

В прошлом ламповые приёмники и усилители можно было найти в каждом доме. В своей конструкции они использовали конденсаторы большой ёмкости, что продолжали удерживать опасный уровень заряда длительное время даже после того, как они отключались от сети. После этого наступила эра телевизоров с электронно-лучевыми трубками. Благодаря техническому прогрессу сейчас телевизоры оснащаются плоскими LED экранами и может сложиться впечатление, что все современные приборы переходят на низковольтные цифровые схемы, но в чем же тогда проблема?

На самом деле ответ лежит на поверхности. Низковольтные приборы питаются от относительно безопасных линейных источников питания (далее – ЛИП). Они эффективные, легкие, но именно в них кроется главная опасность. Иными словами «волк в овечьей шкуре».

ЛИП выпрямляет сетевое напряжение, обеспечивая постоянное напряжение около 330 В (для сетевого напряжения 230 В и 170 В для сетевого напряжения 120 В), после чего его можно использовать для питание того либо иного участка/компонента схемы. Получается картина маслом. Маленькие, аккуратненькие черные ящички, через которые подключаются ноутбуки, мониторы и другие приборы, в действительности имеют нехилые величины напряжений, что могут оказаться смертельно опасными.

Фильтрующие конденсаторы в источнике питания заряжаются высоким постоянным напряжением и сохраняют заряд в течение длительного периода времени после того, как штекер извлекается из розетки. Именно по этой причине на корпусах клеят наклейки с предупреждениями о мерах безопасности: «Не открывать коробку».

Приведенная в статье схема работает с потенциально опасным напряжением. Не пытайтесь собрать её в железе если до конца не понимаете принцип её работы и/или у вас нет опыта работы с высоким напряжением. В любом случае, все действия вы выполняете на свой страх и риск.

На просторах интернета можно встретить довольно много статей/видеороликов, в которых люди разряжают конденсаторы, просто на просто закорачивая их клеммы, используя для этой цели отвертку. В простонародье есть поговорка «Важен ни метод, ни способ, важен результат», так в нашем случае важен не только результат, но и то, каким образом он получен. Я это собственно к чему, – этот способ работает. Он полностью разряжает конденсатор. А вот правильно это или нет…? Конечно же НЕТ. Такой способ разрядки может повредить конденсатор, повредить отвертку и нанести непоправимый вред вашему здоровью.

Для того, чтобы разрядка выполнялась в правильном русле, необходимо отводить накопленный заряд постепенно. В принципе нам не нужно ждать, пока разрядка будет полной, достаточно подождать определенный отрезок времени, чтобы величина напряжения стала достаточно низкой. А как долго ждать, мы сейчас разберемся.

Относительно безопасным остаточным уровнем заряда считается 5% от исходного. Для того, чтобы уровень заряда опустился до желаемой отметки, необходимо, чтобы прошло время равное 3RC (С – ёмкость кондера; R – величина сопротивления резистора). Обратите внимание на «относительно безопасный» остаточный заряд в 5%, он может быть разным. Например для 10 кВ, 5% — 500 В. Для напряжения 500В, 5% — 25В.

К большому сожалению, мы не можем просто подключить резистор (именно через резистор будет происходить разрядка) к конденсатору и подождать. Почему? Сидеть с секундомером и контролировать время не очень удобно, не так ли?

Было бы намного удобнее иметь визуальную подсказку, которая известит нас о том, что процесс разряда «окончен» и напряжение упало до безопасного уровня.

В интернете можно найти небольшую, простую схему для разряда конденсаторов с внешней индикацией. Постараемся разобраться с принципом её работы, внесём изменения, увеличив количество диодов и соберём готовую поделку.

Воспользоваться цепочкой из трех стандартных диодов 1N4007 включенных последовательно (D1, D2, D3) для установки корректной точки фиксации, где мы сможем подключить светодиод с его токоограничивающим резистором. 3 последовательно включенных диода обеспечат напряжение около 1,6В, что хватить для включения светодиода. Светодиод будет светится, пока напряжение на аноде D3 не упадет ниже комбинированного прямого напряжения цепочки.

Будем использовать красный светодиод с низким током (Kingbright WP710A10LID), который имеет обычное 1,7В прямое напряжение и включается уже при прямом токе 0,5 мА, что позволяет нам использовать всего 3 диода. В соответствии с малым током, протекающим через светодиод, значение токоограничивающего резистора будет относительно высоким 2700 Ом 1/4 Вт.

Конденсаторный разрядный резистор представляет собой резистор мощностью 3 Вт и сопротивлением 2200 Ом, который рассчитан на максимальное входное напряжение 400 В. Этого достаточно для работы со стандартными блоками питания. Обратите внимание, что если вы посмотрите на даташит для диода 1N4007, вы увидите номинальное прямое напряжение 1 В, поэтому можно подумать, что двух диодов будет достаточно, чтобы включить светодиод. Не совсем так, поскольку прямое напряжение 1 В для 1N4007 рассчитано на прямой ток 1 A, значение, которого мы никогда не достигнем (надеюсь), поскольку это означало бы, что мы подали напряжение 2200 V на вход схемы. Прямой ток в нашем рабочем диапазоне составляет порядка 500-600 мВ, поэтому нам нужны три диода.

Всегда учитывайте условия, для которых указаны параметры в даташите. Используются ли они в вашей схеме? Может быть не стоит останавливаться на первой странице и следует продолжить просмотр характерных кривых!

Приведенная выше схема полезна для иллюстрации принципа работы, но её не следует повторять и использовать на практике, потому что она довольна опасна. Опасность кроется в способе подключения конденсатора (вернее в правильной полярности) (клемма Vcc должна быть положительной относительно клеммы GND), иначе ток не будет протекать через диодную цепочку D1-D2-D3! Поэтому, если вы случайно подключите конденсатор неправильно, ток не будет протекать и полное входное напряжение поступит на выводы LED1, как обратное напряжение. Если приложенное обратное напряжение выше нескольких вольт, LED1 сгорит и останется выключенным. Это может заставить вас поверить, что конденсатор не заряжен, хотя он по-прежнему …

Чтобы сделать схему безопасной, нужно обеспечить симметричный путь для тока при разряде конденсатора, когда Vcc-GND отрицательное. Это можно легко сделать, добавив D4-D5-D6 и LED2, как показано на схеме. Когда Vcc — GND положительное, ток будет протекать только через D1-D2-D3 и LED1. Когда Vcc-GND отрицательное, ток будет протекать только через D4-D5-D6 и LED2. Таким образом, независимо от применяемой полярности, мы всегда будем знать, заряжен ли конденсатор и когда напряжение упадёт до безопасного уровня.

Теперь, когда мы разобрались, как работает схема, пришло время подумать об корпусе. Все это можно было бы скомпоновать либо в виде пробника, либо в виде небольшой коробки, которую удобно держать на рабочем месте и подключаться к конденсатору с помощью щупов.

Изготовим маленькую круглую коробку из двух половинок с пластикой болванки. Посадка получилась очень плотная, поэтому винты не понадобились.

Отверстие в верхней части корпуса должно соответствовать размеру алюминиевой «кнопке», которая будет помогать в охлаждении разрядного резистора. «Кнопка» была выточена из алюминиевого стержня, а затем с одного торца профрезерована, чтобы удерживать резистор на месте и обеспечить хорошую передачу тепла. Также есть небольшое отверстие, которое можно использовать для крепления дополнительного внешнего радиатора.

Важно выполнить хорошую подгонку между «кнопкой» и корпусом. Как вы увидите в следующем шаге, кнопка также помогает удерживать все компоненты на месте. Размеры корпуса 19 мм на 50 мм.

Осталось произвести сборку, особое внимание следует обратить на изоляцию. С таким напряжением не шутят! Несколько моментов:

• Обратите внимание на алюминиевую «кнопку», которая является проводником к внешней стороне коробки. «Кнопка» должна быть изолирована от цепи. Рекомендуется использовать герметик на основе кремния или эпоксидную смолу, чтобы закрепить компоненты в корпусе после того, как вы протестировали сборку.
• Медная сетка вокруг резистора помогает надежно удерживать его на месте в пазу и увеличить теплопередачу на «кнопку».
• Используйте специальные провода, что рассчитаны на напряжение в 600В. Не вздумайте схватить первый попавшийся провод, который рассчитан на неизвестное напряжение.

На этом всё. Успешной и главное безопасной разрядки!