Sstc катушка тесла своими руками
Представляем еще один HV проект - огромная катушка Тесла. После успехов с обычными высоковольтными генераторами, решено было построить что-то действительно большое. Конечно, это была DRSSTC.
Справка: QCW DRSSTC — особый тип транзисторных катушек Тесла, характеризующийся плавной накачкой: постепенным и плавным (а не резким как в обычных катушках) нарастанием напряжения и тока первичного контура.
Выбор пал на транзисторы Mitsubishi Electronic IGBT - CM300DY24HA, с номинальными параметрами: максимальный непрерывный ток - 300 A, максимум напряжения К-Э 1200 V. Тесты изготовителей tesla в США показали, что эти транзисторы способны выдерживать непрерывный импульс 4 кА (они взрываются примерно на 5 кА в результате насыщения) и могут безопасно использоваться с импульсными токами до 2 кА. Транзисторы защищены ТВС, способными рассеивать около 12 кВт, а также 5 мкФ / 1 кВ на электропитании.
Принципиальная схема DRSSTC
А это структурная схема генератора:
Технические характеристики Теслы
- В первичной цепи установлен ограничитель тока на 1400 А.
- Потребление энергии в сети около 20 А.
- Резонансная частота составляет 42 кГц.
- Предельная длина искры 3 метра.
- Тесла имеет более 2 метра в высоту.
- Диаметр верхнего тороида - около 1 метра.
Разумеется ни одна DRSSTC не может функционировать без хорошего резонансного конденсатора, и именно там появилась самая большая проблема - чем выше емкость, тем лучше эффект по искре, но и тоньше кошелек. Минимальное напряжение пробоя составляет 8 кВ, однако чем больше, тем лучше. После многих расчетов решено было принять параметры 600nF / 10kV, а это означает необходимость покупки 100 конденсаторов CDE942C20P15kF. Они не единственные конденсаторы подходящие для этой цели, но другие еще дороже.
Следующим шагом было проектирование механической части, расположение ключевых элементов и т. д. Первичка вызвала немало проблем. Одной из концепций была коническая обмотка, но с другой стороны, из-за гораздо лучшего распределения поля остановились на плоской. Обмотка выполнена из мягкой меди диаметром 15 мм с толщиной стенки 1 мм.
Другим важным элементом катушки Тесла является вторичная обмотка. Это классическое решение, которое заключается в использовании в качестве формы под неё канализационной трубы из ПВХ диаметром 200 мм и высотой 1 м. Катушка содержит около 2300 витков проволоки 0,4 мм. Это почти 2 кг меди и около 1,5 км кабеля. Обмотка традиционно залита лаком.
Тороиды представляют собой классическую конструкцию, изготовленную из вентиляционных гофрированных труб. Использование двух тороидов улучшает распределение электрического поля вокруг обмоток, благодаря чему искры неохотно идут внутрь. Также использовались защитные катушки в количестве 2 штуки - одна выше, другая - под первичной плоскостью. Верхняя катушка провода является временной.
Нижняя часть корпуса электроники будет покрыта сеткой, пока закрыта только лицевая сторона, чтобы иметь легкий доступ к деталям во время ввода Теслы в эксплуатацию.
Разумеется, для мощных транзисторов требуется массивный радиатор. Он также охлаждается двумя мощными 120-миллиметровыми вентиляторами. Хотя общее количество выделяемого тепла не велико - большой радиатор и кулеры нужны обязательно, как результат - во время работы радиатор практически холоден.
Следующий ключевой элемент - силовые фильтрующие конденсаторы. Поскольку устройство работает с мощным импульсом, для импульсной работы требуются высоковольтные электролиты значительной мощности и низким импедансом (low esr).
Получение постоянного напряжения 650 В DC несложно, достаточно удвоить напряжение сети 220 В.
Необходимо поставить диодный мост с напряжением выше 320 В (после выпрямления), в частности около 600 В постоянного тока, также были необходимы электролиты способные работать с таким напряжением, однако самое высокое напряжение, которое когда-либо встречалось на любом электролите, было 500 В, но и этого все еще недостаточно. Поэтому необходимо последовательно подключать два электролитических конденсатора, что означает половину емкости и потребность сразу в четырех конденсаторах.
Контроллер управляет промежуточным мостом на MOSFET. Однако на этот раз промежуточный мост питается стабилизированным напряжением 80 В, которое выдает специально сконструированный трансформатор, управляющий затворами транзисторов IGBT. Трансформация этого трансформатора составляет 4: 1: 1: 1: 1. Эта конструкция позволяет получить типичные 20V на затворах, и его применение направлено на значительное сокращение времени их перезарядки.
Молнии безумно громкие и невероятно яркие, но красота требует жертв, поэтому расходы превышают 1000 долларов.
Форум по обсуждению материала БОЛЬШАЯ САМОДЕЛЬНАЯ КАТУШКА ТЕСЛА DRSSTC
Теория и практика применения суперконденсаторов в различных системах беспроводной связи IoT.
Приводится несколько рабочих схем электромагнитных Gauss Gun. Первая часть сборника.
В каком направлении течет ток - от плюса к минусу или наоборот? Занимательная теория сути электричества.
Обзор китайского устройства для электролиза воды - фото, видео, описание работы.
В общем давно уже хочу собрать катушку Теслы на полупроводниках, но то нет таких деталей то еще что-нибудь. Нашел вот такую схему на американском сайте.По моему не плохая. Буду пробовать собирать, детали все доступные.
Описания практически у нее не было, только схема и фото.
В общем составил плату, вроде правильно, но не умерен, делал по частям, разделил на 3 части схему. И для каждой части печатку нарисовал, потом объединил. Рзделил на сам "мозг"-CD4046, затем инвертор на CD4049 и транзисторные ключи с GDT. Силовую часть либо навесом сделаю, либо вообще на отдельной плате. При объединении получилось так, что GDT мешался из-за него получалась плата в 2 раза больше и большая часть текстолита впустую бы уходила, по этому я решил и его исключить, оставил только пяточки под первичную обмотку.
Ниже я загружу саму печатную плату и по отдельности каждую часть.
Деталей пока нет, но скоро появятся. И сразу приступлю к сборке.
Уже намотал новую вторичку:
Осталось тор прицепить :D
Еще нашел похожую схему, но с прерывателем и защитой по току. Т.е. по мере раскачки вторички, амплитуда и ток идущие через силовые транзисторы растут. И когда ток превышает допустимый ток для транзисторов, они сгорают. А эта защита просто отключает питание у всей схемы и транзисторы выживают :D Потом снова запускает схему. Эту SSTC я тоже попробую собрать.
Maestro, я еще ни одной не доделал кроме как на 6П45С. Вот здесь есть реальный шанс попробовать сделать, т.к. все детали очень доступны. Скоро в Тюмень поедем, затарюсь. И начну ваять
Кстати что скажите на счет замены полумоста лампами? Правильно нет я их нарисовал. Планирую юзать 6П44С для начала, если не будут вывозить, поставлю 6П45С
Катушку думаю надо перемотать. Генератор сам работает, а вот вторичка в резонанс не входит - искр нету.
Maestro, фазировку обмоток поменяй. Гридлик еще проверь) У меня когда кап в гридлике сгорел, тоже не работала, долго не мог понять в чем дело, а от ОС к сетке била дуга длинной 1см бело-голубая и с ооочень большим током. аж провод начал сразу плавиться. Выключил, стал искать причину, нашел. В капе горелая дырка и он коротит
ламповый полумост прекрасно работает и по надежней транзисторного. маленький минус - это ОГРОМНЫЕ размеры деталей.тетроды в триодном включении не работают, кстати.
драйвер можно сделать на той же 494 если мозгов на пайку логики не хватает.
bvz, а у меня правильно, нет схема полумоста на лампах нарисована? И почему не будут работать в режиме триода?
Усе, затарился наконец, скоро начну собирать
Драйвера уже готовы, осталась силовая часть
[)еНиС, А генератор с какой частатой,или чисто на глаз резонирует по макс дуге, стакан небольшой а свистит не по детцки
Это росто емкость капа по питанию маленькая, не держит, вот и жужжит частотой 50Гц. А так частота резонанса гдето в 5-6МГц лежит.
Это я еще убрался в комнате
[)еНиС, Хорошо получилось. Ну теперь ставь звуковой прерыватель и все в корпус. А вторка не маловата? Диаметр увеличь - лучше будет накачивать проволоку во вторичке. Все ленишься мотать.
BFG5000, у меня есть большая но там я не мог резонанс поймать, щас вроде с большой работало, разряды 5см но фет подгорел и понять не могу че феты в полумосте так греются.
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.
Начинающие тесластроители зачастую выбирают для своих первых устройств схему Качера Бровина. Это объясняется его простотой, дешевизной и возможностью питания от низкого напряжения, вплоть до 1.5 вольт, что делает девайс портативным и безопасным. Однако, как это часто бывает, подобные сверхпростые схемы не лишены серьёзных недостатков. Если говорить конкретно о Качере, то среди минусов - низкий КПД и раскачка первичной обмотки лишь в течение половины периода колебания. Вместе они делают схему подходящей разве что для роли игрушки или первого девайса, собранного своими руками, наряду с мультивибратором. Получить с классического Качера результаты, сравнимые с результатами любых других тесел (например, SSTC и VTTC или, тем более, DRSSTC и SGTC), практически невозможно. В статье я опишу чуть более сложную конструкцию портативной катушки Тесла, которая позволит получить результаты гораздо лучше "качерных". Итак, схема:
Что первым бросается в глаза - сдвоенная первичная обмотка (L1), части которой включены в противофазе (пуш-пул). Такое решение характерно скорее для преобразователей напряжения, нежели для тесел. Однако именно это позволяет сделать двухтакт, не прибегая к мостам и полумостам.
Обратная связь берётся с низа вторичной обмотки (L1) и подаётся на затворы не напрямую, как в Качере, а через высокочастотный трансформатор (TV1), намотанный на ферритовом кольце. Это, можно сказать, атрибут классической SSTC. Стабилитроны необходимо брать на напряжение не выше 75% от максимального напряжения затвора транзистора по даташиту и не ниже 5 вольт, хотя у меня схема работала и с КС147А (4.7 Вольт). Если используются биполярные транзисторы, то стабилитроны, естественно, не нужны.
К транзисторам (VT1, VT2) особых требований нет. Если использовать питание в пределах 24 Вольт, то IRFZ44N (по моей версии) или IRF3205 будут отличным выбором. Если планируется более мощная конструкция - то IRFP460 или IRFP250. Важно понимать, что первичные обмотки составляют автотрансформатор, поэтому максимально допустимое напряжение сток-исток выбранных транзисторов не должно быть ниже удвоенного напряжения питания схемы.
Резистор R2 (1 кОм, переменный) служит для регулировки смещения (как и в качере Бровина) и, соответственно, настройки схемы в рабочий режим при разных питающих напряжениях. Диапазон значений R2 должен меняться при изменении питающего напряжения. Чем выше Uвх - тем больше сопротивление R2.
Вторичная обмотка (L1) сделана на пластиковом кабель-канале круглого сечения. Он хорош своими тонкими стенками и жёсткостью. Диаметр - 25 мм, высота - около 65 мм. Для намотки использовался обмоточный провод диаметром 0.1 мм.
Первичная обмотка сделана из двух силовых одножильных проводов, сплетённых в "косичку".
Несколько фотографий процесса сборки катушки навесным монтажом:
Размеры вторичной обмотки по сравнению со строительным карандашом.
Силовая часть катушки навесным монтажом.
Работа катушки в CW-режиме. Питание от 8 "пальчиковых" батареек.
Вид разряда катушки с прерывателем (собран на дискретных компонентах). В итоговую схему прерыватель не вошёл, так как устройство изначально задумывалось для работы в CW.
Сборка схемы на плату.
Сначала были нарисованы дорожки перманентным маркером.
После чего плата была отправлена травиться в горячий раствор хлорного железа.
После травления все дорожки на плате необходимо облудить. Когда это будет сделано, можно приступить к установке компонентов.
Важное замечание: после установки всех деталей схемы, крайне желательно пропаять все дорожки. Ток в цепях первичных обмоток может достигать 5 - 6 Ампер, и непропаянные дорожки, скорее всего, этого не выдержат.
Теперь, когда детали установлены, а дорожки пропаяны, осталось только смыть канифоль с нижней стороны платы. Сделать это можно растворителем № 646.
Пробный запуск. Если всё сделано правильно, то на терминале появится 2 - 3 сантиметровый "пушистик".
Ну и разряд с качера, для сравнения. Параметры вторички, первички и питания одинаковые.
Если резюмировать, то предложенная в статье схема может стать достойной заменой для качера Бровина в низковольтных катушках Тесла. Схема простая, процесс настройки сводится к вращению одного переменного резистора, низкое питающее напряжение, высокий КПД. Ну а на этом, пожалуй, всё. Желаю всем удачи!
Читайте также: