Опасное развлечение: простой для повторения генератор высокого напряжения
Добрый день, уважаемые хабровчане.
Этот пост будет немного необычным.
В нём я расскажу, как сделать простой и достаточно мощный генератор высокого напряжения (280 000 вольт). За основу я взял схему Генератора Маркса. Особенность моей схемы в том, что я пересчитал её под доступные и недорогие детали. К тому же сама схема проста для повторения (у меня на её сборку ушло 15 минут), не требует настройки и запускается с первого раза. На мой взгляд намного проще чем трансформатор Теслы или умножитель напряжения Кокрофта-Уолтона.
Принцип работы
Сразу после включения начинают заряжаться конденсаторы. В моём случае до 35 киловольт. Как только напряжение достигнет порога пробоя одного из разрядников, конденсаторы через разрядник соединятся последовательно, что приведёт к удвоению напряжения на конденсаторах, подсоединённых к этому разряднику. Из-за этого практически мгновенно срабатывают остальные разрядники, и напряжение на конденсаторах складывается. Я использовал 12 ступеней, то есть напряжение должно умножиться на 12 (12 х 35 = 420). 420 киловольт — это почти полуметровые разряды. Но на практике, с учетом всех потерь, получились разряды длиной 28 см. Потери были вследствие коронных разрядов.
О деталях:
Сама схема простая, состоит из конденсаторов, резисторов и разрядников. Ещё потребуется источник питания. Так как все детали высоковольтные, возникает вопрос, где же их достать? Теперь обо всём по порядку:
1 — резисторы
Нужны резисторы на 100 кОм, 5 ватт, 50 000 вольт.
Я пробовал много заводских резисторов, но ни один не выдерживал такого напряжения — дуга пробивала поверх корпуса и ничего не работало. Тщательное загугливание дало неожиданный ответ: мастера, которые собирали генератор Маркса на напряжение более 100 000 вольт, использовали сложные жидкостные резисторы генератор Маркса на жидкостных резисторах, или же использовали очень много ступеней. Я захотел чего-то проще и сделал резисторы из дерева.
Отломал на улице две ровных веточки сырого древа (сухое ток не проводит) и включил первую ветку вместо группы резисторов справа от конденсаторов, вторую ветку вместо группы резисторов слева от конденсаторов. Получилось две веточки с множеством выводов через равные расстояния. Выводы я делал путём наматывания оголённого провода поверх веток. Как показывает опыт, такие резисторы выдерживают напряжение в десятки мегавольт (10 000 000 вольт)
2 — конденсаторы
Тут всё проще. Я взял конденсаторы, которые были самыми дешевыми на радио рынке — К15-4, 470 пкф, 30 кВ, (они же гриншиты). Их использовали в ламповых телевизорах, поэтому сейчас их можно купить на разборке или попросить бесплатно. Напряжение в 35 киловольт они выдерживают хорошо, ни один не пробило.
3 — источник питания
Собирать отдельную схему для питания моего генератора Маркса у меня просто не поднялась рука. Потому, что на днях мне соседка отдала старенький телевизор «Электрон ТЦ-451». На аноде кинескопа в цветных телевизорах используется постоянное напряжение около 27 000 вольт. Я отсоединил высоковольтный провод (присоску) с анода кинескопа и решил проверить, какая дуга получится от этого напряжения.
Вдоволь наигравшись с дугой, пришел к выводу, что схема в телевизоре достаточно стабильная, легко выдерживает перегрузки и в случае короткого замыкания срабатывает защита и ничего не сгорает. Схема в телевизоре имеет запас по мощности и мне удалось разогнать её с 27 до 35 киловольт. Для этого я покрутил подстроичник R2 в модуле питания телевизора так, что питание в строчной развертке поднялось с 125 до 150 вольт, что в свою очередь привело к повышению анодного напряжения до 35 киловольт. При попытке ещё больше увеличить напряжение, пробивает транзистор КТ838А в строчной развёртке телевизора, поэтому нужно не переборщить.
Процесс сборки
С помощью медной проволоки я прикрутил конденсаторы к веткам дерева. Между конденсаторами должно быть расстояние 37 мм, иначе может произойти нежелательный пробой. Свободные концы проволоки я загнул так, чтобы между ними получилось 30 мм — это будут разрядники.
Лучше один раз увидеть, чем 100 раз услышать. Смотрите видео, где я подробно показал процесс сборки и работу генератора:
Техника безопасности
Нужно соблюдать особую осторожность, так как схема работает на постоянном напряжении и разряд даже от одного конденсатора будет скорее всего смертельным. При включении схемы нужно находиться на достаточном удалении потому, что электричество пробивает через воздух 20 см и даже более. После каждого выключения нужно обязательно разряжать все конденсаторы (даже те, что стоят в телевизоре) хорошо заземлённым проводом.
Лучше из комнаты, где будут проводиться опыты, убрать всю электронику. Разряды создают мощные электромагнитные импульсы. Телефон, клавиатура и монитор, которые показаны у меня в видео, вышли из строя и ремонту больше не подлежат! Даже в соседней комнате у меня выключился газовый котёл.
Нужно беречь слух. Шум от разрядов похож на выстрелы, потом от него звенит в ушах.
Интересные наблюдения
Первое, что ощущаешь при включении — то, как электризуется воздух в комнате. Напряженность электрического поля настолько высока, что чувствуется каждым волоском тела.
Хорошо заметен коронный разряд. Красивое голубоватое свечение вокруг деталей и проводов.
Постоянно слегка бьет током, иногда даже не поймёшь от чего: прикоснулся к двери — проскочила искра, захотел взять ножницы — стрельнуло от ножниц. В темноте заметил, что искры проскакивают между разными металлическими предметами, не связанными с генератором: в дипломате с инструментом проскакивали искорки между отвёртками, плоскогубцами, паяльником.
Лампочки загораются сами по себе, без проводов.
Озоном пахнет по всему дому, как после грозы.
Заключение
Все детали обойдутся где-то в 50 грн (5$), это старый телевизор и конденсаторы. Сейчас я разрабатываю принципиально новую схему, с целью без особых затрат получать метровые разряды. Вы спросите: какое применение данной схемы? Отвечу, что применения есть, но обсуждать их нужно уже в другой теме.
На этом у меня всё, соблюдайте осторожность при работе с высоким напряжением.
Источник высокого напряжения за 5 минут
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.
Используйте конденсатор на соответствующее напряжение! У меня был на 400 Вольт, взятый из балласта другой энергосберегающей лампы.
При проведении опытов с высоким напряжением будьте предельно осторожны! Высокое напряжение опасно для жизни!
Лампа мощностью 65 Ватт, обеспечивает ток порядка 65 мА (65Ватт/1000В). А сила тока более чем 50 мА, смертельна опасна для жизни и вызывает остановку сердца!
Высокое напряжение. Получение и эффекты, связанные с ним
Вас интересуют эффекты, которыми сопровождается работа высоковольтных устройств? Красивые разряды, коронное свечение, свечение неонок и прочее вы видели только на фотографиях в интернете и считаете, что устроить нечто подобное самому нереально? Нет, вполне реально. В данной статье речь пойдет о самой простой и наиболее безопасной схеме для получения высокого напряжения.
В получении красивых высоковольтных эффектов нам поможет преобразователь, схема которого изображена на рис.1. Преобразователь представляет собой простейший блокинг — генератор. Частота генерации находится в районе 15 — 40 кГц и зависит от величины зазора в сердечнике трансформатора. Трансформатор Т1 — строчник от старого лампового телевизора. Вторичка строчника должна быть как можно больше: в большой вторичке больше изоляции или обмотки. Хотя, в этой схеме будут работать и современные строчники со встроенным умножителем, выдающие постоянный ток.
Таким строчником не получится запитать плазменный шар или лестницу Иакова, зато он будет отличным блоком питания для маленькой катушки Тесла. Транзистор 2N3055 можно заменить его отечественным аналогом КТ 819, который немного слабее. Также транзистору нужен большой радиатор, желательно с вентилятором. Так, транзистор установили на радиатор, теперь возьмемся за строчник. Раберите его сердечник, только ни в коем случае не бейте по ферриту! Он очень хрупкий. Что делать, если сердечник склеен ( чаще всего эпоксидным клеем) :
1. Первичку полностью обмотайте ватой, пропитанной ацетоном, на крайний случай подойдет и жидкость для снятия лака с содержанием ацетона. Вторичку лучше не обматывать, т.к ацетон может испортить её изоляцию. Положите строчник в небольшой пакет и плесните туда чуть-чуть ацетона (или той же жидкости), пакет плотно завяжите. Затем положите его во второй пакет и так же плотно завяжите, затем в третий и т.д. Всего пакетов должно быть примерно 8 — 10. Обнюхайте получившийся сверток: он не должен пахнуть ацетоном. За 4 — 5 часов в парах ацетона эпоксидка размягчится достаточно для разъединения сердечника.
2. Разверните строчник. Тяните половинки сердечника в разные стороны, при этом расшатывая их. Раъединили? Отлично, теперь уберите первичную катушку, она не нужна. Дайте несколько часов вторичке просохнуть от ацетона. Если вторичка явно испортилась, то нужно поставить другую.
На местах расположения обмоток намотайте по несколько слоев изоленты. Положите между ферритами тонкий слой диэлектрика и крепко смотайте их изолентой. Первичная обмотка L1 содержит 2 — 5 витков провода диаметром 1 — 1,5 мм. (диаметр не критичен), начните с 5 и уменьшайте, когда девайс будет работать. Обмотка обратной связи L2 содержит 2 витка провода 0,6.
Строчник готов, осталось собрать преобразователь по схеме на рис.1. Собирать можно и навесным монтажом. Однако с преобразователем в таком исполнении работать будет неудобно и лучше оформить его на какой — нибудь подложке, например на фанере ( см. рис.2 ). Запитывать блокинг — генератор можно начиная от батареек и заканчивая мощным трансформатором, напряжением до 24 В. При питании от трансформатора смонтируйте на той же подложке мощный диодный мост со сглаживающим конденсатором, емкость которого должна быть не меньше 10 000 мкФ. Так как с этим девайсом лучше работать в темноте, то нужно установить на него выключатель с подсветкой, чтобы быстро его выключить при необходимости. И еще, если преобразователь не заработал, поменяйте местами выводы одной из первичных обмоток, если все детали исправны, это поможет. Чуть не забыл, нижний конец вторички надо заземлить, отвод сбоку будет терминалом.
Игры:
1. Дуга. К терминалу подносим металлический предмет. Дуга зажигается на расстоянии где — то 0,5 см. и тянется до 2 — 3 см.
2. Корона. К терминалу цепляем иголку и включаем преобразователь.
3. Плазменный шар. Берем лампочку 220в 100 Вт, соединяем её выводы вместе и подключаем к терминалу. При поднесении руки в лампочке возникают красивые разряды. Осторожно! Не касайтесь стекла лампочки металлическими предметами: возникнет дуга, которая может прожечь стекло.
4. Ионный мотор (рис.3). на острый терминал прицепите ионный мотор и попробуйте поднести нему металлический предмет когда он будет вращаться. Красиво?
5. Лестница Иакова. Она представляет собой две проволоки, расстояние между которыми внизу маленькое (2 — 3 мм.), а к верху они расходятся. Подключите оба вывода строчника к «лестнице».
6. Светящиеся ЛДС и другие газоразрядные лампы. Поднесите к строчнику любую газоразрядную лампу, энергосберегалка, кстати, тоже сойдет, и она начнет светиться. Многих людей это явление приводит в смятение, проверено на опыте :-). И ещё, можно взять в руку длинную ЛДСку и поднести один её конец к строчнику, будет похоже на «Звездные войны».
7. Емкостная связь. Если к терминалу поднести металлический предмет, но не соединять его с терминалом, то предмет все равно будет под напряжением и от него может возникать дуга к другим предметам. Явление достаточно интересное.
8. Выжигатель. Положите оголенный вывод строчника на доску. Поднесите к нему отвертку так, чтобы образовавшаяся дуга обуглила доску вокруг вывода. После обугливания можно вести отвертку в любом направлении, дуга будет следовать за ней, так как образовавшаяся обугленная дорожка способна проводить ток (см. рис.2, около строчника).
9. Умножитель. Подключите к строчнику умножитель. Он увеличит напряжение в несколько раз и выпрямит его. Умножитель способен выдавать довольно мощные разряды.
10.Фигуры Лиссажу. Прикрепите к терминалу тонкий оголенный проводочек длиной 7 — 10 см. На проводочке образуется коронный разряд, а ионный ветер заставит его исполнять вышеупомянутые фигуры. В темноте смотрится очень эффектно.
Теперь о безопасности:
1. Палец (или коготь) в качестве электрода не использовать!
2. Разряды неслабо светят ультрафиолетом, поэтому в упор или долго на них не смотреть!
3. Телефоны и прочую электронику к работающему преобразователю не подносить! Фотографировать издалека!
4. Не играть с дугой вблизи легковоспламеняющихся предметов, кошек близко не пускать: шерсть легковоспламеняема!
5. Умножитель выдает очень большое постоянное напряжение, причем его конденсаторы при разряде выдают довольно большой ток, из-за чего он смертельно опасен. После экспериментов умножитель необходимо разрядить заранее приготовленной проволокой на палке.
6. Проводочек, выполняющий фигуры Лиссажу, как и вывод строчника находится под напряжением, поэтому не подносите близко к нему руки, об него можно обжечься.
7. Разряды интенсивно выделяют озон и окись азота, которые могут вызвать отравление, поэтому проветривайте помещение, в котором работаете.
Вдобавок хочется отметить, что в данной схеме могут работать любые ферритовые трансформаторы, и использовать блокинг — генератор можно не только для получения высокого напряжения, но и для преобразования 12 В в 220 В , правда, частота будет высокая, или для построения компактных DC — DC преобразователей. Вобщем, тема очень интересная и вариантов применения блокинга огромное количество, так что экспериментируйте.
Источник высокого напряжения, автогенератор
Собрать генератор высокого напряжения в домашних условиях несложно, в этой статье рассмотрим простую автогенераторную схему, отличительными особенностями которой является простота и большая выходная мощность.
Автогенератор представляет собой самовозбуждающуюся систему с обратной связью, которая в свою очередь обеспечивает поддержание колебаний. В такой системе частота и форма колебаний определяются свойствами самой системы, а не задаются внешними параметрами.
Схема устройства представлена ниже: 
Устройство представляет собой двухтактный автогенераторный преобразователь. Полевые транзисторы VT1, VT2 включаются поочередно, например, если включен транзистор VT1, напряжение на его стоке уменьшается, открывается диод VD4, тем самым напряжение на затворе транзистора VT2 уменьшается, не давая ему открыться. Защитные диоды VD2, VD3 предохраняют затворы транзисторов от перенапряжения. Форма импульсов на трансформаторе T1 близка к синусоидальной.
Основным элементом схемы является высоковольтный трансформатор T1. Лучше всего подходят строчные трансформаторы (ТВС) от ламповых черно-белых телевизоров советского производства. Магнитопровод у таких трансформаторов ферритовый, состоит из двух П-образных частей. Высоковольтная вторичная обмотка выполнена в виде цельной пластмассовой катушки, как правило, расположена отдельно от блока первичных обмоток. Я использовал магнитопровод от строчного трансформатора марки ТВС-110Л4 (магнитная проницаемость 3000НМ), высоковольтную обмотку снял от трансформатора ТВС-110ЛА. Родную первичную обмотку необходимо демонтировать, и намотать новую, из эмалированного медного провода диаметром 2мм, всего 12 витков с отводом от середины (6+6). Во время сборки между П-образными частями магнитопровода, в месте стыка, необходимо проложить картонные прокладки, толщиной примерно в 0,5мм, для уменьшения насыщения магнитопровода.
Дроссель L1 намотан на феритовом Ш-образном магнитопроводе, 40-60 витков эмалированного медного провода диаметром 1,5мм, между стыками магнитопровода проложена прокладка толщиной 0,5мм. В качестве сердечника можно использовать ферритовые кольца или П-образную часть магнитопровода строчного трансформатора.
Конденсатор C3 состоит из 6-ти параллельно соединенных конденсаторов марки К78-2 0,1мк х 1000В, они хорошо подходят для работы в высокочастотных контурах. Резисторы R1,R2 лучше ставить мощностью не менее 2Вт. Высокочастотные диоды VD4, VD5 можно заменить на HER202, HER303 (FR202,303).
Для питания устройства подойдет нестабилизированный блок питания с напряжением 24-36В, и мощностью 400-600Вт. Я использую трансформатор ОСМ-1 (габаритная мощность 1кВт) с перемотанной вторичной обмоткой на 36В.
Электрическая дуга зажигается с расстояния 2-3мм между выводами высоковольтной обмотки, что примерно соответствует напряжению 6-9кВ. Дуга получается горячей, толстой и тянется до 10см. Чем длиннее дуга, тем больше потребляемый ток от источника питания. В моем случае максимальный ток достигал значения 12-13А при напряжении питания 36В. Чтобы получить такие результаты, нужен мощный источник питания, в данном случае это имеет основное значение.
Для наглядности я сделал лестницу “Иакова” из двух толстых медных проводов, в нижней части расстояние между проводниками составляет 2мм, это необходимо для возникновения электрического пробоя, выше проводники расходятся, получается буква “V”, дуга, зажигается внизу, нагревается и поднимается вверх, где обрывается. Я дополнительно установил небольшую свечу под местом максимального сближения проводников, для облегчения возникновения пробоя. Ниже на видеоролике продемонстрирован процесс движения дуги по проводникам.
С помощью устройства можно пронаблюдать коронный разряд, возникающий в сильно неоднородном поле. Для этого я вырезал из фольги буквы и составил фразу Radiolaba, поместив их между двумя стеклянными пластинами, дополнительно проложил тонкий медный провод для электрического контакта всех букв. Далее пластины кладутся на лист фольги, который подключён к одному из выводов высоковольтной обмотки, второй вывод подключаем к буквам, в результате вокруг букв возникает голубовато-фиолетовое свечение и появляется сильный запах озона. Срез фольги получается острым, что способствует образованию резко неоднородного поля, в результате возникает коронный разряд.
При поднесении одного из выводов обмотки к энергосберегающей лампе, можно увидеть неравномерное свечение лампы, здесь электрическое поле вокруг вывода вызывает движение электронов в газонаполненной колбе лампы. Электроны в свою очередь бомбардируют атомы и переводят их в возбужденные состояния, при переходе в нормальное состояние происходит излучение света.
Единственным недостатком устройства является насыщение магнитопровода строчного трансформатора и его сильный нагрев. Остальные элементы нагреваются незначительно, даже транзисторы греются слабо, что является важным достоинством, тем не менее, их лучше установить на теплоотвод. Я думаю, даже начинающий радиолюбитель при желании сможет собрать данный автогенератор и устроить эксперименты с высоким напряжением.