Weird Science

ZVS - rezonansowa przetwornica wysokiego napięcia

W trak­cie nawet domo­wych doświad­czeń często zacho­dzi koniecz­ność wyko­rzy­sta­nia wyso­kiego napięcia, dużo wyższego niż występu­jące w sieci oświe­tle­nio­wej 230V. W takich chwi­lach szcze­gól­nie przy­datne są wszel­kiego rodzaju prze­twor­nice wyso­kiego napięcia. Są to układy elek­tro­niczne, które pod­wyższają napięcie. Niżej przed­sta­wię jeden z tych ukła­dów, moim zda­niem naj­le­piej łączący pro­stotę wyko­na­nia z dobrymi osiągami. Urządze­nie to zostało zbu­do­wane po raz pierw­szy przez pana Vla­di­miro Maz­zilli. Chwała mu za to!

Ory­gi­nalny sche­mat:

Ilustracja

Jak widzimy sche­mat jest bar­dzo pro­sty i zawiera nie­wiele ele­men­tów. Ja zasto­so­wa­łem mos­fety IRF450, które spra­wują się bar­dzo dobrze. Trans­for­ma­tor wyso­kiego napięcia pocho­dzi ze sta­rego tele­wi­zora. Wyso­ko­na­pięciowe uzwo­je­nie wtórne (zwy­kle zato­pione w bia­łym two­rzy­wie sztucz­nym) należy pozo­sta­wić bez zmian. Uzwo­je­nie pier­wotne nawi­nąć według instruk­cji zamiesz­czo­nej na sche­ma­cie, z odcze­pem w środku.

Ostrze­że­nie: Budowy układu ZVS nie pole­cam począt­ku­jącym bez doświad­cze­nia w obcho­dze­niu się z wyso­kim napięciem. Na wyj­ściu urządze­nia występuje napięcie wielu tysięcy wol­tów. Łuk elek­tryczny jest bar­dzo gorący: może natych­mia­stowo zwęglić skórę i ciało nie­o­strożn­ego eks­pe­ry­men­ta­tora. Autor nie bie­rze jakiej­kol­wiek odpo­wie­dzial­no­ści za wszel­kie mogące pow­stać szkody. Robisz to na wła­sne ryzyko!

Prze­twor­nica ta ma bar­dzo wysoką spraw­ność. Ma to miej­sce dzięki temu, że uzwo­je­nie pier­wotne trans­for­ma­tora wraz z pod­łączo­nym do niego rów­no­le­gle kon­den­sa­to­rem two­rzy rów­no­le­gły obwód rezo­nan­sowy. Dzięki połączo­nym prze­ciw­sob­nie tran­zy­sto­rom zostaje zapew­niony waru­nek wzbu­dze­nia oscy­la­cji obwodu rezo­nan­so­wego na jego często­tli­wo­ści rezo­nan­so­wej. Dla rów­no­le­głego obwodu rezo­nan­so­wego zacho­dzi wtedy rezo­nans prądów. Prąd zmienny pły­nący przez uzwo­je­nie trans­for­ma­tora osiąga dzięki temu naj­więk­szą możl­iwą war­tość. Diody Zenera och­ra­niają bramki tran­zy­sto­rów przed prze­pięciami.

Kon­den­sa­tor musi być dobrej jako­ści. Naj­lep­szy byłby impul­sowy kon­den­sa­tor do zasi­la­czy. Ja zasto­so­wa­łem bate­rię 4 takich kon­den­sa­to­rów po 0,25uF każdy, co dało w sumie 1uF. Kon­den­sa­tory te zna­mio­nowo muszą być prze­zna­czone dla napięcia conajm­niej trzy razy wyższego niż napięcie zasi­la­nia.

Cewkę dopa­so­wu­jącą impe­dan­cję naj­le­piej nawi­nąć na prosz­ko­wym rdze­niu toro­i­dal­nym pocho­dzącym z usz­ko­dzo­nego zasi­la­cza kom­pu­te­ro­wego. Wystar­czy kil­ka­na­ście zwo­jów drutu 0,5 - 1,0mm.

Wszyst­kie ele­menty układu należy umie­ścić solid­nie na odpo­wied­niej płytce. Można zasto­so­wać płytkę dru­ko­waną, lecz ja wyko­rzy­sta­łem płytkę z gru­bego presz­panu. Została przy­kręcona do odpo­wied­niego radia­tora roz­pra­sza­jącego cie­pło tra­cone na tran­zy­sto­rach:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Tran­zy­sto­rów nie widać ponie­waż znaj­dują się pod płytką, są przy­kręcone poprzez sili­ko­nowe pod­kładki izo­la­cyjne do radia­tora.

Układ spra­wo­wał się tak dobrze, że po pew­nym cza­sie wyko­na­łem now­szą wer­sję:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Ilustracja:

Kliknij aby powiększyć

Po zmon­to­wa­niu układ powi­nien dzia­łać od pierw­szego włącze­nia. Należy jed­nak upew­nić się, czy źródło zasi­la­nia ma wystar­cza­jącą wydaj­ność prądową, ponie­waż natęże­nie może wyno­sić kilka ampe­rów. Napięcie na wyj­ściu uzwo­je­nia wtór­nego może osiągnąć kilka lub kil­ka­na­ście tysięcy wol­tów, i to przy dużym natęże­niu prądu. To już nie żarty! Pow­staje paru­cen­ty­me­trowy łuk elek­tryczny o tem­pe­ra­tu­rze kilku tysięcy stopni Cel­sju­sza. Do zapa­la­nia łuku elek­trycz­nego nie należy sto­so­wać prze­wo­dów mie­dzia­nych ponie­waż mogą się one sto­pić. Tran­zy­story pod­czas mak­sy­mal­nego roz­ciągnięcia łuku mogą się dosyć mocno roz­grze­wać.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Ilustracja:

Kliknij aby powiększyć

Prze­twor­nica działa także z innymi typami trans­for­ma­to­rów wyso­kiego napięcia oraz z tra­fo­po­wie­la­czami z nowo­cze­snych tele­wi­zo­rów i moni­to­rów crt.

Dzięki temu urządze­niu można prze­pro­wa­dzić wiele cie­ka­wych doświad­czeń:

Za pomocą tej prze­twor­nicy (podob­nie jak dzięki mojej cewce Tesli) można uzy­skać wyła­do­wa­nia w gazie wypełn­ia­jącym żarówki. Gaz obo­jętny wew­nątrz bańki żarówki ma wystar­cza­jąco niskie ciśnie­nie by wywo­łac w nim lawi­nową joni­za­cję. Obja­wia się to widocz­nymi wyła­do­wa­niami i świe­ce­niem.

By zaob­ser­wo­wać wyła­do­wa­nia naj­le­piej zasto­so­wać dwa uzwo­je­nia wtórne połączone sze­re­gowo i umiesz­czone na wspól­nym rdze­niu:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Jeden z bie­gu­nów uzwo­je­nia wtór­nego należy dokład­nie uzie­mić, zaś drugi pod­łączyć do oprawki żarówki. Można sto­so­wać żarówki o dowol­nych mocach, od 40 do 100 watów, a nawet więcej. Ja zasto­so­wa­łem żarówkę o mocy… 800 watów. Na zdjęciu można porów­nać jej roz­miary z żarówką 100W.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Po włącze­niu ZVSa wew­nątrz bańki żarówki powin­ni­śmy zoba­czyć jasno­nie­bie­skie wyła­do­wa­nia:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Po zbli­że­niu do bańki meta­lo­wego przed­miotu wyła­do­wa­nia zbie­gają się w jego kie­runku. Można to zoba­czyć na poniższym fil­miku.

Życzę miłej i pou­cza­jącej zabawy:)

Lite­ra­tura dodat­kowa

Marek Ples

Aa