Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Sklep HeluKabel
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania

anonymousexd 28 Sie 2015 15:37 11532 9
  • Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania

    Witam.

    Słowem wstępu:
    Chciałbym zaprezentować mój generator wysokiego napięcia na bazie cewki zapłonowej od Fiata.
    Układ ten wyróżnia się tym od innych, że generuje bardzo wysokie napięcia, rzędu 50 tysięcy volt. Wyładowania są głośne i spektakularne. Dlatego też wszystkim początkującym, niepełnoletnim, roztargnionym oraz pracującym w pobliżu sprzętu elektronicznego typu komputer odradzam naśladowanie moich eksperymentów.


    Zasady bezpieczeństwa w pigułce:
    - zabawy z wysokim napięciem nie są przeznaczone dla niedoświadczonych oraz niepełnoletnich elektroników
    - nie należy dotykać uruchomionych układów WN (zarówno wyjścia WN, jak i części niskonapięciowej!)
    - wszelkie układy WN powinny być uruchamiana z dala od sprzętu elektronicznego ponieważ mogą go uszkodzić. Proszę uważać na telefony, aparaty, laptopy itp.
    - w trakcie prac należy też przestrzegać wszystkich zasad BHP
    Nie biorę odpowiedzialności za ewentualne szkody i problemy spowodowane zabawami z WN inspirowanymi moim tematem.

    Zasada działania:
    Niestety, cewka zapłonowa nie może pracować jak zwykły transformator po wysterowaniu zwykłym prądem przemiennym, ale wymaga odpowiedniego przebiegu, do uzyskania którego potrzebny jest elektroniczny sterownik (w tym przypadku układ z NE555). Idea działania polega na tym, że cewka magazynuje energię w polu magnetycznym, a potem gwałtownie ją uwalnia w formie piku napięcia. W przypadku sterowania, nie implikuje to wysokiej częstotliwości pracy, ale coś całkiem innego. Chodzi o to, aby układ elektroniczny pozwolił najpierw przez pewien czas przepływać prądowi przez cewkę (w tym czasie następuje magazynowanie energii w polu magnetycznym), a następnie bardzo gwałtownie odcinał jego dopływ - w tym momencie zmagazynowana energia uwalnia się indukując wysokie napięcie.

    Schemat:
    Układ opiera się o generator przebiegu prostokątnego o małym wypełnieniu oparty na NE555, podłączony do wzmacniacza sygnału oraz pojedynczego tranzystora kluczującego. Strona NE555 zasilana jest z 12V, natomiast wyższe napięcie idzie na tranzystor. Nie mam możliwości podania dokładnego schematu mojej przetwornicy w tej chwili, ale mogę napisać, że sprawdzałem różne tranzystory i najlepiej radziły sobie BU208 z układu odchylania WN z telewizora oraz mosfety IRFP460/IRFP260 bardzo znane twórcom półprzewodnikowych cewek tesli.




    Oto kilka schematów, na których bazowałem swój układ:
    Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania


    Listę uwag i wniosków dotyczących konstrukcji tego generatora:
    - przede wszystkim: BEZPIECZEŃSTWO! Generowane napięcia tu są niebezpieczne, zarówno dla ludzi jak i dla sprzętu elektronicznego wokół.
    - NE555 można zasilić z 5V, ale zdecydowanie lepiej jest skorzystać ze stabilizowanego 12V, bo wtedy nie ma problemu z prądem/napięciem otwarcia tranzystora kluczującego (w zależności, czy to MOSFET by zwykły NPN)
    - możliwe, że nawet przy zasilaniu NE555 z 12V, jego sygnał nie otworzy w pełni tranzystora, wtedy trzeba zastosować wzmocnienie, np. jak na tym schemacie z BC*
    - timer 555 powinno być w wersji bipolarnej, tzn. NE555. Wersje CMOS są o wiele bardziej podatne na zewnętrzne czynniki i w tego typu zastosowań są niezwykle zawodne (dla porównania: w ciągu kilku godzin uszkodziłem z 5 tych timerów w wersji CMOS, natomiast w ciągu kilku lat zwykłe NE555 spaliły mi się może ze dwa).
    - tranzystor nagrzewa się bardzo szybko i należy koniecznie umieścić go na radiatorze (od początku, nawet przy robieniu prototypu!)
    - w celu dodatkowej ochrony tranzystora można umiescić między jego drenem a źródłem szybką diodę (aczkolwiek większość tranzystorów ma już takie diody wbudowane, patrz datasheet) tak jak na jednym z zamieszczonych wcześniej schematów.

    Diagnoza układu.
    Oto kilka uwag dotyczących diagnozy i pierwszego uruchomienia układu:
    - najpierw radzę osobno złożyć moduł z NE555 i w celu sprawdzenia samej częstotliwości albo skorzystać z oscyloskopu, albo do wyjścia sygnału podłączyć głośnik. Jeśli NE555 działa i generuje przebieg to powinno być "słychać" częstotliwość.
    - jak już generator NE555 jest sprawdzony, to wtedy głośnik podłączamy zamiast cewki by sprawdzić kluczujący tranzystor. W tym układzie on jest najsłabszym ogniwem i łatwo go spalić. Na miejsce cewki podłączamy głośnik i zasilamy całość z 12V. Powinniśmy usłyszeć głośniejszy pisk. Jeśli go słyszymy, to wszystko powinno być w porządku, bo zarówno NE555 jak i tranzystor kluczujący jest sprawny.
    - jeśli dalej nie otrzymujemy żadnych efektów, to albo częstotliwość jest nieodpowiednia, albo cewka jest uszkodzona
    - rzeczy typu "jak sprawdzić tranzystor multimetrem" nie będę tutaj opisywać, ponieważ zakładam, że każdy podejmujący się budowy podobnego układu zna dobrze podstawy elektroniki


    Galeria:

    Najpierw wyładowania bezpośrednio pomiędzy wyjściami cewki (bez żadnych elektrod):
    Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania

    Teraz efekty z dwoma gwoździami dodanymi w roli elektrod:
    Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania


    Tutaj widzimy tzw. wyładowania koronowe (na górze, na końcówkach elektrod):
    Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działaniaGenerator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania
    Dopiero po chwili te "ognie" zamieniają się w wyładowanie:
    Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działaniaGenerator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania


    Przy zmianie wypełnienia/częstotliwości sygnału generowanego przez NE555 można uzyskać wyładowania przypominające łuk:
    Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania

    Teraz kilka zdjęć z żarówką:
    Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działaniaGenerator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działaniaGenerator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania

    Wyładowanie między przewodami od cewki. Jeden taki przewód ma rezystancję około 18kΩ:
    Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania
    Jak wyżej, z innym oświetleniem:
    Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania

    Testowane cewki zapłonowe.
    Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania


    Najlepsza okazała się i tak ta cewka:

    Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania

    Wewnętrzna budowa cewki.
    Niestety (?), po jakimś czasie cewka uległa wewnętrznemu przebiciu, co pozwoliło mi na zbadanie jej od środka:
    Cewka w trakcie otwierania (z pomocą piłki do metalu - proszę ciąć ostrożnie, cewka jest fabrycznie wypełniona olejem):
    Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania

    Tutaj widzimy nawinięte grubym drutem uzwojenie pierwotne (na nie podaje te 50V~ tranzystor kluczujący):
    Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania

    Uzwojenie wtórne (na nim generuje się impuls wysokiego napięcia):
    Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania

    Tyle oleju udało mi się z tej cewki odratować:
    Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania
    Uwagi: taki olej ze starych urządzeń może zawierać PCB (Polichlorowane bifenyle), które są szkodliwe, dlatego proszę uważać przy rozbieraniu cewek.

    Wewnątrz była jeszcze taka blaszka:
    Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania

    Podsumowanie.
    Projekt generatora wysokiego napięcia z cewki zapłonowej uważam za udany. Po wielokrotnych testach różnych konfiguracji i spaleniu kilku elementów (w tym cewki) udało mi się uzyskać efekty znacznie przewyższające moje oczekiwania. Mój generator można by wykorzystać do różnych pokazów i doświadczeń z wysokim napięciem, ale o tym już w innym temacie.

    Pozwoliłem sobie zmienić kolor ważniejszych informacji, na czerwony.
    CMS


    Fajne!
  • Sklep HeluKabel
  • #2 28 Sie 2015 20:31
    Macosmail
    Poziom 33  

    Ten BC548 na pierwszym schemacie to chyba żart. 100mA do sterowania 2N3055, który przy Ic=10A ma hFE gwarantowane na poziomie 5 to nieporozumienie. Nie mówiąc już o napięciu przebicia BC548, które wynosi 30V, a w tym miejscu pojawiają się szpilki znacznego napięcia. W ogóle w tym miejscu teoretycznie nie powinno się stosować 2N3055, a jakiś z napięciem przebicia minimum 350-400V.

  • Sklep HeluKabel
  • #3 28 Sie 2015 21:03
    KJ
    Poziom 31  

    Na drugim schemacie powielany jest standardowy błąd polegający na niepoprawnym sterowaniu mosfeta. Takich układów jest w sieci multum, wszystkie mają ten sam problem notorycznie palą tranzystory końcowe. Nie dziwne skoro wyłączenie tranzystora trwa połowę cyklu albo lepiej. IRFP460 przy poprawnym sterowaniu są całkiem trudne do uszkodzenia w tego typu układach-między innymi dlatego ludzie je stosują w SSTC. Warto zastosować układ blokujący wewnętrzna diodę mosfeta. W prawdzie częstotliwość przełączania jest tu dość niska jednak oscylacje wysokiego napięcia mogą zrobić swoje.

  • #4 28 Sie 2015 21:12
    2645816
    Użytkownik usunął konto  
  • #5 29 Sie 2015 00:09
    KamiJas
    Poziom 13  

    Ja po wielu probach z ne555 z tranzystorami które uwalało, zrobilem uklad RLC na przekaźniku i mialem pare kV i iskry cos kolo 2 -3 cm

    Cewka z jawki motoroweru, przekaźnik jakis ze szrotu NC/NO i kondensator z rezystorem z wylutu dobrany metoda prob i bledow a wyglda to tak z 12V dc wszystko

    https://www.youtube.com/watch?v=KnoUbov5hik&feature=youtu.be

  • #6 29 Sie 2015 10:44
    Vic384
    Poziom 19  

    Czesc
    KJ, czy moglbys podac, narysowac, prawidlowy uklad sterowania IRF-em?
    Mam zamiar cos takiego zrobic, a akurat to nie moja sfera wiedzy-zainteresowan.
    Nie chcialbym tez stracic za duzo IRF-ow na "doswiadczenia".
    Pozdrowienia

  • #7 29 Sie 2015 11:03
    DVDM14
    Poziom 35  

    Vic384 napisał:
    Czesc
    KJ, czy moglbys podac, narysowac, prawidlowy uklad sterowania IRF-em?
    Mam zamiar cos takiego zrobic, a akurat to nie moja sfera wiedzy-zainteresowan.
    Nie chcialbym tez stracic za duzo IRF-ow na "doswiadczenia".
    Pozdrowienia


    Chociaż wywoływałeś kogoś innego odpowiem ja. ;)

    Otóż w tym układzie wystarczy użyć pary komplementarnej jak tutaj:

    Generator wysokiego napięcia na cewce zapłonowej - 50kV - budowa, opis działania

    Jednakże na przyszłość, gdybyś budował układ pracujący z większymi częstotliwościami (kilkanaście kHz) zdecydowanie polecam używanie scalonych driverów MOSFET jak np. TC4420. Kosztuje 3zł, a potrafi wysterować nawet bardzo duże klucze przy setkach kHz. ;)

  • #10 31 Sie 2015 14:09
    kekon
    Poziom 17  

    Tak naprawdę między drenem i źródłem tranzystora powinno się włączyć diodę transil lub 2 diody transil szeregowo, tak aby napięcie ograniczyć do ok. 400V gdyż takie napięcie "piku" pojawia się na drenie tranzystora sterującego cewkę zapłonową. Sam tranzystor powinien być na napięcie powyżej 400V.
    Takie napięcie jest typowe w instalacji samochodowej. W zależności od użytych świec zapłonowych może się ono wahać od 150 do 400V.
    Przebieg napięcia na drenie sterującym cewką zapłonową wygląda jak na poniższym rysunku (podziałka jest tak naprawdę 40V/działka)