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

Bateryjnie zasilany generator Marxa wytwarzający 180kV

kmmepl 21 Lis 2015 14:24 9252 4
  • Bateryjnie zasilany generator Marxa wytwarzający 180kV W poniższym artykule została opisana budowa i zasada działania generatora Marxa zdolnego do wytwarzania wyładowań elektrostatycznych o napięciu powyżej 100kV. Opisywany generator to układ elektryczny składający się z kondensatorów, rezystorów i iskierników. Generator ten jest zdolny do wytworzenia impulsów o wysokim napięciu z niskonapięciowego źródła prądu stałego. Pulsy są tworzone poprzez ładowanie kondensatorów połączonych równolegle i rozładowywanie ich szeregowo.



    Wymagane elementy:

    Do zbudowania generatora potrzeba:

    • 2 baterie 6V - połączone szeregowo zapewnią zasilanie dla generatora

    • Bateria 9V - potrzebna do zasilania timera NE55

    • 555 timer - wymagany do wygenerowania przebiegu prostokątnego, który będzie modulował prąd transformatora za pomocą tranzystora.

    • Tranzystor - wysokiej mocy tranzystor NPN jest potrzebny do modulacji prądu transformatora.

    • Transformator - konieczny do podwyższenia napięcia ze źródła zasilania, w tym projekcie użyto egzemplarza o przekładni 1:20.

    • Diody - potrzebne do układu powielacza, każdy stopień wymaga 2 diod.

    • Rezystory:

    Do timera 555

    Niezbędne do nastawienia częstotliwości i współczynnika wypełnienia przebiegu prostokątnego. Tutaj użyto jednego rezystora o wartości 2.2kΩ i jednego o rezystancji 3.3kΩ

    Do generatora Marxa

    Dla 'n' stopni generatora potrzeba '2n' rezystorów. W tym projekcie użyto oporników o mocy 1/4W i rezystancji 1MΩ.

    • Kondensatory:

    Do timera 555

    Użyto ceramicznego kondensatora o pojemności 47nF, który są potrzebny do ustawienia częstotliwości.

    Do powielacza napięcia

    Konieczne jest użycie kondensatorów wytrzymujących wysokie napięcie. Każdy stopnień powielacza wymaga dwóch kondensatorów o niskiej pojemności i napięciu wynoszącym przynajmniej 1000V. Spełniono ten warunek poprzez użycie kombinacji ceramicznych i foliowych kondensatorów o pojemności od 220pF do 560pF.

    Do generatora Marxa

    Każdy stopnień generatora Marxa wymaga kondensatorów o parametrach napięciowych na poziomie przynajmniej 8000V. W tym projekcie wykorzystano jednostki o napięciu 4000V i pojemności 68nF połączonych szeregowo.

    Oprócz wyżej wspomnianych elementów wymagana jest także duża ilość cyny i taśmy klejącej.

    Bateryjnie zasilany generator Marxa wytwarzający 180kV Bateryjnie zasilany generator Marxa wytwarzający 180kV Bateryjnie zasilany generator Marxa wytwarzający 180kV


    Schemat

    Bateryjnie zasilany generator Marxa zbudowany jest z 3 sekcji:

    Sekcja pierwsza


    Bateryjnie zasilany generator Marxa wytwarzający 180kV

    Składa się ze źródła zasilania i timera 555. Działa ona w taki sposób, że zamienia prąd stały o napięciu 12V pochodzący z baterii na prąd zmienny o wartości 240V.
    Układ NE555 jest tutaj wykorzystany w konfiguracji astabilnej. Generuje on przebieg prostokątny, który steruje bazą tranzystora wysokiej mocy. Włączany i wyłączany tranzystor powoduje, że przez uzwojenie pierwotne transformatora płynie prąd, który indukuje dużo wyższe napięcie na uzwojeniu wtórnym.

    Sekcja druga


    Bateryjnie zasilany generator Marxa wytwarzający 180kV

    Kolejną częścią jest powielacz napięcia Cockcrofta – Waltona. Zamienia on prąd zmienny o napięciu 240V na prąd stały o wartości 8000V. Jego działanie jest następujące:

    Przy dodatniej połówce przebiegu prostokątnego i przy założeniu, że kondensator C1 jest już naładowany oraz napięcie na nim panujące wynosi 'U'. To jeżeli źródło V1 daje również napięcie 'U', to oba napięcia z kondensatora C1 i ze źródła V1 się dodają, więc punkt A względem punktu odniesienia posiada napięcie o wartości '2U'.

    Przy ujemnej połówce prostokąta oba napięcia z kondensatora C1 i źródła V1 również się dodają, jednak w tym przypadku napięcie źródła V1 względem punktu odniesienia wynosi -U, więc punkt A względem punktu odniesienia posiada napięcie 0V.


    Po podwyższeniu napięcia sygnał trafia na diodę D2 i kondensator C2, które działają jako detektor szczytu, więc przy dodatniej połówce dioda D2 przewodzi i ładuje kondensator C2. Dla ujemnej połówki dioda D2 jest w stanie zaporowym, ponieważ na jej anodzie panuje 0V a na katodzie panuje napięcie 2V (w warunkach idealnych).

    Dzięki zastosowaniu detektora szczytu w punkcie B otrzymujemy stały prąd o podwojonym napięciu względem punktu odniesienia. Po "wykonaniu" całego stopnia cała operacja się powtarza podnosząc wartości kolejnych potencjałów. Napięcie wyjściowe powielacza może być obliczone za pomocą wzoru:

    $$Vo=Vi*2n$$


    Gdzie:
    Vi – napięcie wejściowe
    n – liczba stopni

    W wyniku reaktancyjnych właściwości kondensatorów istnieją granice, w których dodawanie kolejnych stopni staje się niepraktyczne. W tym projekcie użyto 16-stu stopni i nie zauważono znaczących spadków wydajności.

    Sekcja trzecia


    Bateryjnie zasilany generator Marxa wytwarzający 180kV


    Ostatnią sekcją jest sam układ generatora Marxa. Zamienia on 8kV prądu stałego z powielacza i produkuje wysokonapięciowe pulsy o napięciu około 180kV. Sam generator składa się z rezystorów, kondensatorów i iskierników. Kiedy kondensatory zostaną naładowane, napięcia na nich panujące są mniejsze od napięcia przebicia iskierników, więc nic się nie dzieje. W wyniku ręcznego zwarcia pierwszego iskiernika, pierwszy i drugi kondensator zostanie połączony w szereg. Po połączeniu ich szeregowo, napięcia obu zostają dodane, co spowoduje kolejne przebicie, które przyłączy następny kondensator do szeregu. W wyniku tych wydarzeń następuje efekt lawinowy, w którym wszystkie kondensatory są połączone szeregowo, a ich napięcia zostają zsumowane. Efekt ten widoczny jest na poniższym obrazku.

    Bateryjnie zasilany generator Marxa wytwarzający 180kV


    W idealnych warunkach napięcie wyjściowe jest zgodne ze wzorem:

    $$Vo=Vi*n$$

    Gdzie:
    Vi – napięcie wejściowe
    n- liczba stopni w generatorze

    Iskierniki w generatorze Marxa mogą być zrobione poprzez uginanie nóżek rezystorów i kondensatorów. Jednakże trzeba uważać, aby przerwy nie były zbyt małe lub zbyt duże. Napięcie wyładowań można zmierzyć w taki sposób, że na każdy milimetr wyładowania przyjąć 1kV. W tym przypadku zaobserwowano wyładowania o maksymalnej długości 18cm, co odpowiada wyładowaniom o napięciu 180kV.

    Bateryjnie zasilany generator Marxa wytwarzający 180kV Bateryjnie zasilany generator Marxa wytwarzający 180kV Bateryjnie zasilany generator Marxa wytwarzający 180kV


    Możliwe usprawnienia

    Generator Marxa wymaga szeregowego rozładowania kondensatorów. Zamontowane rezystory o wysokiej oporności znacznie spowalniają niechciane równoległe rozładowanie, lecz powodują wolniejsze ładowanie, co oznacza mniejszą częstotliwość wyładowań. Można więc zastąpić rezystory cewkami, które posiadałby wysoką impedancję podczas przebić i niską podczas ładowania.

    Dobrym pomysłem byłoby również dodanie tranzystorów zamiast iskierników wraz z systemem monitorującym napięcie na poszczególnych stopniach, który jednocześnie włączałby wszystkie tranzystory, jeżeli stopnie osiągnęłyby pożądany poziom naładowania.

    Bezpieczeństwo

    Podczas używania generatora należy uważać, aby elektroda zawierająca wysoki potencjał znajdowała się z dala od układu. Zbliżenie elektrody do układu spowoduje zniszczenie kondensatorów.

    Bateryjnie zasilany generator Marxa wytwarzający 180kV Bateryjnie zasilany generator Marxa wytwarzający 180kV


    Nie zaleca się budowy tej konstrukcji osobom niedoświadczonym, mimo bateryjnego zasilania, urządzenie o tak wysokim napięciu wyjściowym stanowi realne niebezpieczeństwo dla życia lub zdrowia.

    źródło: http://www.instructables.com/id/12V-180kV-A-Battery-Powered-Marx-Generator-and-int/

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    kmmepl
    Poziom 12  
    Offline 
    kmmepl napisał 73 postów o ocenie 304, pomógł 7 razy. Jest z nami od 2013 roku.
  • #2
    pawelj
    Poziom 15  
    Czy na ostatnim zdjęciu- tam gdzie widać iskrę to na tym stopniu po prawej widać iskry?
    W tym generatorze Marxa iskry przeskakują jednocześnie czy jedna po drugiej ?
    Sam projekt jest wykonany taką ilością kabelków że aż dziwne że prąd wie gdzie ma płynąć :)
  • #3
    trzaska456
    Poziom 17  
    Iskry przeskakują jedna po drugiej, jednak jest to dla nas niezauważalne.
  • #4
    Frog_Qmak
    Poziom 25  
    180kV? z tego co pamiętam ok. 1,1mm przebicia w powietrzu odpowiada 1kV, tamto wyładowanie chyba nie jest aż tak długie :)
  • #5
    speedy9
    Pomocny dla użytkowników
    Może jestem przewrażliwiony, ale bał bym się podłączać zasilanie do takiego pająka.
    pawelj napisał:
    Czy na ostatnim zdjęciu- tam gdzie widać iskrę to na tym stopniu po prawej widać iskry?

    Tak mi się też wydaje, że iskry przeskakują w tej baterii kondensatorów.