Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Wyszukiwarki naszych partnerów

Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
Europejski lider sprzedaży techniki i elektroniki.
Proszę, dodaj wyjątek elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Budowa generatora Cockcrofta-Waltona 60kV

BartekDe 06 Sty 2018 14:06 438 15
  • #1 06 Sty 2018 14:06
    BartekDe
    Poziom 3  

    Witam.

    Potrzebuję zasilacz wysokiego napięcia dającego ok. 60kV. Chciałbym go zbudować, poprzez powielacz Cockcrofta zasilany z transformatora 7,5kV o natężeniu 30mA.
    Czy ten generator mógłby być zasilany z transformatora do neonów o podanych parametrach? Trafo kosztowało całkiem sporo, także nie chciałbym go spalić. :?:

    Jeżeli dałoby się zbudować ten zasilacz z trafem nst, to jakie parametry powinny mieć poszczególne elementy? Nie udało mi się nigdzie znaleźć podobnego projektu z transformatorem nst, ani wzorów, które pozwoliłyby mi obliczyć napięcie na diodach i kondensatorach, oraz pojemność kondensatorów. :roll: Zdaje sobie sprawę z tego, że wysokie napięcia są niebezpieczne, ale zajmuje się nimi już dość długo.

    Dziękuję za wszelką pomoc! :please:

    Dodano po 1 [godziny] 11 [minuty]:

    Na filmie jest układ z transformatorem nst.
    https://youtu.be/KKYGzqI_Ygw

    Czy przy dłuższej pracy, transformator podłączony w ten sposób nie spali się?

    0 15
  • Pomocny post
    #2 06 Sty 2018 17:38
    admiral25
    Poziom 13  

    O ile pamiętam, trafa od neonów, te starego typu, klasyczne , są specjalnie skonstruowane. Pozwalają na pracę w stanie "prawie" zwarcia. Po obciążeniu siada napięcie. Takim trafem spokojnie pogonisz powielacz.
    Diody minimum 2x napięcie zasilające pik-pik plus jakiś zapas. Pojemności, zależnie od prądu który chcesz pobierać.

    Weź schemat i zastanów się jak działa i jakie napięcia są w na poszczególnych podzespołach. Jak zrozumiesz na etapie projektowania jak ro działa, to unikniesz przykrych niespodzianek podczas budowy i uruchamiania.

    Pozdrawiam.

    0
  • #3 06 Sty 2018 20:53
    BartekDe
    Poziom 3  

    Dziękuję za pomoc.

    Wiem na jakiej zasadzie działa ten powielacz. Powinien się on składać z 4 modułów. Zastanawiam się tylko, którego z tych dwóch schematów użyć:

    Budowa generatora Cockcrofta-Waltona 60kVBudowa generatora Cockcrofta-Waltona 60kV

    Schemat transformatora nst wygląda tak:

    Budowa generatora Cockcrofta-Waltona 60kV

    Z którego ze schematów powielacza powinienem skorzystać? Z wzoru na przekładnię transformatorową wychodzi, że na wyjściu z układu byłoby 0,00375A. Z racji, że jest to zasilacz impulsowy to nie wiem, czy z tego wzoru mógłbym skorzystać. Na transformatorze pisze, że jego prąd zwarcia (short circuit current) to 30mA. Czy dla tej wartości powinienem obliczyć pojemność kondensatorów? Wyjście dodatnie znajduje się na końcu kaskady. Drugie wyjście powinno być podłączone do masy (punktu 0 w uzwojeniu wtórnym transformatora)?

    Dodano po 1 [godziny] 47 [minuty]:

    Czy takie diody połączone po dwie szeregowo pasowałyby?
    http://allegro.pl/ShowItem2.php?item=6846249072

    0
  • Pomocny post
    #4 09 Sty 2018 23:05
    admiral25
    Poziom 13  

    Witam.
    Na impulsowym trafie nie robiłem. Logika jednak nakazuje zastosowanie szybkich diód oraz kondensatorów o niskiej ESR. Diody powinny dać radę.

    Wydajność prądową policz z mocy znamionowej. Załóż sprawność około 80 procent. Te 30mA to prąd zwarciowy.
    Napełnym napięciu może być większy.

    Odnośnie schematu. Oba są dobre.

    Jeśli twoje 60kV nie musi być względem "masy" a wystarczy Ci +/-30kV, to zrób dwa powielacze. Jeden plusowy, drugi minusowy , po 30kV każdy.

    O ile dobrze rozumiem, trafo ma uziemiony środek.
    Jak chcesz 60kV względem środka, to drugi schemat.

    Ps. Wrzuć dane trafa które masz. Łatwiej będzie pomóc.

    0
  • #5 10 Sty 2018 14:44
    BartekDe
    Poziom 3  

    Trafo jest normalne. Pisząc "zasilacz impulsowy" chodziło mi o wyjście z kaskady, ponieważ do wyładowania dochodzi wówczas, gdy naładują się wszystkie kondensatory.

    Tutaj są zdjęcia tabliczki znamionowej i transformatora:
    Budowa generatora Cockcrofta-Waltona 60kVBudowa generatora Cockcrofta-Waltona 60kV

    Rysunek układu, z którego chciałbym skorzystać:
    Budowa generatora Cockcrofta-Waltona 60kV

    Z racji, że pomiędzy wyprowadzeniami transformatora, a 0 jest 3,75kV to czy mógłbym użyć pojedynczych diod 12kV 20mA (a nie dwóch połączonych szeregowo) i kondensatorów ceramicznych na ok. 6kV (inne są dość trudno dostępne)? Natężenie wyliczone z mocy na napięcie 7,5kV i ze sprawnością 80% wynosiłoby 12,8mA.

    Dziękuję za pomoc.

    0
  • Pomocny post
    #6 11 Sty 2018 11:33
    admiral25
    Poziom 13  

    Jak zależy Ci żeby mieć +60kV względem środka uzwojenia to układ który narysowałeś jest za krótki.
    Na wyjściu dostaniesz 30kV, bo zasilasz go z 3,75kV a nie 7,5kV.

    Diody spokojnie wytrzymają nawet pojedynczo.
    Kondensatory na 6kV niestety nie dadzą rady. W układzie, na każdym kondensatorze odłoży się podwójne napięcie zasilające czyli 7,5kV... :!:

    Do wyładowania dochodzi, kiedy napięcie na kondensatorach osiągnie wartość, przy której następuje przebicie. O ile dobrze pamiętam to dla suchego powietrza jakieś 3kV/mm)

    ps. Czy kondensatory w środkowej gąłęzi nie powinny mieć dwa razy większej pojemności niż te w bocznych?

    0
  • #7 11 Sty 2018 20:46
    BartekDe
    Poziom 3  

    Faktycznie. Mój schemat jest błędny. Według wzoru, który jest na tej stronie: http://members.tm.net/lapointe/cockcroft_walton.htm otrzymałbym z niego ok. 42kV.

    Będę się w takim razie trzymał tego pierwszego układu (+30kV i -30kV). Nie znalazłem tylko informacji, jakie powinny być pojemności kondensatorów. Czy w przypadku tego układu diody na 20mA i czasem 150ns wystarczą?

    Pozdrawiam

    0
  • #8 13 Sty 2018 18:34
    BartekDe
    Poziom 3  

    Zmierzyłem jeszcze natężenie i napięcie na wejściu do transformatora. Moc waha się od 240 do 300W w zależności od długości łuku elektrycznego.

    Tu jest schemat, na podstawie którego chciałbym zbudować układ.
    Budowa generatora Cockcrofta-Waltona 60kV
    Czy ta druga kolumna powielacza będzie dobrze działała pomimo odwróconej fazy na wyjściu z transformatora? W przypadku tego układu na wyjściu byłoby ok. 80kV. Znalazłem podobny układ, ale jest on zasilany z trafa bez uziemienia po środku.
    Budowa generatora Cockcrofta-Waltona 60kV

    0
  • #9 16 Sty 2018 12:00
    admiral25
    Poziom 13  

    Witam,
    Pytanie. Czym i jak mierzyłeś tą moc? Bo trochę za dużo jak na trafo do neonów...
    Obie kolumny będą działały prawidłowo. Na wyjściu dostajesz i tak napięcie stałe z nałożonym zmiennym z trafa. Akurat tu nie Nie ma znaczenia faza napięcia.

    Żeby schemat był kompletny, musisz dodać stosowne rezystory szeregowe na wyjściach z trafa w celu ograniczenia prądu udarowego do wartości znośnych dla diód.

    Jeśli chodzi o napięcie wyjściowe to dalej źle liczysz. z jednej gałęzi dostajesz 30kV, czyli w sumie +/-60kV a nie 80 jak napisałeś.

    Napięcie na wyjściu liczysz tak: Każdy kondensator od wyjścia do masy ma napięcie równe podwojonemu zasilającemu.

    U Ciebie zasilające to 3,75kV, tak więc na kondensator przypada 7,5kV i tyle też będzie na diodzie.

    Ponieważ w gałęzi masz 4 kondensatory, to na wyjściu będzie 4x7,5kV -> 30kV

    Pomyśl jeszcze o jednym rozwiązaniu jeżeli zależy Ci na pracy impulsowej (iskry na wyjściu).
    Dajesz małe kondensatory do drabinki, a na wyjściu dokładasz diodę na 35kV z opornikiem w szeregu i jeden (na każdą drabinkę) duży kondensator na 30 kilka kV prosto do masy.

    Takie rozwiązanie ma kilka zalet.

    możesz mieć duży prąd przy wyładowaniu.
    Zabezpieczasz drabinkę przed upaleniem przy prądach zwarciowych.
    Mniejsze kondensatory do ładowania są dużo tańsze.

    Wada jest taka,że układ się dużej ładuje i ma mniejszy prąd wyjściowy.

    0
  • #10 16 Sty 2018 18:37
    BartekDe
    Poziom 3  

    Mierzyłem pobór prądu przez transformator za pomocą miernika z lat 40-tych, ale wydaje mi się, że nie robi on dużych błędów.
    Napięcie na wyjściu z kaskady obliczyłem za pomocą wzoru Eout = (2 x Ein) x S x 1.414.

    Czy jeżeli zastosuje rezystory chroniące diody przed udarem to napięcie na wyjściu będzie niższe?
    Wolałbym raczej zrobić układ bez tej diody 35kV na wyjściu, ponieważ z budową chciałbym się zmieścić w kwocie 100zł. Być może używałbym powielacza do prezentacji iskry, ale nie byłby on wtedy włączany na długo.

    Czy mógłbym prosić o jakieś konkretniejsze parametry rezystorów i kondensatorów (pojemność)?

    Dziękuję za pomoc.
    Pozdrawiam.

    Dodano po 3 [godziny] 11 [minuty]:

    Tutaj jest kondensator o największej pojemności, jaką udało mi się znaleźć: https://www.tme.eu/pl/details/cc10k-1n5/kondensatory-ceramiczne-tht-10kv/sr-passives/

    0
  • #11 18 Sty 2018 09:24
    admiral25
    Poziom 13  

    Witam,

    Odnośnie rezystorów to będą musiały mieć po 62,5 kOhm.

    Liczysz prosto. Tak po kolei:
    - uzwojenie transformatora ma już jakąś rezystancję wewnętrzną która ogranicza prąd do 30mA, przy napięciu 7500V. Z wzoru I=U/R liczysz Rw (rezystancję wewnętrzną.

    Mamy Rw = 7500/0.02 = 250000 Ohm na której traci się (przy zwarciu)
    P=U*I 7500V*0.03A = 225W

    Połowa uzwojenia (3750V) ma rezystancję Rw/2= 250kOhm/2=125kOhm

    Chcemy ograniczyć prąd do wartości 20mA bo tyle wytrzymają diody, więc musimy dodać rezystor Rd (dodatkowy)

    Liczymy z prawa ohma: Rz+Rd = 3750V / 0.02A = 187500 Ohm
    Ponieważ Rz ma 125kOhm, Rd= 187.5kOhm-125kOhm = 62,5kOhm

    Teraz moc: Przy 3750V i prądzie 20mA na oporach traci się 75W.
    Interesuje nas ile "spalimy" na Rd

    Moc= I^2 * Rd = 0.02^2 * 62500 Ohm = 25W

    Najbliższy z popularnych wartości to 68kOhm. Oczywiście możesz dać 10W ale będziesz musiał uważać żeby się nie przegrzał. (minuta zabawy, 5 minut chłodzenia)


    Ograniczenie prądu sprawi że układ będzie się ładował dłużej (praca z iskiernikiem), i będzie miał trochę mniejszą wydajność prądową przy małych obciążeniach.
    W szereg z oporem możesz również dać szybki bezpiecznik
    Dobrym rozwiązaniem jest też danie na zasilaniu transformatora bezpiecznika termicznego.
    Twoje trafo będzie w większości pracowało prawie na zwarciu i dużo mocy (ciepła) wydzieli się na uzwojeniach.

    Czas na kondensatory. Policzmy tylko dla pierwszego .
    Mamy najzwyklejszy czwórnik RC zasilany wyprostowanym sinusem o częstotliwości 50Hz

    Policzmy stałą czasową tego układu dla kondensatora który pokazałeś ( 1,5nF).

    T= R*C = 187500 Ohma *0.0000000015 F = 0,00028125s

    Przy 50 hz okres wynosi 1/50 = 0,02s

    Teoretycznie, w tym układzie mógł byś zastosować kondensatory o pojemności 150nF.

    Teoretycznie. Bo stała czasowa mówi nam ile czasu trzeba żeby naładować kondensator do 63,2%
    Jak do układu powielacza dasz za duże kondensatory, to będą się bardzo długo ładowały. Za małe, to nie wykorzystasz potencjału mocy transformatora (twój jest ogromny!).

    Przy mniejszych kondensatorach natomiast zyskujesz troszkę na czasie ładowania, ale tracisz na mocy wyjściowej. Prąd średni z zasilacza też jest znacznie mniejszy i możesz dać mniejsze opory zabezpieczające.


    Musisz wziąść pod uwagę że tak duże napięcia (60kV!!!) powinieneś traktować z "szacunkiem". Dla baterii kondensatorów o pojemności 0,375nF (4x1,5nF w szeregu) "nabitej" do 30kV masz ładunek

    W=1/2 * C * U^2 = 1/2 * 0.375*10^-9 * 0,9 * 10^9 = 0,16875 Joula.
    Tyle to potrafi już dobrze trzasnąć, a jak pójdzie "przez słabsze serduszko" to ukatrupić.

    Praca domowa:
    Policz proszę ładunek jaki będzie zgromadzony w kondensatorach o pojemności 150nF. Następnie załóż że dotykasz obydwoma rękami "gorących" wyjść w pełni naładowanego powielacza.

    Policz proszę jaki popłynie prąd i przez jaki czas. Załóż rezystancję ręka-ręka na poziomie 1000 Ohm. (taki standard BHP).

    Znajdź jeszcze w necie jakim ładunkiem dysponuje defibrylator i na jakim napięciu pracuje.

    Następnie policz prąd i czas w jakim defibrylator "oddaje" ładunek.

    Na koniec zastanów się czy nie warto by było dać jeszcze mniejsze kondensatory i większe oporniki szeregowe....

    0
  • #12 19 Sty 2018 16:50
    BartekDe
    Poziom 3  

    Spotkanie z iskrą 4 kondensatorów 150nF nie byłoby zbyt przyjemne...
    Znalazłem tylko energię, napięcie strzału defibrylatora i opór klatki piersiowej.
    Budowa generatora Cockcrofta-Waltona 60kV

    admiral25 napisał:
    Dla baterii kondensatorów o pojemności 0,375nF (4x1,5nF w szeregu)

    Czy ta energia nie powinna być obliczona dla 16 kondensatorów? W jednej kolumnie powielacza jest ich 8.

    Mógłbym wstawić pojedynczy opór 62,5kOhm na wyjściu 0V z transformatora, czy musiałbym użyć dwóch oporników na dwóch fazach?
    Budowa generatora Cockcrofta-Waltona 60kV

    Czy jeżeli zastąpię pojedynczy rezystor 62,7kOhm przez 6 pojedynczych rezystorów 10k 5W i 1 rez. 2,7k 5W, to rezystory nie będą się tak szybko nagrzewały?

    Po zastosowaniu tego oporu napięcie na wyjściu będzie dalej wynosiło 60kV?

    Znalazłem jeszcze kondensator na 2,2nF, ale nie wiem, czy da on efekt lepszy proporcjonalnie do jego ceny.
    https://www.tme.eu/pl/details/cc10k-2n2/kondensatory-ceramiczne-tht-10kv/sr-passives/

    Pozdrawiam

    0
TME logo Szukaj w ofercie
Zamknij 
Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
TME Logo