Wytworzenia pola elektrostatycznego, układ WN

Witam,

Na wstępnie chciałbym podkreślić, że nie znam się na tego typu układach, co od czego zależy, z czym do czego dopasować, żeby działało poprawnie i bez większych strat itp. Zdaję sobie sprawę, że eksperymenty z WN nie są bezpieczne i nie są dla początkujących - dlatego piszę tutaj na forum z prośbą o porady, przestrogi, uwagi. Nie potrzebuje tego układu do zabawy, chcę przeprowadzić projekt z wpływem pola elektrostatycznego na organizmy żywe (roślin).

Chcę wytworzyć pole elektrostatyczne pomiędzy dwiema stalowymi płytkami. Pole ma być stałe. Pole będę zmieniał w zależności od potrzeb, średnio od 500 V/cm do 2000 V/cm. Pole to mogę zmieniać w pewnym stopniu odległością płyt od siebie, więc myślę, że napięcie 10 kV na wyjściu z układu wystarczy. Praca takiego urządzenia ma trwać nieprzerwanie przez kilka dni.
Chciałbym Wam przedstawić mój plan jak to zrobić, oraz jakie mam z tym problemy. Prosiłbym o rady w tym kierunku, tylko proszę pisać naprawdę jak dla przedszkolaka, ponieważ rzucenie hasłem np "zrób przetwornice" nic mi nie pomoże.

1. Pierwszy problem: dobranie odpowiednich urządzeń. Chciałbym wykorzystać trafopowielacz, ZVS, zasilacz, wentylator + radiator (poniżej ich opisy). Myślę, ze trafopowielacz będzie odpowiedni, ZVS myslę, że również może dać radę. Problem pojawia mi się z zasilaczem, myślę o regulowanym, aby móc jeszcze minimalnie manipulować napięciem na wyjściu. Najlepiej jakby pobór odbywał się przez zwykłe gniazdko w domu (ale rozważę każdą opcje).

2. Bezpieczeństwo. Uziemienie. Doczytałem o tym, że urządzenie może mieć nagromadzony ładunek po wyłączeniu zasilania, nie chciałbym, żeby wyładował się on na mnie (a co gorsza kimś innym). W jaki sposób można temu zapobiec ? Urządzenie będzie działać w garażu / komórce z wybetonowanym podłożem. Jakim Waszym zdaniem jest najlepszy izolator w tym przypadku, aby zbudować obudowę ?

3. Z jakiego kabla najlepiej zrobić zwoje na trafopowielaczu ?

4. Sonda wysokonapięciowa. Czy naprawdę za taką sondę trzeba zapłacić 300-400 zł ? Czy w tym przypadku potrzebuję aż takie urządzenie ?

4. Myślę jeszcze nad klatką Faraday'a, tylko czy kable mogą być poprowadzone przez oczka siatki ?

Trochę się rozpisałem.. Dziękuję każdemu, który choć trochę poświęci temu uwagę i poradzi.

PS. nie jestem pewny czy dobry dział wybrałem.

Trafopowielacz: 1342 0026C ORYGINAŁ OTV DAEWOO



ZVS: DC 12V-30V ZVS Tesla Coil Marx Generator
High Voltage Power Supply Module + Case
Input Voltage: DC 12V-30V
Power Requirement: Less than 12V≥5A, Above 15V≥15A
Operating Frequency: 30KHz-50KHz adaptive
Secondary Parameters: 5T + 5T
Input Voltage/Current Output Voltage Max Power
12V/5A About 10000V 60W
24V/10A About 20000V 200W

Dejwuch wrote:

Z jakiego kabla najlepiej zrobić zwoje na trafopowielaczu ?

Wyjście WN już jest , więc dodawanie jakichkolwiek dodatkowych zwojów jest zbędne.

Dejwuch wrote:

Problem pojawia mi się z zasilaczem, myślę o regulowanym, aby móc jeszcze minimalnie manipulować napięciem na wyjściu

Zasilacz ZWS w niewielkim stopniu reaguje na napięcie z sieci .

Dejwuch wrote:

że urządzenie może mieć nagromadzony ładunek po wyłączeniu zasilania

Duży ładunek to gromadził się na kineskopie telewizora, tutaj po minucie od wyłączenia nie pozostanie praktycznie nic.

Problemem będzie prawidłowe podłączenie końcówek trafopowielacza ( mam nadzieję że masz rozpiskę pinów ) .

Chodziło mi o zwoje pierwotne, aby podłączyć je do ZVS.

Co w takim razie powinienem zrobić z zasilaniem ?

Niestety nie mam rozpiski pinów, gdzieś wyczytałem, że powinno się wybrać ten pin, który daje największy łuk, ale czy to prawda to nie wiem..

EDIT:
Jako zasilanie posłużyć mi może jednak zasilacz laboratoryjny 0-30V.

U chińczyków są gotowe generatory WN. Płytki łączysz z przetwornicą przez opornik kilkadziesiąt megaom i masz bezpieczny dla ludzi generator pola elektrycznego.

excray wrote:

U chińczyków są gotowe generatory WN. Płytki łączysz z przetwornicą przez opornik kilkadziesiąt megaom i masz bezpieczny dla ludzi generator pola elektrycznego.

Owszem znalazłem coś takiego, z tym, że odległość pomiędzy elektrodami musi wynosić <3 cm. (sprawdziłem dla mocniejszych generatorów to mają po 5, 6 cm).

Edit:
Chyba, że opornik spowoduje możliwość zwiększenia odległości ? PS. Potencjometr obrotowy (10K ohm), byłby wystarczający ?

Pytanie jak dokładne i z jakimi tętnieniami ma być napięcie wyjściowe? Takie rozwiązanie jak planujesz jest wykonalne, ale trzeba zapomnieć o dokładności i trzeba liczyć się z sporymi tętnieniami.

excray pewnie mnóstwo jest generatorów WN u chińczyków, ale pytanie które nadają się do tego rozwiązania. Po prostu za bardzo ogólne stwierdzenie.

Zależy mi na jak najbardziej stabilnym polu, tak więc im mniejsze tętnienia tym lepiej (nie potrafię dokładnie stwierdzić wartości, będę eksperymentował). Przypuszczam, że będzie to miało duże znaczenie na zachowanie stresowe u rośli, jeśli pole będzie się wahać.

W takim razie musiałbym zastosować jakiś układ filtracyjny. Pytanie jaki ? Jak go zbudować ?
Pytanie ważniejsze czy taki zasilacz laboratoryjny już trochę nie spełni tego zadania ? W opisie podane jest "Stabilność napięcia ≤0,01% +2mV
Stabilności ładowania ≤0,01% +2mV".

W takim wypadku byś musiał użyć sprzężenia zwrotnego. Jako że jest to układ, który praktycznie nie będzie pobierał energii to wiele upraszcza, ale nie jest to takie proste jak budowa ZVS, który faktycznie generuje wysokie napięcie, ale jako że jest to zabawka dla ludzi co lubią iskierki, nie nadaje się do celów naukowych.

Przy wysokim napięciu odpadają również rozwiązania z transoptorami (chyba że na potencjale wysokiego napięcia da się jakiś wtórnik jako bufor). Dlaczego? bo do działania wymagają przynajmniej 1mA, który dla napięć z zakresu kV, jest już dość sporą wartością.

Można wykonać coś w deseń tego drivera:
http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/3757Afe.pdf
strona 30

Oczywiście można zastosować np NE555 jako sterownika, można spróbować użyć trafopowielacza jako transformatora lub wykonać nieseparowaną przetwornicę z własnym powielaczem napięcia (coś jak na rysunku 31 + powielacz napięcia).

Ogólnie trzeba mieć pomiar napięcia wyjściowego by zapewnić stabilność napięcia.



Jeśli Cię interesują rośliny i technika to może poczytaj sobie o takim czymś:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1567173913000084

Dziękuje CI Lazor za tą dawkę wiedzy.
Obawiałem się własnie wchodzić na te schody z własną budową takiego drivera - na ten moment po prostu mam zbyt mała wiedzę i doświadczenie w elektrotechnice na samodzielną budowę, pomimo tych opisów/schematów - dlatego szukam "gotowych" rozwiązań.

Znalazłem coś takiego na allegro, czy to miałeś na myśli zamiast ZVS, który podałem ?
"FlyBack Driver ZVS Przetwornica Drabina Jakubowa. W przetwornicy zastosowano wysokiej jakości tranzystor MOSFET, mogącym pracować na obciążeniu prądowym do 30A. Użyto szybkich diod prostowniczych, o reakcji 20ns.

Ewentualnie czy jest ktoś komu mógłbym zlecić budowę potrzebnego urządzenia ?

Piszesz o trafopowielaczu. Tego właśnie chciałbym użyć ze starego telewizora. Tylko czy będę go mógł podłączyć z tym Flyback ?

Pomiar napięcia wyjściowego rozumiem, że mogę mierzyć sondą wysokonapięciową, tylko w jaki sposób wykorzystam tą informację ?

Flyback

Jeśli użyjesz układu bez sprzężenia zwrotnego (np to co opisujesz powyżej) to nie będziesz w stanie dokładnie określić napięcia na wyjściu i pomiary nie będą miarodajne i powtarzalne.

Najważniejsze to jest określić jak dokładnie potrzebujesz tym sterować. Czy dokładność napięcia na wyjściu ma być liczona w mili woltach czy w dziesiątkach woltów? Czy tętnienia mogą mieć wartość mili woltów czy dziesiątek woltów? Tutaj trzeba podać wartości konkretne bo od tego zależy złożoność projektu.

Wszystkie układy do cewek tesli, "ZVS", drabinek jakubowych się nie nadają, gdyż nie ma tam płynnej regulacji. Jedynie poprzez regulację napięcia zasilania, co nie koniecznie musi być rozwiązaniem stabilnym w czasie czy liniowe. No chyba że takie wahania napięcia i niedokładność są akceptowalne.

Myślę, że znajdą się osoby które by się podjęły takiego projektu, ale wszystko zależy od kwoty. Wysokie napięcie jest trudnym tematem, a gdy trzeba utrzymać konkretną wartość napięcia to sprawa robi się jeszcze bardziej skomplikowana.

Dokładność napięcia na wyjściu możemy przyjąć w setkach V (100V). Tak samo sterowanie, myślę, że starczyłaby regulacja np co 100 lub nawet i 1000V. Co do tętnienia myślę, że możemy w dziesiątkach, chociaż im mniej tym byłoby lepiej.

Lazor, potrzebowałbym informacji co muszę mieć, co kupić. Myślę, że montaż tych części mógłbym powalczyć, tylko potrzebuje dokładnie wiedzieć co potrzebuje do tego o czym mi piszesz.

Jeżeli byłbyś mi z tym jeszcze jakoś pomóc, to byłoby już fantastycznie

Myślę, że tego typu układ będzie w takim wypadku dla Ciebie najlepszy. Na początku transformator T1(trafo-powielacz) zasilić z innego regulowanego napięcia i zignorować audio input.

Druga opcja to użyć tego schematu bez zmian, tylko do audio input dać sygnał sterujący wypełnieniem (które by również zmieniało napięcie na wyjściu). Takim sygnałem mógłby być np dzielnik napięcia z potencjometrem by sterować napięciem na tym pinie w zakresie 0-12V

Dodatkowo wyjście musiało by być delikatnie obciążone, tak z 50-100Mohm. Może już sama niedoskonałość układu by zapewniła takie obciążenie, a może trzeba by było dodać taką rezystancję własnoręcznie.

Oczywiście mosfet musiałby być na radiatorze.

Super ! Tylko zanim zabiorę się za budowę, mam jeszcze kilka wątpliwości, bo przekonuje mnie pierwsza opcja z trafo-powielaczem.

1. Czy Trafo-powielacz mogę wykorzystać taki jak opisywałem na początku ? trafo-powielacz 342 0026C ORYGINAŁ OTV DAEWOO
2. Co może być regulowanym napięciem dla trafo-powielacza ? Jak go podłączyć w ten układ ? Zastosować dodatkowy zasilacz, np ten laboratoryjny ?
3. W miejscu "+/-" powinienem podłączyć również regulowany zasilacz czy wystarczyłby taki 12 V, 3A ? Pytanie też czy jakbym zastosował np 24 V lub regulowany to czy pozostałe podzespoły układu by wytrzymały w tym układzie ?

ad.1 Powinien być dobry, ale nie mogę znaleźć dokumentacji do niego.
ad.2 dzielnik napięcia z potencjometrem
ad.3 nie wytrzymają, musi być 12V albo zasilić z dwóch napięć (jeden 12V drugi jaki kolwiek do zasilenia transformatora).

Kurcze próbuję zmodyfikować ten schemat, który mi poradziłeś ale chyba mnie trochę przerosło ;/

Utworzyłem takie coś, ale pewnie źle bo w sumie podłączyłem tylko potencjometr przed trafo-powielacz. Jak powinno to wyglądać, bo przeszukałem masę stron i nie mogłem znaleźć chociaż czegoś podobnego..

Pozostaje mi również kwestia co zrobić z 5 pinem od NE555, jeżeli wywalę audio input ?

Będę wdzięczny za każdą kolejną wskazówkę.

@Dejwuch z tym potencjometrem to "super" pomysł.
Wujek Google z tego co mi wiadomo, ma się dobrze (można wpisać frazę np: 555 hv generator).
Link

Pozdrawiam

Wygląda na to że pinem 5 będzie ciężko sterować napięciem.

Pozostaje w miejscu gdzie dawałeś potencjometr dać zasilacz regulowany od 0-30V z 3-5A, a elektronikę zasilić z 12V.
Napięcie na wyjściu będziesz mógł sterować napięciem na takim zasilaczu.

Dejwuch wrote:

Pozostaje mi również kwestia co zrobić z 5 pinem od NE555, jeżeli wywalę audio input ?

Kondensator 10nF do GND.
Może lepszym rozwiązaniem w przypadku zastosowania NE555, byłoby go użyć jako sterownik PWM.

Zrobiłem szybką symulację w falstad jak taki układ działa. Niestety program nie za dobrze radzi sobie z symulacją transformatora, więc musiałem użyć równoważnego układu z cwką:
http://tinyurl.com/y9adpyh8

Jak widzisz sterując potencjometrem (po prawej stronie napis resistance) można regulować napięcie na wyjściu. To jest jak na razie tylko idea i radziłbym kupić trochę więcej NE555 i sobie pierw poeksperymentować z niższymi napięciami.

To drugie napięcie 30V, jest zasilane z regulowanego zasilacza (możesz regulować suwakiem po prawej). Zobacz sobie pierw jak to może wyglądać w teorii, jakie prądy będą płynąć gdy ustawisz różne parametry, a dopiero potem buduj rzeczywisty układ.

Z trafopowielaczem od TV jest taki problem, że ma już wbudowane diody i daje napięcie dodatnie - nie uzyskasz z niego ujemnego. Należy użyć transformatora WN. Gdzieś w pierwszej połowie lat 1970-tych (1974?) w "Radioamatorze i Krótkofalowcu" był artykuł bodajże "Stacjonarny generator jonów ujemnych" z opisem, jak zrobiono wytwarzanie wysokiego napięcia ujemnego przy użyciu telewizora. A impulsy około 5kV daje "elektryczny pastuch", parę kV daje elektryczna "łapka na muchy" - jest trochę takich urządzeń, niektóre tanie, najwyżej trzeba rozbudować powielacz.

10kV to nie jest bardzo dużo, w telewizorze 14kV szło kablem koncentrycznym, dobre izolatory wytrzymują ze 60kV/mm, ale w miejscu podłączenia do kineskopu był taki "kapturek" o średnicy z 5cm, i jak pod niego dostał się kurz, to robiło się przebicie po powierzchni - po powierzchni, zwłaszcza przybrudzonej, przebicie następuje dużo łatwiej, niż przez powietrze. Przyjrzyj się izolatorom na słupie linii wysokiego napięcia, wiesz po co są tam takie "talerzyki"?

Można pomyśleć o pomiarze napięcia i sterowaniu generatora tak, by działał wtedy, gdy jest za małe, i w ten sposób utrzymywał właściwe, ale trzeba albo mierzyć impulsy ładujące (poprzez dzielnik pojemnościowy), albo zrobić dzielnik o bardzo dużej oporności - żeby nie tracić w nim zbyt dużej moc - może np. 10 oporników 10M szeregowo, prąd 0.1mA.

_jta_ czy napięcie jest dodatnie tak naprawdę jest rzeczą względną. Istotne to jest gdy chcesz uzyskać potencjał niższy niż GND. W tym wypadku napięcie wtórne należy traktować bardziej w kategoriach większy potencjał i niższy potencjał, czyli w uproszczeniu + i - .

Pisanie że 10kV to nie jest dużo to jak pisanie że broń nie jest niebezpieczna. W wprawionych rękach to nie jest dużo, ale dla początkującego jest to o jakieś 9,95kV za dużo i nie należy bagatelizować tego.

Sprzężenie zwrotne na pewno by poprawiło działanie układu oraz ułatwiło stabilizację napięcia, ale użytkownik jest początkujący i trzeba podać rozwiązanie jak najmniej złożone kosztem jakości urządzenia, no chyba że masz czas to zaprojektować za użytkownika i przedstawić gotowe rozwiązanie.

To prawda. Myślę że byłbym w stanie zaplacic za taki projekt wraz z pomocą i wyjaśnieniem

Może ten układ by się nadawał po modyfikacji.

Pierwsza sprawa: cewka wysokiego napięcia musi mieć dużo (tysiące) zwojów, a to powoduje, że ma sporą pojemność - przy 10 zwojach i 50kHz nie ma ona znaczenia, przy tysiącach zwojów ma zasadnicze, układ musi być tak zrobiony, żeby ta pojemność nie powodowała zbyt dużych strat.

Druga: do wysokiego napięcia są potrzebne odpowiednie diody.

Cewka nawet nie wchodzi w grę, ja zrobiłem symulację tylko obrazującą działanie układu, a że falstad ma problemy z symulacją transformatora to zamiast transformator dałem cewkę, i układ który jest w jakimś stopniu podobny.

To co podesłał Ronin64 jest bardzo ciekawe i powinno się sprawdzić. Chociaż nie ma żadnych filtrów, tak więc stabilność takiego układu praktycznie nie istnieje.

Najprościej byłoby zastosować zasilacz do neonów i autotransformator przed nim. Jest i separacja i prostota regulacji napięcia i bardzo łatwo, znając przekładnie zasilacza do neonów, zmierzyć napięcie wyjściowe. Warunek : zasilacz musi być oparty o klasyczny transformator, a nie jakieś impulsowe cuda.

Normalnie jak czytam ten wątek to jak żywo przed oczami staje mi ten obrazek:

Problemy w poszukiwaniu zasilacza wysokiego napięcia
Jakby co to przypominam się - na aliexpress taki gotowy zasilacz można kupić za niewygórowane pieniądze. Link podaję bardziej jako stronę producenta niż konkretny model. W opisie macie podane różne modele od tego producenta - do wyboru do koloru, z regulacją, zabezpieczeniem, zasilaniem z sieci bądź DC:
https://www.aliexpress.com/item/HIGH-VOLTAGE-...or-air-purifiers-air-ionizer/32599324950.html
Można też poszukać od innych producentów.

I się zgodzę. Jest to najtańsze i najbezpieczniejsze rozwiązanie.

Najtaniej można zrobić powielacz z napięcia sieciowego - drabinkę diod i kondensatorów, daje (bez obciążenia) ze 320V na stopień. Diody kosztują grosze (1N4007 ze 3gr/sztukę), gorzej z kondensatorami, 47nF/275VAC 2.70 za 10, 100nF/275VAC 3.50 za 10, 10nF/500V 5 za 100 - te ostatnie mają małą pojemność, trzeba by łączyć po kilka równolegle).

Co do bezpieczeństwa: prąd płynący przez kondensator 100nF to około 7mA, jak się złapie za koniec powielacza, to przez rękę może popłynąć połowa tego. Można na podłączeniu do fazy sieci dać dwa 100nF szeregowo, to zmniejszy prąd do niespełna 2mA - taki prąd to już jest na granicy wyczuwalności. Ale trzeba pilnować, gdzie faza, gdzie neutralny...

_jta_ wrote:

Najtaniej można zrobić powielacz z napięcia sieciowego - drabinkę diod i kondensatorów, daje (bez obciążenia) ze 320V na stopień

_jta_ wrote:

Co do bezpieczeństwa: prąd płynący przez kondensator 100nF to około 7mA, jak się złapie za koniec powielacza, to przez rękę może popłynąć połowa tego. Można na podłączeniu do fazy sieci dać dwa 100nF szeregowo, to zmniejszy prąd do niespełna 2mA - taki prąd to już jest na granicy wyczuwalności.

_jta_ wrote:

Ale trzeba pilnować, gdzie faza, gdzie neutralny...

Panowie, może lepiej powstrzymać się z tego typu poradami.
Można by było rozważyć tego typu rozwiązanie, lecz należałoby użyć transformatora separacyjnego 230/230VAC, lub dwóch np: 230V/24VAC.
Pozdrawiam