Jestem z Podhala, gdzie niedawno ruszył sezon wypasu owiec. Większość dojrzałych owiec wypasają zbiorowo na halach liczni bacowie, ale tzw. młodzież pozostaje w obrębie gospodarzy, którzy wypasają łąki, korzystając z ogrodzeń połączonych z elektryzatorami - a te z uwagi na liczne zagrożenia wilgocią i niekorzystnym wpływem atmosfery ulegają okresowo licznym uszkodzeniom.
W mojej okolicy NIKT zawodowo nie serwisuje tego typu urządzeń, więc szerokie pole do popisu wielu amatorów elektroniki. Opiszę kilka problemów, które dotyczą tej materii i jak ja je rozwiązuję z dobrym skutkiem.
Generalnie każde tego typu urządzenie po otwarciu poddaję suszeniu nawiewnicą gorącego powietrza (popularną Farelką), a niektóre elementy elektroniczne na płycie gorącym powietrzem z lutownicy do elementów SMD typu "Hot Air".
Jest wiele rozwiązań układowych elektryzatorów, ale w większości mają wspólną zasadę działania: z napięcia zasilania generator wytwarza napięcie rzędu 300-400 Voltów, ładując kondensator stały o dużej wydajności prądowej rzędu 4-5 mikrofaradów, który poprzez tyrystor połączony jest z pierwotnym uzwojeniem transformatora wysokiego napięcia. W momencie naładowania kondensatora do żądanej wartości napięcia na bramkę sterującą tyrystora podawany jest krótki impuls wyzwalający i wtedy zgromadzony ładunek energii w kondensatorze jest zwarty poprzez uzwojenie pierwotne transformatora wysokiego napięcia (WN) i wówczas na jego stronie wtórnej pojawia się bardzo silny impuls napięcia - do około 7 kilowoltów (kV). Silne zawilgocenie transformatora wysokiego napięcia (WN) bywa często przeszkodą trudną do pokonania, ale i na to jest sposób... Przezwojenie od nowa. To wcale nie jest żaden wielki wyczyn - ot, odrobina zdolności manualnych i prościutka nawijarka - ale też odpowiednia dbałość o równomierne uzwojenie i konieczność zakupu drutu nawojowego.
Kilka lat temu byłem zmuszony dokonać takowego przezwojenia dla mojego bliskiego znajomego i teraz mogę korzystać z moich starych notatek i upowszechnić te dane dla chcących skorzystać z mojego doświadczenia.
Transformatory VN w elektryzatorach nawijane były na rdzeniach typu LL z jednym oknem tak, że cewki pierwotnego i wtórnego uzwojenia leżą na przeciwległych bokach transformatora wysokiego napięcia (WN) i nie zachodzi możliwość bezpośredniego przebicia WN na stronę pierwotną.
Pierwotne uzwojenie transformatora wysokiego napięcia (WN) wynosi około 50 zwojów drutu nawojowego w emalii DNE 0,5 lub lepiej 0,6mm (0,5 do 0,75mm). Ważne jest, aby uzwojenie było ułożone jak najściślej! Warto je później pomalować dwukrotnie lakierem Nitro lub Caponem. Usztywnia to dodatkowo uzwojenie i izoluje od wilgoci! Warto na zewnątrz nawinąć kilka zwojów taśmy samoprzylepnej przyciętej na szerokość nieco większą od karkasu. To dodatkowo zabezpiecza przed wilgocią.
Uzwojenie wtórne transformatora wysokiego napięcia (WN) : to 450-500 zwojów drutu nawojowego w emalii o średnicy 0,18 do 0,25mm z odczepem po 100zw. Do nawinięcia uzwojenia WN idealny jest drut nawojowy z oplotem jedwabnym lub bawełnianym! Ja posiadam niewielką ilość takowego przewodu - ale nie jest to warunek niezbędny! Ważne jest natomiast, aby uzwojenie nawijać bardzo precyzyjnie zwój przy zwoju pozostawiając po obydwu bokach uzwojenia wolne miejsce około 3mm od krawędzi karkasu! Każdą warstwę uzwojenia należy izolować! po jednym zwoju papieru. Do tego celu najlepiej używać pasków papieru bezchlorowego, jaki używa się w kuchni do wypieku (Jan Niezbędny - lub podobny). Papier ten ma doskonałe własności izolacyjne. Każdą warstwę uzwojenia należy dodatkowo pomalować lakierem bezbarwnym Nitro, lub Caponem. Po nawinięciu ostatniej warstwy całość dodatkowo owijamy kilkoma zwojami papieru. Jak wspomniałem - pozostawione po lewej i prawej stronie odstępy od boków uzwojenia powodują zwiększoną wytrzymałość uzwojenia na przebicie poprzez ścianki karkasu albo przeskoku iskry pomiędzy kolejnymi warstwami nawoju. Gwarantuje to, że w efekcie końcowym zobaczymy piękną niebieską iskrę na ok. 7mm, a nie chmurkę dymu...
W starszych elektryzatorach generator napięcia 400V wykonywany był jako samowzbudny generator jednotranzystorowy (samodławny) na tranzystorze (T1) BC211. Ten do niedawna jeszcze dość popularny tranzystor łatwo daje się zastąpić tranzystorem serii BD135,137,139. Jego zasada pracy jest dość prosta. Tranzystor załączony jest tak, że jego kolektor pracuje w szeregu z pierwotnym uzwojeniem trafa przetwornicy, emiter na masie zasilania (minus), a baza jest spolaryzowana rezystorem 33k omy ze źródła zasilania (6-9V), zaś w kierunku emitera poprzez diodę BYP401 (1n4001-1n4007) katodą do bazy. Dodatkowo początek uzwojenia wtórnego dołączony jest do bazy tego tranzystora (T1), zaś koniec uzwojenia poprzez kondensator 33nF/400V do podwajacza napięcia - 400V. Istota pracy tego układu polega na tym, że w momencie kiedy przez uzwojenie pierwotne poprzez tranzystor zaczyna płynąć dość duży prąd, na uzwojeniu wtórnym indukuje się napięcie, które powoduje, że w pewnym momencie następuje krótki ujemny impuls na bazie T1 i cały cykl zaczyna się od nowa! Uzwojenie wtórne poprzez kondensator 33nF i dwie diody połączone szeregowo wytwarza napięcie ładujące stopniowo kondensator 5uF do napięcia 400V. W niektórych starszych modelach trafo przetwornicy posiada również trzecie uzwojenie do zasilania układu wytwarzającego impulsy wyzwalania tyrystora (15V). Transformator przetwornicy nawinięty jest na małej szpuleczce karkasu mieszczącej się w rdzeniu kubkowym o średnicy 26mm o dość dużej przenikalności magnetycznej - oznaczanej na korpusie rdzenia stałą AL=3600.
Dane nawojowe tego trafa są następujące: uzwojenie pierwotne (kolektorowe) zawiera 30 zwojów DNE 0,25mm, wtórne: 800zw DNE 0,10mm, zaś pomocnicze trzecie: 60 zwojów DNE 0,25mm. Wszystkie uzwojenia są od siebie izolowane cienką folią z kondensatorów styrofleksowych. Można taką sobie przygotować samemu ze starszych kondensatorów MIFLEX 0,1uf/630V lub 1000V. Ważne jest staranne nawinięcie, bo miejsca na malutkiej szpulce karkasu jest niewiele!
Jest to dość mozolna czynność, ale w zasięgu zdolnego Harcerza! Odrobina cierpliwości nie zaszkodzi... Równie istotne jest, aby wszystkie wyprowadzenia uzwojeń zaopatrzyć w cieniutką kolorową koszulkę zdjętą z kabelków skrętki telefonicznej. Po włożeniu ceweczki z uzwojeniami do kubka na środek wkładamy cieniutką podkładkę z papieru. Wytwarza to pewną niewielką szczelinę zapobiegającą nasycaniu się rdzenia magnetycznego kubka a całość montujemy do płytki wkrętem M3 i lutujemy końce do układu. Cieniutkie druciki należy jeszcze pocynować. Lekko zdrapujemy emalię nożykiem do papieru, a potem z użyciem dużej kropli kalafonii podgrzewamy do złuszczenia emalii i pobielenia drucików. Tak wykonany transformator startuje bardzo pewnie pod warunkiem odpowiedniego podłączenia uzwojeń do tranzystora T1. Początek pierwotnego do + zasilania a początek wtórnego do bazy T1. Gdyby generator nie chciał startować, należy zamienić miejscami końcówki uzwojenia pierwotnego. Dobrze wykonane trafo przetwornicy startuje pewnie wytwarzając cichy gwizd.
W nowszych rozwiązaniach przetwornic do wytworzenia napięcia 400V wykorzystywany jest generator na cyfrowych układach scalonych serii CD40106 lub podobnych (sześciokrotny inwerter). Fala napięcia prostokątnego poprzez rezystor 2 - 6,8k oma pobudza bazę tranzystora przetwornicy. W Przetwornicy elektryzatora EBS94 zastosowano znany tranzystor BC211, który w tej konfiguracji pobudzania falą 0,5/4,5V nie jest dostatecznie głęboko wyłączany i jako klucz nie spisuje się najlepiej. Stwarza to szereg problemów, bowiem dla poprawnego wysterowania bazy tranzystora kluczującego prąd w pierwotnym uzwojeniu przetwornicy niezmiernie istotne jest, aby impuls sterujący miał chociażby krótki impuls ujemny, aby tranzystor na ułamek sekundy mógł zupełnie przerwać przepływ prądu kolektorowego! W sytuacji, kiedy fala prostokątna z CD40106 poprzez rezystor nie osiąga zera napięcia, można równolegle do rezystora sterującego bazą podłączyć kondensator rzędu pojedynczych nanofaradów (2,2nF do 6,8nF). To poprawia sterowanie kluczem T1, ale zdecydowanie łatwiejszą metodą jest zastosowanie tranzystorów typu Darlington średniej mocy, np. BD681 (Uce100V,Ic4A,Ptot40W) z naddatkiem, spełniający warunki pracy w przetwornicy elektryzatora. Po takiej podmianie stare elektryzatory pracują rewelacyjnie! Ponieważ dla wejściowego tranzystora napięcie bliskie 0,5V - jako stan niski w zupełności odcina prąd kolektora, więc siła elektromotoryczna zgromadzona w rdzeniu magnetycznym może w pełni wytworzyć impuls odpowiedni do poprawnej pracy uzwojenia wtórnego przetwornicy 400V. Z tym problemem spotkałem się już dawno i dlatego staram się o tym napisać młodszym mniej doświadczonym elektronikom.
Równie istotnym elementem elektryzatora jest dobrej jakości kondensator 5uF/500V. Nie można w tym miejscu zastosować zwykłego i taniego elektolita! Kondensator ten musi mieć możliwość błyskawicznego oddania zgromadzonego ładunku! Powinien mieć niski opór wewnętrzny(ESR) i być przeznaczony do pracy impulsowej o znacznych prądach rozładowywania porównywalnych ze zwarciem śrubokrętem!
W starszych modelach stosowano z wielkim powodzeniem stosowano kondensatory rozruchowe do silników jednofazowych z dielektrykiem papierowym. Dzisiaj dostępność tych kondensatorów jest niewielka - czasem bywają na aukcjach... Produkowane obecnie kondensatory rozruchowe nie mają też najlepszych parametrów, chociaż jakiś czas pracują poprawnie. Wyjściem z tej sytuacji jest zastosowanie kilku kondensatorów po 1uf/400V (do pracy w filtrach napięcia zmiennego sieci do 275V). Takie kondensatory mają z reguły wytrzymałość ponad 450V i sklejone w pakiet pięciu sztuk połączonych równolegle przewodem o średnicy 0,7 do 1mm nadają się idealnie do tego celu.
Ważne jest staranne polutowanie wyprowadzeń do wspólnych przewodów, aby mogły natychmiast oddać zgromadzoną energię. W elektryzatorach serii EBSxxx również używano pięciu kondensatorów styrofleksowych 1uF/400V o oznaczeniu MKSE-011 w żółtej emalii epoksydowej z dostatecznie grubymi końcówkami 0,7mm. Lecz ostatnio są problemy z ich nabyciem. Poliestrowe kondensatory, jakie często bywają w handlu 1uF/400V w zielonej polewie nie są wysokoprądowe i po czasie ich wewnętrzne połączenia degradują pod wpływem wysokich prądów rozładowywania.
Omówiłem tu większość słabych punktów elektryzatorów i próbowałem uświadomić część zagadnień oraz ujawnić to, czego większość producentów nie ujawnia - oprócz schematu. Chodzi tu o dane nawojowe transformatorów VN i przetwornic.
Może to przydługawe, ale staram się w miarę możliwości udostępnić wszystko - w tym dane nawojowe i moje doświadczenie w tej materii.
W mojej okolicy NIKT zawodowo nie serwisuje tego typu urządzeń, więc szerokie pole do popisu wielu amatorów elektroniki. Opiszę kilka problemów, które dotyczą tej materii i jak ja je rozwiązuję z dobrym skutkiem.
Generalnie każde tego typu urządzenie po otwarciu poddaję suszeniu nawiewnicą gorącego powietrza (popularną Farelką), a niektóre elementy elektroniczne na płycie gorącym powietrzem z lutownicy do elementów SMD typu "Hot Air".
Jest wiele rozwiązań układowych elektryzatorów, ale w większości mają wspólną zasadę działania: z napięcia zasilania generator wytwarza napięcie rzędu 300-400 Voltów, ładując kondensator stały o dużej wydajności prądowej rzędu 4-5 mikrofaradów, który poprzez tyrystor połączony jest z pierwotnym uzwojeniem transformatora wysokiego napięcia. W momencie naładowania kondensatora do żądanej wartości napięcia na bramkę sterującą tyrystora podawany jest krótki impuls wyzwalający i wtedy zgromadzony ładunek energii w kondensatorze jest zwarty poprzez uzwojenie pierwotne transformatora wysokiego napięcia (WN) i wówczas na jego stronie wtórnej pojawia się bardzo silny impuls napięcia - do około 7 kilowoltów (kV). Silne zawilgocenie transformatora wysokiego napięcia (WN) bywa często przeszkodą trudną do pokonania, ale i na to jest sposób... Przezwojenie od nowa. To wcale nie jest żaden wielki wyczyn - ot, odrobina zdolności manualnych i prościutka nawijarka - ale też odpowiednia dbałość o równomierne uzwojenie i konieczność zakupu drutu nawojowego.
Kilka lat temu byłem zmuszony dokonać takowego przezwojenia dla mojego bliskiego znajomego i teraz mogę korzystać z moich starych notatek i upowszechnić te dane dla chcących skorzystać z mojego doświadczenia.
Transformatory VN w elektryzatorach nawijane były na rdzeniach typu LL z jednym oknem tak, że cewki pierwotnego i wtórnego uzwojenia leżą na przeciwległych bokach transformatora wysokiego napięcia (WN) i nie zachodzi możliwość bezpośredniego przebicia WN na stronę pierwotną.
Pierwotne uzwojenie transformatora wysokiego napięcia (WN) wynosi około 50 zwojów drutu nawojowego w emalii DNE 0,5 lub lepiej 0,6mm (0,5 do 0,75mm). Ważne jest, aby uzwojenie było ułożone jak najściślej! Warto je później pomalować dwukrotnie lakierem Nitro lub Caponem. Usztywnia to dodatkowo uzwojenie i izoluje od wilgoci! Warto na zewnątrz nawinąć kilka zwojów taśmy samoprzylepnej przyciętej na szerokość nieco większą od karkasu. To dodatkowo zabezpiecza przed wilgocią.
Uzwojenie wtórne transformatora wysokiego napięcia (WN) : to 450-500 zwojów drutu nawojowego w emalii o średnicy 0,18 do 0,25mm z odczepem po 100zw. Do nawinięcia uzwojenia WN idealny jest drut nawojowy z oplotem jedwabnym lub bawełnianym! Ja posiadam niewielką ilość takowego przewodu - ale nie jest to warunek niezbędny! Ważne jest natomiast, aby uzwojenie nawijać bardzo precyzyjnie zwój przy zwoju pozostawiając po obydwu bokach uzwojenia wolne miejsce około 3mm od krawędzi karkasu! Każdą warstwę uzwojenia należy izolować! po jednym zwoju papieru. Do tego celu najlepiej używać pasków papieru bezchlorowego, jaki używa się w kuchni do wypieku (Jan Niezbędny - lub podobny). Papier ten ma doskonałe własności izolacyjne. Każdą warstwę uzwojenia należy dodatkowo pomalować lakierem bezbarwnym Nitro, lub Caponem. Po nawinięciu ostatniej warstwy całość dodatkowo owijamy kilkoma zwojami papieru. Jak wspomniałem - pozostawione po lewej i prawej stronie odstępy od boków uzwojenia powodują zwiększoną wytrzymałość uzwojenia na przebicie poprzez ścianki karkasu albo przeskoku iskry pomiędzy kolejnymi warstwami nawoju. Gwarantuje to, że w efekcie końcowym zobaczymy piękną niebieską iskrę na ok. 7mm, a nie chmurkę dymu...
W starszych elektryzatorach generator napięcia 400V wykonywany był jako samowzbudny generator jednotranzystorowy (samodławny) na tranzystorze (T1) BC211. Ten do niedawna jeszcze dość popularny tranzystor łatwo daje się zastąpić tranzystorem serii BD135,137,139. Jego zasada pracy jest dość prosta. Tranzystor załączony jest tak, że jego kolektor pracuje w szeregu z pierwotnym uzwojeniem trafa przetwornicy, emiter na masie zasilania (minus), a baza jest spolaryzowana rezystorem 33k omy ze źródła zasilania (6-9V), zaś w kierunku emitera poprzez diodę BYP401 (1n4001-1n4007) katodą do bazy. Dodatkowo początek uzwojenia wtórnego dołączony jest do bazy tego tranzystora (T1), zaś koniec uzwojenia poprzez kondensator 33nF/400V do podwajacza napięcia - 400V. Istota pracy tego układu polega na tym, że w momencie kiedy przez uzwojenie pierwotne poprzez tranzystor zaczyna płynąć dość duży prąd, na uzwojeniu wtórnym indukuje się napięcie, które powoduje, że w pewnym momencie następuje krótki ujemny impuls na bazie T1 i cały cykl zaczyna się od nowa! Uzwojenie wtórne poprzez kondensator 33nF i dwie diody połączone szeregowo wytwarza napięcie ładujące stopniowo kondensator 5uF do napięcia 400V. W niektórych starszych modelach trafo przetwornicy posiada również trzecie uzwojenie do zasilania układu wytwarzającego impulsy wyzwalania tyrystora (15V). Transformator przetwornicy nawinięty jest na małej szpuleczce karkasu mieszczącej się w rdzeniu kubkowym o średnicy 26mm o dość dużej przenikalności magnetycznej - oznaczanej na korpusie rdzenia stałą AL=3600.
Dane nawojowe tego trafa są następujące: uzwojenie pierwotne (kolektorowe) zawiera 30 zwojów DNE 0,25mm, wtórne: 800zw DNE 0,10mm, zaś pomocnicze trzecie: 60 zwojów DNE 0,25mm. Wszystkie uzwojenia są od siebie izolowane cienką folią z kondensatorów styrofleksowych. Można taką sobie przygotować samemu ze starszych kondensatorów MIFLEX 0,1uf/630V lub 1000V. Ważne jest staranne nawinięcie, bo miejsca na malutkiej szpulce karkasu jest niewiele!
Jest to dość mozolna czynność, ale w zasięgu zdolnego Harcerza! Odrobina cierpliwości nie zaszkodzi... Równie istotne jest, aby wszystkie wyprowadzenia uzwojeń zaopatrzyć w cieniutką kolorową koszulkę zdjętą z kabelków skrętki telefonicznej. Po włożeniu ceweczki z uzwojeniami do kubka na środek wkładamy cieniutką podkładkę z papieru. Wytwarza to pewną niewielką szczelinę zapobiegającą nasycaniu się rdzenia magnetycznego kubka a całość montujemy do płytki wkrętem M3 i lutujemy końce do układu. Cieniutkie druciki należy jeszcze pocynować. Lekko zdrapujemy emalię nożykiem do papieru, a potem z użyciem dużej kropli kalafonii podgrzewamy do złuszczenia emalii i pobielenia drucików. Tak wykonany transformator startuje bardzo pewnie pod warunkiem odpowiedniego podłączenia uzwojeń do tranzystora T1. Początek pierwotnego do + zasilania a początek wtórnego do bazy T1. Gdyby generator nie chciał startować, należy zamienić miejscami końcówki uzwojenia pierwotnego. Dobrze wykonane trafo przetwornicy startuje pewnie wytwarzając cichy gwizd.
W nowszych rozwiązaniach przetwornic do wytworzenia napięcia 400V wykorzystywany jest generator na cyfrowych układach scalonych serii CD40106 lub podobnych (sześciokrotny inwerter). Fala napięcia prostokątnego poprzez rezystor 2 - 6,8k oma pobudza bazę tranzystora przetwornicy. W Przetwornicy elektryzatora EBS94 zastosowano znany tranzystor BC211, który w tej konfiguracji pobudzania falą 0,5/4,5V nie jest dostatecznie głęboko wyłączany i jako klucz nie spisuje się najlepiej. Stwarza to szereg problemów, bowiem dla poprawnego wysterowania bazy tranzystora kluczującego prąd w pierwotnym uzwojeniu przetwornicy niezmiernie istotne jest, aby impuls sterujący miał chociażby krótki impuls ujemny, aby tranzystor na ułamek sekundy mógł zupełnie przerwać przepływ prądu kolektorowego! W sytuacji, kiedy fala prostokątna z CD40106 poprzez rezystor nie osiąga zera napięcia, można równolegle do rezystora sterującego bazą podłączyć kondensator rzędu pojedynczych nanofaradów (2,2nF do 6,8nF). To poprawia sterowanie kluczem T1, ale zdecydowanie łatwiejszą metodą jest zastosowanie tranzystorów typu Darlington średniej mocy, np. BD681 (Uce100V,Ic4A,Ptot40W) z naddatkiem, spełniający warunki pracy w przetwornicy elektryzatora. Po takiej podmianie stare elektryzatory pracują rewelacyjnie! Ponieważ dla wejściowego tranzystora napięcie bliskie 0,5V - jako stan niski w zupełności odcina prąd kolektora, więc siła elektromotoryczna zgromadzona w rdzeniu magnetycznym może w pełni wytworzyć impuls odpowiedni do poprawnej pracy uzwojenia wtórnego przetwornicy 400V. Z tym problemem spotkałem się już dawno i dlatego staram się o tym napisać młodszym mniej doświadczonym elektronikom.
Równie istotnym elementem elektryzatora jest dobrej jakości kondensator 5uF/500V. Nie można w tym miejscu zastosować zwykłego i taniego elektolita! Kondensator ten musi mieć możliwość błyskawicznego oddania zgromadzonego ładunku! Powinien mieć niski opór wewnętrzny(ESR) i być przeznaczony do pracy impulsowej o znacznych prądach rozładowywania porównywalnych ze zwarciem śrubokrętem!
W starszych modelach stosowano z wielkim powodzeniem stosowano kondensatory rozruchowe do silników jednofazowych z dielektrykiem papierowym. Dzisiaj dostępność tych kondensatorów jest niewielka - czasem bywają na aukcjach... Produkowane obecnie kondensatory rozruchowe nie mają też najlepszych parametrów, chociaż jakiś czas pracują poprawnie. Wyjściem z tej sytuacji jest zastosowanie kilku kondensatorów po 1uf/400V (do pracy w filtrach napięcia zmiennego sieci do 275V). Takie kondensatory mają z reguły wytrzymałość ponad 450V i sklejone w pakiet pięciu sztuk połączonych równolegle przewodem o średnicy 0,7 do 1mm nadają się idealnie do tego celu.
Ważne jest staranne polutowanie wyprowadzeń do wspólnych przewodów, aby mogły natychmiast oddać zgromadzoną energię. W elektryzatorach serii EBSxxx również używano pięciu kondensatorów styrofleksowych 1uF/400V o oznaczeniu MKSE-011 w żółtej emalii epoksydowej z dostatecznie grubymi końcówkami 0,7mm. Lecz ostatnio są problemy z ich nabyciem. Poliestrowe kondensatory, jakie często bywają w handlu 1uF/400V w zielonej polewie nie są wysokoprądowe i po czasie ich wewnętrzne połączenia degradują pod wpływem wysokich prądów rozładowywania.
Omówiłem tu większość słabych punktów elektryzatorów i próbowałem uświadomić część zagadnień oraz ujawnić to, czego większość producentów nie ujawnia - oprócz schematu. Chodzi tu o dane nawojowe transformatorów VN i przetwornic.
Może to przydługawe, ale staram się w miarę możliwości udostępnić wszystko - w tym dane nawojowe i moje doświadczenie w tej materii.
