Cewki wysokonapięciowe własnej roboty
Komercyjne cewki wysokonapięciowe, w szczególności te od telewizorów, mają wysoką przekładnię, dzięki której parenaście woltów na uzwojeniu pierwotnym wystarczy, aby otrzymać kilkanaście kilowoltów. Można je oczywiście przeciążyć i uzyskać kilkadziesiąt kilowoltów, ale należy pamiętać, że cewki nie są przystosowane do tak wysokich napięć. Najczęstszymi skutkami są przebicia międzyzwojowe, przebicia do rdzenia, bądź uzwojenia pierwotnego. Problemy te można zminimalizować poprzez np. zanurzenie cewki w oleju transformatorowym, podłączenie rdzenia i najbliższych mu warstw uzwojenia wtórnego do masy (dzięki czemu nie przebija do rdzenia), ale pozostają inne problemy. Skłoniło mnie to do tego, aby spróbować zrobić cewkę, która lepiej poradzi sobie w trudniejszych warunkach, niż te komercyjne
. Za cel obrałem 20kV napięcia skutecznego i kilkadziesiąt miliamper prądu wyjściowego. Czy to się uda? Zapraszam do czytania ;-)
Na forum portalu poświęconego głównie wysokim napięciom i przedmiotom związanymi z nimi 4hv.org znalazłem ciekawy temat, ktoś chciał zrobić własnej roboty wysokonapięciowy transformator dużej mocy w oparciu o ten schemat:
Schemat jest prosty, dwie cewki są połączone szeregowo i tak umiejscowione na rdzeniu, że wyjścia mają potencjały -10kV i +10kV. Różnica potencjałów, czyli napięcie wyjściowe, wynosi 20kV. Połączenie cewek uziemniono. Tu wprowadziłem małą modyfikację, a mianowicie: rdzeń podłączony do uziemnienia. Przewody cewek, które pochodzą z najbliższych rdzeniowi warstw uzwojenia, także uziemniono. Takie podłączenie rozwiązuje problem przebicia do rdzenia - między rdzeniem i pierwszymi warstwami uzwojeń jest zbyt mała różnica potencjałów, by doszło do przebicia. Jednak pozostają trzy problemy. Primo, między uzwojeniem pierwotnym a -10kV lub +10kV może dojść do przebicia. Secundo, zewnętrzne warstwy uzwojeń mogą się nawzajem przebijać, w końcu 20kV piechotą nie chodzą. Tertio, -10kV i +10kV mogą przebić do rdzenia. Więc co zrobić, żeby uniknąć tych problemów? Mieć w miarę duży rdzeń i dobrą izolację ;) Rdzeń kupiłem na Wolumenie za około 20zł, pochodził do kolorowego tewizora Sony i miał czerwone uzwojenie wtórne z wbudowaną diodą prostowniczą. Rdzeń jest większy niż w większości pozostałych. Pozostała kwestia izolacji. Po paru dniach wertowania forów dyskusyjnych doszedłem do wniosku, że warto spróbować preszpanu i żywicy epoksydowej Epidian 53 z utwardzaczem Z1. Sam preszpan, jak się okazało później, nie ma specjalnie dobrych właściwości izolacyjnych. Ale! Można go impregnować olejem transformatorowym. Preszpan ma niezłe właściwości chłonne, więc uważam, że takie rozwiązanie jest znakomite - preszpan utrzymuje dużą ilość oleju w przestrzeni międzyzwojowej, a sam olej ma napięcie przebicia kilkudziesięciu kV na milimetr. Po wstępnych kalkulacjach zrobiłem (trochę na czuja) pierwszą cewkę. Konnstrukcja jest prosta - wycinamy paski preszpanu, owijamy wokół rdzenia, kleimy klejem błyskawicznym, nawijamy drutem (tu użyłem emaliowanego drutu miedzianego fi 0.15mm) i uważamy, żeby między podłużnymi krawędziami preszpanu a warstwami drutu było około 5mm odstępu. Ma to zapobiec przebiciu do rdzenia. Moja pierwsza cewka ma 6 warstw uzwojenia, każda o średniej szerokości 35mm. 35mm dzielone przez 0.15mm daje 230 zwojów, czyli cała cewka ma 6x230=1380 zwoi. Przy uzwojeniu pierwotnym z 5 zwojami mamy przekładnię transformatora 1380:5, czyli około 275:1. Przy napięciu uzwojenia pierwotnego, powiedzmy, 30V miałbym na wyjściu 8.3kV. Przy drugiej cewce byłoby w przybliżeniu dwukrotnie więcej, czyli 16.5kV. Wystarczy zapodać nieco wyższe napięcie i już mamy 20kV :) Fotka gotowej cewki oraz drugiej w trakcie produkcji:
Jako bonus wgrałem filmik, na którym za pomocą autotransformatora i przetwornicy ZVS sprawdzam stopniowo, czy nie dochodzi do przebić (raz kozie śmierć :-) i muszę przyznać, że test wyszedł znakomicie :) (tylko uprzedzam, że dźwięku nie ma, wyłączyłem go w trakcie kompresji, co i tak niewiele dało).
Może by tak kiełbasę przypiec? Ściągnij na dysk [ok. 10MB]
Obecnie druga cewka jest ukończona i konfrontuję się
z problemem: zbyt mała odległość między cewkami. Najlepiej byłoby znaleźć większy rdzeń z dużą przestrzenią dla cewek. Niestety, z tego co zauważyłem, rdzenie ferryetowe mają to do siebie, że jest proporcjonalna zależność między wielkością całkowitą a średnicą rdzenia. Po prostu są grube
, a największe rdzenie wysokiej jakości Ferroxcube są kosztowne. W tej chwili mam dwie opcje: pierwsza to spróbować na jednym rdzeniu (przez chwilę próbowałem, ale łuk był mały, więc albo to wina podłączenia, albo gdzieś przebija) i ew. zanurzyć w oleju transformatorowym (wtedy byłaby duża szansa, że to zadziała i prawdopodobnie tak zrobię, druga opcja to znalezienie drugiego identycznego rdzenia, lub takiego o takiej samej średnicy kolumn, a następnie podłączenie w niżej opisany sposób:
Projekt wykonany w AutoCAD'zie 2007
Jak dla mnie, takie rozwiązanie ma dużo plusów: podwaja się maksymalna moc, w której całość może pracować - pole elektromagnetyczne dzieli się na pół, po połówce dla każdego rdzenia. Jest też dużo więcej miejsca między cewkami i uzwojeniem pierwotnym. W sumie jedyne niebezpieczeństwo, jakie widzę, to możliwość przebicia do rdzenia przez wyjściowe przewody WN. Niestety, jest mała szansa, że uda mi się znaleźć identyczny rdzeń, ale spróbuję. To be continued.. ;-)