Качер Бровина – как альтернативный способ беспроводной передачи энергии. Качер бровина от а до я Управляемый качер с регулировкой частоты
Развлечения с высоким напряжением доставляют много удовольствия и мало пользы. Это значит нам обязательно нужно собрать что-нибудь такое. Наверное, самая простая схема питания катушки Тесла - это качер Бровина. Его можно собрать на лампе, на обычном или полевом транзисторе. Схема неприхотливая - работает без настройки.
Вокруг кечера Бровина ходят много легенд из-за нестандартной схемы подключения транзистора, который работает в запредельных режимах - совершает пробой внутри себя и сразу же восстанавливается. Не будем описывать сухую теорию, нам нужен лишь результат.
Приведу две схемы подключения качера.
Для транзистора NPN:
Для полевого транзистора:
Решено было собирать вторую схему на полевом транзисторе т.к. других мощных тразнисторов под рукой не было.
Моя схема состояла из: резистора R2 - 2 кОм, резистора R1 - 10 кОм, полевого транзистора VT1 - IRLB8721 (был закреплен на мощном радиаторе т.к. он сильно греется). Схема питалась от 12 Вольт.
Вторичную катушку мотал на канализационной трубе тонким проводом. Примерно 800 витков. Зажал трубу в шуруповерт и наматывал столько сколько влезет.
Первичную обмотку сделал 1,5 витка толстого медного провода. Диаметр намотки лучше делать больше, чем вторичка. Положение и количество витков лучше подбирать опытным путем, что бы подобрать максимальную отдачу по напряжению.
Увеличение мощности разрядов можно добиться не только настройкой антенны, подбором резисторов, но и подключив на вход питания мощный дроссель с конденсатором большой емкости. Повышение питающего напряжение пропорционально увеличивает длину разрядов.
Кечер получился не супер мощный, но для баловства хватило. В воздухе прошибал до 7 мм. Уверенно зажигал газоразрядные лампы в 20 см от обмотки, давал красивые коронарные разряды в лампах накала.
Решено было опробовать первую схему на транзисторе КТ805АМ с теми же номиналами резисторов, что для полевого (2 кОм и 10 кОм). На удивление мощность разрядов возросла в два раза, а в воздухе стабильно горел коронарный разряд. Раз так поперло - оформил установку в виде готового устройства.
В этом обзоре представляем вашему вниманию схему сборки качера Бровина или трансформатора Теслы.
Нам понадобится:
- обмоточный провод;
- NPN транзистор;
- резистор на 47 кОм;
- светодиод;
- пластиковая или полипропиленовая труба длиной 140 мм и диаметром 22 мм;
Обмоточный провод можно не покупать, поскольку он присутствует в каждом зарядном устройстве или блоке питания. Если вы решили снять провод из блока питания, то отметим, что он обмотан на «Ш» или «Е» образном трансформаторе. Одна из катушек на трансформаторе имеет толстый довольно короткий провод. Провод на второй катушке значительно тоньше и его намного больше. В любом случае трансформатор нужно разобрать, чтобы добраться до провода. Это можно сделать постучав молотком по корпусу, благодаря чему лак постепенно разломается и трансформатор будет распадаться на части.
Далее нужно убрать слой изоленты на проводах и освободить обмоточный провод.
Начнем с катушки. Для начала нужно найти длину провода одного витка. Для этого умножаем число Пи (3.14) на наружный диаметр трубы. В случае использования трубы диаметром 22 мм, получится 6.9 см.
Теперь берем длину витка и умножаем на нужное количество витков. В случае автора, их будет 450. В результате получается, что нам нужно 31 м провода, чтобы сделать катушку в 450 витков на трубе, который использует автор.
Далее на рабочем столе отмеряем расстояние в один метр. Это нужно для точной отметки провода.
Обматываем катушку. Это можно сделать вручную, но также можно построить несложный агрегат из шуруповерта или дрели и сделать обмотку более легкой.
Далее берем резистор на 47 кОм, один светодиод, катушку и NPN транзистор. Автор не советует использовать маленькие транзисторы, поскольку они не выдерживают не высоких напряжений, не нагрузок. Лучшим из всех транзисторов, которые использовал автор оказался транзистор BD241.
Начнем саму сборку схемы, которую автор делает на BreadBoard-е для большей наглядности.
На схеме видно, что плюс проходит через резистор и попадает на транзистор, но также идет на катушку, откуда тоже попадает на транзистор. Поэтому первым делом подключаем транзистор.
Распиновка транзистора проста. Представляем ее на рисунке ниже, где B означает базовый, C – это коллектор
Резистор подключаем к базовой ножке.
Второй плюс должен идти на катушку, который в данном случае является простым проводом с пятью витками вокруг провода, который намотали вначале. Подключаем один конец провода к коллектору. Второй конец провода подключаем к одному контакту с катушки.
Второй контакт с катушки подключаем прямо к плюсу.
ПОЧЕМУ не работает «качер Бровина»?
Почему же может не работать такой простой генератор и как его настроить? Для надежной работы генератора необходимо соблюсти ряд простых требований к элементам схемы.
1. Катушка должна быть длинной и многовитковой. Намотка должна быть плотной. Короткая маловитковая катушка с редко намотанными витками резонирует на чрезмерно высоких частотах. К такому же результату приводят пробелы в сплошной намотке, получающиеся, например, при спайке порванного при намотке провода и наличии большого промежутка между соседними витками в этом месте.
2. Транзистор должен быть достаточно высокочастотным для генерации на частоте колебательного контура. Обычно используемые транзисторы КТ805 с разными буквами имеют граничную частоту около 20 МГц, КТ903 - 120 МГц, КТ902 - 35 МГц, КТ819 - 3 МГц. При коротких катушках не все транзисторы могут генерировать на требуемой частоте. Хорошие результаты должны давать высокочастотные (но дорогие) транзисторы КТ921А с граничной частотой до 300 МГц.
3. Нужно правильно подобрать режим транзистора по постоянному току. Ток через транзистор очень сильно и нелинейно зависит от напряжения между базой и эмиттером транзистора. При значении этого напряжения менее 0,5 В транзистор ток не проводит и еще не усиливает и не генерирует. При значении 0,7-1,0 В ток может резко меняться от очень маленького значения до 3-5 ампер, транзистор усиливает и генерирует. При напряжении 1,5 В через транзистор идет максимально возможный ток, транзистор уже не усиливает и не генерирует.
Установить нужный ток 0,5-1,5 ампера можно с помощью резисторов. Для этого при 12-15-вольтовом питании проще всего впаять нижний резистор постоянного номинала 150-300 Ом, а вместо верхнего впаять цепочку из резистора 1 кОм и последовательно включенного с ним переменного резистора на 10 кОм. Используются один из крайних и средний (подвижный) выводы. В начальном положении расстояние между подвижным и крайним выводами (а, значит, и сопротивление между ними) должно быть максимальным. В разрыв одного из проводов питания нужно включить амперметр на 2-10 ампер и, поворотом ручки резистора выставить ток 0,5-1,5 ампера. Если такого амперметра нет, то нужно отслеживать появление генерации с помощью неоновой или люминесцентной ламп, расположенных близко от катушки. Если генерации нет, то нужно поменять местами выводы первичной обмотки, и повторить настройку.
Ток через транзистор сильно зависит от его нагрева при работе генератора. При длительной работе транзистор может стать неуправляемым от перегрева и выйти из строя (перегореть). Для уменьшения этого эффекта можно впаять в эмиттерную цепь резисторноминалом 1 Ом мощностью 2 Вт.
4. Для надежной генерации, не зависящей от параметров источника питания, в схеме между плюсом и минусом должна быть емкостная развязка, желательно из двух параллельно включенных конденсаторов: один электролитический емкостью примерно 1000 мкФ, выдерживающий с запасом напряжение источника питания, другой бумажный или керамический емкостью 0,1-0,5 мкФ с теми же требованиями к рабочему напряжению. Электролитический конденсатор обычно имеется внутриисточника питания, поэтому его можно не ставить.
Похоже, что каждый первый тесластроитель уже собрал «качер». У каждого второго он взорвался, а каждый четвертый пытается выяснить у меня, почему-же он взорвался. Поэтому, сегодня попробуем провести работу над ошибками в схеме качера.
Классическая схема качера выглядит вот так:
Работает он довольно просто - ток из сети 220в проходит через дроссель L1, выпрямляется диодом D1 и конденсатором С1.
Резисторы R1 и R2 подбирают так, чтобы транзистор оказался на пороге открывания. Когда он открывается, ток начинает течь через катушку L2 (это первичная обмотка), при этом, в резонаторе L3 начинаются колебания. Колебания закрывают транзистор(для этого нужно правильно подобрать фазировку обмоток), а потом открывают его снова и схема «заводится».
Стабилитрон D2 защищает затвор транзистора от высокого напряжения, и, заодно. обеспечивает путь току вторичной обмотки в землю.
Казалось-бы, классная схема! Очень простая и даже работает. Но, у нее есть и несколько недостатков.
Управление
Специально для этой статейки, я собрал классический качер и выяснилось, что ток в резонаторе L3 довольно медленно нарастает. При этом, транзистор находится в линейном регионе (и не открыт и не закрыт), из-за чего выделяет много тепла, и транзистор превращается в печку. Особо жестоко транзистору приходится, когда колебания не начинаются - вся подаваемая мощность выделяется на нем.Для того, чтобы транзистор не мог оказаться в линейном режиме, нам необходим «настоящий» драйвер. Я использовал готовую микросхему, но я практически уверен, что можно использовать просто комплиментарную пару биполярных транзисторов.
При этом, пришлось добавить трансформаторное питание. Я пытался сделать схему с самопитанием, но ничего хорошего из этого не вышло. Наш качер стал выглядеть вот так:
Тут, резистор R1 обеспечивает запуск, переключая выход транзистора с частотой 50Гц. Такая схема стала греться намного меньше, запускается без какой-либо настройки и работает очень стабильно.
Большой недостаток такой системы старта состоит в том, что если что-то пойдет не так и колебания в обмотке прекратятся, транзистор останется открытым и сгорит как в классическом качере, может помочь дроссель или какая-то более интеллектуальная система старта, но мы пока заморачиваться не будем:)
Выбросы
На стоке транзистора присутствуют очень большие выбросы по напряжению. Они появляются из-за того, что когда транзистор выключается первичная обмотка, как любая индуктивность, продолжает поддерживать ток через нее. Току деваться некуда и он заряжает емкость сток-исток до очень большего напряжения.Но нам повезло - MOSFET транзисторы при превышении максимального напряжения работают как стабилитроны - пробиваются, но, при этом, не повреждаются. Для ограничения тока через транзистор и служит дроссель L1.
У такого решения есть два недостатка -
- Транзистор греется на всю не потребленную мощность (то есть, мощность на мощность, пропускаемую дросселем минус мощность стримера), и его вполне можно использовать как кипятильник.
- Сами дроссели довольно большие и для приличной мощности их нужно набрать немалую охапку.
При отключении транзистора, первичная обмотка заряжает конденсатор C4 (ток течет по пути L2-C4-D6), а при включении, C4 разряжается по пути D7->L1->C4->Q1. В итоге, напряжение на стоке Q1 достигает 2х напряжений питания, что уже вполне приемлемо.
Естественно, могут проскакивать мелкие иголки выше напряжения питания, но их можно словить обычным супрессором:
Безопасность
Такой качер - очень опасная штука. Его стример никак не отвязан от сети, считай, соединен с фазой. Люди у нас очень любят лазить в стример руками, и очень легко могут эсктерминироваться. Для развязки можно попробовать использовать Y2 конденсатор, но так-как он работает не в штатном режиме, никто не сможет гарантировать что его не пробьет, поэтому остается только использовать трансформатор тока для съема сигнала обратной связи:
Как вариант, можно запускать качер через развязывающий трансформатор 220/220 как это делал я.
Тесты
Можно многое еще усовершенствовать в этой мелкой схемке, но и этих изменений достаточно, чтобы схемка вполне неплохо запустилась, ничего не грелось и все стабильно работало. Я смакетировал это все в «лучших традициях макетирования» с транзистором IRFP450, катушкой от QCW теслы, какашками и ветками.Стример сразу получился порядка длинны вторичной обмотки. Естественно, на IRFP450 подавать напрямую 220в нельзя он рассчитан всего на 500в, а при 220в на нем будет 700в, поэтому, пришлось питать его через ЛАТР.
Катушка L1 намотана на каркасе от припоя диаметром 2см, содержит 20 витков провода диаметром 0.5мм, без сердечника.
Выводы
С одной стороны, мы получили неплохие результаты, и, если поставить каике-нибуть транзисторы по-вольтистее, этот качер вполне можно будет включить на прямую в сеть и получать довольно большие стримера.С другой стороны, схема получилась не намного проще классической схемы с полумостом, но, при этом, имеет проблемы с безопасностью, нагрузки на компоненты тут намного больше, ну и есть еще пара нерешенных моментов - к примеру, выход из строя при КЗ вторичной обмотки. Вообщем, если вы хотите результатов лучше, чем на картинке, или хотите надежную теслу, я бы не стал тратить на качер время.
Качер отличается от блокинг-генератора электронной плазмой образующейся в p-n-переходе, за счёт которой мы и получаем достаточно высокое напряжение на выходе без применения высоковольтного трансформатора , . В этом можно убедиться, если собрать несложную схемку приведенную ниже. Единственный трансформатор в ней — это две обмотки на ферритовых кольцах на 20 и 5 витков. Несмотря на свою простоту, при 12В питания схема даёт на выходе X1 порядка 1700 Вольт импульсного напряжения (без нагрузки).
Схема может работать в двух режимах: экономичном (разомкнут переключатель SA1) и обычном (контакт SA1 замкнут). В экономичном режиме, при 12В питания, устройство потребляет ток 200..300мА.
Самая интересная в схеме деталь — ферритовый трансформатор TV1.
Он мотается на двух вместе сложенных ферритовых кольцах диаметром 10мм.
Коллекторная обмотка составляет 5 витков, а базовая — 20, причём, если первая мотается по часовой стрелке, то вторая — против.
Провод желательно использовать во фторопластовой изоляции, диаметром 0.05-0.3мм. Коллекторную обмотку лучше намотать более толстым проводом.
Транзисторы для данной схемы испытывались разные. Закономерность выяснилась следующая: чем выше паспортное максимальное напряжение коллектор-эмиттер, и чем круче ВАХ транзистора, тем большее напряжение можно получить на выходе. Идеально подошел импульсный высоковольтный MJE13005 . Его нужно будет установить на небольшой радиатор.
Дроссели L1 и L2 стандартные, на 100мкГн. Конденсаторы выбирайте на напряжение не ниже 100В.
Настройка
Здесь потребуется осцилограф с высокоомным выходом, щуп которого нужно расположить рядом с выходом X1. Лучше не подключаться напрямую, т.к. высокое напряжение может повредить осцилограф. Установите R1 в среднее положение, переключатель SA1 разомкните, и подключите питание 12В. Если осцилограф не показывает качерных испульсов, то поменяйте выводы базовой обмотки TV1.
Если нет осцилографа, то настройку устройства можно произвести с помощью «вилки Авраменко». Её нужно подключить одним-единственным входом к выходу качера.
При работающем качере светодиод HL1 будет светиться несмотря на то, что второй конец этого нехитрого устройства никуда не подключён.
В зависимости от решаемых задач может потребоваться подключать качер к разным нагрузкам. Самое простое — через диод (лучше SF56) и сглаживающий конденсатор запитать лампу дневного света рассчитанную на 220В. При замкнутом SA1 и напряжении питания 15В можно зажигать 10-ти Ваттную лампочку.
Для некоторых задач нужна быстрая зарядка конденсатора до высоких напряжений. Это можно сделать по предыдущей схеме, но конденсатор д.б. неэлектролитическим и рассчитанным на напряжение в 2000В. Также, в этом случае, вместо одного нужно поставить 4-е последовательно соединённых диода.
Самый интересное подключение — длинная линия, обычно — коаксиальный кабель. Его оплётка соединяется с общим проводом схемы, а центральная жила — с выходом X1.
А что будет, если в схеме качера вместо одного транзистора поставить два и заставить их работать попеременно? Читайте об этом .
Используемые материалы
- Коротков Д.А. Разработка и исследование генераторов мощных наносекундных импульсов на основе дрейфовых диодов с резким восстановлением и динистров с глубокими уровнями
- Пичугина М.Т. Мощная импульсная энергетика
Горчилин Вячеслав, 2014 г.
* Перепечатка статьи возможна с условием установки ссылки на этот сайт и соблюдением авторских прав
