У всех в голове Новый год, а у меня — как обычно.

[See image gallery at teslacoil.ru] Неспешное строительство и наладка моей третьей большой DRSSTC почти закончены. Конструктивно она представляет собой то же, что и каждая из двух катушек Системы Пыщь Пыщь, с изменением некоторых номиналов и наименований деталей. Ну и, разумеется, она больше и мощнее — примерно в полтора раза и то, и то, — чем каждая из них. Первичные тесты в помещении показали разряды в 1.7-2 метра, ограниченные размерами комнаты. Дальнейшие пробы потребовали вынесения на улицу, несмотря на мороз. Поскольку от отсутствия предметов рядом резонансная частота уползла, пришлось довольно долго возиться с поиском нового положения контакта первички.

В мосте стоят ключи — 2 шт CM300DY-24H, и электролиты 400V 5700uF каждый, всего 4 шт. Контурная ёмкость 400 нф. Отличительной особенностью катушки является необычно большая первичная обмотка: 11 витков. Благодаря такой первичке можно проверять влияние коэффициента связи на ток в контуре и разряд, перемещая нижний контакт вверх по виткам. Также она позволяет использовать катушку совместно с Тесла-тумбой (это такая специальная изолированная подставка, на которую встаёт подключенный к катушке Тесла Тесламэн, с целью стримероиспускания из конечностей и головы).

OCD настроен на 1500А. Похоже, что на низких частотах его не всегда достаточно. К сожалению, драйвер не позволяет нормально его увеличить далее этого предела, так что для дальнейшего повышения мощности, помимо буст-конвертера и нормального бензогенератора в питание, необходимо перемотать трансформаторы обратной связи для повышения предела тока.

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] Поскольку Тесла-костюм из кольчуги и нержавеющей ткани в итоге остался у меня, то, пожалуй, можно заявить о наличии всего необходимого для классического Тесла-шоу. Кроме, разве что, машины для транспорта, и бензогенератора для развязки от сети, но это проблемы решаемые на месте.

Для тех, кто не в курсе, дам краткую справку. Тесла-шоу — это такое театрализованное развлечение, наподобие циркового или фаершоу, ключевым  элементом которого являются трансформаторы Тесла. Вариантов такого высоковольтного шоу — множество разных, но самым популярным является примерно следующий: одна, две или более музыкальных катушек Тесла на расстоянии 1.5-2 длин разрядов друг от друга проигрывают заранее подобранную MIDI-мелодию с компьютера или синтезатора, а актёр в костюме — Тесламэн — между ними что-нибудь из себя изображает и ловит разряды в руки, голову и т. д. Это энергетическое шоу может дополняться: дым-машиной, лазерным шоу, акустикой с основных динамиков (задающей общую музыкальную тему, в которую трансформаторы Тесла вплетаются одним из инструментов), всякими газоразрядными приблудами (неоновая лампа в руках Тесламэна смотрится очень эффектно), и так далее. Особый шик — использование выше упомянутой Тесла-тумбы.

[See image gallery at teslacoil.ru] Некоторые обладатели больших катушек Тесла сценического формата, в основном, сделанных по устаревшей, ненадёжной и опасной для данного применения искровой технологии, так или иначе пытаются использовать их для такого шоу. Наиболее известны в данном отношении «Паноптикум научных развлечений» на ВДНХ и музей «Экспериментариум», оба в Москве. Поскольку большая часть зрителей никогда не видели ВООБЩЕ никакого Тесла-шоу, то даже немузыкальный вариант его имеет определённый успех. Но, к сожалению, Тесла-шоу с использованием таких катушек практически всегда стационарно, ввиду их огромного веса, и требует исключительных мер безопасности и квалификации ввиду использования смертельно опасных высоковольтных силовых трансформаторов. А ещё искровые катушки требуют регулярного обслуживания в виде настройки разрядника, и, по слухам, в одном из упомянутых шоу очень часто выходят из строя с заменой ключевых частей типа конденсаторов и вторичной обмотки.

На данный момент единственным известным в России организатором современного музыкального Тесла-шоу является творческая группа TeslaFX, также в Москве.

А скоро буду ещё и я

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]   [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

Кстати. Я недавно довёл до кое-как условно-рабочего состояния второй сайт (типа магазин). Вкратце, если вы хотите купить катушку Тесла — вам сюда:

Всем Нового года.

The post Предновогодние развлечения [зачатки Тесла-шоу] first appeared on Катушки Тесла и все-все-все.

[See image gallery at teslacoil.ru] Способ 1, базовый: алюминиевая гофра.

Стандартная вентиляционная гофра из алюминия — классический способ сделать тор. Она дёшева, распространена, и легко обрабатывается. Единственная проблема с ней — крепёж краёв, а главный недостаток — низкая жизнестойкость: любое слабое механическое воздействие типа падения приводит к появлению на ней необратимых вмятин, безобразно портящих внешний вид и иногда функциональность.
Как сделать: берём фанеру, выпиливаем два одинаковых диска. Это будет центральная часть тороида. Если лень пилить, берём пластиковые поддоны от цветочных горшков. Сверлим по центру отверстия, насаживаем на шпильку с резьбой, проставляем где надо гайками и шайбами, фиксируем. Это основа тороида. Далее берём гофру, предварительно растягиваем её до нужной длины. Стоит учесть, что чем более растянута гофра, тем менее она прочна и тем хуже выглядит. Растянутую гофру оборачиваем вокруг основы и скрепляем краями саму с собой. На этом этапе полезно иметь четыре руки (т. е. скреплять гофру вдвоём): один держит, второй фиксирует. Фиксировать можно: алюминиевым скотчем по стыку, термоклеем по стыку, сшивать медным проводом. Можно изобрести что-нибудь ещё, главная задача — зафиксировать гофру. После этого этапа гофра приклеивается к основе в нескольких точках любым способом (я советую термоклей), чтобы устранить болтания. От центральной шпильки как угодно выводится гальванический контакт к собственно гофре — например, путём заклейки всей основы алюминиевым скотчем. Всё, тороид готов. Этим способом с несущественными вариациями сделаны 90% моих тороидов, и большая часть известных мне тороидов от других конструкторов.

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

[See image gallery at teslacoil.ru] Способ 2, расширенный: шпатлевание.

Довольно трудоёмкий способ, позволяющий получить хороший и почти профессионально выглядящий тор. Те, кто когда-либо занимался шпатлеванием, могут дальше не читать, а просто смотреть картинки. Для остальных же распишу что и как.
Сначала надо сделать тор из гофры по «базовому» способу. Далее берём самую обычную шпатлёвку (лучше сразу финишную), и равномерно при помощи шпателя обмазываем ей тор. Обмазывать надо достаточно густо, с заходом на основу, чтобы нигде не торчало алюминия.  [See image gallery at teslacoil.ru] Шпатлёвки уходит много: на тор размером 50х16 у меня ушло два ведёрка по 1.5кг, и их хватило еле-еле. Для удобства лучше всего закрепить тороид на импровизированном стенде, который позволит его свободно вращать. После полного покрытия шпатлёвке надо дать просохнуть (например, под горячим воздухом от тепловентилятора). После полного просыхания берём шкурки, начиная с самой крупнозернистой до нулёвки, и методично и мучительно, меняя шкурки по мере продвижения в разглаживании поверхности, сошкуриваем все торчащие участки.  Чем больше участок торчит, тем быстрее он сошлифовывается, и в перспективе весь тор станет гладким и ровным. [See image gallery at teslacoil.ru] Если всё получилось, то необходимо покрыть его любым лаком для окончательной фиксации шпатлёвки и снова дать просохнуть. Далее на лак наклеивается алюминиевый скотч, с таким расчётом, чтобы закрыть все свободные места. Здесь есть одна проблема, а именно — скотч можно ровно наклеить только на очень большой тор. На малых будет ощутимо заметна проблема, связанная с кривизной поверхности: алюминиевый скотч будет неисправимо идти складками. К счастью, складки эти разглаживаются (например, при помощи столовой ложки), но эстетика пропадает. Мне было ужасно лень с ними возится, и поэтому мой тор выглядит как шкура шарпея. Но издалека он смотрится определённо симпатичнее обычной гофры.
Плюсы метода: тороид прочнее, гораздо лучше выглядит, более гладкий.
Минусы: весьма трудоёмко, тороид значительно больше весит, чем базовый из гофры.

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

[See image gallery at teslacoil.ru] Способ три: паяный из меди/алюминия.

В CW-катушках, как, например, мои аудиокатушки, возникает новая проблема: сплошной алюминий гофры представляет собой единый замкнутый виток большой площади, и, в результате, наверху катушки Тесла, работающей в непрерывном режиме, чувствует себя как сковорода в индукционном нагревателе, раскаляясь порой до температур более сотни градусов Цельсия. Чтобы избежать этого, тороид можно делать не сплошным, а сетчатым. На рабочих частотах в сотни килогерц нет принципиальной разницы между ёмкостью цельного предмета и предмета той же формы, но состоящего из сетки. Приближённо можно представить себе такой предмет с точки зрения электрического поля как будто бы обтянутым резиной, слегка вогнутой внутрь ячеек сетки.
Два основных способа сделать сетчатый тор сводятся к следующим: а) сделать спираль из провода, после чего согнуть её в тор,
б) сделать несколько колец разных диаметров (концентрических с вертикальной проекцией тороида), после чего скрепить их перпендикулярными им кольцами, совпадающими по диаметру с диаметром трубы тороида.

[See image gallery at teslacoil.ru]   [See image gallery at teslacoil.ru]
Способ А значительно проще и не требует особых пояснений. Способ Б более трудоёмкий, особенно в случае алюминия, который очень трудно паять. Зато им можно сделать огромные тороиды для профессиональных катушек Тесла, выдерживающие переезды, удары и падения, при этом одновременно лёгкие и достойным образом выглядящие. При этом большой тороид такого рода можно сделать из толстого провода, допускающего аргонодуговую сварку, что сделает его практически неуничтожимым. Моделька на картинке чуть ниже изображает большой сварной тороид, от конструкторов из Lightning on Demand.

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

[See image gallery at teslacoil.ru] Способ 4: вращение

Самые лучшие, не имеющие аналогов тороиды, получаются при помощи изготовления вращением, т. н. spun toroids. Суть этого способа такова: в мощный двигатель, например, в токарный станок, зажимается специальная оправка из дерева или стали, а перед ней зажимается заготовка в виде круглого листа тонкого алюминия. Далее при помощи лома или подобного инструмента, зафиксированного относительно станины двигателя, оператор как бы намазывает алюминий на шаблон. В результате получается половинка тороида. Две таких половинки полируются, скрепляются любым удобным способом и получается замечательный, профессиональный и чрезвычайно приятный по виду и свойствам тор.  Для полного понимания сути проще всего посмотреть два видео: http://www.youtube.com/watch?v=quvLVeWS3N4 и http://www.youtube.com/watch?v=kIslwnsfq3g. К сожалению, найти способного на такую работу мастера трудно, а готовые такие торы стоят невменяемых денег, растущих почти пропорционально его внутреннему объёму.  У меня нет ни одного такого, а потому все фотографии их не мои (как и видео), и взяты из открытых источников в сети.

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

Есть масса иных способов сделать тороид. Например, можно было бы рассказать про сварку его из полукруглых уголков труб, про обтягивание сеткой-рабицей автомобильной камеры, про крепление металлических труб-обручей проставками из пластика, про гальваническое покрытие формы, про штамповку гидроударом в пресс-форму, и множество иных. Но все они настолько мало популярны (ввиду специфичности применений), сопряжены с техническими трудностями и дорогостоящи, что проще предоставить интересующимся самим продумать при необходимости их подробности и процедуру изготовления. Нижеследующий снимок взят с tesladownunder.com.

Такие дела. Всем гладких торов, господа.

The post Как сделать тороид для трансформатора Тесла first appeared on Катушки Тесла и все-все-все.

Из газоразрядных ламп можно собирать самосветящиеся в поле качера или катушки Тесла скульптуры, инсталляции, и так далее, вплоть до, например, костюма из зелёных ТЛЗ.

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

The post Разноцветье отечественного неона first appeared on Катушки Тесла и все-все-все.

Управление осуществляется с ноутбука через программный эмулятор MIDI, позволяющий передавать MIDI-команды на USB-порт, к которому подсоединён MIDI-прерыватель на Atmega8. Соответственно, всё управление осуществляется через MIDI: либо через виртуальную клавиатуру, либо через подключенный к ноутбуку синтезатор, либо просто путём воспроизведения на ноутбуке MIDI-файла. На каждую из катушек проходит свой оптический трансмиттер, на одну подаётся MIDI-канал за номером 1, на вторую — за номером 2, допуская, таким образом, дифоническое воспроизведение музыки. Каждый из каналов допускает раздельное регулирование ширины импульса (и т. о. громкости/длины разряда при фиксированной ноте).

[See image gallery at teslacoil.ru] «Сердцем» катушки является силовой мост на современных IGBT-модулях, каждый из которых содержит в себе 2 ключа, способные переключать в режиме хардсвича 300А при предельном напряжении 1200 вольт. Поскольку в данном их применении благодаря предиктеру присутствует резонансный режим, переключение мягкое (в нуле тока), и режим работы импульсный, ключи спокойно выдерживают токи в 1000+ ампер. По управлению ключи защищены резисторами по Б-Э (470 ом) и сапрессорами, также последовательно базе стоит дедтайм-формирующая RD-цепь. Фильтрующие конденсаторы — силовые инверторные электролиты EPCOS, всего 4 штуки, соединённые попарно последовательно-параллельно.Параллельно им прямо на выводах IGBT-модулей стоят плёночные конденсаторы, предназначенные как раз для подобного монтажа. Околонулевая индуктивность проводников между кристаллом ключа и этими плёнками обеспечивает взрывобезопасность и отсутствие выбросов на ключах. Выпрямляет питание к ним трёхфазный диодный мост. На алюминиевом радиаторе стоит 12-вольтовый кулер.

В ММС-батарее первичного контура использованы плёночные конденсаторы EPCOS номиналом 0.1 нф, 1000VDC, всего 300 штук, общим номиналом 300 нф 10 кВ. Расчётное напряжение на батарее не должно превышать 5-6 кВ (исходя из индуктивности первичного контура 9.5 мкГн, и предельного тока 1000-1300А, а также формулы CU^2/2 = LI^2/2). Снимок ниже — тестовый запуск одной из катушек «на соплях».

Обратная связь для драйвера сделана на каскадном трансформаторе тока, из трёх колец, одного основного и двух вторичных, более мелких. Основное кольцо содержит 50 витков, мелкие по 20, давая т. о. коэффициент трансформации 1:1000. Один из них используется для обратной связи и предиктера, второй — для OCD.

Поскольку большая ёмкость электролитов моста при втыкании её напрямую в сеть потребляла бы импульс тока, аналогичный короткому замыканию, для их плавной зарядки была сделана примитивная, но надёжная схема через пускатель, резистор и таймер. При подключении катушки электролиты вначале заряжаются через ограничивающий ток резистор (27 ом), а по истечении 1 секунды резистор напрямую закорачивается пускателем, каковой остаётся включённым всё остальное время работы катушки. Пускатель соответственно рассчитан на рабочий потребляемый ток (32А+).

[See image gallery at teslacoil.ru] О резонаторе. Первичная обмотка сделана медной трубкой 10 мм, стенка 1 мм, 5 витков с шагом 12 мм. Резонанс находится на 4.3 витках. Вторичная обмотка сделана медным проводом 0.9 мм на ПВХ трубе 250 мм, длина намотки 110 см. Тороид выполнен из алюминиевого воздуховода, и имеет размеры 20х80 см. Рабочая частота системы 90 кГц. Коэффициент связи не рассчитывался и не измерялся. Контакт заземления и нижней части вторички — пружинный (вторичка просто ставится поверх первички), контакт тороида с верхней частью вторички — болтовой (тороид накручивается через соединительную гайку на шпильку).

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

[See image gallery at teslacoil.ru]   [See image gallery at teslacoil.ru] Вся электронная часть, а также первичка, смонтированы в кубическом фанерном корпусе размером 50х50х50 см, обшитом алюминиевым профилем. Корпус выкрашен в чёрный цвет и имеет разъёмы, соответственно, питания, оптического ресивера и заземления, а также автоматический предохранитель, одновременно работающий выключателем питания. Корпус стоит на колёсах для удобства перемещения и имеет две ручки для переноски.

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

На закуску — осциллограмма тока в первичном контуре. Снята трансформатором тока 1:50. Размах 660 ампер в пике. Снято в процессе настройки.

The post Парная музыкальная DRSSTC (DR-2.5) first appeared on Катушки Тесла и все-все-все.

[See image gallery at teslacoil.ru] Сия катушка — совместный проект меня и sifun’a (по правде говоря, основную работу сделал он: всё управление и buck-конвертер в питании). Параметры: резонатор 16х16 см проводом 0.4 мм, 6-витковая первичная обмотка с высоким коэффициентом связи со вторичкой, небольшой тороид. Частота около 320-340 кГц. Обратная связь по трансформатору тока 1:25, с большой разделительной ёмкостью (для правильного поворота фазы). Управление накачкой: микроконтроллер Attiny13, который драйвит buck-конвертер (по сути, электронный ЛАТР). Обратная связь автогенератора реализована через хитрый двухступенчатый драйвер:  перед силовым мостом (на FCA47N60) стоит предусилительный на полевиках, выпаянных с материнской платы (маркировку не помню), которые раскачиваются при помощи UCC27425. [See image gallery at teslacoil.ru] Развязка сделана на трёх GDT, один с пятью обмотками от UCC до материночных фетов, и по два трёхобмоточных от материночных фетов до силового моста. Мост обвязан диодами HFA30TB60, TVSами 1.5KE400 и снабберами из керамических конденсаторов на 1000пф с высоким ESR (таким образом, снабберные резисторы оказываются излишни). Резонансная ёмкость последовательно с первичкой — три штуки К78-2 последовательно, ёмкость суммарно 33 нф.

Всё это вместе, несмотря на феноменальную сопливость, даёт около 90 сантиметров разряда, вшестеро превышая длину резонатора (вторички). Пиковая мощность — около 15 киловатт, судя по показаниям датчика тока в первичке.

Когда-нибудь, когда катушка перестанет представлять собой кучу соплей, окажется оформлена в корпус, и будет стабильно и эффективно работать, я подробно распишу нюансы её работы, и, возможно, составлю схему и инструкцию по сборке аналога (если статья Эрика не окажется для кого-либо исчерпывающей).

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

The post QCW DRSSTC first appeared on Катушки Тесла и все-все-все.

В общем случае типичная SSTC представляет собой устройство из нескольких основных блоков.

1. Силовая.

Основная часть катушки — силовая, возможные решения — полумост или мост (мост представляет собой просто два полумоста, соединённых так, чтобы раскачивать первичную обмотку с удвоенной амплитудой). Полумост представляет собой два последовательно соединённых полевых транзистора (MOSFET, далее просто фет), поочерёдно открывающихся и закрывающихся за счёт прямоугольного сигнала с драйвера. Вдаваться в теорию работы не буду, ей посвящены мегабайты текста в других местах. Для повышения выживаемости фетов последние обвязаны ультрабыстрыми диодами: один последовательно и один параллельно, и саппрессорами на нужное напряжение (для нас — 400 вольт, например, вполне пойдёт). Первичная обмотка располагается между средней точкой фетов и средней точкой из двух силовых плёночных конденсаторов, таким образом первичная обмотка качается от 0 до Vпит каждый такт работы. Недопущение открытия обоих транзисторов одновременно (такое зовётся словом «сквозняк» — по сути, закорачивание всей схемы через феты) обеспечивается т.н. дед-таймом, временем, когда оба фета закрыты. Также очень желательна обвязка фетов снабберами (RC-цепочка от стока к истоку, где характерный порядок R — 5-20 Ом, а C — 500-2000 пФ), каковые сильно увеличивают теплопотери и нагрев транзисторов, но зато весьма надёжно защищают их от бабахов — за надёжность платим нагревом.

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

Основное преимущество полумоста: нужно вдвое меньше деталей. Основное преимущество моста: вдвое большая возможная мощность.

В данной катушке использован полумост из соображений компактности. Но ничто не мешает расширить его до моста, что вскоре и будет сделано в следующей конструкции того же класса.

2. Управление (развязка сигналов).

Развязка необходима, чтобы гальванически отвязать друг от друга управление фетов. Применительно к катушке стоит говорить только о двух типах развязок: трансформаторная (GDT, gate-drive transformer) и оптическая (на оптронах). GDT представляет собой небольшое ферритовое кольцо, на котором максимально плотно друг к другу намотаны три (или пять для моста) обмотки: одна подключённая к драйверу и две (четыре) — к затворам-стокам соответствующих транзисторов силовой части. Оптрон — небольшая микросхемка, содержащая светодиод и фототранзистор, сигнал передаётся за счёт мерцания светодиода.

Преимущества GDT: минимум настройки, элементарное управление, значительно более низкая стоимость и простота изготовления, автоматическое формирование дед-тайма. Недостатки — необходимо отыскать хороший феррит и рассчитать и качественно намотать сам GDT — подробнее об этом писал BSVi в своей статье. Важно: при подключении необходимо следить, чтобы управление затворами транзисторов происходило в противофазе (как того требует топология полумоста). Преимущества оптронов: точное управление и минимум искажений сигнала. Недостатки — куча компонентов (на каждый канал (4 для моста, 2 для полумоста): оптрон, его обвязка (в том числе SMD керамика на ноги) и питание), необходимость формировать дед-тайм, сложность в работе, а ещё оптика страдает от помех от трансформатора Тесла.

Мой выбор — однозначно GDT.

При его использовании, кстати, желательно поставить стабилитрон на 15 вольт между истоком и затвором фета. Я их не использовал, и так всё работает, но лучше его там иметь, чтобы исключить пробой по затвору из-за глюков GDT, каковые могут возникать при издевательствах над катушкой в процессе настройки.

3. Драйвер.

Для управления достаточно «тяжёлыми» затворами транзисторов необходимо обеспечивать изрядный импульсный ток. Для этого используются специальные микросхемы, наиболее известные — серии UCC, например, UCC23721. Бывают одноканальные (выше мощность каждого отдельного драйвера, но необходимо ставить по микросхеме на каждый канал), двойные (два драйвера в одном корпусе), а также инвертирующие и неинвертирующие и с логическим вкл-выкл (он же ENABLE) или без оного. В ранее мной виденных схемах катушек Тесла на транзисторах использовались UCC27321 — 27322, одноканальные. Но, оказывается, существует замечательный драйвер UCC27425, который представляет собой идеальный вариант: содержит два канала, один инвертирующий, и второй прямой (индекс 5 в конце обозначения), а также ENABLE (индекс 4), что позволяет как подключать к нему прерыватель, так и превращать прямой сигнал в два — обычный и инвертированный. Единственный его недостаток — не очень большая мощность (4 ампера в импульсе), но, тем не менее, его полностью хватает для тягания довольно тяжёлых 47n60 полевиков. Таким образом, схема драйвера упрощается до одного единственного корпуса DIP8. На ноги микросхемы по питанию обязательно необходима SMD-керамика максимально имеющейся ёмкости (у меня 10 мкф). Никаких танталов, керамика и только керамика.

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

4. Генератор.

Генератор — задатчик резонансной рабочей частоты колебаний первички. Самый очевидный способ, в то же время самый неэффективный: использовать внешний генератор, например, на TL494, UC3825, IR2153 или другой соответствующей. Неэффективен он тем, что точная подстройка в резонанс без обратной связи от вторички практически невозможна: любое изменение условий работы, даже просто сам факт появления разряда, мгновенно унесёт рабочую частоту достаточно далеко для выхода из резонанса. Более прогрессивно и удобно просто использовать антеннку, которая будет ловить сигнал. Обрезая верх и низ принимаемого ей синусоидального сигнала при помощи вилки из диодов Шоттки, мы получаем прямоугольный сигнал (фактически логические 0 и 1) на входе драйвера. Ещё лучше вариант — ФАПЧ (PLL), фазовая автоподстройка частоты: внешний генератор, фаза и частота которого подстраиваются тем же способом — антеннкой, но это отдельная тема, и не факт, что PLL может быть лучше автогенератора. Тема требует более подробного изучения.

Как вариант, вместо антеннки можно использовать трансформатор тока с низа вторичной обмотки. Этот метод в общем случае сильно надёжнее, но несильно удобнее.

В этой конструкции использована антенна как наиболее простой и удобный способ.

5. Прерыватель.

[See image gallery at teslacoil.ru] Для уменьшения средней мощности, прокачиваемой сквозь катушку, и получения трескучих красивых разрядов, сигнал необходимо рвать. Благодаря наличию у UCC27425 ENABLE-входов, достаточно просто подключить к ним выход элементарного генератора на 555-м таймере. 555 не самая удобная для этого микросхема, но, определённо, самая простая и популярная. Использованная схема чуть отличается от общепринятой включением переменных резисторов. Более продвинутая версия может содержать в себе второй таймер для прерывания первого — т.н. burst-mode, двойное прерывание.

Короче, топология этой катушки: автогенератор с GDT и полумостом, драйвер UCC27425, феты FCA47N60, обвязка саппрессорами 1.5КЕ400A и ультрафастами HFA30TB60.

Резонатор (вторичная обмотка) — примерно 250 кгц частотой, размеры 11х16 см, провод 0.2 мм. Тороид свит из медной трубки и представляет полностью разомкнутый виток для уменьшения ВЧ-нагрева оного. Высота первички относительно вторички подобрана довольно точно для достижения тока в первичном контуре около 30А (предельный для диодов). Количество витков особой роли не играет, поскольку ток зависит чуть менее, чем полностью только от коэффициента связи обмоток, а оный настраивается положением первички.

[See image gallery at teslacoil.ru] Порядок сборки и настройки примерно таков. Вначале конструируем связку прерыватель-драйвер. Далее мотаем GDT. Используя внешний генератор на частоту близкую к нашей рабочей, проверяем работоспособность драйвера. Делаем силовую часть (лучше всего на радиаторе от процессора компа, они почти идеальны для этого, только просверлить дырки под крепёж фетов и диодов), не забывая изолировать все детали прокладками от радиатора, подключаем свободные выводы GDT к затворам и истокам и смотрим, как он справляется с передачей сигнала на ёмкостную нагрузку затвора. Если сигнал хороший (более-менее ровный прямоугольник), значит всё работает как следует. Других вариантов (плохой сигнал) тонны, как с ними справляться — по ссылкам внизу, масса теории и практики по теме. Собственно, после этого остаётся дособрать питание силовой части, подключить резонатор и аккуратно, через латр и балласт, попробовать запустить катушку. [See image gallery at teslacoil.ru] При отсутствии реакции надо подёргать положение и размер антенны, а также попробовать сменить фазировку первичной обмотки.Нужно мониторить ток в первичке (например, трансформатором тока на ферритовом колечке подходящей проницаемости) и настраивать положение первичной обмотки так, чтобы он не превышал рабочий для диодов и/или транзисторов.

Самое ценное: схема. Постарался сделать её как можно более понятной и читаемой. Внимание, у 555 для удобства изображения нумерация ног произвольная — не путать и делать согласно их реальному нумерованному порядку, а не геометрическому расположению на схеме! Минусы питания и драйвера — не соединять.
UPD: исправил мелкий косяк в схеме: точка пересечения антенны, входа драйвера и диодов Шоттки 1n5818. Их всех следует спаять вместе.
ДЛЯ ЭТОЙ СХЕМЫ НЕ ПОДОЙДЁТ НИКАКАЯ МИКРОСХЕМА ДРАЙВЕРА, КРОМЕ UCC27425. Я НЕ ЗНАЮ АНАЛОГОВ, Я НЕ ЗНАЮ ГДЕ ЕЁ КУПИТЬ, МНЕ БЕСПОЛЕЗНО ПИСАТЬ ПО ЭТОМУ ПОВОДУ. Спасибо за понимание.

СХЕМА УСТАРЕЛА и оставлена здесь из исторических соображений и наличия в ней простого прерывателя. Больше нет необходимости приобретать дорогие 47N60 и диоды; их можно заменить дешёвыми и намного более надёжными IGBT. Пролистайте ниже для более свежей и актуальной схемы.

Полностью собранная катушка умещается внутрь корпуса от питальника компа, и остаётся довольно много места в запасе под что-нибудь ещё.

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

Рекомендуемые к изучению ссылки (без них я вряд ли бы что-то сконструировал):

http://stevehv.4hv.org/SSTCindex.htm — основная референтная страница от гуру полупроводниковых катушек, Стива Варда. Его самая популярная для копирования катушка SSTC-5 частично послужила основой для данного моего проекта.

http://bsvi.ru/raschet-i-primenenie-gdt/ — расчёт и применение GDT от BSVi.
http://rayer.ic.cz/teslatr/teslatr.htm — некто RayeR, годный чех с годными катушками и идеями.
http://www.richieburnett.co.uk/sstate.html — Richie Burnett, мастрид в области теории работы катушек. В том числе http://www.richieburnett.co.uk/mosfail.html — причины умирания мосфетов и http://www.richieburnett.co.uk/sstate2.html — теория работы драйвера SSTC.
http://danyk.wz.cz/ — ещё один годный чех, в том числе с весьма сумасшедшими проектами, типа видеорентгена.
http://flyback.org.ru/viewforum.php?f=9 — раздел Флайбека по SSTC, ценен количеством хоть как-то запущенных констрактов, и даже некоторых успешных.

По ссылкам с ссылок сверху можно найти ещё кучу всякого интересного по теме.

11.07.12

[See image gallery at teslacoil.ru] Довёл до корпусирования ещё две полумостовых SSTC с прерывателем на микроконтроллере от sifun’а. Основные отличия и усовершенствования в сравнении с первой версией:

1) Антенна заменена на трансформатор тока, намотанный на ферритовом синем колечке EPCOS — приблизительно 50 витков — и надетый на провод вторички, идущий на заземление. Он намного проще и надёжнее, чем антенна. Смена фазировки осуществляется теперь не перепаиванием проводов первички, а сменой направления входа провода заземления в кольцо транса тока.
2) Феты заменены на IGBT. От полевых транзисторов в импульсных преобразователях пора отказываться навсегда, оставив их для того же, для чего в своё время оставили лампы: для высокочастотных применений (например, IRFP460A раскачивается на 27 МГц с неплохим КПД). Современные IGBT дешевле, мощнее, надёжнее и имеют больший КПД, чем аналогичные полевики. Одно из возможных решений, например — HGTG20N60A4D, или почти любые IGBT серий IRG4 и IRG7.
3) Диодной вилке добавлен стабилитрон между верхним диодом и минусом драйвера. Вместо стабилитрона можно поставить белый или синий светодиод, что оказывается очень удобно: он мигает в такт импульсам интерраптера.
4) Как в полномостовой катушке, заземление вторички сделано на сеть через конденсаторный делитель из К78-2.
5) Катушке добавлена схема, обеспечивающая её невзрываемость, а именно — UVLO: undervoltage lockout. Это несложная трёхногая микра (DS1233D-5+) в корпусе TO-92, которая просто резко обрубает питание драйвера при падении напряжения ниже установленного уровня (например, 11 вольт). Таким образом исключается ситуация, при которой на затворах транзисторов полумоста оказывается напряжение ниже установленного и исключается вариант их недооткрытия, который является причиной 90% всех взрывов и отказов силовых преобразователей в случае катушек Тесла.

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

Прерыватель на контроллере Attiny13 снимает напряжение с двух переменных резисторов по 10К, один из которых регулирует ширину импульса, а другой — частоту. Частота меняется в диапазоне от 2 герц до ~1-2 кГц (точно не припомню), ширина импульса — до 1/5 (20%) текущей частоты прерывателя. Таким образом, максимально возможное среднее потребление не превышает при любых настройках интерраптера примерно 400-500 Вт.

Данная катушка доступна к сборке на заказ.

Схема:

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

The post Полумостовая SSTC first appeared on Катушки Тесла и все-все-все.

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

Пробовали запускать совместно обе большие катушки. Результат восхитил. Целующиеся стримеры выглядят крайне феерически, можно просто смотреть на это и смотреть. Максимальный совместный пробой получился около 220 см, больше просто не хватило помещения. И мощности проводки. В процессе пришлось чинить сгоревший ЛАТР, регулировавший обороты разрядника моей катушки.

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

Кроме прочего, удалось заснять на фото впервые в этой стране (насколько мне известно. Ладно, ладно, не впервые, TeslaFX это делали, может, и ранее, но фотографий и видео в открытом доступе у них всё равно нет.) исполняемый номер: разряды из пальцев подключенного к катушке Тесла человека. Разумеется, не из самих пальцев (из самих пальцев БОЛЬНО), из специальных перчаток, на них надетых. В скором времени расскажу, как это делается.

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

Видео снимал Ёж — у меня временно мёртв фотоаппарат, который это умеет. Фотоснимки здесь вперемешку мои и Ежа, те, где разряды более синие — скорее его, где более розовые — вероятно, мои.

Под конец случилась весьма неприятная штука. На последней сессии пускания искр мы забыли подключить заземление к моей Blackmoon SGTC. В результате у неё подплавился и воспламенился пластик круглой херни, удерживавшей вторичку в вертикальном положении, причём заметили это только спустя несколько минут и случайно. Вторичка выжила просто чудом. Еле оттёр её от сажи.

Ещё парочка фотоснимков и видео — ниже. Остальное лежит в фотогалерее.

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

The post Мини-теслатон first appeared on Катушки Тесла и все-все-все.

Дополнительные фоточки прилагаются в конце соответствующей галереи, видео — чуть ниже. Я даже не поленился нарисовать полную схему катушки (без учёта, правда, стабилитрона и точной схемы прерывателя). Схема эта есть на странице катушки в самом низу, или тут.

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

The post Прерыватель к ЛКТ на ГК-71 first appeared on Катушки Тесла и все-все-все.

Намучался, надо заметить, просто дико. Общая сборка и настройка заняла по меньшей мере пять вечеров под завязку. В итоге вместо красивой аккуратной маленькой катушечки получился довольно развесистый страшненький монстрик. Зато и работает вполне прилично, без перегревающихся резисторов, анода и так далее. Впрочем, по порядку. [See image gallery at teslacoil.ru]

За основу была взята излюбленная схема питания ГУ-50 через сетевой учетверитель напряжения на электролитах 100мкф 450в и каких-то жирных импортных диодах. С него начались все проблемы. Диоды были промаркированы не так, как бывшие у меня ранее аналогичные, и из-за этого я несколько часов подряд мучался с ним, не зная кому верить: глазам, тестеру, старым конструкциям или киловольтметру. В результате упокоился с миром один из электролитов, не выдержав переполюсовки, но в итоге учетверитель был собран. [See image gallery at teslacoil.ru]
Вторичка была намотана специально под катушку, на ПВХ-каркасе размером 3.2х15 см, проводом 0.18 (или может 0.2, точно не скажу) миллиметра — примерно 750-800 витков, покрыта полиуретановым лаком. Для первички был взят каркас из того же ПВХ, 5 сантиметров. Изначально она содержала около 30 витков, но позднее их количество было редуцировано до 12-15. Контурные конденсаторы пробовались разные, включая ВКПЕ на 15-750 пф, но в итоге наилучшие результаты дала КВИ-3 на 1000 пф.

Главные шаманства производились со второй сеткой и контуром обратной связи. Как известно, ГУ-50 — пентод, и требует постоянного ровного напряжения в примерно 200 вольт на второй сетке. В типичных ламповых катушках это достигается пробрасыванием на последнюю резистора с анода. Учитывая что ток второй сетке обычно нужен очень небольшой, резистор греется несильно. Но то ли я что-то делал не так, то ли всё там не так просто, но резисторы эти дико раскалялись, даже будучи взяты заведомо большей, чем можно было бы ожидать исходя из тока сетки, мощности. Попробовав вместо резистора делитель напряжения и убедившись в его аналогичной раскалённости и бесполезности, я пришёл в итоге к отдельному трансформатору для её питания. ТА-5 подошёл отлично, выдавая около 250 вольт постоянки и наконец-то решив проблемы.

[See image gallery at teslacoil.ru] Дальнейшей проблемой оказался анод. Из-за сглаженного учетверителем анодного питания лампа выдавала ровный пушистик длиной сантиметра три, который дико нагревал не переносящую таких нагрузок ГУ-50. Лампе требовался прерыватель, он же интерраптер. Каковой и был быстро сооружён на 555-м таймере. Схема включения с двумя диодами позволяла регулировать скважность и частоту импульсов независимо друг от друга. Рулил 555-й таймер биполярным транзистором, первым какой попался под руку, а сам транзистор я вначале хотел поставить на вторую сетку (с замкнутым на катод смещением лампа закрыта). [See image gallery at teslacoil.ru] Не буду описывать все постигшие меня мучения в этой области, просто сообщу что вставленный между катодом лампы и землёй тот же биполяр даёт куда лучшие результаты. И именно в катоде он сейчас и расположен. Кстати, запитана схема интерраптера от того же ТА-5, только от низковольтной обмотки, таким образом имеется развязка питания с остальной схемой.
Интерраптер долго не хотел работать, как полагается, через некоторое время после начала сбивалась генерация, особенно это было заметно на участках малой скважности. В чём проблема понять никак не получалось, не помогал ни вынос платки на длинных проводах подальше от катушки, ни экранировка фольгой. Заработало как положено оно лишь после попытки прерывать большую катушку на ГК-71, после чего все проблемы как крылом смахнуло и интерраптер стал работать просто идеально.

Обратная связь тоже была отдельной историей. В итоге пришёл к 6 виткам в обмотке ОС, 10 нф и 2.2 кОм в гридлике и в 1 кОм резисторе перед сеткой. Различные варианты конфигурации почти не давали различий в результатах.

Прикинуть параметры регулирования у интерраптера трудновато, но по ощущениям это где-то от 0.3-0.4 Гц до 200-300 Гц, и скважность от почти что нуля до 50 (и далее 100, т.е. открытый транзистор).
Лампа греется только при скважности более 20-30%, в остальном диапазоне (который наиболее интересный в плане аудиовизуальных эффектов стримера) — без покраснений и прочих проблем.

Немного разрядов в разных режимах прерывания и с разной химией на терминале.

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

Иллюстрирующее работу катушки и прерывателя видео:

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

И схема. Я очень не люблю схемы, поэтому прошу прощения, но лучше чем есть, она нарисована не будет.

[See image gallery at teslacoil.ru]

А по этой схеме собран прерыватель. Рассказывать про 555 и схемы на ней здесь не время и не место, поэтому подробно обьяснять что там да как, пожалуй, не буду. Схема из какого-то справочника, точно не скажу.

[See image gallery at teslacoil.ru]

The post Мини-ЛКТ на ГУ-50 first appeared on Катушки Тесла и все-все-все.

Я делал ламповые катушки на нескольких лампах, здесь же расскажу конкретно о катушке на основе ГК-71, генераторного пентода мощностью около 300-400 ватт. Первая версия катушки была построена хоть и на заказ, но, ввиду моей тогдашней неопытности, довольно криво, по весьма малоэффективной схеме, выдавала всего 15 сантиметров разряда и довольно быстро была разобрана — ввиду того, что заказчик, как это водится, не вышел на связь после сборки, на составные части. Сохранились несколько её фотоснимков, равно как и снимков её разрядов. Общая схема (созданная товарищем Stalin с Флайбека) приведена — только в ориентировочных целях, разумеется. Номиналы компонентов подбираются ad hoc, как контурного конденсатора, так и сеточных резисторов и гридлика, и намоточных данных катушки, само собой, под расчётный вариант.

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

Спустя довольно большой промежуток времени было решено возродить конструкцию в чуть более аккуратной форме. В корпусе, по другой схеме — с параллельным гридликом и дросселем в нём, — и более или менее аккуратно. Но вначале в любом случае следовало вспомнить старое, собрав хотя бы макет. Макет собрался с лёгкостью, а результаты оказались крайне впечатляющими: до 40 сантиметров разряда и больше без особых усилий.

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

Было решено убрать макет в корпус. Корпус предполагался с небольшим закосом в сторону стимпанка в виде стенок под морёное дерево и латунных угловых профилей, а также с дополнительными фичами: разъёмом для пульта, кулером, отдельными кнопками включения накала и анода и прочего. В процессе оказалось, что профили не той длины, да и вообще макет внутрь не влезает. Однако после нескольких часов мучений таки был закручен последний шуруп и катушка запущена. Результат был восхитителен: полметра красочного, мощного разряда. Однако лампа довольно быстро нагревалась, и сделать с этим, увы, ничего не представлялось возможным.

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

Катушка прожила довольно длительное время, но затем, почему-то, по невыясненной причине, взяла и померла. Поскольку разбирать корпус было сущим мучением, конструкция была поставлена на полочку, где и пребывает поныне.

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

Фотогалерея разрядов с ламповых катушек

И — видео, конечно же.

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

Буквально на днях катушка была восстановлена, по новой схеме: с двухполупериодным удвоителем, без гридлика и с прерывателем по катоду. Я даже не поленился нарисовать схему, вот она:

Схема теслы на ГК-71

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

The post ЛКТ на ГК-71 first appeared on Катушки Тесла и все-все-все.