VTTC X - GU81M

Úspešný projekt dotiahnutý pekne do konca. VTTC s elektrónkou GU-81M napájaný 2x MOT paralelne + násobič. Do zapojenia bol pridaný prerušovač tzv. pulzer. Výboje dosahujú dĺžky až 60cm !

      Už dlho som chcel spraviť nejaký povedzme stredne veľký teslák, ktorý by bol ľahko prenosný v dvoch rukách, ľahko sa vošiel do auta a pravdaže čim väčšie výboje a konečne nejako poriadne vyladený. Predošlý teslák s GI-19B už nieje v 100% stave, je síce stále funkčný, ale je poškodená katóda lampy. Je zle vyladený a navrhnutý, čo by možno ani nebol až taký problém a fungoval by dodnes, ale stále ma niekto s ním volal na rôzne výstavy, DOD, rôzne akcie zo školy aj mimo školy tak to proste lampa nezvládla. Teraz dáva o niečo menšie výboje a nemôžem ísť s autotrafom do maxima inak začne iskriť v lampe. Konečne som si našiel čas na stavbu tesláku, tak som sa pustil do návrhu a počítania nového TC úplne od základu. Pri návrhu a počítaní mi veľa pomohol a vysvetlil Ján Martis, bez ktorého by teslák nebol teraz v takom stave akom je. Rozhodoval som sa najprv medzi lampami SRS457 a GU-81M. Nakoniec to padlo na klasiku GU-81M, s ktorou som spravil veľmi veľa teslakou, ale žiadny s nich nefungoval podľa predstáv a stále to nebolo ono. Alebo aj keď som sním bol spokojný, tak som to rozobral a neskôr znova niečo podobné postavil. Tak reku spravím zas s GU-81M, ale už to spravím poriadne a do krabice, keďže každý TC bol len zdrôtovaný na stole. Ďalšia vec, ako už býva zvykom, že zdrôtovaný teslák na stole funguje lepšie ako potom, keď sa dá do krabice. Tak som ho proste staval rovno v krabici, kde som ho aj ladil, ale určite veci som spravil univerzálne aby sa dalo ľahko ladiť, meniť súčiastky, ale aby to aj stále pekne vyzeralo a nie ako nejaký bastl v krabici. Tak a niečo k zapojeniu a stavbe.

Anódový zdroj a zdroj pre g2

      Od triodových zapojení som už dávno upustil, podstatne lepších výsledkov sa dosiahne so samostatným napájaním mriežky g2. Tú som napájal so samostatného zdroja zo siete cez zdvojovač. Napätie so zdvojovača na mriežke musí byť vo fáze s anódovým napätím s MOTov, inak bude v istom momente na mriežke g2 väčšie napätie ako na anóde a bude pruser. Prúd sa naviaže namiesto anódy na g2. Preto POZOR na sfázovanie! Blokovací kondenzátor na g2 sa volí v rozmedzí cca 10-20n. Anódový zdroj som opäť zvolil 2 MOTy paralelne + zdvojovač so 4-rmi kondenzátormi s mikrovlnky paralelne na 4uF. Diódy v násobiči sú vyskladané so 60 diód 1N4007 v troch radoch po 20x, celkovo na 20kV/3A. Blokovací kondenzátor za násobičom je ruský diskový kondenzátor tzv. "doorknob" KVI-3 3n3/10kV (reálne 3n5).

Rezonančný kondenzátor

      Rezonančné kondenzátory som tentokrát objednal s ebay, už stačilo tých rôznych MMC s fóliových kondenzátorov. Chcelo to niečo fakt poriadne, tak som vzal 3x K15U1 470p/15kV 40kVAr (1n4), čo sú opäť ruské doorknob kondenzátory. Tie sa vôbec neohrejú a ostávajú pri svojej teplote ako pred zapnutím VTTC. V práci som meral stratový uhol tg delta, ktorý vychádzal na nejakých 0,0005 aj to je problém ho odmerať pri týchto kondenzátoroch.

Cievky a toroid

      Cievky som počítal cez JavaTC. Sekundár má rozmery 7,5x35cm v pomere 1:4,67 s 1014 závitmi a vodičom o priemeru 0,315mm. Primár je na 12,5cm rúre s 40 závitmi vodičom o priereze 1,5mm2. Sekundár má na vrchole disk o priemeru 12cm a hrúbky 1mm vystrihnutý s hliníkového plechu, ktorý je na sekundárnej cievke pripevnený napevno. Hranu disku je potrebné veľmi dobre do hladka obrúsiť inak veľmi ľahko začne iskriť nielen s hrotu, ale aj s boku plechu. Stačí nejaká mala nerovnosť či hrana. V prípade, keď aj tak stále iskrí do strany je dobre omotať hranu izolačkou čo zvyčajne pomôže (ak sa izolačka neprepáli po nejakom dlhšom čase). Pri použití prerušovača je šanca ešte vyššia na prebijanie s boku. Hrot sa dá meniť na svorke. Primár má od 30z na každom jednom závite odbočku až po 40 závit pre presnejšie doladenie, keďže tentokrát mám rezonančný kondenzátor napevno 1n4. Primár mi vyšiel na 35z, ale najlepšie mi šiel po doladení na 38z. Feedback cievka má 15z vodičom o priemeru 0,45mm s odbočkami na 8z, 10z, 13z a 15z. Nechal som to na 13 závite. RC člen som tiež vypočítal a momentálne mam tam 10k/75W a 470p.

Vypadávanie oscilácii

      Problém, ktorý mi neskôr nastal bol, že pri zaťažení tesláku mi začal zakmitávať a vypadávali oscilácie. Zrejme prisilným vybudením elektrónky alebo aj niečo iné v tom bolo, skrátka nemohol som veľmi dávať ruky do výbojov alebo nejaký kovový predmet a ťahať výboje proti zemi. Vznikali až tak veľké špičky, že mi začali pri vysadzovaní oscilácii skákať výboje dole pod elektrónkou a neskôr začali skákať výboje hore na elektrónke medzi rohmi A a g3 (na A mám kus omotanej pásoviny, ktorá o niečo zmenšila vzdialenosť). Silné modrobiele hlučné výboje a aj zvuk ešte pred preskokom bol s oblúka "divný". Vyriešil som to pridaním odporov priamo pod päticu elektrónky na mriežky, do g1 56R a do g2 9R ako mám v schéme.

Žeravenie elektrónky

      Ďalej tu máme žeravenie elektrónky, na ktoré som už nepoužil previnutý MOT ako doposiaľ, ale zohnal som si 315VA toroid za 5€ s bazoša na 11,5V. Na zvyšné napätie som proste dovinul pár zavitov, aby mi presne sedelo v záťaži tých 12,6V. Teraz už nemám riešené pred žeravenie elektrónky cez tlmivky, ale použil som 4ks termistorov 80R 1,6A (320R) v sérii v primári toroidu. Originálnu päticu nemám, tak som si ju vyrobil s DPS bez medi (asi sklolaminát) a svoriek na poistky, ktoré presne pasujú na nožičky elektrónky. Elektrónka nie je nijako inak istená, len v svorkách a drží dostatočne dobre.

Prerušovač tzv. "pulzer"

      Ďalším vylepšením VTTC je nový prerušovač alebo tzv. pulzer, ktorého schému mi poskytol Ján Martiš, preto som ju ani nezverejňoval. Nastavuje sa ním BPS (počet výbojov za sekundu) a fáza (uhol otvorenia tyristora počas pol periódy). Použitý je tu 800V tyristor BT151 800R. Použitím prerušovača sa podstatne uľaví elektrónke, súčiastkam a cievkam. Elektrónka už nejde do červena. Ale pozor, červená anóda (grafit) pri GU-81M je v poriadku, je to jej pracovná teplota pri ktorej normálne funguje a anódová strata je v rámci datasheetu. Pravdaže, ak už ide anóda do biela tak je to zle. Ale hlavne sa menej hrejú cievky, pretože bez prerušovača sa behom chvíľky sekundárna cievka zohreje až tak, že na nej neudržím ruku (pod primárnou cievkou).

Krabica

      Dosky na krabicu som si zohnal od otca. Spredu je naschvál plexisklo, aby bolo pekne vidno aj dovnútra, čo bol ďalší dôvod to vo vnútri spraviť čo najkrajšie a nielen poprepájať vodiče bodaj by bolo, veď to nikto neuvidí. Na ľavej strane s boku sú vyvŕtané diery pre nasávanie vzduchu, ktorý ide pomedzi MOTy a von cez ventilátor na druhej strane. Prívody na napájanie mám dva, jeden na MOTy cez autotransformátor a druhý prívod na prerušovač a žeravenie elektrónky. Kvôli autotransformátoru som musel spraviť dva prívody a zabudovať dovnútra triakovú reguláciu som nechcel. Vlastne ani som nemohol, kvôli použitiu prerušovača.

Záver

      Po dokončení a vyladení mi teslák dáva 50cm výboje do vzduchu. Odber zo siete je 9,7A pri 230V a 11,4A pri 240V, keď vytočím trochu viac autotrafo (bez pulzera). Elektrónka, anóda ani mriežky preťažené nesú. Čo som si tiež všimol, tak tento teslák má oveľa väčší výkon a vyššiu účinnosť ako moje predošlé zapojenia s GU-81M. Výboje sú nielen väčšie, ale sú aj oveľa teplejšie, viac pálivejšie a "pichľavé". Väčšie pichanie výbojov má tiež na svedomí pridaný hliníkový disk na sekundári.

• Sekundár: 7,5x35cm; pomer - 1:4,67
• Vodič na sekundáry: 1014z; d=0,315mm (holý vodič)
• Primár: rúra priemeru 12,5cm; celkovo 40z (napojené na 38z); S=1,5mm2
• Feedback: 13z; d=0,45mm
• C rez: 3x K15U1 470p/15kV 40kVAr (real 1n4)
• C blok: KVI-3 3n3/10kV (real 3n5)
• Toroid: hliníkový disk priemeru 12cm a hrúbky 1mm (na hrane izolačka)
• Príkon: cca 9,7A/230V; 11,4A/240V
• f0 (JavaTC): 466kHz
• f0 (nameraná): 502,7kHz
• f prevádzková: 362kHz
• Výboje: 50cm
• Výboje neskôr po úpravách (dole v článku): 55-60cm
• Elektrónka: GU-81M [datasheet1, datasheet2]

Schéma

Fotky

Začiatok stavby VTTC, ako prvé navinuté cievky a spravená pätica pre GU-81M.

• 
•  

Fotky počas stavby tesláku a po dokončení.

• 
• 
• 
• 
• 
• 
•  

Fotky výbojov bez pulzera s kontinuálnym chodom.

• 
• 
• 
• 
• 
• 
•  

Fotky výbojov s pulzerom.

• 
• 
• 
• 
• 
• 
•  

Fotky s inak nastavenou fázou a s pridaním sódy na hrot.

• 
• 
• 
• 
• 
• 
•  

Zapálená sviečka na tesláku :)

• 
• 
• 
• 
• 
•  

 

25.2.2017
      Pridávam ďalšie video ukazujúce hlavne pekne funkciu pulzera, vplyv pulzera na výboje VTTC a priebeh napätia na sekundárnej cievke resp. orezanie pulzerom zapojeným v katóde elektrónky GU-81M na osciloskope Tektronix 2230. Sonda osciloskopu je voľne zavesená vo vzduchu vedľa VTTC. Pulzer je synchronizovaný so sieťou a nastavujem jedným potenciometrom prepúšťanie každej X-tej polvlny (BPS) a druhým potenciometrom nastavujem uhol otvorenia/fázu tyristora, čiže fázu orezania polvlny.

16.9.2017
      Dnes len pridaná nová séria fotiek. Hneď v prvom riadku sú 4 fotky s pulzerom. Ten, keď sa správne nastaví, tak sa dosiahne ešte o niečo väčších výbojov v porovnaní s bežným kontinuálnym chodom bez prerušovania.

• 
• 
• 
• 
•  

      Ďalej ďalšie 4 fotky, tento krát na prvých dvoch je inak nastavený pulzer (inak orezaná fáza a vyššie BPS), kedy sa takto správajú a vetvia výboje. Na posledných dvoch je už chod v CW, teda kontinuálny chod bez prerušovania.

• 
• 
• 
• 
•  

      Na týchto fotkách sú zachytené len jednotlivé pulzy fotené pri krátkej expozícií. Alebo ak sa nastaví dlhá pauza na pulzery, ale v takom prípade by sa o to horšie fotilo práve ten jeden pulz.

• 
• 
• 
• 
• 
• 
•  

      Pravdaže, netreba zabúdať ani na nejaké fotky výbojov do ruky. Na poslednej fotke ešte taký menší detail pri malom výkone.

• 
• 
• 
• 
• 
•  

      Na záver nejaké banky plnené plynmi a iónový motor. Na prvej fotke je dlhá xenónová žiarovka, ďalej vodíkový variátor a nakoniec klasická žiarivka. V strednom rade fotiek je plazmová guľa s 500W žiarovky. Dole iónový motor, viac o princípe iónoveho motora v článku tu.

• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
•  

      Takto vyzerá úplná finálna verzia tohto VTTC. Po funkčnej stránke ide na 100%, takže do budúcna sa ani neplánujú žiadne úpravy, taktiež po estetickej stránke myslím, že môže byť :).

• 
• 
• 
• 
• 
•  

8.3.2018
      Pridávam nový album fotiek výbojov. Tento krát som skúšal jednu drobnosť a to je mierna úprava násobiča. V tomto prípade to nie je, ako klasický násobič, ale v prípade MOTu funguje ako kvázi-rezonančný zdvojovač, ktorý len pri určitej kapacite spolu s indukčnosťou MOTu (aj to je jeden z dôvodov magnetických bočníkov v MOTe) dáva na výstupe maximálne špičkové napätie (v rezonancii). Úplne stačilo namiesto 4u dať len 2u, teda dva kondenzátory som odpojil a ak ešte vytočím regulačný autotransformátor na maximum tak výboje mi dosahujú až 55-60cm ! Avšak nie je to len samotným vytočením reguláku na maximum, svoju rolu tu hrá aj spomínaná vhodná kapacita v zdvojovači vzhľadom k použitým MOTom a zapojenej záťaže. Taktiež zmenou kapacity, zmenil som aj tvar polvlny a samotný priebeh napätia v pulze zo zdvojovača. Taktiež vhodným nastavením prerušovača, ideál asi tak 25Hz, čiže každú druhú polvlnu pustím a vhodným nastavením orezania fázy sa znova upraví priebeh napätia zo zdvojovača čo opäť má vplyv na veľkosť, tvar, charakter a zvuk výbojov. Celé je to taká, ako jeden kamarát hovorí, alchýmia okolo VTTC :].

      Pri napätí nad 230V z regulačného autotransformátora MOTy odoberajú veľmi veľké prúdy, presycujú sa a silno sa zhoršuje účinník, takže vôbec to nie je normálny stav a pre dlhodobú prevádzku. Krátkodobo na vyskúšanie je to OK, no nemal by sa VTTC vo finále ladiť pre takto napájané MOTy.

      Príkon VTTC pri 230V bol 1260W, 1880VA a cosFí=0,67. Ak som vytočil autotransformátor na maximum, čo je nejakých 260V príkon vzrástol na 830W, 2860VA (!) a cosFí=0,29 (!). Príkon som meral s multimetrom UT71E. MOTy sú už presycované pri 230V a dosť klesá nadol účinník a nie to ešte pri vyššom napätí, kedy len na prázdno odoberá MOT veľké prúdy. Ale tak nejaké cm výboja navyše to spraví :].

• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
•  

Pozri tiež:
VTTC XII - GU5B 2MHz
VTTC XI - GU5B
VTTC III - 2x 6P45S