VN zdroj - Indukčné cievky 85kV

Jednoduché zapojenie VN zdroja s dvoma NE555 pre jednu či dva staré indukčné cievky z auta. Dosiahol som až 12cm  dlhé výboje medzi dvoma cievkami, čo je napätie 85kV.

      Je to jednoduché zapojenie budiča pre indukčné cievky s dvoma NE555. Zapojení sa dá nájsť na internete veľa, hlavne v spojení s VN zdrojom pre ohradník. No mne tu išlo, ako inak o maximálne výstupné napätie, čo najväčšiu iskru medzi dvoma cievkami, ako to len bude možné a hlavne sa posnažiť ich nepreraziť. Tiež pri nízkej frekvencií, aby som mal modré impulzné iskry. Od niekoľko sto Hz už iskry prechádzajú do žltého oblúka, čo som nechcel. Podarilo sa mi to dostať na 12cm medzi dvoma indukčnými cievkami, čo je 85kV.

      Prvá NE555 nastavuje frekvenciu a druhá dĺžku pulzu a teda výstupné napätie cievky. Výstupné napätie cievky nezávisí od napájacieho napätia do cievky, ale od veľkosti prúdu v čase vypnutia tranzistora a veľkosti napäťovej špičky na primárnej cievke. Napätie nie je podstatné, či je tam 15V, 50V alebo 200V len sa musí cez DC odpor primárnej cievky pretlačiť dosť prúdu pri ktorom rozopne tranzistor a vzniká veľká napäťová špička, ktorá ideálne nie je seknutá a limitovaná.

      Zmena frekvencie zmení jedine početnosť iskier bez zmeny napätia. Nastavil som si nastaviteľný frekvenčný rozsah od 15,5Hz do 65Hz. Nižšie frekvencie sú mi zbytočné a vyššie som už cielene nechcel. Je to z dôvodu, že už asi od 80Hz bola viditeľné väčšia koróna z výstupu a hlavne svoriek do bakelitu, zvyšovali sa nielen povrchové čiastkové výboje z VN výstupu do svoriek po bakelite, ale aj korónové sršanie do vzduchu a bakelitu, väčšie namáhanie izolantu, väčšia degradácia izolantu vplyvom koróny a to hlavne hmoty po zaliatí tavnou pištoľou. Hmota z tavnej pištole sa ukazuje, ako nie práve najlepší izolant vzhľadom na rýchlu degradáciu od koróny a neskorším prerážaním. Už som svorky 3x zalieval stále viac a viac, momentálne to drží. Preskoky z VN výstupu do svoriek nie sú problém, ale nesmie zuhoľnatieť a vypáliť si to cestičky, čo je ďalším dôvodom nízkej frekvencie a limitácie na 65Hz. Najlepšie mi to funguje na 15-30Hz pri 12cm doskokovej vzdialenosti medzi elektródami, čo je napätie 85kV. Pre odhad napätia pri daných elektródach pozri graf tu.

      Koncový výkonový tranzistor musí byť aspoň na 1000V ak chcete to hnať do extrému na veľké výstupné napätie a nelimitovať výstup, či neodpáliť špičkami tranzistor. Aktuálne tam mám IGBT 40RR21 s Uce 1350V, no lepší by bol pravdaže MOSFET. Najprv, ako prvý som tam dal IRF540, čo je 100V MOSFET, ten sa ukázal byť, ako úplná blbosť. Aj pri 12V dáva indukčná cievka stovky V špičky. MOSFET, hlavne tie staršie IRF a IRFP sa pri prepätí správajú, ako zenerky a vrch špičky orežú, istú energiu pri nejakom prúde sú schopné premeniť na teplo a tranzistor sa neprerazí (viac v datasheete tranzistora). Modernejšie novšie MOSFETy sú viac háklivejšie a špičky ich vedia rýchlo preraziť. Takže 100V IRF540 mi pri napájaní 12-30V stále orezal vrchol špičky na 118V, zvyšok sa premenilo na teplo, tranzistor sa neprerazil, ale nebolo možné dosiahnuť vyššie výstupné napätie z indukčnej cievky. Vymenil som ho za IRFP460, čo je 500V MOSFET a výsledok bol pri rovnakom nastavení elektroniky taký, že špičky som mal tesne na hrane 500V a pravdaže podstatne väčšie výstupné napätie a výboje. Zhruba 400V nadol osekal IRF540. Pri predlžovaní dĺžky pulzu z budiča som sa dostával stále na vyššie výstupné napätie, no znova ma limitoval IRFP460 a osekal vrchol tesne nad 500V. Ďalšia výmena za 650V MOSFET STW57N65M5-4 už modernejší a ten som prerazil prepätím, ten už nedokázal takto nedeštruktívne osekať vrch a dostal som sa znova nad jeho limit hore nad 650V. Na vyššie napätia MOSFETy som už nemal, tak som tam vrazil 1350V IGBT a je to po starostiach.

      Avšak pozor, takýmto hnaním sa za čím vyšším a vyšším napätím z indukčných cievok sa skracuje ich životnosť a je otázne, dokedy to vydrží vnútorná izolácia, takto veľkým napäťovým namáhaním. Myslím, že mne tie cievky už niekoľko krát aj vnútorne prerážalo, no zatiaľ mi stále fungujú (možno len povrchové výboje pod hmotou ?). Limitovať výšku napätia z cievok sa dá aj vzdialenosťou medzi elektródami, kedy vyššie napätie sa na cievkach už nedosiahne a nastane preskok. Najkritickejšie pre zapaľovacie cievky je mať na nich veľmi vysoké napätie a mať elektródy v kritickej vzdialenosti, kedy už začína skákať iskra, vtedy nie stále skočí a o to väčšie sú čiastkové výboje a namáhanie izolácie. Ak nechcete trápiť cievky, použiť IRFP460 a nastaviť dĺžku pulzu tak, aby špička napätia šla na hranu 500V, aj keď bude mierne presahovať 500V, IRFP460 si poradí.

      Dole sú aj priebehy z osciloskopu s IRF540, IRFP460, P25NM50N a STW57N65M5-4, ako osekávalo a neosekávalo vrch špičky. Aktuálne to s IGBT nemám pomerané, nemám už VN sondu X100 na 5kV (ďalšiu VN sondu X100 už z Číny nekúpim...). Staršie typy tranzistorov sú často aj keď papierovo horšie, tak reálne odolnejšie a menej háklivé, ako nové moderné typy, ktoré papierovo vyzerajú oveľa lepšie, no treba sa tých papierových hodnôt fakt držať.

      Fotky celého zariadenia v krabici od PC zdroja. Vrchy cievok niekoľko krát zalievané. Sťahovacie bužírky sú skvelé, len ta hmota robí problémy, ale zatiaľ to drží OK. Čierna indukčná cievka je CCCP a hnedá Poľská. Tá CCCP dáva oveľa vyššie napätie na výstupe, čo je aj pekne poznať na fotkách výbojov.

Schéma

Fotky výbojov a video

      Nakoniec, ako inak, výboje. Všimnite si, ako pekne vidieť strímrové výboje, smerovanie výboja a miesto spojenia výbojov z dvoch koncov od cievok. Pekne vidieť, ako prevláda napätie a smerovanie výboja od CCCP indukčnej cievky smerom do ľavá k poľskej. Posledná fotka je fotená s 20 sekundovou expozíciou, f/2 a ISO-1600.

      Ešte pár snímkou z videa s prstom vo výboji medzi cievkami. Hej no, kope to trochu... :] Pokiaľ neviete, čo robíte tak toto nikdy neskúšať !!