Высоковольтный преобразователь напряжения на катушке зажигания

Содержание

Высоковольтный преобразователь напряжения на катушке зажигания

Современный автомобиль трудно представить без зажигания. Основные преимущества, которые дает система электронного зажигания общеизвестны, они следующие:
более полное сгорание топлива и связанное с этим повышение мощности и экономичности;
снижение токсичности отработавших газов;
облегчение холодного пуска;
увеличение ресурса свечей зажигания;
снижение энергопотребления;
возможность микропроцессорного управления зажиганием.
Но всё это в основном относится к системе CDI
На данный момент, в автомобильной промышленности практически отсутствуют системы зажигания, основанные на накоплении энергии в конденсаторе: CDI (Capacitor Discharge Ignition) – она же тиристорная (конденсаторная) (кроме 2-х тактных импортных двигателей). А системы зажигания основанные на накоплении энергии в индуктивности: ICI (ignition coil inductor) пережили момент перехода с контактов на коммутаторы, где контакты прерывателя были банально заменены транзисторным ключом и датчиком Холла не претерпев принципиальных изменений (пример зажигания в ВАЗ 2101…07 и в интегральные системы зажигания ВАЗ 2108…2115 и далее). Основная причина доминирующего распространения систем зажигания ICI – это возможность интегрального исполнения, что влечёт удешевление производства, упрощение сборки и монтажа, за которое расплачивается конечный пользователь.
При этой, так сказать , системы ICI все недостатки, основным из которых является относительно низкая скорость перемагничивания сердечника и как следствие резкий рост тока первичной обмотки с ростом оборотов двигателя, и потеря энергии . Что приводит к тому, что с ростом оборотов, ухудшается воспламенение смеси, как следствие сбивается фаза начального момента роста давления вспышки, ухудшается экономичность.

Частичное, но далеко не лучшее решение этой проблемы, является применение сдвоенных и счетверённых катушек зажигания (т.н. ) этим самым производитель распределил нагрузку по частоте перемагничивания с одной катушки зажигания на две или четыре, тем самым, снижая частоту перемагничивания сердечника для одной катушки зажигания.
Хочу заметить, что на машинах с схемой зажигания (ВАЗ 2101…2107), где искра формируется за счет прерывания тока в достаточно высокоомной катушке механическим прерывателем, что замена на электронный коммутатор от или ему подобный в автомобилях с высокоомной катушкой не дает ничего, кроме снижения токовой нагрузки на контакт.
Дело в том, что RL-параметры катушки должны удовлетворять противоречивым требованиям. Во-первых, активное сопротивление R должно ограничивать ток на уровне, достаточном для накопления необходимого количества энергии при пуске, когда напряжение аккумулятора может упасть в 1,5 раза. С другой стороны, слишком большой ток приводит к преждевременному выходу из строя контактной группы, поэтому ограничен вариатором или длительностью импульса накачки в . Во-вторых, для увеличения количества запасенной энергии необходимо увеличивать индуктивность катушки. При этом с ростом оборотов сердечник не успевает перемагнититься (о чём писалось выше). Как следствие вторичное напряжение в катушке не успевает достигнуть номинального значения, и энергия искры, пропорциональная квадрату тока, резко снижается на высоких (более

3000) оборотах двигателя.
Наиболее полно преимущества электронной системы зажигания проявляются в конденсаторной системе зажигания с накоплением энергии в ёмкости, а не в сердечнике. Один из вариантов конденсаторной системы зажигания и описан в данной статье. Подобные устройства отвечают большинству требований, предъявляемых к системе зажигания. Однако их массовому распространению препятствует наличие в схеме высоковольтного импульсного трансформатора, изготовление которого представляет известную сложность (об этом ниже).
В данной схеме высоковольтный конденсатор заряжается от DC/DC преобразователя, на транзисторах П210, при поступлении сигнала управления тиристор подключает заряженный конденсатор к первичной обмотке катушки зажигания, при этом DC-DC работающий в режиме блокинг-генератора останавливается. Катушка зажигания используется только как трансформатор (ударный LC контур).
Обычно напряжение на первичной обмотке нормируется на уровне 450…500В. Наличие высокочастотного генератора и стабилизация напряжения делает величину запасаемой энергии практически независимой от напряжения аккумулятора и частоты вращения вала. Такая структура получается гораздо более экономичной, чем при накоплении энергии в индуктивности, так как ток через катушку зажигания течет только в момент искрообразования. Применение 2-х тактного автогенераторного преобразователя позволило поднять КПД до 0,85. Нижеприведенная схема имеет свои преимущества и недостатки. К достоинствам надо отнести:
нормирование вторичного напряжения, независимо от частоты вращения коленчатого вала в рабочем диапазоне оборотов.
простота конструкции и как следствие – высокая надежность;
высокий КПД.
К недостаткам:
сильный нагрев и, как следствие, – нежелательно размещать в месте моторного отсека. Самое, на мой взгляд, удачное место расположения – бампер автомобиля.
По сравнению с системой зажигания ICI с накоплением энергии в катушке зажигания, конденсаторная (CDI) имеет следующие преимущества:
высокая скорость нарастания высоковольтного напряжения;
и достаточное (0,8мс) время горения дугового разряда и, как следствие, – роста давления вспышки топливной смеси в цилиндре, из-за этого повышается стойкость двигателя к детонации;
энергия вторичной цепи выше, т.к. нормирована по времени горения дуги от момента зажигания (МЗ) до верхней мёртвой точки (ВМТ) и не ограничена сердечником катушки. Как следствие – лучшая воспламеняемость топлива;
более полное сгорание топлива;
лучшую самоочистку свечей зажигания, камер сгорания;
отсутствие калильного зажигания.
меньший эрозионный износ контактов свечей зажигания, распределителя. Как следствие – больший срок службы;
уверенный запуск в любую погоду, даже на подсевшей АКБ. Блок начинает уверенно работать от 7 В;
мягкая работа двигателя, по причине только одного фронта горения.

Схема электронного блока для автомобилей с контактами прерывателя
Схема электронного блока для автомобилей ВАЗ2108. ВАЗ2115
Схема преобразователя
на транзисторах КТ819 (КТ818)

Следует тщательно подойти к технологии изготовления трансформатора, т.к. 99% неудачных попыток повторения похожих и этой схемы были связаны именно с неправильной намоткой трансформатора, монтажа и несоблюдением правил подключения нагрузок.
Для трансформатора применяется кольцо магнитной проницаемостью ч=2000, сечением >=1,5см 2 (например, неплохие результаты показал: «сердечник М2000НМ1-36 45х28х12»).

№/№ выводовЧисло витковПровод
1 – 2 – 32 × 4ПЭТВ – 0,4
4 – 5 – 62 × 15ПЭТВ – 0,8
7 – 8480ПЭТВ – 0,25

Сборка электронного блока
Для лучшего теплоотвода блок рекомендуется собирать в дюралевом оребреном корпусе, приблизительный размер – 120 x 100 x 60 мм, толщина материала – 4. 5 мм.
На стенку корпуса через изоляционную теплопроводную прокладку ставятся транзисторы П210.
Монтаж выполняется навесным монтажом с учетом правил монтажа высоковольтных, импульсных устройств.
Плату управления допустимо выполнять на печатной либо на макетной плате.
Готовое устройство налаживания не требует, необходимо лишь уточнить включение обмоток 1, 3 в базовой цепи транзисторов, и если генератор не запускается – поменять местами.
Конденсатор, установленный на трамблёре при использовании CDI отключают.

Детали
Практика показала, что попытка заменить транзисторы П210 на современные кремниевые приводит к значительному усложнению электрической схемы (см. 2 нижние схемы на КТ819 и TL494), необходимостью тщательной настройки, которую после одного – двух лет эксплуатации в тяжелых режимах (нагрев, вибрация) приходится выполнять повторно.
Личная практика с 1968 года показала, что применение транзисторов П210 позволяет забыть об электронном блоке на 5. 10 лет, а применение высококачественных компонентов (особенно накопительного конденсатора (МБГЧ) с долго нестареющим диэлектриком) и аккуратное изготовление трансформатора – и на более долгий срок.

1969-2006 © Все права на это схемное решение принадлежат В.В.Алексееву. При перепечатке ссылка обязательна.
Задать вопрос можно по адресу, указанному в правом нижнем углу.

Литература по теме:
1. IGBT транзисторы в системе электронного зажигания
2. Патент РФ N2056521. Способ под-жига топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания и коммутатор для его осуществления
3. Патент РБ N1429. Способ поджига топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания и коммутатор для его осуществления
4. Г. Карасев. Стабилизированный блок электронного зажигания. – Радио,1988, 9, с.17; 1989, №5 с 91.
5. Capacitive Discharge Ignition (CDI)
6. Теория систем зажигания. Ютт (zip, 400 кБ)
7. Системы зажигания автомобилей – общее устройство и типы.
8. Интернет магазин радиодеталей и электронных компонентов

Две синхронные искры

ДВЕ СИНХРОННЫЕ ИСКРЫ

На многих современных автомобилях, оснащенных системой впрыска топлива (а таких в мире — большинство), применяется система зажигания с низковольтным распределением энергии. Часто неисправности в ней связаны с катушками зажигания нетрадиционной конструкции. О них рассказывает Антон УТКИН.

Неискушенный в технике автолюбитель, возможно, считает систему зажигания без обычного распределителя недавним достижением электроники. Между тем еще в 1961 году на ирбитском мотоцикле М-62 с двухцилиндровым оппозитным двигателем впервые появилась двухискровая (тогда еще шестивольтовая) катушка Б-201 (фото 1). В отличие от известных ранее, у нее было два высоковольтных вывода — от первого и последнего витков вторичной обмотки, которую полностью изолировали от «массы» (рис. 1). Такое передовое решение стало возможным благодаря четырехтактному циклу двигателя и чередованию вспышек в цилиндрах через каждый полный оборот коленвала. Высоковольтная цепь проходила через «массу» и искровые промежутки обеих свечей, каждая из которых либо поджигала топливную смесь в конце такта сжатия, либо проскакивала вхолостую в конце такта выпуска.

Но о применении двухискровых катушек на четырехцилиндровых моторах тогда речи не шло — электронное распределение низкого напряжения по двум каналам в ту пору еще не появилось. Впрочем, идея обойтись без «бегунка» уже будоражила умы. На фото 2 — один из вариантов самодельного двухканального трамблера для «Москвича», рассчитанного на работу с двумя двухискровыми или четырьмя обычными, но шестивольтовыми «бобинами». Его два прерывателя, расположенные под углом 90°, и кулачок с двумя гранями вместо четырех обеспечивали одновременное искрообразование на свечах каждой пары цилиндров дважды за один оборот коленвала.

Серийное применение на отечественных автомобилях двухискровая схема нашла в 1986 году на модели VAZ 21083–02 с микропроцессорным зажиганием. Специально для нее НИИАвтоприборов (ныне «Автоэлектроника») совместно с московским заводом АТЭ-2 разработал сухую, запрессованную в полипропилен двухискровую катушку высокой энергии с индексом 29.3705. Система включала две такие катушки, каждая из которых обслуживала свою пару цилиндров, а энергия между ними распределялась статически — с помощью контроллера и двухканального коммутатора. В сочетании с карбюратором эта система не давала особых преимуществ перед обычным трамблером, уступая последнему в простоте, надежности и цене, поэтому в 1990 году производство VAZ 21083–02 прекратили. Но годом раньше начался серийный выпуск «Оки», для двухцилиндрового мотора которой как раз и подошла двухискровая катушка 29.3705 в комплекте с обычным коммутатором и датчиком Холла.

К тому времени все недостатки этой катушки и причины ее частых отказов уже были хорошо известны конструкторам. Поэтому в 1992 году на конвейере АТЭ-2 появилась новая катушка 3009.3705, сделанная по лицензии французской фирмы «Дюселье» (ныне «Валео»). Ее важнейшее отличие от предшественницы — замкнутый магнитопровод, позволивший резко сократить магнитный поток рассеяния, повысить КПД и более чем вдвое уменьшить число витков обмоток, а значит, существенно сократить расход обмоточной меди. Многослойный каркас и новый материал изоляции уменьшили вероятность внутренних пробоев, характерных для катушки 29.3705. Последний вариант двухискровой катушки от АТЭ-2 — модель 3012.3705, освоенная в 1994 году. При сохранении энергетических параметров и надежности 3009.3705 она заметно меньше и легче. Именно 3012.3705 устанавливают на «Оку», а также на автомобили ГАЗ с двигателем ЗМЗ-406 (по две штуки). Ее копию малыми сериями делает уфимское ОНПП «Молния» для модификации «Москвича-2141» с микропроцессорным зажиганием. От московской она отличается нестандартной маркировкой (8Г4768049), материалом корпуса и цветом (он коричневый, а не серый, как у АТЭ-2).

Читайте также:  Распределительная коробка для электропроводки

А наиболее интегрированный (многофункциональный) прибор системы зажигания — это четырехискровой высоковольтный модуль 42.3705, выпускаемый на заводе АТЭ-2 для «самар» с впрыском топлива. Он включает в себя две двухискровые катушки и силовую часть двухканального коммутатора, залитые в единый компактный блок. Такое решение представляется оправданным лишь при достаточной надежности каждого элемента изделия, иначе при отказе одного из них придется менять весь дорогостоящий модуль. Видимо, это одна из причин, по которой большинство фирм в мире пока предпочитают раздельные приборы системы зажигания.

Условия искрообразования в системах с двухвыводными катушками почти не отличаются от тех, где есть распределитель, несмотря на наличие второго искрового промежутка. Дело в том, что падение напряжения в цепи вторичной обмотки распределяется по свечам неравномерно. В том цилиндре, где искра пробивает сжатую топливно-воздушную смесь, напряжение пробоя достигает 10 кВ, а в том, где она является «паразитной», то есть срабатывает вхолостую в конце такта выпуска, вполне достаточно 1–2 кВ. То есть потери составляют около 15% — не больше, чем в обычной системе, где «паразитная» искра проскакивает между «бегунком» и контактом крышки трамблера.

Практически единственная причина выхода из строя двухискровых катушек — внутренний пробой. Его симптомы порой ставят в тупик даже сведущего в электротехнике автолюбителя. Вот вам вопрос: может ли быть так, что на одной свече, подключенной к выводу двухискровой катушки, искра есть, а на другой, подключенной к другому выводу этой же катушки, — нет? На первый взгляд, при исправных свечах и высоковольтных проводах такого быть не может. Ведь в цепи последовательно соединенных потребителей работает либо все, либо ничего. Но не спешите с выводами! Про подобные чудеса мы слыхали от владельцев «Оки», рассказывавших, как мотор упорно «троил» (то бишь «единил»), несмотря на многократную замену свечи, а помогала лишь замена катушки зажигания. И вот наконец-то такая пробитая «бобина» попала к нам в руки.

Катушку 8Г4768049 принес в редакцию читатель — владелец «Москвича» с микропроцессорным зажиганием. Двигатель «троил», а при проверке «на искру» любая свеча, подключенная к выводу одной из катушек для второго цилиндра, упорно не желала работать. Но при этом свеча третьего цилиндра, подключенная к ней последовательно, прекрасно искрила! Заменили катушку — мотор «запел всеми четырьмя».

Для проверки катушки мы собрали схему с блоком аварийного зажигания климовского завода, который представляет собой транзисторный вибратор, размыкающий цепь первичной обмотки катушки с частотой 150 раз в секунду (рис. 2). Подключенные к высоковольтным выводам свечи положили на медную пластину, соединенную проводом с «минусом» аккумулятора, то есть получили полную имитацию штатной схемы автомобиля. Включив питание, услышали треск непрерывного искрового разряда, но работала только одна свеча (фото 4). Поменяли свечи местами — так и есть, они тут ни при чем: не работает один из выводов катушки. Но должен же ток, выйдя с одного конца вторичной обмотки и пройдя через искровой промежуток одной свечи, как-то попасть на другой конец обмотки?! Путь ему остается только один — «масса» — «минусовый» провод — аккумуляторная батарея — замок зажигания — первичная обмотка катушки. То есть ему главное попасть поближе к виткам вторичной обмотки, а там, глядишь, где-нибудь да пробьется к цели. А раз так, попробуем отключить «минусовый» провод от медной пластинки. Как и следовало ожидать, обе свечи заработали синхронно (фото 5).

Отсюда вывод — в катушке пробита межобмоточная изоляция, то есть для высокого напряжения обе обмотки теперь не изолированы друг от друга (только для высокого напряжения). В обычных одноискровых катушках такого практически не бывает, поскольку там есть возможность разнести первичную обмотку и крайние витки вторичной, на которых напряжение максимально. А в компактных двухискровых, напротив — между любой частью вторичной обмотки и витками первичной, разделенных порой слоем пластмассы толщиной 3–5 мм, может возникать разность потенциалов в десятки киловольт. Особенно когда один из высоковольтных проводов отсоединен от свечи и его наконечник удален от «массы».

Правда, солидные производители обязательно проводят выборочные тесты катушек на пробой. Например, на АТЭ-2 их испытывают в течение 5 минут непрерывной коммутации первичной обмотки с определенной частотой при полностью отключенных высоковольтных проводах. И все же рисковать не стоит, поэтому, проверяя систему зажигания «на искру», примите все меры, чтобы при проворачивании коленвала наконечник высоковольтного провода не отошел от «массы» дальше 5–7 мм.

Стоит ли выбрасывать пробитую катушку или она еще может пригодиться? Ответ: может, но только на машине с распределителем. Высоковольтный провод с неработающего вывода подсоединяем к «массе», а с работающего — к центральному гнезду крышки трамблера. Теперь она будет работать «вечно».

В заключение — об одном неприятном свойстве систем с двухискровыми катушками, о котором конструкторы обычно умалчивают. Речь идет о взрыве глушителя, который нечасто, но все же случается на машинах, оборудованных такими системами. Происходит это после неудачных попыток пуска двигателя, когда водитель подолгу прокручивает его стартером, вместо того, чтобы открыть капот и разобраться, в чем дело. Если пуск затруднен из-за плохого контакта в каком-либо из штекерных разъемов, то мотор, вращаемый стартером, успеет накачать в систему выпуска изрядное количество топливно-воздушной смеси. От вибрации при работе стартера контакт может восстановиться и на свечах одной пары цилиндров возникнут искры. В системе с распределителем двигатель просто начинает работать и выхлопные газы быстро продуют глушитель, но здесь картина иная. В цилиндре, где проскакивает «паразитная» искра, выпускной клапан еще открыт, и фронт пламени, не имея препятствий на своем пути, распространяется по трубам выпускной системы со скоростью до 50 м/с. Мгновенное сгорание смеси в объемистом корпусе глушителя носит взрывной характер. В отличие от обычного «выстрела» в глушителе (например, при позднем зажигании или сбитых фазах), здесь последствия куда более серьезные — глушитель разлетается на куски. Кстати, сидящие в салоне испытывают в этот момент довольно острые ощущения — машина будто подпрыгивает, а звук такой, что на несколько минут закладывает уши.

Учитывая, что на многих автомобилях глушитель расположен в непосредственной близости от бензобака, есть основания опасаться более серьезных последствий. К счастью, о таких случаях мы пока не слышали (дай Бог, чтобы и впредь не услышали). Хочется верить, что двухискровые катушки в будущем станут надежнее и целесообразность их применения перестанут подвергать сомнению.

Фото 1. Бескорпусная двухискровая катушка Б-201.

Фото 2. Двухканальный контактный трамблер штучного изготовления.

Фото 3. Четырехискровой модуль 42.3705.

Рис. 1. Схема системы зажигания с прерывателем и двухискровой катушкой для двухцилиндрового двигателя: 1 — катушка

Б-201; 2 — замок зажигания; 3 — батарея; 4 — конденсатор; 5 — прерыватель; 6 — первичная обмотка; 7 — вторичная обмотка; 8 — свеча.

Рис. 2. Схема проверки двухискровой катушки:

1 — батарея; 2 — транзисторный вибратор;

3 — катушка зажигания;

4 — свеча; 5 — соединительная пластина; 6 — зажим «крокодил»; 7 — искра с вывода, удаленного от места пробоя; 8 — межобмоточный пробой.

Типичный признак внутреннего пробоя — искрит только одна свеча.

Пробитая катушка работает нормально, но только в лабораторных условиях — перемычка между свечами изолирована от «массы».

Высоковольтный преобразователь напряжения на катушке зажигания

Многие из нас хоть раз в жизни видели в интернете или в реальной жизни фотографии Высоковольтных генераторов, или сами их делали. Многие представленные в интернете схемы довольно мощные, их выходное напряжение составляет от 50 до 100 Киловольт. Мощность, как и напряжение тоже довольно высокая. Но их питание – главная проблема. Источник напряжения должен быть подобающей генератору мощности, должен уметь отдавать долговременно большой ток.

Есть 2 варианта питания ВВ генераторов:

  1. аккумулятор,
  2. сетевой источник питания.

Первый вариант позволяет запустить устройство далеко «от розетки». Однако, как раннее было замечено, устройство будет потреблять большую мощность и, следовательно, аккумулятор должен обеспечивать эту мощность (если вы хотите, чтобы генератор работал «на все 100»). Аккумуляторы такой мощности довольно большие и автономным устройство с таким аккумулятором не назовёшь. Если осуществлять питание от сетевого источника, то об автономности тоже говорить не придётся, так как генератор буквально «не оторвёшь от розетки».

Моё же устройство вполне автономно, так как потребляет от встроенного аккумулятора не так уж и много, однако вследствие низкого потребления мощность тоже не велика – около 10-15W. Но дугу с трансформатора получить можно, напряжение около 1 Киловольта. С умножителя напряжения по выше – 10-15 Кв.

Ближе к конструкции…

Так как этот генератор для серьёзных целей не планировал, я поместил все его «внутренности» в картонную коробку (как бы смешно это не звучало, но это так. Я прошу не судить строго мою конструкцию, так как высоковольтной технике я не специалист). У моего устройства присутствуют 2 Li-ion аккумулятора, ёмкостью 2200 мА/ч. Их зарядка осуществляется с помощью линейного стабилизатора на 8 вольт: L7808. Он также находится в корпусе. Также имеется два зарядных устройства: от сети (12 В, 1250 мА/ч) и от прикуривателя автомобиля.

Сама схема генерации высокого напряжения состоит из нескольких частей:

  1. фильтр входного напряжения,
  2. задающий генератор, построенный на мультивибраторе,
  3. силовые транзисторы,
  4. высоковольтный повышающий трансформатор (хочу отметить, что сердечник не должен иметь зазор, наличие зазора приводить к увеличению тока потребления и вследствие выход из строя силовых транзисторов).

Также к высоковольтному выходу можно подключить «симметричный» умножитель напряжения или… люминесцентную лампу, тогда ВВ генератор превращается в фонарь. Хотя на самом деле изначально это устройство планировалось сделать как фонарь. Схема преобразователя выполнена на макетной плате, при желании можете создать печатную плату. Максимальное потребление схемы – до 2-3 Ампера, это стоит учитывать при выборе выключателей. Стоимость устройства зависит от того, где вы брали компоненты. Я большую половину комплектации нашёл у себя в ящике или в коробке для хранения радиодеталей. Купить мне пришлось всего лишь линейный стабилизатор L7808, ИВЛМ1-1/7 (на самом деле сюда вставил ради интереса, а купил из любопытства J), также мне пришлось купить электронный трансформатор для галогенных ламп (из него я взял всего лишь трансформатор). Провод для намотки вторичной (повышающей, высоковольтной) обмотки взял из давно сгоревшего строчного трансформатора (ТВС110ПЦ), и Вам советую делать тоже самое. Так провод в строчных трансформаторах высоковольтный и с пробоем изоляции проблем быть не должно. С теорией вроде бы разобрались – теперь перейдём к практике…

Читайте также:  Схема электропроводки в квартире панельного дома

Рис.1 – вид на управляющую панель:

  1. индикаторы работоспособности
  2. индикатор присутствия зарядного напряжения
  3. вход от 8 до 25 вольт (для зарядки)
  4. кнопка включения заряда аккумулятора (включать только при подключённом зарядном устройстве)
  5. переключатель аккумуляторов (верхнее положение – основной, нижнее – запасной)
  6. выключатель ВВ генератора
  7. высоковольтный выход

На лицевой панели присутствуют 3 индикатора работоспособности. Их здесь такое количество, потому что семисегментный индикатор является моим инициалом (на нём светиться первая буква моего имени: «А»J), светодиоды над выключателем и переключателем изначально планировались быть дополнительными индикаторами заряда батареи, но со схемой индикации возникла проблема, а отверстия в корпусе уже были сделаны. Пришлось поставить светодиоды, но уже в качестве просто индикаторов, дабы не портить внешний вид.

Рис.2 – вид на вольтметр и индикатор:

  1. вольтметр – показывает напряжение на аккумуляторе
  2. индикатор – ИВЛМ1-1/7
  3. предохранитель (от случайного включения)

Вакуумно-люминесцентный индикатор установил ради интереса, так как это мой первый индикатор такого типа.

Рис.3 – внутренний вид:

  1. корпус
  2. аккумуляторы (12,1-основной, 12,2-запасной)
  3. линейный стабилизатор 7808 (для зарядки аккумуляторов)
  4. плата преобразователя
  5. теплоотвод с полевым транзистором КП813А2

Тут, думаю нечего пояснять.

Рис.4 – зарядные устройства:

  1. от сети 220 в. (12 в., 1250 мА.)
  2. от прикуривателя автомобиля

Рис.5 – нагрузки для АВВГ:

  1. 9W люминесцентная лампа
  2. «симметричный» умножитель напряжения

Рис.6 – принципиальная схема:

USB1 – стандартный выход USB

BAT1, 2 – Li-ion 7,4 в. 2200 мА/ч (18650 Х 2)

R1, 2, 3, 4 – 820 Ом

L1 – сердечник от дросселя из энергосберегающей лампы, 10 витков по 1,5 мм.

C1 – 470 мкФ 16 в.

C2, 3 – 1000 мкФ 16 в.

C4, 5 – 47 нФ 250 в.

C6 – 3,2 нФ 1,25 Кв.

C7 – 300 пФ 1,6 Кв.

С8 – 470 пФ 3 Кв.

C11, 12, 13, 14 – 2200 пФ 5 Кв.

D1 – красный светодиод

VD1, 2, 3, 4 – КЦ106Г

SA1 – выключатель 3А (ON-OFF с неоновой лампой)

SA2 – переключатель 6А (ON-ON)

SA3 – выключатель 1А (ON-OFF)

T1 – повышающий трансформатор:

ВВ обмотка: 372 витков ПЭВ-2 0.14мм. R=38.6ом

Первичная обмотка: 2 по 7 витков ПЭВ-… 1мм. R=0.4ом

Общее количество компонентов: 53.

Без чего МОЖЕТ работать эта схема, на самом деле много без чего: IC1, R1, 2, 3, 4, 5, 8, C1, 2, 3, 4, 5, 7, 8,

Пояснения к схеме:

Минус общий, идёт от входа USB до платы преобразователя. Плюсы от аккумуляторов идут к переключателю, от него уже один вывод к выключателю (SA1), а от него к преобразователю. Также плюс идет к вольтметру (PV1), через резистор к катоду индикатора и к анодам светодиодов (для каждого светодиода отдельный резистор). Зарядка осуществляется после того как на вход USB подаётся напряжение от 8 до 25 вольт, а также после нажатия кнопки (SB1), светодиод (D1) загорается после того как подаётся напряжение для зарядки (контролировать процесс заряда можно с помощью вольтметра PV1).

Переключение между основным и запасным аккумуляторами осуществляется с помощью переключателя (SA1), дальше силовой плюс идёт к выключателю (SA2) (через выключатель SA3) ВВ генератора, неоновая лампа (HL2) находится внутри выключателя. Дальше силовые выводы поступают на блок конденсаторов и задающий генератор, построенный на мультивибраторе(VT3, 4. C9, 10. R9, 10, 11, 12), транзисторы КТ817Б можно заменить на любые другие аналоги, от него импульсы поступают на базу и затвор транзисторов(VT1, VT2), транзисторыможно использовать менее или более мощные аналоги. Здесь использованы полевой и биполярный транзисторы, сделано это для того, чтобы снизить потребление. После трансформатора высокое напряжение поступает на группы анодов-сегментов вакуумно-люминесцентного индикатора, а после на ВВ выход.

Потребление (как фонарь): за 1 минуту схема разряжает аккумулятор на 0,04 В. (40 милливольт.). Если генератор будет работать 25 минут, следовательно, разрядится на 1 вольт (25*0,04).

Вот фотообзор:

Ну как в наше трудное время без видеоролика

ИСТОЧНИК ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Прежде чем мы перейдём к описанию предлагаемого для сборки источника высокого напряжения, напомним о необходимости соблюдать общие меры безопасности при работе с высокими напряжениями. Хотя это устройство даёт выходной ток чрезвычайно малого уровня, оно может быть опасным и вызовет довольно неприятный и болезненный удар, если случайно каснуться в неположенном месте. С точки зрения безопасности, это один из самых безопасных высоковольтных источников, поскольку выходной ток сравним с током обычных электрошокеров. Высокое напряжение на выходных клеммах – постоянного тока около 10-20 киловольт, и если подключить разрядник, то можно получить дугу 15 мм.

Схема источника высокого напряжения

Напряжение может регулироваться изменением количества ступеней в умножителе, например, если вы хотите, чтобы оно зажгло неоновые лампы – можно использовать одну, если хотите, чтобы работали свечи зажигания – можно использовать две или три, и если нужно более высокое напряжение – можно использовать 4, 5 и более. Меньше каскадов означает меньшее напряжение, но больший ток, что может увеличить опасность этого устройства. Парадокс, но чем больше напряжение, тем менее сложным будет нанести ущерб из-за питания, поскольку ток падает до пренебрежительно малого уровня.

Как это работает

После нажатия кнопки, ИК-диод включается и луч света попадает на датчик оптрона, этот датчик имеет выходное сопротивление около 50 Ом, что достаточно для включения транзистора 2n2222. Этот транзистор подаёт энергию батареи для питания таймера 555. Частоту и скважность импульсов можно регулировать изменением номиналов компонентов обвязки. В данном случае частота может регулироваться с помощью потенциометра. Эти колебания, через транзистор BD679, усиливающий импульсы тока, поступают на первичную катушку. Со вторичной снимается переменное напряжение, увеличенное в 1000 раз, и выпрямляется ВВ умножителем.

Детали для сборки схемы

Микросхема – любой таймер серии КР1006ВИ1. Для катушки – трансформатор с отношением сопротивления обмоток 8 Ом :1 кОм. Первое, на что необходимо обратить внимание при выборе трансформатора – это размер, так как количество энергии, которое они могут обрабатывать, пропорционально их размерам. Например размером с большую монету даст нам больше энергии, чем небольшой трансформатор.

Первое, что необходимо сделать для его перемотки, это удалить ферритовый сердечник для доступа к самой катушке. В большинстве трансформаторов две части склеиваются клеем, просто держите трансформатор плоскогубцами над зажигалкой, только осторожно, чтоб не расплавить пластик. После минуты клей должен расплавиться и надо разломить его на две части сердечника.

Учитывайте, что феррит очень хрупкий и трескается довольно легко. Для намотки вторичной катушки использовался эмалированный медный провод 0,15 мм. Намотка почти до заполнения, чтоб потом хватило ещё на один слой более толстого провода 0,3 мм – это будет первичка. Она должна иметь несколько десятков витков, около 100.

Почему здесь установлен оптрон – он обеспечит полную гальваническую развязку от схемы, с ним не будет электрического контакта между кнопкой замыкания питания, микросхемой и высоковольтной частью. Если случайно пробьёт высокое напряжение по питанию, то вы будете в безопасности.

Сделать оптрон очень легко, любой ИК-светодиод и ИК-датчик вставьте в термоусадочную трубку, как показано на картинке. В крайнем случае, если не хочется усложнять дело, уберите все эти элементы и подавайте питание замкнув К-Э транзистора 2N2222.

Обратите внимание на два выключателя в схеме, так сделано потому, что каждая рука должна быть задействована чтобы активировать генератор – это будет безопасно, уменьшает риск случайного включения. Также при работе устройства вы не должны прикасаться к чему-либо еще, кроме кнопок.

При сборке умножителя напряжения не забудьте оставить достаточный зазор между элементами. Обрежьте все торчащие выводы, поскольку они могут привести к коронным разрядам, которые сильно снижают эффективность.

Рекомендуем изолировать все оголенные контакты умножителя с термоклеем или другим аналогичным изоляционным материалом и, после этого, обернуть в термоусадочную трубку или изоленту. Это не только уменьшит риск случайных ударов, но и повысит эффективность схемы путем уменьшения потерь через воздух. Также для страховки добавили кусок пенопласта между умножителем и генератором.

Потребляемый ток должен быть примерно 0,5-1 ампер. Если больше – значит схема плохо настроена.

Испытания генератора ВН

Было испытано два различных трансформатора – оба с отличными результатами. Первый имел меньший размер ферритового сердечника и, следовательно, меньше индуктивность, работал на частоте 2 кГц, а в другом около 1 кГц.

При первом запуске сначала проверьте генератор NE555, работает ли он. Подключите маленький динамик к ноге 3 – при изменении частоты вы должны услышать звук, исходящий из него. Если все сильно нагревается можно увеличить сопротивление первичной обмотки, намотав её проводом потоньше. И небольшой радиатор для транзистора рекомендуется. Да и правильная частота настройки является важной, чтобы избежать этой проблемы.

VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум – 2015

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ НА БАЗЕ В117

Рис.1.Блок схема высоковольтного устройства.1- регулятор напряжения(диммер).2-последовательный контур.3-катушка зажигания.

Определим параметры схемы. Для этого соберём установку рис.2, где в цепь последовательного контура включены измерительные приборы, а вместо постоянной ёмкости С включена батарея конденсаторов типа БК позволяющая дискретно изменять ёмкость С. Исходя из условия, что

а это условие резонанса напряжения в последовательном контуре, меняем С добьёмся резонанса напряжение в цепи.

Рис.2.Лабораторная установка для исследования последовательного контура. 1.Диммер. 2.Батарея конденсаторов. 3.Катушка зажигания. 4.Высоковольтный выход катушки зажигания. 5.Штатив. 6.Устройство для перемещения электродов.7,8 –электроды. 9-амперметр.10. Авометр. 11.Вольтметр в цепи конденсатора.12.Вольтметр в цепи индуктивности.13.Переменное сопротивление диммера.

При этом U1 = U2, а ток (А1) принимает наибольшее значение. Определим индуктивное ХL= wL, и ёмкостное сопротивления ХС = 1LC тогда wL = 1wC откуда

а это резонансная частота контура. Зная L и C можно рассчитать частоту для каждого случая изменения ёмкости. Включаем схему рис.2 в сеть и выставляем напряжение порядка 88 вольт. Последовательно набираем ёмкости от 0,5 до 55,5мкф.

Полученные значения сведём в таблицу 1.

Данные по последовательному контуру в зависимости от С.

Из табличных данных следует, что с увеличением ёмкости в контуре растёт и ток рис.4.

Рис.4.Зависимость тока в контуре от ёмкости.

Так в работе [1] дана таблица характеризующая искровой разряд в комнатных условиях. В таблице 2 приведены величины искрового промежутка для электродов игла-игла, шар-шар, плоскость – плоскость.

Искровые промежутки при комнатных условиях.

Промежуток между остриями (мм)

Промежуток меду шарами (мм)

Исходя из этого можно ориентировочно определить напряжение выхода. При зазоре электродов игла-игла 18мм напряжение U2 на высоковольтном выходе катушки U2 = 23,2kV.

Заменив один из электродов в системе игла-игла плоским электродом с жидкокристаллическим детектором. Расстояние между электродами 18мм. Получим отпечатки электрического поля в режиме корона и искра при изменении ёмкости в первичной цепи.

Рис.5.Реплики электрических полей. а. При коронном разряде. б. Искровом разряде.

Время воздействия поля короны порядка 10с, а импульса 0,14µs. При этом ток при коронном разряде в первичной цепи в зависимости от ёмкости изменялся от 0,12 до 0,14 А. При пробое так же по первичной цепи от 0,2 до 2,6 А при изменении ёмкости от 5,5 до 55,5 мкф. Искровые разряды сопровождались большим количеством выделенной энергии. Электрод типа игла оплавлялся. А реплика электрического поля рис.5б состоит из отпечатка электрического поля разряда (внутренний круг) и поля тепловой волны (тор +внутренний круг) распространяющийся от центра реплики к периферии. Градиент температур тора от 87 до 80℃, температура внутреннего круга выше 87℃, цвет подложки, так как жидкие кристаллы в этом месте превратились в жидкость.

Читайте также:  Какой кабель использовать для электропроводки в доме?

Таким образом, можно реализовать высоковольтный преобразователь на катушке зажигания. Подобрав оптимальную ёмкость в пределах С=15,5 мкф.

Примечание. При проведении опыта входное напряжение желательно 20% Uн.

Литература. 1.Телесин В.В., Яковлев В.Ф. Курс физики. Электричество. Учпедгиз.1960.С.451.

Все виды преобразователей напряжения

Преобразователи напряжения широко используются как в быту, так и на производстве. Для производства и промышленности чаще всего изготавливаются по индивидуальному заказу, ведь там нужен мощный преобразователь и не всегда с напряжением стандартной величины. Стандартные величины выходных и входных параметров применяются зачастую в бытовых условиях. То есть преобразователь напряжения — это электронное устройство, которое предназначено для изменения вида электроэнергии, её величины или же частоты.

По своей функциональности они делятся на:

  1. Понижающие;
  2. Повышающие;
  3. Бестрансформаторные;
  4. Инверторные;
  5. Регулируемые с настройкой частоты и величины выходного переменного напряжения;
  6. Регулируемые с настройкой величины постоянного выходного напряжения.

Некоторые из них могут выполняться в специальном герметичном исполнении, такие типы устройств используются для влажных помещений, или же, вообще, для установки под водой.

Итак, что же из себя представляет каждый вид.

Высоковольтный преобразователь напряжения

Такое электронное устройство, которое предназначено для получения переменного или постоянного высокого напряжения (до нескольких тысяч вольт). Например, такие устройства применяются для получения высоковольтной энергии на кинескопы телевизоров, а также для лабораторных исследований и проверки электрооборудования напряжением, повышенным в несколько раз. Кабеля или же силовые цепи масляных выключателей, рассчитанных на напряжение 6 кВ, испытывают напряжением 30 кВ и выше, правда, такая величина напряжения не обладает высокой мощностью, и при пробое сразу же отключается. Эти преобразователи довольно компактны ведь их приходится переносить персоналу от одной подстанции к другой, чаще всего вручную. Нужно заметить, что все лабораторные блоки питания и преобразователи обладаю почти эталонным, точным напряжением.

Более простые высоковольтные преобразователи применяются для запуска люминесцентных ламп. Сильно повысить импульс до нужного можно за счёт стартера и дросселя, которые могут иметь электронную или же электромеханическую основу.

Промышленные установки, выполняющие преобразование более низкого напряжения в высокое, имеют множество защит и выполняются на повышающих трансформаторах (ПТН). Вот одна из таких схем дающая на выходе от 8 до 16 тысяч Вольт, при этом для его работы необходимо всего около 50 В.

Из-за того, что в обмотках трансформаторов вырабатывается и протекает довольно высокое напряжение, то и к изоляции этих обмоток, а также к её качеству предъявляются высокие требования. Для того чтобы устранить возможность появления коронирующих разрядов, детали высоковольтного выпрямителя должны быть припаяны к плате аккуратно, без заусенцев и острых углов, после чего залиты с обеих сторон эпоксидной смолой или слоем парафина толщиной 2…3 мм, обеспечивающим изоляцию друг от друга. Иногда данные электронные системы и устройства называют повышающий преобразователь напряжения.

Следующая схема представляет собой линейный резонансный преобразователь напряжения, который работает в режиме повышения. Он основан на разделении функций повышения U и его чёткой стабилизации в абсолютно разных каскадах.

При этом некоторые инверторные блоки можно заставить работать с минимальными потерями на силовых ключах, а также на выпрямленном мосте, где появляется высоковольтное напряжение.

Преобразователь напряжения для дома

С преобразователями напряжения для дома обычный человек сталкивается очень часто, ведь во многих устройствах есть блок питания. Чаще всего это понижающие преобразователи, имеющие гальваническую развязку. Например, зарядные устройства мобильных телефонов и ноутбуков, персональные стационарные компьютеры, радиоприёмники, стереосистемы, различные медиапроигрыватели и этот перечень можно продолжать очень долго, так как их разнообразие и применения в быту в последнее время очень широко.

Бесперебойные блоки питания оснащены накопителями энергии в виде аккумуляторов. Такие устройства применяются также для поддержания работоспособности системы отопления, во время неожиданного отключения электроэнергии. Иногда преобразователи для дома могут быть выполнены по инверторной схеме, то есть подключив его к источнику постоянного тока (аккумулятору), работающего за счёт химической реакции можно получить на выходе обычное переменное напряжение, величина которого будет 220 Вольт. Особенностью данных схем является возможность получить на выходе чистый синусоидальный сигнал.

Одной из очень важных характеристик, применяемых в быту преобразователей, является стабильная величины сигнала на выходе устройства, независимо от того сколько вольт подаётся на его вход. Эта функциональная особенность блоков питания связана с тем, что для стабильной и продолжительной работы микросхем и других полупроводниковых устройств необходимо чётко нормированное напряжение, да ещё и без пульсаций.

Основными критериями выбора преобразователя для дома или квартиры являются:

  1. Мощность;
  2. Величина входного и выходного напряжения;
  3. Возможность стабилизации и её пределы;
  4. Величина тока на нагрузке;
  5. Минимизация нагрева, то есть лучше чтобы преобразователь работал в режиме с запасом по мощности;
  6. Вентиляция устройства, может быть естественная или принудительная;
  7. Хорошая шумоизоляция;
  8. Наличие защит от перегрузок и перегрева.

Выбор преобразователя напряжения дело не простое, ведь от правильно выбранного преобразователя зависит и работа питаемого устройства.

Бестрансформаторные преобразователи напряжения

В последнее время они стали очень популярны, так как на их изготовление, а в частности, производство трансформаторов, нужно тратить немалые средства, ведь обмотка их выполняется из цветного металла, цена на который постоянно растёт. Основное преимущество таких преобразователей это, конечно же, цена. Среди отрицательных сторон есть одно существенно отличающее его от трансформаторных блоков питания и преобразователей. В результате пробоя одного или нескольких полупроводниковых приборов, вся выходная энергия может попасть на клеммы потребителя, а это обязательно выведет его из строя. Вот простейший преобразователь переменного напряжения в постоянное. Роль регулирующего элемента играет тиристор.

Проще обстоят дела с преобразователями, в которых отсутствуют трансформаторы, но работающие на основе и в режиме повышающего напряжение аппарата. Здесь даже при выходе одного элемента или нескольких на нагрузке не появится опасной губительной энергии.

Преобразователи постоянного напряжения

Преобразователь переменного напряжения в постоянное является самым часто используемым видом устройства этого типа. В быту это всевозможные блоки питания, а на производстве и в промышленности это питающие устройства:

  • Всех полупроводниковых схем;
  • Обмоток возбуждения синхронных двигателей и двигателей постоянного тока;
  • Катушек соленоидов масляных выключателей;
  • Оперативных цепей и цепей отключения там, где катушки требуют постоянного тока.

Тиристорный преобразователь напряжения — это наиболее часто применяемый для этих целей аппарат. Особенностью этих устройств является полное, а не частичное, преобразование переменного напряжения в постоянное без всякого рода пульсаций. Мощный преобразователь напряжения такого типа обязательно должен включать в себя радиаторы и вентиляторы для охлаждения, так как все электронные детали могут работать долго и безаварийно, только при рабочих температурах.

Регулируемый преобразователь напряжения

Эти устройства направлены на работу как в режиме повышения напряжения, так и в режиме понижения. Чаще всего это всё-таки аппараты, выполняющие плавную регулировку величины выходного сигнала, который ниже входного. То есть на вход подаётся 220 Вольт, а на выходе получаем регулируемую постоянную величину, допустим, от 2 до 30 вольт. Такие приборы с очень тонкой регулировкой применяются для проверки стрелочных и цифровых приборов в лабораториях. Очень удобно когда они оснащены цифровым индикатором. Нужно признать, что каждый радиолюбитель брал за основу своих первых работ именно этот вид, так как питание для определённой аппаратуры может быть разное по величине, а этот источник питания получался весьма универсальным. Как сделать качественный и работающий долгое время преобразователь, вот основная проблема юных радиолюбителей.

Инверторный преобразователь напряжения

Данный тип преобразователей положен в основу инновационных компактных сварочных устройств. Получая для питания переменное напряжение 220 Вольт аппарат выпрямляет его, после чего снова делает его переменным, но уже с частотой несколько десятков тысяч Гц. Это даёт возможность значительно снизить габариты сварочного трансформатора, установленного на выходе.

Также инверторный способ применяется для питания отопительных котлов от аккумуляторных батарей в случае неожиданного отключения электроэнергии. За счёт этого система продолжает работать и получает 220 вольт переменного напряжения из 12 Вольт постоянного. Мощный повышающий аппарат такого назначения должен эксплуатироваться от батареи большой ёмкости, от этого зависит как долго он будет снабжать котёл электроэнергией. То есть емкость при этом играет ключевую роль.

Высокочастотный преобразователь напряжения

За счёт применения повышающих преобразователей появляется возможность уменьшения габаритов всех электронных и электромагнитных элементов, из которых состоят схемы, а это значит снижается и стоимость трансформаторов, катушек, конденсаторов и т. д. Правда, это может вызывать высокочастотные радиопомехи, которые влияют на работу других электронных систем, да и обычных радиоприёмников, поэтому нужно надёжно экранировать их корпуса. Расчет преобразователя и его помех должен производиться высококвалифицированным персоналом.

Что такое преобразователь сопротивления в напряжение?
Это особый вид, который используется только при производстве и изготовлении измерительных приборов, в частности, омметров. Ведь основа омметра, то есть прибора измеряющего сопротивление, выполнена в измерении падения U и преобразовании его в стрелочные или цифровые показатели. Обычно измерения производятся относительно постоянного тока. Измерительный преобразователь — техническое средство, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации, а также передачи. Он входит в состав какого-либо измерительного прибора.

Преобразователь тока в напряжение

В большинстве случаев все электронные схемы нужны для обработки сигналов, представленных в виде напряжения. Однако иногда приходится иметь дело с сигналом в виде тока. Такие сигналы возникают, например, на выходе фоторезистора или фотодиода. Тогда желательно при первой же возможности преобразовать токовый сигнал в напряжение. Преобразователи напряжения в ток применяются в случае, когда ток в нагрузке должен быть пропорционален входному U и не зависеть от R нагрузки. В частности, при постоянном входном U ток в нагрузке также будет постоянным, поэтому такие преобразователи иногда условно называют стабилизаторами тока.

Ремонт преобразователя напряжения

Ремонт этих устройств для преобразования одного вида напряжения в другой, лучше производить в сервисных центрах, где персонал имеет высокую квалификацию и впоследствии предоставит гарантии выполненных работ. Чаще всего любые современные качественные преобразователи состоят из нескольких сотен электронных деталей и если нет явных сгоревших элементов, то найти поломку и устранить её будет очень сложно. Некоторые же китайские недорогие устройства данного типа, вообще, в принципе лишены возможности их ремонта, чего нельзя сказать об отечественных производителях. Да может они немного громоздкие и не компактные, но зато подлежат ремонту, так как многие из их деталей можно заменить на аналогичные.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
Adblock
detector