Плазменный генератор. Генераторы низкотемпературной плазмы
Плазменный генератор — плазмотрон
Если твёрдое вещество сильно нагреть, оно превратится в жидкость. Если поднять температуру ещё выше — жидкость испарится и превратится в газ.
Но что произойдёт, если продолжать увеличивать температуру? Атомы вещества начнут терять свои электроны, превращаясь в положительные ионы. Вместо газа образуется газообразная смесь, состоящая из свободно движущихся электронов, ионов и нейтральных атомов. Она называется плазмой.
В наше время плазма находит широкое применение в самых разных областях науки и техники: для термической обработки металлов, нанесение на них различных покрытий, плавки и других металлургических операций. В последнее время плазму стали широко использовать химики. Они выяснили, что в струе плазмы сильно увеличивается скорость и эффективность многих химических реакций. Например, вводя в струю водородной плазмы метан, можно превратить его в очень ценный ацетилен.
Или расположить пары нефти на ряд органических соединений — этилен, пропилен и другие, которые служат в дальнейшем важным сырьём для получения различных полимерных материалов.
Схема плазменного генератора — плазмотрона
1 — плазменная струя;
3 — дуговой разряд;
4 — каналы «закрутки» газа;
5 — катод из тугоплавкого металла;
6 — плазмообразующий газ;
7 — державка электрода;
8 — разрядная камера;
9 — соленоид;
10 — медный анод.
Как создать плазму? Для этой цели и служит плазмотрон, или плазменный генератор.
Если поместить в сосуд с газом металлические электроды и приложить к ним высокое напряжение, произойдёт электрический разряд. В газе всегда имеются свободные электроны. Под действием электрического тока они разгоняют и, сталкиваясь с нейтральными атомами газа, выбивают из них электроны и образуют электрически заряженные частицы — ионы, т.е. ионизируют атомы. Освободившиеся электроны тоже ускоряются электрическим полем и ионизируют новые атомы, ещё увеличивая количество свободных электронов и ионов.
Этот процесс происходит в дуговом плазмотроне. Высокое напряжение создаётся в нём между катодом и анодом, в качестве которого может служить, например, металл, который нужно обработать с помощью плазмы. В пространство разрядной камеры подаётся плазмообразующее вещество чаще всего газ — воздух, азот, аргон, водород, метан, кислород и т.д. Под действием высокого напряжения в газе возникает разряд, и между катодом и анодом образуется плазменная дуга. Чтобы избежать перегрева стенок разрядной камеры, их охлаждают водой. Устройства такого типа называют плазмотронами с внешней плазменной дугой. Применяются они для резки, сварки, расплавления металлов и др.
Несколько иначе устроен плазмотрон для создания плазменной струи. Плазмообразующий газ с большой скоростью продувается через систему спиральных каналов и «поджигается» в пространстве между катодом и стенками разрядной камеры, которые являются анодом.
Вглядитесь ещё раз в этот рисунок. Не напоминает ли он вам что-то хорошо известное?
Конечно, это реактивный двигатель. Силу тяги в реактивном двигателе создаёт струя горячих газов, выбрасываемых с большой скоростью из сопла. Чем больше скорость, тем больше сила тяги. А чем хуже плазма? Скорость у струи вполне подходящая — до 10 км/с. А с помощью специальных электрических полей плазму можно ускорить ещё больше — до 100 км/с. Это примерно в 100 раз больше скорости газов в существующих реактивных двигателях. Значит, и тяга у плазменных или электрореактивных двигателей может быть больше, и расход топлива можно будет намного уменьшить. Первые образцы плазменных двигателей уже испытаны в космосе.
Чтобы разрезать толстую металлическую заготовку, можно воспользоваться тремя инструментами: болгаркой, газовой кислородной горелкой и аппаратом плазменной сварки. С помощью первого получается ровный и аккуратный срез, но только по прямой линии, вторым можно резать узоры, но срез получается с наплывами металла и рваным. А вот третий вариант – это ровные резаные кромки, которые не нуждаются в дополнительной обработке. К тому же резать, таким образом, металл можно по любой кривой линии. Правда, стоит плазмотрон недешево, поэтому у многих домашних мастеров возникает вопрос, а можно ли изготовить это приспособление самостоятельно. Конечно, можно, главное понять принцип работы плазмотрона.
А принцип достаточно прост. Внутри резака установлен электрод из прочного и жаростойкого материала. По сути, это проволока, на которую подается электрический ток. Между ней и соплом резака зажигается дуга, которая нагревает пространство внутри сопла до 7000С. После чего внутрь сопла подается сжатый воздух.
Он нагревается и ионизируется, то есть, становится проводником электрического тока. Его электропроводность становится такой же, как и у металла.
Получается так, что сам воздух – это проводник, который при соприкосновении с металлом образует короткое замыкание. Так как сжатый воздух обладает высоким давлением, то он старается выйти из сопла с большой скоростью. Этот ионизированный воздух с большой скоростью и есть плазма, температура которой более 20000С.
При этом, соприкасаясь с разрезаемым металлом, между плазмой и заготовкой образуется дуга, как и в случае с электродной сваркой. Разогрев металла происходит моментально, площадь разогрева равна сечению отверстия в сопле. Металл разрезаемой детали тут же переходит в жидкое состояние и плазмой выдувается из места разреза. Так и происходит резка.
Из принципа работы аппарата плазменной резки становится понятным, что для проведения этого процесса потребуется источник электрического питания, источник сжатого воздуха, горелка, в состав которой входит сопло из жаропрочного материала, кабели для подачи электроэнергии и шланги для подачи сжатого воздуха.
Так как разговор идет о плазмотроне, который будет собираться своими руками, то необходимо учитывать момент, что оборудование должно быть недорогим. Поэтому в качестве источника питания электроэнергией выбирается сварочный инвертор. Это недорогой аппарат с хорошей стабильной дугой, с его помощью можно неплохо сэкономить на потреблении электрического тока. Правда, резать им можно металлические заготовки толщиною не более 25 мм. Если есть необходимость увеличить данный показатель, тогда придется использовать вместо инвертора сварочный трансформатор.
Что касается источника сжатого воздуха, то тут проблем возникнуть не должно. Обычный компрессор давлением 2-2,5 атмосферы прекрасно будет поддерживать стабильную дугу для резки. Единственное, на что необходимо обратить внимание, это объем выдаваемого воздуха. Если процесс резки металлов будет продолжительным, то компрессор может не выдержать такой интенсивной работы. Поэтому рекомендуется после него установить ресивер. По сути, это емкость, в которой будет аккумулироваться воздух под необходимым давлением.
Здесь важно провести настройку так, чтобы снижение давления в ресивере сразу же становилось причиной включения компрессора для наполнения емкости сжатым воздухом. Необходимо отметить, что компрессоры в комплекте с ресивером сегодня продаются, как единый комплекс.
Самый сложный в изготовлении элемент плазмотрона – это горелка с соплом. Самый простой вариант – это купить готовое сопло, а лучше несколько его видов с разными диаметрами его отверстия. Таким образом можно, меняя сопло, проводить резку разной ширины. Стандартный диаметр – 3 мм. Кто-то из домашних мастеров делает сопла своими руками из жаропрочных металлов, которые достать не так просто. Поэтому проще купить.
Устанавливается сопло на резак, он просто накручивается на конец горелки. Если используется в самодельном плазмотроне инвертор, то в его комплект входит рукоятка, на которую можно насадить купленное сопло.
Обязательные элементы плазмотрона – сварочный кабель и шланг. Их обычно соединяют в один комплект, что создает удобство их использования.
И еще один элемент самодельного плазмотрона – это осциллятор. Его назначение – зажечь дугу в самом начале работы, то есть, этот прибор создает первичную искру для поджига неплавящегося электрода. При этом касаться концом расходника поверхности металла нет необходимости. Работают осцилляторы, как на переменном, так и на постоянном токе. Если в заводских аппаратах этот прибор установлен внутри корпуса оборудования, то в самодельных его можно установить рядом с инвертором, подключив проводами.
Необходимо понимать, что осциллятор предназначается только для поджига дуги. То есть, после ее стабилизации прибор должен быть отключен. Схема подключения основана на использовании реле, при помощи которого контролируется процесс стабилизации. После отключения устройства дуга работает непосредственно от инвертора.
Как видите, никакие чертежи для сборки плазмотрона своими руками не нужны. Вся сборка производится достаточно просто, главное соблюсти правила техники безопасности.
К примеру, сварочный кабель соединяется на болтах, шланги для сжатого воздуха на заводских обжимах и хомутах.
Как работает самодельный плазмотрон
В принципе, самодельный плазмотрон работает точно так же, как и заводской. Правда, у него свой собственный ресурс, зависящий в основном от материала, из которого изготовлено сопло.
- Сначала включается осциллятор и инвертор, через которые ток подается на электрод. Происходит его поджиг. Управление поджигом производится кнопкой, расположенной на рукоятке горелки.
- Секунд 10-15, за это время дежурная дуга заполнит собой все пространство между электродом и соплом. Теперь можно подавать сжатый воздух, потому что за это время температура внутри сопла достигнет 7000С.
- Как только из сопла вырвется плазма, можно переходить к процессу резки металла.
- Очень важно правильно вести горелку вдоль намеченного контура резки. К примеру, если скорость продвижения резака не очень большая, то это гарантия, что ширина реза будет большой, плюс края будут точно неровными с наплывами и корявыми.
Если скорость движения резака, наоборот, будет большой, то расплавленный металл будет плохо выдуваться из зоны резки, что приведет к образованию рваного реза, потеряется его непрерывность. Поэтому опытным путем необходимо подобрать скорость резки.
Если скорость движения резака, наоборот, будет большой, то расплавленный металл будет плохо выдуваться из зоны резки, что приведет к образованию рваного реза, потеряется его непрерывность. Поэтому опытным путем необходимо подобрать скорость резки.Очень важно правильно подобрать материал для изготовления электрода. Чаще всего для этого используют гафний, бериллий, торий или цирконий. В процессе действия на них высоких температур на поверхности образуются тугоплавкие оксиды этих металлов, так что электрод из них разрушается медленно. Правда, нагретый бериллий становится радиоактивным, а торий начинает выделять токсичные вещества. Поэтому оптимальный вариант – это электрод из гафния.
Стабилизация давления на выходе из ресивера обеспечивается установленным редуктором. Стоит он недорого, зато решает проблему равномерного поступления сжатого воздуха на сопло резака.
Все работы по эксплуатации самодельного аппарата плазменной резки должны проводиться только в защитной одежде и обуви.
Обязательно надеваются перчатки и очки.
Что касается размеров сопла, то делать его очень длинным не рекомендуется. Это приводит к быстрому его разрушению. К тому же очень важно провести правильную настройку режима реза. Все дело в том, что иногда в самодельных плазморезах появляется не одна дуга, а две. Это негативно сказывается на работе самого аппарата. И конечно, это уменьшает срок его эксплуатации. Просто сопло начинает быстрее разрушаться. Да и инвертор такой нагрузки может не выдержать, так что есть вероятность выхода его из строя.
И последнее. Характерная особенность данного вида резки металлов – это его плавка только в том месте, на который воздействует плазменный поток. Поэтому необходимо добиться того, чтобы пятно реза находилось по центру конца электрода. Даже минимальное смещение пятна приведет к отклонению дуги, что создаст условия образования неправильного реза, а соответственно снижения качества самого процесса.
Как видите, рисунок процесса резки зависит от многих фактором, поэтому, собирая плазмотрон без помощи специалистов своими руками, необходимо точно соблюдать все требования к каждому элементу и прибору.
Даже небольшие отклонения снизят качество реза.
Наука твердо знает: превращение тепла в работу тем выгоднее, чем сильнее нагрет пар. Если на обычной современной электростанции поднять температуру пара до 1000-1500°, ее к. п. д. сам собой увеличится в полтора раза. Но беда в том, что сделать это никак нельзя, ведь такой страшный жар очень быстро разрушит любую турбину .
Значит, рассуждали ученые, надо попробовать обойтись совсем без турбины. Надо построить такой генератор, который бы сам превращал энергию струи раскаленного газа в электрический ток! И построили. Построить плазменный генератор электроэнергии помогла быстро развивающаяся наука — магнитогидродинамика, которая изучает движение в магнитном поле жидкостей, проводящих электрический ток .
Обнаружилось, что жидкость-проводник, помещенная в магнитное поле, ничем не отличается по поведению от твердого проводника, например металла. Но мы хорошо знаем, что происходит в металлическом проводнике, если его двигать между полюсами магнита: в нем наводится (индуктируется) электрический ток.
Значит, ток появится и в струе жидкости, если эта струя пере-сечет магнитное поле.
Однако построить генератор с жидким проводником все же не удалось. Струю жидкости нужно было разогнать до очень высокой скорости, а на это требуется громадное количество энергии, большая часть которой теряется в самой струе на завихрения. Вот тогда-то и явилась мысль: а не заменить ли жидкость газом? Ведь газовым струям мы давно умеем сообщать огромные скорости — вспомните хотя бы реактивный двигатель. Но эту мысль сразу же пришлось отбросить: ни один газ не проводит тока.
Получился как будто полный тупик. Твердые проводники не выдерживают высоких температур; жидкие не разгоняются до высоких скоростей; газообразные не проводники вовсе. Но…
Мы привыкли думать, что вещество может находиться только в трех состояниях — твердом, жидком и газообразном. А оно, ведь, бывает еще и в четвертом состоянии — плазменном. Из плазмы, как известно, состоит Солнце и большинство звезд. Вот он – плазменный генератор электроэнергии!
Плазма — это газ, но ионизированный
В нем среди молекул попадаются заряженные ионы, т.
е. «осколки» атомов с нарушенными электронными орбитами. Есть и свободные электроны. Ионы и электроны — носители электрических зарядов, а это значит, что плазма электропроводна.
Но чтобы получить плазму, необходимо посильнее нагреть газ. С повышением температуры молекулы газа движутся все быстрее, они часто и сильно сталкиваются между собой. Наступает момент, когда молекулы постепенно распадаются на атомы. Но газ пока тока не проводит. Продолжаем его нагревать!
Вот термометр показал 4000°. Атомы приобрели высокую энергию. Их скорости огромны, а отдельные столкновения заканчиваются «катастрофически»: электронные оболочки атомов нарушаются. Это нам и нужно — теперь в газе есть ионы и электроны — появилась плазма.
Нагреть газ до 4000° — нелегкое дело. Лучшие сорта угля , нефти и природных газов дают при сгорании куда более низкую температуру. Как быть?
Ученые справились и с этой трудностью. Выручил калий — дешевый и распространенный щелочной металл. Оказалось, что в присутствии калия ионизация многих газов начинается гораздо раньше.
Стоит добавить всего один процент калия к обычным топочным газам — продуктам сгорания угля и нефти, как ионизация в них начинается при 3000° и даже чуть ниже.
Из топки, где рождаются горячие газы, их отводят в патрубок, куда непрерывно подается тоненькой струйкой поташ — углекислый калий. Происходит слабая, но все же достаточная ионизация. Патрубок затем плавно расширяется, образуя сопло.
Свойства расширяющегося сопла таковы, что при движении по нему газ набирает высокую скорость, теряя давление. Скорость газов, вырывающихся из сопла, может соперничать со скоростями современных самолетов — она достигает 3200 км/час.
Раскаленный поток плазмы врывается в главный канал генератора
Его стенки не из металла, а из кварца или огнеупорной керамики. Снаружи к стенкам подведены полюсы сильнейшего магнита. Под действием магнитного поля в плазме, как во всяком проводнике, наводится электродвижущая сила.
Теперь надо, как говорят электрики, «снять» ток, отвести его к потребителю.
Для этого в канал плазменного генератора вводят два электрода — тоже, конечно, неметаллических, чаще всего графитовых. Если их замкнуть внешней цепью, то в цепи появится постоянный ток.
У небольших плазменных генераторов электроэнергии, уже построенных в разных странах, к. п. д. достиг 50% (к. п. д. тепловой электростанции не больше 35-37%). Теоретически можно получить и 65%, и еще больше. Перед учеными, работающими над плазменным генератором, стоит много проблем, связанных с выбором материалов, с увеличением срока работы генератора (нынешние образцы работают пока лишь минуты).
Плазменный генератор электроэнергии как действует. Генераторы низкотемпературной плазмы (плазмотроны). Как работает самодельный плазмотрон
Плазменный генератор — плазмотрон
Если твёрдое вещество сильно нагреть, оно превратится в жидкость. Если поднять температуру ещё выше — жидкость испарится и превратится в газ.
Но что произойдёт, если продолжать увеличивать температуру? Атомы вещества начнут терять свои электроны, превращаясь в положительные ионы.
Вместо газа образуется газообразная смесь, состоящая из свободно движущихся электронов, ионов и нейтральных атомов. Она называется плазмой.
В наше время плазма находит широкое применение в самых разных областях науки и техники: для термической обработки металлов, нанесение на них различных покрытий, плавки и других металлургических операций. В последнее время плазму стали широко использовать химики. Они выяснили, что в струе плазмы сильно увеличивается скорость и эффективность многих химических реакций. Например, вводя в струю водородной плазмы метан, можно превратить его в очень ценный ацетилен. Или расположить пары нефти на ряд органических соединений — этилен, пропилен и другие, которые служат в дальнейшем важным сырьём для получения различных полимерных материалов.
Схема плазменного генератора — плазмотрона
1 — плазменная струя;
3 — дуговой разряд;
4 — каналы «закрутки» газа;
5 — катод из тугоплавкого металла;
6 — плазмообразующий газ;
7 — державка электрода;
8 — разрядная камера;
9 — соленоид;
10 — медный анод.
Как создать плазму? Для этой цели и служит плазмотрон, или плазменный генератор.
Если поместить в сосуд с газом металлические электроды и приложить к ним высокое напряжение, произойдёт электрический разряд. В газе всегда имеются свободные электроны. Под действием электрического тока они разгоняют и, сталкиваясь с нейтральными атомами газа, выбивают из них электроны и образуют электрически заряженные частицы — ионы, т.е. ионизируют атомы. Освободившиеся электроны тоже ускоряются электрическим полем и ионизируют новые атомы, ещё увеличивая количество свободных электронов и ионов. Процесс развивается лавинообразно, атомы вещества очень быстро ионизируются и вещество превращается в плазму.
Этот процесс происходит в дуговом плазмотроне. Высокое напряжение создаётся в нём между катодом и анодом, в качестве которого может служить, например, металл, который нужно обработать с помощью плазмы. В пространство разрядной камеры подаётся плазмообразующее вещество чаще всего газ — воздух, азот, аргон, водород, метан, кислород и т.
д. Под действием высокого напряжения в газе возникает разряд, и между катодом и анодом образуется плазменная дуга. Чтобы избежать перегрева стенок разрядной камеры, их охлаждают водой. Устройства такого типа называют плазмотронами с внешней плазменной дугой. Применяются они для резки, сварки, расплавления металлов и др.
Несколько иначе устроен плазмотрон для создания плазменной струи. Плазмообразующий газ с большой скоростью продувается через систему спиральных каналов и «поджигается» в пространстве между катодом и стенками разрядной камеры, которые являются анодом. Плазма, закрученная благодаря спиральным каналам в плотную струю, выбрасывается из сопла, причём её скорость может достигать от 1 до 10000 м/с. «Отжать» плазму от стенок камеры и сделать её струю более плотной помогает магнитное поле, которое создаётся катушкой индуктивности. Температура струи плазмы на выходе из сопла — от 3000 до 25000 К.
Вглядитесь ещё раз в этот рисунок. Не напоминает ли он вам что-то хорошо известное?
Конечно, это реактивный двигатель.
Силу тяги в реактивном двигателе создаёт струя горячих газов, выбрасываемых с большой скоростью из сопла. Чем больше скорость, тем больше сила тяги. А чем хуже плазма? Скорость у струи вполне подходящая — до 10 км/с. А с помощью специальных электрических полей плазму можно ускорить ещё больше — до 100 км/с. Это примерно в 100 раз больше скорости газов в существующих реактивных двигателях. Значит, и тяга у плазменных или электрореактивных двигателей может быть больше, и расход топлива можно будет намного уменьшить. Первые образцы плазменных двигателей уже испытаны в космосе.
Чтобы разрезать толстую металлическую заготовку, можно воспользоваться тремя инструментами: болгаркой, газовой кислородной горелкой и аппаратом плазменной сварки. С помощью первого получается ровный и аккуратный срез, но только по прямой линии, вторым можно резать узоры, но срез получается с наплывами металла и рваным. А вот третий вариант – это ровные резаные кромки, которые не нуждаются в дополнительной обработке.
К тому же резать, таким образом, металл можно по любой кривой линии. Правда, стоит плазмотрон недешево, поэтому у многих домашних мастеров возникает вопрос, а можно ли изготовить это приспособление самостоятельно. Конечно, можно, главное понять принцип работы плазмотрона.
А принцип достаточно прост. Внутри резака установлен электрод из прочного и жаростойкого материала. По сути, это проволока, на которую подается электрический ток. Между ней и соплом резака зажигается дуга, которая нагревает пространство внутри сопла до 7000С. После чего внутрь сопла подается сжатый воздух. Он нагревается и ионизируется, то есть, становится проводником электрического тока. Его электропроводность становится такой же, как и у металла.
Получается так, что сам воздух – это проводник, который при соприкосновении с металлом образует короткое замыкание. Так как сжатый воздух обладает высоким давлением, то он старается выйти из сопла с большой скоростью. Этот ионизированный воздух с большой скоростью и есть плазма, температура которой более 20000С.
При этом, соприкасаясь с разрезаемым металлом, между плазмой и заготовкой образуется дуга, как и в случае с электродной сваркой. Разогрев металла происходит моментально, площадь разогрева равна сечению отверстия в сопле. Металл разрезаемой детали тут же переходит в жидкое состояние и плазмой выдувается из места разреза. Так и происходит резка.
Из принципа работы аппарата плазменной резки становится понятным, что для проведения этого процесса потребуется источник электрического питания, источник сжатого воздуха, горелка, в состав которой входит сопло из жаропрочного материала, кабели для подачи электроэнергии и шланги для подачи сжатого воздуха.
Так как разговор идет о плазмотроне, который будет собираться своими руками, то необходимо учитывать момент, что оборудование должно быть недорогим. Поэтому в качестве источника питания электроэнергией выбирается сварочный инвертор. Это недорогой аппарат с хорошей стабильной дугой, с его помощью можно неплохо сэкономить на потреблении электрического тока.
Правда, резать им можно металлические заготовки толщиною не более 25 мм. Если есть необходимость увеличить данный показатель, тогда придется использовать вместо инвертора сварочный трансформатор.
Что касается источника сжатого воздуха, то тут проблем возникнуть не должно. Обычный компрессор давлением 2-2,5 атмосферы прекрасно будет поддерживать стабильную дугу для резки. Единственное, на что необходимо обратить внимание, это объем выдаваемого воздуха. Если процесс резки металлов будет продолжительным, то компрессор может не выдержать такой интенсивной работы. Поэтому рекомендуется после него установить ресивер. По сути, это емкость, в которой будет аккумулироваться воздух под необходимым давлением. Здесь важно провести настройку так, чтобы снижение давления в ресивере сразу же становилось причиной включения компрессора для наполнения емкости сжатым воздухом. Необходимо отметить, что компрессоры в комплекте с ресивером сегодня продаются, как единый комплекс.
Самый сложный в изготовлении элемент плазмотрона – это горелка с соплом.
Самый простой вариант – это купить готовое сопло, а лучше несколько его видов с разными диаметрами его отверстия. Таким образом можно, меняя сопло, проводить резку разной ширины. Стандартный диаметр – 3 мм. Кто-то из домашних мастеров делает сопла своими руками из жаропрочных металлов, которые достать не так просто. Поэтому проще купить.
Устанавливается сопло на резак, он просто накручивается на конец горелки. Если используется в самодельном плазмотроне инвертор, то в его комплект входит рукоятка, на которую можно насадить купленное сопло.
Обязательные элементы плазмотрона – сварочный кабель и шланг. Их обычно соединяют в один комплект, что создает удобство их использования. Сдвоенный элемент рекомендуется заизолировать, к примеру, установить внутрь резинового шланга.
И еще один элемент самодельного плазмотрона – это осциллятор. Его назначение – зажечь дугу в самом начале работы, то есть, этот прибор создает первичную искру для поджига неплавящегося электрода. При этом касаться концом расходника поверхности металла нет необходимости.
Работают осцилляторы, как на переменном, так и на постоянном токе. Если в заводских аппаратах этот прибор установлен внутри корпуса оборудования, то в самодельных его можно установить рядом с инвертором, подключив проводами.
Необходимо понимать, что осциллятор предназначается только для поджига дуги. То есть, после ее стабилизации прибор должен быть отключен. Схема подключения основана на использовании реле, при помощи которого контролируется процесс стабилизации. После отключения устройства дуга работает непосредственно от инвертора.
Как видите, никакие чертежи для сборки плазмотрона своими руками не нужны. Вся сборка производится достаточно просто, главное соблюсти правила техники безопасности. К примеру, сварочный кабель соединяется на болтах, шланги для сжатого воздуха на заводских обжимах и хомутах.
Как работает самодельный плазмотрон
В принципе, самодельный плазмотрон работает точно так же, как и заводской. Правда, у него свой собственный ресурс, зависящий в основном от материала, из которого изготовлено сопло.
- Сначала включается осциллятор и инвертор, через которые ток подается на электрод. Происходит его поджиг. Управление поджигом производится кнопкой, расположенной на рукоятке горелки.
- Секунд 10-15, за это время дежурная дуга заполнит собой все пространство между электродом и соплом. Теперь можно подавать сжатый воздух, потому что за это время температура внутри сопла достигнет 7000С.
- Как только из сопла вырвется плазма, можно переходить к процессу резки металла.
- Очень важно правильно вести горелку вдоль намеченного контура резки. К примеру, если скорость продвижения резака не очень большая, то это гарантия, что ширина реза будет большой, плюс края будут точно неровными с наплывами и корявыми. Если скорость движения резака, наоборот, будет большой, то расплавленный металл будет плохо выдуваться из зоны резки, что приведет к образованию рваного реза, потеряется его непрерывность. Поэтому опытным путем необходимо подобрать скорость резки.
Очень важно правильно подобрать материал для изготовления электрода.
Чаще всего для этого используют гафний, бериллий, торий или цирконий. В процессе действия на них высоких температур на поверхности образуются тугоплавкие оксиды этих металлов, так что электрод из них разрушается медленно. Правда, нагретый бериллий становится радиоактивным, а торий начинает выделять токсичные вещества. Поэтому оптимальный вариант – это электрод из гафния.
Стабилизация давления на выходе из ресивера обеспечивается установленным редуктором. Стоит он недорого, зато решает проблему равномерного поступления сжатого воздуха на сопло резака.
Все работы по эксплуатации самодельного аппарата плазменной резки должны проводиться только в защитной одежде и обуви. Обязательно надеваются перчатки и очки.
Что касается размеров сопла, то делать его очень длинным не рекомендуется. Это приводит к быстрому его разрушению. К тому же очень важно провести правильную настройку режима реза. Все дело в том, что иногда в самодельных плазморезах появляется не одна дуга, а две. Это негативно сказывается на работе самого аппарата.
И конечно, это уменьшает срок его эксплуатации. Просто сопло начинает быстрее разрушаться. Да и инвертор такой нагрузки может не выдержать, так что есть вероятность выхода его из строя.
И последнее. Характерная особенность данного вида резки металлов – это его плавка только в том месте, на который воздействует плазменный поток. Поэтому необходимо добиться того, чтобы пятно реза находилось по центру конца электрода. Даже минимальное смещение пятна приведет к отклонению дуги, что создаст условия образования неправильного реза, а соответственно снижения качества самого процесса.
Как видите, рисунок процесса резки зависит от многих фактором, поэтому, собирая плазмотрон без помощи специалистов своими руками, необходимо точно соблюдать все требования к каждому элементу и прибору. Даже небольшие отклонения снизят качество реза.
О перспективности МГД генераторов слышал почти каждый, кто интересовался энергетикой. А вот то, что эти генераторы находятся в статусе перспективных уже более 50 лет, известно немногим.
О проблемах, связанных с плазменными МГД генераторами, рассказывается в статье.
История с плазменными, или магнитогидродинамическими (МГД) генераторами удивительно похожа на ситуацию с . Кажется, что нужно сделать только одни шаг или приложить небольшое усилие, и прямое преобразование тепла в электрическую энергию станет привычной реальностью. Но очередная проблема отодвигает эту реальность на неопределенное время.
Прежде всего, о терминологии. Плазменные генераторы являются одной из разновидностей МГД генераторов. А те, в свою очередь, получили свое название по эффекту появления электрического тока при движении электропроводящих жидкостей (электролитов) в магнитном поле. Эти явления описываются и изучаются в одном из разделов физики — магнитогидродинамике . Отсюда и получили свое название генераторы.
Исторически первые эксперименты по созданию генераторов проводились с электролитами. Но результаты показали, что разогнать потоки электролитов до сверхзвуковых скоростей очень трудно, а без этого КПД (коэффициент полезного действия) генераторов чрезвычайно низок.
Дальнейшие исследования проводились с высокоскоростными ионизированными потоками газа, или плазмой. Поэтому сегодня, говоря о перспективах использования МГД генераторов , нужно иметь в виду, что речь идет исключительно о плазменной их разновидности.
Физически эффект появления разности потенциалов и электрического тока при движении зарядов в магнитном поле аналогичен . Те, кто работал с датчиками Холла, знают, что при прохождении тока через полупроводник, помещенный в магнитное поле, на обкладках кристалла, перпендикулярных линиям магнитного поля, появляется разность потенциалов. Только в МГД генераторах вместо тока пропускают проводящее рабочее тело.
Мощность МГД генераторов напрямую зависит от проводимости проходящего через его канал вещества, квадрата его скорости и квадрата напряженности магнитного поля. Из этих соотношений понятно, что чем больше проводимость, температура и напряженность поля, тем выше отбираемая мощность.
Все теоретические исследования по практическому преобразованию тепла в электричество были выполнены еще в 50-х годах минувшего столетия.
А спустя десятилетие появились опытно-промышленные установки «Марк-V» в США мощностью 32 МВт и «У-25» в СССР мощностью 25 МВт. С тех пор ведется отработка различных конструкций и эффективных режимов работы генераторов, испытания разнообразных типов рабочих тел и конструкционных материалов. Но до широкого промышленного использования плазменные генераторы так и не дошли.
Что мы имеем на сегодняшний день? С одной стороны, уже работает комбинированный энергоблок с МГД генератором мощностью 300 МВт на Рязанской ГРЭС. КПД собственно генератора превышает 45%, тогда как КПД обычных тепловых станций редко достигает 35%. В генераторе используется плазма с температурой 2800 градусов, полученная при сгорании природного газа, и .
Казалось бы, плазменная энергетика стала реальностью. Но подобные МГД генераторы в мире можно сосчитать на пальцах, и созданы они еще во второй половине прошлого века.
Первая причина очевидна: для работы генераторов требуются жаропрочные конструкционные материалы.
Часть материалов разработано в рамках выполнения программ по термоядерному синтезу. Другие используются в ракетостроении и засекречены. В любом случае, эти материалы чрезвычайно дорогие.
Другая причина заключается в особенностях работы МГД генераторов: они производят исключительно постоянный ток. Поэтому требуются мощные и экономичные инверторы. Даже сегодня, несмотря на достижения полупроводниковой техники, подобная задача до конца не решена. А без этого передать огромные мощности потребителям невозможно.
Не решена полностью и задача создания сверхсильных магнитных полей. Даже применение сверхпроводящих магнитов не решает проблему. Все известные сверхпроводящие материалы имеют критическую величину напряженности магнитного поля, выше которой сверхпроводимость просто исчезает.
Можно только гадать, что может произойти при внезапном переходе в нормальное состояние проводников, в которых плотность тока превышает 1000 А/мм2. Взрыв обмоток в непосредственной близости с плазмой, разогретой почти до 3000 градусов не вызовет глобальной катастрофы, но дорогостоящий МГД генератор выведет из строя наверняка.
Остаются проблемы разогрева плазмы до более высоких температур: при 2500 градусах и добавках щелочных металлов (калия) проводимость плазмы, тем не менее, остается очень низкой, несоизмеримой с проводимостью меди. Но повышение температуры потребует опять новых жаропрочных материалов. Круг замыкается.
Поэтому все созданные на сегодня энергоблоки с МГД генераторами демонстрируют скорее уровень достигнутых технологий, чем экономическую целесообразность. Престиж страны — это важный фактор, но строить в массовом порядке дорогие и капризные МГД генераторы сегодня очень накладно. Поэтому даже самые мощные МГД генераторы остаются в статусе опытно-промышленных установок. На них инженера и ученые отрабатывают будущие конструкции, испытывают новые материалы.
Когда закончится эта работа, сказать трудно. Изобилие различных конструкций МГД генераторов говорит о том, что до оптимального решения еще далеко. А информация о том, что идеальным рабочим телом для МГД генераторов является плазма термоядерного синтеза, отодвигает широкое применение их до середины нашего века.
Наука твердо знает: превращение тепла в работу тем выгоднее, чем сильнее нагрет пар. Если на обычной современной электростанции поднять температуру пара до 1000-1500°, ее к. п. д. сам собой увеличится в полтора раза. Но беда в том, что сделать это никак нельзя, ведь такой страшный жар очень быстро разрушит любую турбину .
Значит, рассуждали ученые, надо попробовать обойтись совсем без турбины. Надо построить такой генератор, который бы сам превращал энергию струи раскаленного газа в электрический ток! И построили. Построить плазменный генератор электроэнергии помогла быстро развивающаяся наука — магнитогидродинамика, которая изучает движение в магнитном поле жидкостей, проводящих электрический ток .
Обнаружилось, что жидкость-проводник, помещенная в магнитное поле, ничем не отличается по поведению от твердого проводника, например металла. Но мы хорошо знаем, что происходит в металлическом проводнике, если его двигать между полюсами магнита: в нем наводится (индуктируется) электрический ток.
Значит, ток появится и в струе жидкости, если эта струя пере-сечет магнитное поле.
Однако построить генератор с жидким проводником все же не удалось. Струю жидкости нужно было разогнать до очень высокой скорости, а на это требуется громадное количество энергии, большая часть которой теряется в самой струе на завихрения. Вот тогда-то и явилась мысль: а не заменить ли жидкость газом? Ведь газовым струям мы давно умеем сообщать огромные скорости — вспомните хотя бы реактивный двигатель. Но эту мысль сразу же пришлось отбросить: ни один газ не проводит тока.
Получился как будто полный тупик. Твердые проводники не выдерживают высоких температур; жидкие не разгоняются до высоких скоростей; газообразные не проводники вовсе. Но…
Мы привыкли думать, что вещество может находиться только в трех состояниях — твердом, жидком и газообразном. А оно, ведь, бывает еще и в четвертом состоянии — плазменном. Из плазмы, как известно, состоит Солнце и большинство звезд. Вот он – плазменный генератор электроэнергии!
Плазма — это газ, но ионизированный
В нем среди молекул попадаются заряженные ионы, т.
е. «осколки» атомов с нарушенными электронными орбитами. Есть и свободные электроны. Ионы и электроны — носители электрических зарядов, а это значит, что плазма электропроводна.
Но чтобы получить плазму, необходимо посильнее нагреть газ. С повышением температуры молекулы газа движутся все быстрее, они часто и сильно сталкиваются между собой. Наступает момент, когда молекулы постепенно распадаются на атомы. Но газ пока тока не проводит. Продолжаем его нагревать!
Вот термометр показал 4000°. Атомы приобрели высокую энергию. Их скорости огромны, а отдельные столкновения заканчиваются «катастрофически»: электронные оболочки атомов нарушаются. Это нам и нужно — теперь в газе есть ионы и электроны — появилась плазма.
Нагреть газ до 4000° — нелегкое дело. Лучшие сорта угля , нефти и природных газов дают при сгорании куда более низкую температуру. Как быть?
Ученые справились и с этой трудностью. Выручил калий — дешевый и распространенный щелочной металл. Оказалось, что в присутствии калия ионизация многих газов начинается гораздо раньше.
Стоит добавить всего один процент калия к обычным топочным газам — продуктам сгорания угля и нефти, как ионизация в них начинается при 3000° и даже чуть ниже.
Из топки, где рождаются горячие газы, их отводят в патрубок, куда непрерывно подается тоненькой струйкой поташ — углекислый калий. Происходит слабая, но все же достаточная ионизация. Патрубок затем плавно расширяется, образуя сопло.
Свойства расширяющегося сопла таковы, что при движении по нему газ набирает высокую скорость, теряя давление. Скорость газов, вырывающихся из сопла, может соперничать со скоростями современных самолетов — она достигает 3200 км/час.
Раскаленный поток плазмы врывается в главный канал генератора
Его стенки не из металла, а из кварца или огнеупорной керамики. Снаружи к стенкам подведены полюсы сильнейшего магнита. Под действием магнитного поля в плазме, как во всяком проводнике, наводится электродвижущая сила.
Теперь надо, как говорят электрики, «снять» ток, отвести его к потребителю.
Для этого в канал плазменного генератора вводят два электрода — тоже, конечно, неметаллических, чаще всего графитовых. Если их замкнуть внешней цепью, то в цепи появится постоянный ток.
У небольших плазменных генераторов электроэнергии, уже построенных в разных странах, к. п. д. достиг 50% (к. п. д. тепловой электростанции не больше 35-37%). Теоретически можно получить и 65%, и еще больше. Перед учеными, работающими над плазменным генератором, стоит много проблем, связанных с выбором материалов, с увеличением срока работы генератора (нынешние образцы работают пока лишь минуты).
Генерация плазмы. Выбор «правильного» решения, статьи по микроэлектронике
В профессиональных обсуждениях часто поднимается тема плазмы как современного инструмента высокотехнологичных производств, позволяющего существенно улучшать характеристики выпускаемых изделий. Что же такое плазма вообще? Какие виды плазмы бывают, чем они различаются и какие из них лучше подходят для того или иного применения?
Термин «плазма» знаком многим, любим писателями-фантастами и режиссерами блокбастеров, но что же в действительности кроется под этим звучным именем? Плазма — это частично или полностью ионизированный газ (аргон, кислород, азот, водород или другие), то есть газ, состоящий из нейтральных атомов или молекул и заряженных частиц, ионов и электронов.
По сравнению с обычным газом основное преимущество плазмы заключается в том, что благодаря наличию свободных мест на внешних электронных оболочках атомы/молекулы плазмы химически более активны. Именно эта особенность позволяет им так эффективно взаимодействовать с частицами других материалов.
Для ионизации газа необходимо передать ему энергию, а для этого существует множество способов, таких как нагрев и облучение. Но наиболее распространен способ получения плазмы с помощью электрического газового разряда. Газовый разряд представляет собой газовый промежуток, к которому приложена разность потенциалов. В промежутке образуются заряженные частицы, которые движутся в электрическом поле, создавая ток.
Рис. 1. Схема газового разряда
Есть несколько видов газового разряда: искровой, дуговой и тлеющий. Все они нашли то или иное применение в современной технике, но наибольшее распространение получил тлеющий разряд. Всем знакомые светящиеся рекламные колбы, лампы дневного света, покрытые изнутри люминофорами сложного состава, представляют собой многочисленные варианты применения плазмы тлеющего разряда.
Все установки плазменной обработки поверхности в микроэлектронике также используют тлеющий разряд.
Рис. 2. Схема установки плазменной обработки с НЧ-генератором
Для получения тлеющего газового разряда необходим газ, герметичная камера, в которой создано пониженное давление с помощью вакуумного насоса, генератор и два электрода. В камеру запускается газ так, чтобы итоговое давление в камере оставалось ниже атмосферного (примерно 10–2 мм рт. ст.), и включается генератор. Между электродами возникает переменное электромагнитное поле, которое передает энергию частицам газа, вследствие чего происходит их ионизация и зажигается разряд. Параметры разряда в значительной степени зависят от характеристик генератора, создающего электромагнитное поле. Существует три основных типа генераторов:
- Низкочастотный генератор (НЧ). Самый простой и надежный по конструкции и универсальный по применению. Используется в основном для «жесткой» быстрой очистки образцов (пластины, подложки, детали и т. д.) от загрязнений перед последующими операциями. Низкочастотными принято считать генераторы килогерцевого диапазона (обычно 40, 80 или 100кГц). Схема установки с таким генератором аналогична представленной на рис. 2.
- Высокочастотный генератор (ВЧ). Традиционно частота ВЧ-генераторов составляет 13,56 Мгц. ВЧ-генераторы имеют особенность, заключающуюся в необходимости их согласования для максимального увеличения падающей мощности и минимизации отраженной. Из-за наличия устройства согласования (ручного или автоматического) данный тип генератора более дорогой, чем НЧ, и менее надежный. Однако у него есть важное преимущество — способность создавать «мягкую» плазму, которая не повреждает даже чувствительные элементы на обрабатываемых образцах (например, открытые кристаллы на микросборках или легированные области в полупроводниковых пластинах). Принципиально устройство установки с таким генератором мало отличается от представленной на рис. 2, разница заключается только в наличии согласующих конденсаторов.
- Сверхвысокочастотный генератор (СВЧ, частота 2,45 ГГц). В грубом приближении установка с таким генератором есть не что иное, как известная всем микроволновая печь. То есть, если бы в домашней микроволновке можно было создать вакуум и подать внутрь ее газ, то при включении нагрева был бы получен тлеющий разряд. Особенностью микроволнового генератора (как и бытовых микроволновок) является невозможность напрямую обрабатывать металлические предметы. Но эта проблема была решена, когда образцы стали помещать в клетку Фарадея, изолируя их от СВЧ электромагнитного поля. Такая конструкция позволяет ионизировать газ в СВЧ-поле и после этого доставлять его к обрабатываемой поверхности (ионы плазмы свободно проходят через клетку Фарадея). Основная область применения таких генераторов — быстрое удаление с подложек толстых слоев органических материалов, в частности позитивных и негативных фоторезистов. Схема установки с СВЧ-генератором представлена на рис. 3. Как видно на схеме, ввод электромагнитного излучения производится через специальное кварцевое окно. Такая конструкция необходима в случае, когда вакуумная камера изготовлена из металла.
д.) от загрязнений перед последующими операциями. Низкочастотными принято считать генераторы килогерцевого диапазона (обычно 40, 80 или 100кГц). Схема установки с таким генератором аналогична представленной на рис. 2.
Такая конструкция необходима в случае, когда вакуумная камера изготовлена из металла.Рис. 3. Схема установки плазменной обработки с СВЧ-генератором
Сравнительная таблица различных типов генераторов (основные применения, достоинства и недостатки)
Теперь, зная особенности и специфику всех типов генераторов, можно рекомендовать следующее:
При производстве интегральных микросхем и других микроэлектронных устройств для очистки и подготовки подложек без нанесенных функциональных слоев или установленных бескорпусных компонентов, а также для очистки корпусов электронных компонентов перед герметизацией и активации контактных площадок перед микросваркой наиболее оптимальным решением является использование НЧ-генератора.
Для очистки и подготовки подложек с нанесенными функциональными слоями или установленными бескорпусными компонентами рекомендуется использовать ВЧ-генератор. Также лучше приобретать установку плазменной обработки с таким генератором и в том случае, если есть задача обеспечить наиболее широкое технологическое окно, которое позволяет технологу варьировать различные параметры процесса, используя множество режимов, материалов и т.
д.
При необходимости скоростного удаления толстых слоев органических веществ, таких как фоторезисты и полиимиды, лучше всего подойдет СВЧ-генератор, обеспечивающий в несколько раз более высокую скорость этих процессов, чем любой другой генератор.
Официальный сайт Группы компаний «Диполь»: www.dipaul.ru
Понравилась статья? Поставьте лайк
Микроэлектроника Производство кристаллов Плазменная обработка поверхности Установка плазменной обработки Diener Electronics Производство МЭМС устройств Плазменная обработка поверхности Установка плазменной обработки Diener Electronics
Tesla Coil DIY Kit, осязаемый плазменный шар, искровой разрядник, дуговой генератор для обучения физике, научный эксперимент — забавный DIY
Параметр:
Название продукта: Набор для самостоятельной сборки катушки Тесла с искровым зазором
Рабочее напряжение: 12 В ~ 36 В постоянного тока
Рабочая мощность: 60 Вт-80 Вт
Длина дуги: около 10 см
Рабочая температура: -40℃~85℃
Рабочая влажность: 5%~95% относительной влажности
Размер (установленный): 150*150*410 мм
Об этом наборе «Сделай сам»:
Забавный набор для научных экспериментов: экспериментальная модель дуговой плазменной беспроводной передачи для магической науки.
Искусственная имитация молнии может использоваться в качестве физического эксперимента для повышения способности учащихся к обучению и исследованию. Учащиеся также могут самостоятельно изготовить такую модель Теслы для участия в технологическом конкурсе, который будет иметь большие шансы на успех.
Сделай сам: работа Теслы своими руками: дуговой генератор представляет собой набор для самостоятельной сборки, который необходимо паять самостоятельно. Это очень подходит для тренировки ваших практических способностей. Метод пайки этого продукта не сложен, но у вас должна быть основа для пайки. Вы можете прочитать руководство пользователя для получения подробных инструкций по пайке
Отличные особенности: Катушка Тесла может производить плазму высокой температуры и высокого давления, которая может передавать по беспроводной сети и освещать флуоресцентным светом, стробоскопической трубкой, неоновым пузырем, светящейся трубкой, спектральной трубкой и т. д. Она имеет замечательную дугу.
Дуговое напыление достигает 10 см+ (может достигать 15 см при настройке). Блок питания необходимо подготовить самостоятельно (DC 12V-36V 60-80W). Вторичная катушка должна быть подключена к земле перед включением питания.
Удивительные украшения на вашем столе: Забавно наблюдать за взглядами и реакцией людей, когда они делают небольшой выстрел для этой модели катушки тесла. Подключите его и зажгите светодиодную лампочку, и тогда он работает как шарм. Очень интересно использовать его как украшение.
Набор для сборки плазменного шара с катушкой Теслы, искровой разрядник Дуговой генератор Теслы Осязаемое искусственное освещение Научный экспериментальный проект Волшебная наука Игрушка Тесла
Это набор для самостоятельной сборки катушки Тесла с искровым зазором. Катушка Тесла может производить плазму высокой температуры и высокого давления, которая обеспечивает беспроводную передачу и зажигание люминесцентной лампы. У него замечательная арка. Это очень интересное небольшое производство научных экспериментов.
Это детали комплекта катушек Теслы, которые нужно паять и собирать самостоятельно!
Особенность:
1>. Блестящая дуга
2>. Беспроводная передача
3>. Освещение в воздухе
4> дуга 0,10 см (кто-то может настроить на 15 см!)
Высококачественный комплект для розжига телевизора Проволока из чистой меди диаметром 1 мм печатная плата 10 конденсаторов для индукционной плиты BM
Узнайте перед покупкой
1. Требуются базовые навыки пайки. Вам нужно спаять печатную плату и соединить провода. Вам нужно купить паяльник и клеевой пистолет из оловянной проволоки самостоятельно. Рекомендуется покупать более толстую оловянную проволоку (но не слишком толстую, а то есть несколько мест, которые не так просто спаять. плату)
2. Адаптер источника необходимо подготовить самостоятельно, он понадобится на этапе вытягивания дуги
3. Если навыков пайки недостаточно, вы должны уделить больше внимания паяльному олову печатной платы и паяльному олову провода, подключенного к катушке на пакете усилителя.
Легко ошибиться при сварке, из-за чего дуга не загорится за
4. Необходимо обратить внимание на защиту безопасности, особенно после окончательного успеха и на полпути, мы должны быть осторожны. Если вы забудете выключить питание на полпути, его легко зарядить.
В общем, если вы будете внимательно следовать инструкциям и спрашивать нас, где вы не ошибетесь или сделаете ошибки, в конце концов вы сможете добиться очень хороших результатов!
Наконец, напомните всем, что вещи, связанные с электричеством, должны быть безопасными!
Руководство по установке:
Советы по установке
1>. Пользователь должен сначала подготовить сварочный инструмент и клей-расплав.
2>. Пожалуйста, будьте терпеливы, пока установка не будет завершена.
3>. Посылка представляет собой набор для самостоятельной сборки. Необходимо завершить установку пользователем.
4>. Паяльник не может касаться компонентов в течение длительного времени (1,0 секунды), иначе он повредит компоненты.
5>. Обратите внимание на положительные и отрицательные стороны компонентов.
6>. Строго запретить короткое замыкание.
7>. Предпочтительно устанавливайте сложные компоненты.
8>. Убедитесь, что все компоненты находятся в правильном направлении и в нужном месте.
9>. Настоятельно рекомендуется прочитать руководство по установке перед началом установки!!!
10>. При установке электронных компонентов надевайте антистатические перчатки или антистатические браслеты.
Блок питания необходимо подготовить самостоятельно, продукт не содержит клея-расплава
Покупатель показать
Примечание. Корпус не входит в комплект. Вы можете сами спроектировать оболочку в соответствии с вашими потребностями, и оболочка делает продукт красивым и безопасным
Дети не могут управлять изделием в одиночку!!!
Широкое применение:
1. Отработка навыков пайки.
2. Обучающий эксперимент.
3. праздничный подарок.
4. Дизайн проекта.
5.Электронный конкурс.
6. Выпускной дизайн
7. Хэллоуин
Самодельный мини-плазменный пистолет
Ручной плазменный пистолет с катушкой Теслы, работающий от батареи
Дизайн этой катушки Теслы основан на более крупном проекте катушки Тесла с питанием от батареи, но с целью получения гораздо меньшего и портативного устройства. Цепь модулятора импульсов мощности используется для управления двумя небольшими высоковольтными катушками зажигания, соединенными вместе в «встречно-параллельной» конфигурации. Выходной сигнал выпрямляется и используется для зарядки емкостного конденсатора катушки Теслы с небольшим искровым разрядником.
| ВНИМАНИЕ! В этом проекте используются опасные высокие напряжения! |
Этот проект уже устарел. Оцените новый, более мощный самодельный плазменный пистолет! |
Прибор упакован в корпус дешевой аккумуляторной дрели из магазина «Сделай сам». В этой дрели использовалась батарея на 18 В, и она поставляется с зарядным устройством, что делает ее идеальной для данного проекта. Используемая схема драйвера катушки зажигания получает прямой вход 12–30 В, который подключается с помощью оригинального переключателя от дрели.
В этом видеоклипе показано, как плазменная пушка заставляет ближайшую лампочку загораться, как будто это плазменный шар.
Высокая частота и высокое напряжение плазменной пушки вызывают ионизацию аргона в лампочке. Это создает стримеры, которые притягиваются к удерживающим его пальцам.
Устройство потребляет около 6 ампер от хорошо заряженной батареи 12 В, что делает общую потребляемую мощность около 72 Вт.
К сожалению, эта низкая мощность означает, что плазменные дуги будут ограничены по размеру, но, поскольку это ручное управление, это, вероятно, хорошо. Типичная длина выходных дуг составляет от 5 до 7 см
Такая маленькая катушка Теслы по своей природе имеет довольно высокую резонансную частоту, которая в данном случае составляет около 500 кГц. Эта частота слишком высока, чтобы ощущаться как поражение электрическим током, но при ударе вы можете почувствовать низкочастотную составляющую скорости срабатывания искрового разрядника.
| СПИСОК ДЕТАЛЕЙ | |
| ШИМ-OCXi | Цепь привода |
| SW1 | Триггерный переключатель |
| Искровая катушка 1 и 2 | Маленькие катушки зажигания |
| Д1 | Диод 20 кВ x 4 |
| С1 | 1 нФ 15 кВ |
| С2 | 2 нФ 15 кВ |
| С3 | Сфера с верхней загрузкой |
| L1 | Радиочастотный дроссель 10 мкГн |
| L2 | Радиочастотный дроссель 10 мкГн |
| L3 | Первичная катушка TC |
| L4 | TC Вторичная катушка |
| Входное напряжение | 12 В постоянного тока |
| Потребляемая мощность | Макс. 75 Вт |
| Максимальная длина дуги | 5 см (в воздухе) |
| 7 см (в газе) | |
| Выходное напряжение (прибл.) | 50кВ |
| Первичный трансформатор | 2 маленькие катушки зажигания |
| Искровой разрядник | Герметичный статический зазор. ~4мм |
| Первичные витки | 5 |
| Первичный диаметр | 70 мм |
| Первичная индуктивность | 1мкГн |
| Второстепенные витки | 520 |
| Дополнительная высота | 135 мм |
| Вторичный диаметр | 26 мм |
| Вторичная индуктивность | 900 мкГн |
| Вторичное сопротивление | 10 Ом |
| Верхняя загрузка | Сфера 32 мм |
| Специальные функции | Ручной |
| Портативный | |
| Питание от батареи | |
| Триггер активирован | |
| Плазменный/пламенный разряд | |
Основная схема управления представляет собой схему широтно-импульсной модуляции с защитой от скачков высокого напряжения.
Он отрегулирован так, чтобы получить максимальную отдачу от двух катушек зажигания.
Две катушки зажигания были сняты с кожуха, чтобы уменьшить общий размер и обеспечить доступ к внутренней проводке. Входы подключены встречно-параллельно, чтобы поддерживать высокое зарядное напряжение под нагрузкой.
Высоковольтные выходы искровых катушек подключены к выпрямителю (D1), состоящему из четырех высоковольтных диодов, залитых эпоксидной смолой. К нему подключен небольшой сглаживающий конденсатор (C1), который помогает уменьшить пульсации на выходе высокого напряжения постоянного тока. Резервуарный конденсатор (C2) заряжается от источника постоянного тока высокого напряжения через два ВЧ-дросселя (катушки индуктивности L1 и L2), которые служат для предотвращения влияния ВЧ-колебаний первичной цепи ТП на остальную часть цепи.
Прежняя конструкция катушки Тесла с батарейным питанием должна была быть хорошо подключена к хорошему радиочастотному заземлению, например к металлическому стержню в земле.
Без этого выходной сигнал был бы ограничен, а схема драйвера была бы склонна к отказу.
В этой мини-катушке Тесла соединение с радиочастотным заземлением осуществляется путем подключения ее к медной прокладке на рукоятке.
Тело человека, держащего устройство, используется в качестве радиочастотного заземления, а большая площадь меди обеспечивает распределение энергии для предотвращения радиочастотных ожогов.
В большинстве катушек Теслы это небезопасно, но это устройство очень маломощное, поэтому риск поражения электрическим током невелик. Сама РФ, вероятно, не слишком здорова!
Деталь TC (катушка Тесла) использует обычный одиночный статический искровой разрядник и плоскую первичную конструкцию для простоты и размера. Первичная обмотка плотно намотана вокруг основания вторичной обмотки несколькими слоями изоляционной ленты, предотвращающей пробой.
Сфера с верхней загрузкой сделана из металлической рукоятки, в которой просверлены отверстия для выпуска газа с конца.
Трубка от этой сферы проходит внутри вторичной обмотки к задней части рукоятки, где ее можно подключить к источнику газа.
При использовании инертных газов, таких как аргон или неон, выходные дуги будут перемещаться вдоль потока газа. Это позволяет направлять плазму по прямой линии от наконечника плазменной пушки. Также можно использовать газ бутан, который превращает эту штуку в своего рода гибрид огнемета и плазменной пушки. Электричество проводится вдоль пламени от его кончика. Вы можете увидеть фотографии этого эффекта на нашей странице плазмы.
Помимо создания крутых плазменных дуг, это устройство даже передает электроэнергию по беспроводной сети. Он может зажечь лампочки и люминесцентные лампы, просто находясь рядом.
Помехи, создаваемые этой беспроводной энергией, могут привести к тому, что все виды электронных устройств будут включаться и выключаться или начинать работать хаотично.
Это связано с тем, что энергия вызывает индуцирование крошечных токов в дорожках и проводах в устройствах. Если бы простая схема имела резонансную частоту, совпадающую с частотой плазменной пушки, можно было бы собирать беспроводную энергию с большего расстояния.
В эту конструкцию можно внести несколько улучшений, которые могут привести к увеличению пропускной способности и, следовательно, к увеличению дуги.
Искровой разрядник представляет собой одиночный разрядник, запечатанный внутри пластикового корпуса в целях безопасности и размера. Этот тип переключения будет иметь плохую производительность из-за трудностей гашения и накопления оксида. Твердотельная версия была бы лучше, но она, вероятно, была бы больше и значительно дороже.
Большая верхняя нагрузка позволила бы увеличить прорывы, но также потребовала бы большей первичной емкости. Вторичная катушка также довольно длинная по сравнению с ее шириной. В идеале он должен быть короче и шире.
В заключение, это был интересный проект, и мы надеемся, что вы найдете эту информацию полезной и интересной.
Все, что вам нужно знать
Вы когда-нибудь хотели собрать свой собственный искровой генератор ? Конечно, его легко купить в местном хозяйственном магазине. Но есть что-то особенное в том, чтобы сделать его своими руками. К счастью для вас, со сборкой печатной платы все не так сложно. В сегодняшней статье мы познакомим вас со всем, что вам нужно знать, чтобы успешно построить искровой генератор своими руками с нуля.
Давайте пробудим ваш интерес к самодельному искровому генератору .
Содержание
Что такое генератор искр?
Искровой генератор создает искру с помощью провода свечи зажигания, заземления электрического зажигания и заземляющей пластины, и вы можете использовать эти удобные устройства в различных приложениях.
Чаще используется для розжига газовых горелок, самодельного генератора, генератор Маркса или Катушка Тесла создает фантастические световые шоу в плазменных шарах.
Вы также можете использовать их, чтобы просто продемонстрировать, как работают средства защиты от насекомых.
В плазменных шарах используются сложные искровые генераторы
Как работает искровой генератор?
Искровые генераторы основаны на модели с замкнутым контуром, которая завершается при активации переключателя. Обычно это означает, что вам нужно повернуть ручку или нажать кнопку, чтобы электричество от вашего источника питания прошло по проводам.
Искры зажигаются , когда вы поворачиваете элемент управления, чтобы активировать искровой генератор.
Когда это происходит, в искровом промежутке между электродным стержнем и заземляющей пластиной появляется одиночная искра, а если используется генератор с катушкой Тесла или генератором Маркса, то несколько искр.
Искра возникает в результате взаимодействия стержня с газом, плавающим вокруг искрового промежутка.
Как сделать простой искровой генератор на батарейках
Теперь, когда мы ответили на ваши вопросы об искровых генераторах, пришло время приступить к сборке искрового генератора своими руками.
Для начала вам потребуется следующее:
- Пленочный конденсатор 105 Дж
- Выходное напряжение 12 В/220 В, 3 А Трансформатор SM
- BC547, транзисторы NPN
- Три 47pf
- 1 метр эмалированной медной проволоки
- Тумблер
- Два резистора по 1 кОм
- 3 1N4007 Диоды
- Батарея постоянного тока 4 В с зажимами
- Паяльник 45-65 Вт
- Проволока для пайки с флюсом
- Соединительные провода при необходимости
Конденсаторы
Когда все материалы разложены, организованы и готовы, самое время приступить к сборке простого электростартерного генератора, не выходя из дома.
Пожалуйста, добавьте принципиальную схему
Шаг первый: настройте трансформатор
Прежде всего, надежно припаяйте трансформатор SM к плате Veroboard или картону. Убедитесь, что вы делаете это рядом с одним краем доски, чтобы облегчить управление генератором дуги и манипулировать им .
Далее вам необходимо припаять базу и клемму коллектора транзистора BC547 к первичным клеммам вашего трансформатора. Убедитесь, что ваш транзисторный коллектор подключен к правильным клеммам, иначе ваш проект может не работать.
Шаг второй: добавьте резисторы
Пришло время загрузить резисторы 1K. Не забудьте надежно припаять их на место.
Шаг третий. Разместите диоды и конденсаторы
После припайки резисторов можно припаять диоды и конденсаторы к плате. Убедитесь, что вы разместили их в аккуратные ряды по три штуки рядом. После этого вам нужно припаять пленочный конденсатор под последовательностью диода и конденсатора.
И, наконец, припаяйте светодиод к левой верхней части трансформатора.
Шаг четвертый: переключатель и батареи
Теперь пришло время припаять тумблер и батарею к Veroboard.
Шаг пятый: добавьте катушки
Теперь самое сложное: намотайте эмалированный медный провод так, чтобы его концы были направлены друг к другу. Концы должны быть достаточно близко, чтобы казалось, что они почти соприкасаются.
После этого пришло время припаять катушки к вашей Veroboard.
Шаг шестой: включите и наслаждайтесь
После того, как все сделано и припаяно на место, пришло время включить искровой генератор, сделанный своими руками, и протестировать его. Если вы все сделали правильно, цепь должна завершиться без проблем, и вы увидите искру между катушками.
Приложения
- Научные проекты и развлечения
- Устройства для уничтожения насекомых и электрические устройства для борьбы с вредителями
- Розжиг газовой горелки
- Плазменные шары
- Световые шоу
- Электрошокеры
Тазеры являются одним из наиболее распространенных и очевидных проявлений дуговых генераторов.