Izrađujemo visokonaponski kondenzator kod kuće. Kondenzator visokog napona niske induktivnosti Kondenzator visokog napona

Električni kapacitet globusa, kao što je poznato iz tečaja fizike, iznosi približno 700 mikrofarada. Obični kondenzator takvog kapaciteta može se usporediti u težini i volumenu s ciglom. Ali postoje kondenzatori s električnim kapacitetom zemaljske kugle, koji su po veličini jednaki zrnu pijeska - superkondenzatori.

Takvi uređaji pojavili su se relativno nedavno, prije dvadesetak godina. Zovu se različito: ionistori, ioniksi ili jednostavno superkondenzatori.

Nemojte misliti da su dostupni samo nekim visoko letećim zrakoplovnim tvrtkama. Danas u trgovini možete kupiti ionistor veličine novčića s kapacitetom od jednog farada, što je 1500 puta više od kapaciteta zemaljske kugle i blizu kapaciteta najvećeg planeta. Sunčev sustav- Jupiter.

Svaki kondenzator skladišti energiju. Da biste razumjeli koliko je velika ili mala energija pohranjena u ionistoru, važno je usporediti je s nečim. Evo pomalo neobičnog, ali vizualnog načina.

Energija običnog kondenzatora dovoljna je da preskoči oko metar i pol. Maleni ionistor tipa 58-9V, mase 0,5 g, napunjen naponom od 1 V, mogao je skočiti u visinu od 293 m!

Ponekad se misli da ioniztori mogu zamijeniti bilo koju bateriju. Novinari su dočarali svijet budućnosti s tihim električnim vozilima pogonjenim superkondenzatorima. Ali zasad je to daleko od toga. Ionistor težak jedan kg sposoban je akumulirati 3000 J energije, a najgora olovna baterija - 86 400 J - 28 puta više. Međutim, pri isporuci velike snage u kratkom vremenu, baterija se brzo pokvari i samo je napola ispražnjena. Ionistor, s druge strane, opetovano i bez ikakve štete za sebe daje bilo kakvu snagu, samo da ih spojne žice mogu izdržati. Osim toga, ionistor se može napuniti u nekoliko sekundi, a bateriji su za to obično potrebni sati.

Ovo određuje opseg ionistora. Dobar je kao izvor energije za uređaje koji troše veliku snagu kratko vrijeme, ali prilično često: elektronička oprema, svjetiljke, starteri automobila, električni udarni čekići. Ionistor također može imati vojne primjene kao izvor energije za elektromagnetsko oružje. A u kombinaciji s malom elektranom, ionistor vam omogućuje stvaranje automobila s električnim kotačima i potrošnjom goriva od 1-2 litre na 100 km.

U prodaji su ionistori za širok raspon kapaciteta i radnih napona, ali su skupi. Dakle, ako imate vremena i interesa, možete pokušati sami napraviti ionistor. Ali prije davanja konkretnih savjeta, malo teorije.

Iz elektrokemije je poznato: kada se metal uroni u vodu, na njegovoj površini nastaje takozvani dvostruki električni sloj koji se sastoji od suprotnih električni naboji- ioni i elektroni. Među njima postoje sile međusobnog privlačenja, ali se naboji ne mogu približiti jedan drugome. Tome priječe privlačne sile vode i molekula metala. U svojoj srži, dvostruki električni sloj nije ništa više od kondenzatora. Naboji koncentrirani na njegovoj površini djeluju kao ploče. Udaljenost između njih je vrlo mala. I, kao što znate, kapacitet kondenzatora se povećava sa smanjenjem udaljenosti između njegovih ploča. Stoga, na primjer, kapacitet obične čelične žbice uronjene u vodu doseže nekoliko mF.

U biti, ionistor se sastoji od dvije elektrode uronjene u elektrolit s vrlo velika površina, na čijoj se površini, pod djelovanjem primijenjenog napona, formira dvostruki električni sloj. Istina, koristeći obične ravne ploče, bilo bi moguće dobiti kapacitet od samo nekoliko desetaka mF. Da bi se dobili veliki kapaciteti karakteristični za ionistore, koriste se elektrode izrađene od poroznih materijala koji imaju velika površina pore s malim vanjskim dimenzijama.

Za tu su ulogu svojedobno isprobani spužvasti metali od titana do platine. No, neusporedivo najbolji bio je ... obični aktivni ugljen. Ovaj drveni ugljen, koji nakon posebne obrade postaje porozan. Površina pora od 1 cm3 takvog ugljena doseže tisuću četvornih metara, a kapacitet električnog dvostrukog sloja na njima je deset farada!

Ionistor vlastite izrade Slika 1 prikazuje dizajn ionistora. Sastoji se od dvije metalne ploče čvrsto pritisnute na "nadjev". aktivni ugljik. Ugljen je složen u dva sloja, između kojih je položen tanki razdjelni sloj tvari koja ne provodi elektrone. Sve je to impregnirano elektrolitom.

Prilikom punjenja ionistora, u jednoj njegovoj polovici, na porama ugljena formira se dvostruki električni sloj s elektronima na površini, u drugoj polovici - s pozitivni ioni. Nakon naelektrisanja ioni i elektroni počinju teći jedni prema drugima. Kada se susretnu, formiraju se atomi neutralnog metala, a akumulirani naboj se smanjuje i na kraju može potpuno nestati.

Kako bi se to spriječilo, između slojeva aktivnog ugljena uvodi se razdjelni sloj. Može se sastojati od raznih tankih plastične folije, papir pa čak i vatu.
U amaterskim ionistorima elektrolit je 25% otopina natrijeva klorida ili 27% otopina KOH. (Pri nižim koncentracijama, sloj se neće formirati negativni ioni na pozitivnoj elektrodi.)

Kao elektrode koriste se bakrene ploče na koje su prethodno zalemljene žice. Njihove radne površine treba očistiti od oksida. U ovom slučaju, preporučljivo je koristiti grubo zrnatu kožu koja ostavlja ogrebotine. Ove ogrebotine će poboljšati prianjanje ugljena na bakar. Za dobro prianjanje, ploče se moraju odmastiti. Odmašćivanje ploča provodi se u dvije faze. Prvo se operu sapunom, a potom istrljaju prahom za zube i isperu mlazom vode. Nakon toga ih ne smijete dodirivati prstima.

Aktivni ugljen, kupljen u apoteci, melje se u mužaru i miješa s elektrolitom dok se ne dobije gusta pasta kojom se mažu pažljivo odmašćene ploče.

Prilikom prvog testa ploče s papirnatom brtvom se postavljaju jedna na drugu, nakon čega ćemo je pokušati napuniti. Ali tu postoji jedna suptilnost. Pri naponu većem od 1 V počinje oslobađanje plinova H2, O2. Oni uništavaju ugljične elektrode i ne dopuštaju našem uređaju da radi u načinu rada ionistora kondenzatora.

Stoga ga moramo puniti iz izvora napona ne većeg od 1 V. (To je napon za svaki par ploča koji se preporučuje za rad industrijskih ionistora.)

Detalji za znatiželjne

Pri naponu većem od 1,2 V, ionistor se pretvara u plinsku bateriju. Ovo je zanimljiv uređaj koji se također sastoji od aktivnog ugljena i dvije elektrode. Ali strukturno, napravljen je drugačije (vidi sliku 2). Obično se iz starog galvanskog članka uzmu dvije karbonske šipke i oko njih se vežu vrećice od gaze s aktivnim ugljenom. Kao elektrolit se koristi otopina KOH. (Otopina soli se ne smije koristiti jer se prilikom raspadanja oslobađa klor.)

Energetski intenzitet akumulatora plina doseže 36 000 J/kg, odnosno 10 Wh/kg. To je 10 puta više nego kod ionistora, ali 2,5 puta manje nego kod konvencionalne olovne baterije. Međutim, akumulator plina nije samo baterija, već vrlo osebujna goriva ćelija. Kad se napuni, na elektrodama se oslobađaju plinovi - kisik i vodik. Oni se "talože" na površini aktivnog ugljena. Kada se pojavi struja opterećenja, one se kombiniraju s stvaranjem vode i električna struja. Taj je proces, međutim, bez katalizatora vrlo spor. I, kako se pokazalo, samo platina može biti katalizator ... Stoga, za razliku od ionistora, akumulator plina ne može dati visoke struje.

Međutim, moskovski izumitelj A.G. Presnjakov (http://chemfiles.narod.r u/hit/gas_akk.htm) uspješno je upotrijebio akumulator plina za pokretanje motora kamiona. Njegova solidna težina - gotovo tri puta veća od uobičajene - u ovom se slučaju pokazala podnošljivom. Ali niska cijena i nedostatak takvih štetnih materijala poput kiseline i olova činio se iznimno privlačnim.

akumulator plina najjednostavniji dizajn bio je sklon potpunom samopražnjenju za 4-6 sati. Time je stavljena točka na eksperimente. Kome treba auto koji se ne može upaliti nakon noći parkiranja?

Pa ipak, "velika tehnologija" nije zaboravila na plinske baterije. Snažni, lagani i pouzdani, nalaze se na nekim satelitima. Proces se u njima odvija pod tlakom od oko 100 atm, a kao apsorber plina koristi se spužvasti nikal koji u takvim uvjetima radi kao katalizator. Cijeli uređaj smješten je u ultra-lagani balon od karbonskih vlakana. Rezultat su baterije s energetskim kapacitetom gotovo 4 puta većim od kapaciteta olovnih baterija. Na njima bi električni automobil mogao prijeći oko 600 km. Ali, nažalost, dok su vrlo skupi.

Ako planirate izgraditi laser, cijev za ubrzanje, generator elektromagnetskih smetnji ili nešto drugo te vrste, tada ćete se prije ili kasnije suočiti s potrebom korištenja visokonaponskog kondenzatora niskog induktiviteta koji može razviti gigavate. snage koja vam je potrebna.
U principu, možete pokušati nabaviti pomoću kupljenog kondenzatora, a nešto što je blizu onoga što vam je potrebno čak je i komercijalno dostupno. To su keramički kondenzatori tipa KVI-3, K15-4, niz marki Murata i TDK, i naravno zvijer Maxwell 37661 (potonji je, međutim, uljni tip)

Upotreba kupljenih kondenzatora, međutim, ima svoje nedostatke.

Oni su skupi.
Nedostupni su (Internet je, naravno, povezao ljude, ali nošenje dijelova s drugog kraja zemaljske kugle je pomalo iritantno)
Pa, i što je najvažnije, naravno: oni još uvijek neće pružiti potrebne parametre zapisa. (Kada pričamo o pražnjenju u desecima, pa čak i jedinicama nanosekundi za napajanje dušikovog lasera ili dobivanje snopa odbjeglih elektrona iz neevakuirane akcelerirajuće cijevi, niti jedan Maxwell vam ne može pomoći)

Prema ovom vodiču, naučit ćemo kako napraviti domaći visokonaponski uređaj niske induktivnosti
kondenzator na primjeru pločice namijenjene za korištenje kao driver
lampa dye laser. Međutim, načelo je opće i sa svojim
korištenjem ćete moći izraditi posebno kondenzatore (ali ne ograničavajući se na)
čak i za napajanje dušikovih lasera.

I. RESURSI

II. SKUPŠTINA

Pri projektiranju uređaja koji zahtijeva napajanje niskog induktiviteta treba razmišljati o dizajnu kao cjelini, a ne posebno o kondenzatorima, posebno o (na primjer) laserskoj glavi itd. Inače će šipke kroz koje prolazi struja poništiti sve prednosti dizajna kondenzatora niske induktivnosti. Obično su kondenzatori organski sastavni dio takvih uređaja, i zato će upravljačka ploča lasera u boji poslužiti kao primjer.
Blago onom majstoru uradi sam oko kojeg leže ploče stakloplastike i pleksiglasa. Moram u kuhinju daske za rezanje prodaje se u trgovini.
Uzmite komad plastike i izrežite ga na veličinu budućeg kruga.

Ideja sheme je primitivna. To su dva kondenzatora, skladištenje i oštrenje, spojeni kroz iskrište prema krugu s rezonantnim nabojem. Ovdje se nećemo detaljno baviti radom sklopa, ovdje nam je zadatak da se usredotočimo na sastavljanje kondenzatora.

Odlučivši se o dimenzijama budućih kondenzatora, izrežite komade aluminijskog kuta prema dimenzijama budućih kontaktora. Pažljivo obradite kutove u skladu sa svim pravilima visokonaponske tehnike (zaokružite sve kutove i otupite sve točke).

Pričvrstite izvode budućih kondenzatora na dobivenu "tiskanu ploču".

Montirajte one dijelove strujnog kruga koji, ako se sada ne sastave, kasnije mogu ometati sastavljanje kondenzatora. U našem slučaju to su spojne sabirnice i iskrište.

imajte na umu da je niski induktivitet pri ugradnji odvodnika žrtvovan radi lakšeg podešavanja. U ovaj slučaj to je opravdano, jer je vlastita induktivnost (duge i tanke) žarulje osjetno veća od induktiviteta kruga iskrišta, a osim toga, lampa, prema svim zakonima crnog tijela, neće sijati brže od sigma * T ^ 4, bez obzira koliko je strujni krug brz. Možete skratiti samo prednji dio, ali ne i cijeli impuls. S druge strane, kod projektiranja npr. dušičnog lasera nećete više tako slobodno montirati iskrište.

Sljedeći korak je rezanje folije i eventualno laminatnih pakiranja (osim ako veličina kondenzatora ne zahtijeva puni format pakiranja, kao što je slučaj s kondenzatorom za pohranu na predmetnoj ploči.)

Iako je laminacija idealno hermetička i potrebno je izbjegavati brijanje rubova, ne preporučuje se izrada perli (dimenzija d na slici) manja od 5 mm za svakih 10 kV radnog napona.
Rubovi veličine 15 mm za svakih 10 kV napona daju više ili manje stabilan radčak i bez brtvljenja.
Veličina pinova (veličina D na slici) treba odabrati jednaku očekivanoj debljini podnožja budućeg kondenzatora s određenom marginom. Kutovi folije, naravno, trebaju biti zaobljeni.
Počnimo s vršnim kondenzatorom. Ovako izgledaju praznine i gotova, laminirana obloga:

Za vršni kondenzator uzet je laminat debljine 200 µm, jer se ovdje očekuje skok napona od 30 kV zbog "rezonantnog" punjenja. Laminirajte potreban broj korica (u našem slučaju 20 kom.). Presavijte ih u hrpu (igle naizmjenično u različitim smjerovima). Kod dobivenog snopa savijte vodove (po potrebi odrežite višak folije), snop stavite u gnijezdo koje čine kutni sklopnici na ploči i pritisnite gornji poklopac.

Fetišisti će popraviti gornji poklopac urednim vijcima, ali možete ga jednostavno zalijepiti trakom. Vršni kondenzator je spreman.

Sastavljanje kondenzatora za pohranu nije bitno drugačije.
Manje rada sa škarama jer se koristi puna veličina A4. Laminat je ovdje debljine 100 µm jer je plan koristiti napon punjenja od 12 kV.
Na isti način skupljamo u hrpu, savijamo zaključke i pritiskamo poklopac:

Kuhinjska ploča s izrezanom ručkom izgleda, naravno, zlonamjerno, ali ne narušava funkcionalnost. Nadam se da ćete imati manje problema s resursima. I još nešto: ako se odlučite za podlogu i pokrov koristiti komade drveta, morat ćete ih ozbiljno pripremiti. Prvi je temeljito sušenje (po mogućnosti na povišenoj temperaturi). A drugi - hermetički lakiran. Uretanski ili vinilni lak.
Poanta ovdje nije električna čvrstoća i ne curenje. Činjenica je da kada se vlažnost promijeni, komadi drveta će se saviti. Prvo, to će poremetiti kvalitetu kontakta i produžiti vrijeme pražnjenja kondenzatora. Drugo, ako se, kao ovdje, na ovu ploču postavi laser, on će također biti savijen sa svim posljedicama.

Prilikom savijanja vodova ne zaboravite postaviti dodatni sloj izolacije. I onda zapravo: ploče su međusobno odvojene s dva dielektrična sloja, a izvodi s ploča suprotnog polariteta samo s jednim.
Da vidimo što imamo. Upotrijebimo multimetar s ugrađenim mjeračem kapaciteta.
Evo što pokazuje kondenzator za pohranu.

A evo što pokazuje vršni kondenzator.

To je sve. Kondenzatori su spremni, tema vodiča je gotova.
Međutim, vjerojatno ih jedva čekam isprobati. Dovršavamo dio kruga koji nedostaje, ugrađujemo svjetiljku, spajamo je na izvor napajanja.
Evo kako to izgleda.

Ovdje je oscilogram struje, snimljen pomoću malog prstena žice izravno spojenog na osciloskop i smještenog u blizini kruga koji napaja lampu. Istina, umjesto svjetiljke, krug je bio napunjen na shunt.

A ovdje je oscilogram bljeska lampe, snimljen fotodiodom FD-255 usmjerenom prema najbližem zidu. Dovoljno je raspršeno svjetlo. Još je ispravnije reći "više od".

Možete dugo grditi loše ispale kondenzatore i tražiti razlog zašto pražnjenje traje više od 5 μs ... Zapravo, bljeskalica troši hrpu megavata, pa čak i svjetlost raspršena sa zidova tjera fotodiodu u duboka zasićenost. Maknimo fotodiodu. Ovdje je oscilogram snimljen sa 5 metara, kada fotodioda ne gleda točno u žarulju, već malo od nje.

Vrijeme porasta teško je precizno odrediti zbog smetnji, ali se može vidjeti da je ono reda veličine 100 ns i dobro se slaže s trajanjem trenutnog poluciklusa.
Preostali rep u svjetlosnom pulsu je sjaj plazme koja se polako hladi. Ukupno trajanje je ispod 1 µs.
Hoće li to biti dovoljno za laser na karasitelu? Ovo je zasebno pitanje. Općenito, takav impuls je obično više nego dovoljan, ali sve ovisi o boji (koliko je čista i dobra), o kiveti, iluminatoru, rezonatoru itd. Ako uspijem dobiti generiranje na jednom od komercijalno dostupnih fluorescentnih markera, postojat će poseban vodič za domaći laser na bojila.

(PS) Morao sam dodati još 30 nF glavnom kondenzatoru za pohranu i stvarno je bilo dovoljno. Cijev, čija se fotografija nalazi upravo tamo u odjeljku "Fotografije", radila je čak i bolje nego iz GIN-a s dva maxwella.

Općenito, vrijeme pražnjenja od 100 ns nipošto nije granica za opisanu tehnologiju stvaranja kondenzatora. Evo fotografije kondenzatora s kojim dušikov laser koji pumpa zrak radi stabilno u režimu superzračenja:

Njegovo vrijeme pražnjenja već je izvan mogućnosti mog osciloskopa, međutim, činjenica da spremnik dušika s ovim kondenzatorom učinkovito stvara već na 100 mm Hg. omogućuje procjenu vremena pražnjenja na 20 ns ili manje.

III. UMJESTO ZAKLJUČKA. SIGURNOST

Reći da je takav kondenzator opasan je ne reći ništa. Strujni udar iz takvog kontejnera smrtonosan je kao i KAMAZ koji leti na vas brzinom od 160 km/h. Tretirajte ovaj kondenzator s istim poštovanjem kao oružje ili eksploziv. Pri radu s takvim kondenzatorima koristite sve moguće sigurnosne mjere, a posebno daljinsko uključivanje i isključivanje.
Jednostavno je nemoguće predvidjeti sve opasne situacije i dati preporuke kako u njih ne ući. Budite oprezni i mislite svojom glavom. Znate li kada završava saperska karijera? Kad se prestane bojati. Upravo u trenutku kada stane "na ti" s eksplozivom, raznosi mu glavu.
S druge strane, milijuni ljudi voze se cestama s vozilima KAMAZ, a tisuće sapera idu na posao i ostaju živi. Dok ste pažljivi i razmišljate svojom glavom, sve će biti u redu.

Kondenzator spremnika

Ova vrsta kondenzatora dobila je ime po sličnosti oblika ploča s paketom majica.
Induktivnost ovog kondenzatora je veća od induktiviteta gore opisanog kondera ili onog slatkiša, ali je sasvim prikladan za upotrebu u CO2 ili GIN. S poteškoćama pokreće boju i nije pogodan za dušik.

Materijali koji će vam trebati isti su kao u gornjem vodiču: folija od milara (ili vrećice za laminiranje), aluminijska folija i ljepljiva traka/električna traka.

Donji dijagram prikazuje dimenzije glavnih praznina.

L - duljina dielektrika
D - širina dielektrika
R je vanjski radijus kondenzatora

Razmaci od rubova dielektrika su 15 mm. Na strani gdje izlaze kontaktne trake ploča nalazi se udubljenje od 50 mm. Ovi pomaci su što je moguće manji za maksimalni kapacitet za dati L i D dielektrika. Imajte na umu da su ovi razmaci odabrani za 10 kV. (Sumnjam da ima smisla praviti ovu vrstu kondenzatora za više visoki napon, tako da ovdje neću pisati formule za preračunavanje uvlaka i praznina za druge napone)

Razmak između žica ploča je 30 mm. Ovaj razmak također se uzima kao najmanji mogući za 10 kV. Povećanje ovog razmaka učinit će vodove preuskim - povećavajući induktivitet kondenzatora.

Proizvodnja

Kondenzator spremnika je spreman. Možete ga instalirati svojim laserom, GIN-om ili drugim visokonaponskim uređajem.

Ljubitelji različitih visokonaponskih eksperimenata često se suočavaju s problemom kada je potrebno koristiti visokonaponske kondenzatore. U pravilu je takve kondenzatore vrlo teško pronaći, a ako uspijete, morat ćete platiti puno novca za njih, što si ne može svatko priuštiti. Osim toga, politika naše stranice jednostavno vam neće dopustiti da potrošite novac na kupnju nečega što možete sami napraviti, a da ne napustite svoj dom.

Kao što ste možda pogodili, odlučili smo ovaj materijal posvetiti sastavljanju visokonaponskog kondenzatora, koji je također posvećen autorovom videu, koji vas pozivamo da pogledate prije početka rada.

Što trebamo:
- nož;
- što ćemo koristiti kao dielektrik;
- folija za hranu;
- uređaj za mjerenje kapacitivnosti.

Odmah napominjemo da autor domaćeg kondenzatora koristi najobičniju samoljepljivu pozadinu kao dielektrik. Što se tiče uređaja za mjerenje kapacitivnosti, njegova upotreba nije potrebna, jer je ovaj uređaj namijenjen samo da na kraju možete saznati što se na kraju dogodilo. S materijalima je sve jasno, možete početi sastavljati domaći kondenzator.

Prije svega, odrezali smo dva komada od samoljepljive tapete. Potrebno vam je oko pola metra, ali je poželjno da jedna traka bude malo duža od druge.

Rezultirajući list moda folije ima točno dva dijela duljine.

Sljedeće što stavljamo na ravnu podlogu je jedan komad tapete na koji pažljivo postavimo jedan komad folija za hranu. Folija mora biti postavljena tako da se uz tri ruba dobije razmak od oko centimetar. Na četvrtoj strani će folija stršati, što je u ovoj fazi sasvim normalno.

Stavite drugi list tapete na vrh.

Na njega smo stavili drugi list folije. Samo ovaj put napravimo tako da folija viri sa strane suprotne od prethodnog koraka. To jest, ako autor ima prvi komad koji strši odozdo, onda bi ovaj put trebao stršiti odozgo. Zasebno treba napomenuti da se listovi folije ne smiju međusobno dodirivati.