Схемы генераторов с катушкой индуктивности

Анатолий Беляев (aka Mr.ALB). Персональный сайт

Современный физик Александр Мишин предложил для оздоровления использовать бифилярные катушки, которые подсоединяют к генератору синусоидального сигнала. Сделал катушку Мишина и небольшой генератор для неё.

Подразделы

Введение

Сейчас много говорят про катушки Мишина, уже много фирм выпускает всевозможные приборчики-генераторы для катушек, да и катушки сейчас разнообразной конструкциии. Однако! Стоит напомнить, что катушка Мишина, собственно, и не Мишина как такового, а изобретение Николы Тесла .

Патент US 512340 на имя Николы Тесла от 9 января 1894 г., Плоская бифилярная (в два провода) катушка для создания мощных электромагнитов . Тесла подробно исследовал процесс индукции и самоиндукции, а так же потери, возникающие в катушках. Он выяснил, что если до определённого значения повысить ёмкость катушки, то для данной частоты тока, понижается сопротивление в витках и эффект самоиндукции стремительно падает. Данная катушка разрабатывалась Теслой для условий резонанса (последовательный LС-контур, резонанс напряжений) . В резонансе на концах катушки индуктивности появляется потенциал гораздо более мощный, чем внешний управляющий сигнал контура (подаваемое напряжение) .

Патент US 512340

Да будет известно, что я, Никола Тесла, гражданин США, проживающий в Нью-Йорке изобрёл полезное усовершенствование в катушках для электромагнитов и других аппаратов, которое ниже описано в сопровождении рисунков. В электромеханических аппаратах и системах переменного тока самоиндукционные катушки или проводники могут во многих случаях работать с потерями, что известно, как промышленная эффективность, и что приносит вред в различных аспектах. Эффект самоиндукции упомянутый выше, может быть нейтрализован ёмкостью тока определённой степени в соответствии с самоиндуктивностью и частотой тока. Это достигается использованием конденсаторов, собранных и применяемых как отдельный инструмент.

Моё это изобретение имеет целью изготовить катушки совершенными и избежать вовлечение конденсаторов, которые дорогие, громоздкие и труднорегулируемые. Я заявляю, что в термин «катушка» я включаю понятия соленоиды или любые проводники различные части которых находятся во взаимоотношениях друг с другом и фактически повышают самоиндукцию.

Я выяснил, что в каждой катушке существуют определённые взаимоотношения между её самоиндукцией и ёмкостью, что позволяет току данной частоты и потенциала проходить через неё с омическим сопротивлением или, другими словами, как если она работает без самоиндукции. Это происходит в результате взаимоотношений между характером тока и самоиндукцией и ёмкостью катушки, т.е. количество последнего достаточно для нейтрализации самоиндукции для данной частоты. Известно, что чем выше частота или разность потенциалов тока, тем меньше ёмкость требуется для нейтрализации самоиндукции, поэтому в любой катушке, особенно небольшой ёмкости, можно достичь поставленных целей, если добиться нужных условий.

В обычных катушках разность потенциалов между витками или спиралями очень маленькая, поэтому пока они во взаимодействии с конденсаторами, они несут очень небольшую ёмкость и взаимоотношения между самоиндукцией и ёмкостью не такие, как при обычном состоянии, удовлетворяющем рассмотренным требованиям где ёмкость очень мала относительно самоиндукции.

Для достижения цели увеличения ёмкости любой катушки, я наматываю её таким образом, чтобы обеспечить наибольшую разность потенциалов между соседними витками, а поскольку энергия хранящаяся в катушке (считаем, как в конденсаторе) пропорциональна квадрату разности потенциалов между витками, то становится понятно, что я могу таким образом, посредством определённого расположения витков, достичь увеличение ёмкости.

Я изобразил в приложении чертёж, в соответствии с которым осуществил это изобретение.

Пусть -А- на Fig.1 обозначает любую катушку спиралей или витков, из которых она намотана и которые изолированы друг от друга. Предположим, что концы этой катушки показывают разность потенциалов 100 В и что она содержит 1000 витков. Тогда очевидно, что существует разность потенциалов в одну десятую вольта между двумя любыми смежными точками на соседних витках.

Если теперь, как показано на Fig. 2, проводник -В- намотан параллельно проводнику -А- и изолирован от него, а конец -А- будет соединён с началом проводника -В-, тогда длина собранных вместе проводников будет такая же и число витков тоже самое (1000). И тогда разность потенциалов между любыми двумя точками проводников -А- и -В- будет 50 В, а т.к. ёмкостный эффект пропорционален квадрату этой разности, то энергия скопившаяся в катушке будет теперь в 250000 раз больше!

Следуя этому принципу теперь я могу намотать любое количество катушек, не только описанным выше путём, но любым другим известным способом но так, чтобы обеспечить такую разность потенциалов между соседними витками, которая обеспечит необходимую ёмкость чтобы нейтрализовать самоиндукцию для любого тока, который может иметь место. Емкость полученная таким образом имеет дополнительное преимущество в том, что распределяется равномерно, что является наиболее важным в большинстве случаев. И как результат, оба параметра, — эффективность и экономия, легче достигаются тогда, если размер катушек, разность потенциалов и частота тока увеличиваются.

Катушки, состоящие из проводников в изоляторе и намотанные виток к витку и соединённые последовательно не являются новыми, и я не уделяю особого внимания для их описания. Однако, на что я обращаю внимание это то, что намотки другими способами могут привести к другим результатам.

Применяя моё изобретение, специалисты в этой области должны хорошо понимать зависимость между понятиями ёмкость, самоиндукция, частота и разность потенциалов тока. Также как и понимать какая ёмкость достигается и какая намотка должна иметь место для каждого конкретного случая.

  1. Катушка для электрического аппарата, состоит из витков, которые образуют часть цепи и между которыми существует разность потенциалов, достаточная для обеспечения ёмкости в катушке способной нейтрализовать самоиндукцию, как было описано.
  2. Катушка, состоящая их изолированных проводников, соединённых последовательно имеет такую разность потенциалов, чтобы создать в целой катушке достаточную ёмкость для нейтрализации её самоиндукции.

Схема генератора

В виду того, что катушка используется в резонансном режиме, то и при создании генератора имеет смысл делать упор на резонансные генераторы. Поискав в интернете всевозможные схемы, обнаружил именно то, что нужно – резонансный генератор. После небольших доработок и настроек найденой схемы, получился очень простой и эффективный резонансный генератор, который работает на резонансной частоте, подключенной к нему катушки Мишина.

Стоит обратить внимание, что Мишин использует бифилярную катушку Тесла не как собственно катушку индуктивности, но как последовательный контур. Распределённый конденсатор осуществляется между витками двух проводников бифилярной намотки катушки. Подключается такая катушка к генератору началом одного провода и концом другого. Нужно понимать, что при таком включении катушки сопротивление стремится к нулю (сопротивление потерь в проводе) . При равенстве реактивного сопротивления индуктивности катушки и её реактивного сопротивления ёмкости, возникает резонанс напряжений. Напряжение на катушке может превышать напряжение питания, при этом ток потребления будет максимальный. Так как напряжение на генераторе всего 5 В, то и ток потребления всей схемы не будет иметь значительных величин.

Исходя из всего этого не имеет смысла ставить в генераторе какие-то силовые высокотоковые элементы. Вполне достаточно применить транзисторы малой мощности, такие как КТ315. Общий ток потребления генератором от источника питания не превышает 20 мА, при этом катушка работает в резонансе и создаёт необходимый вихрь эфира. Вот этот вихрь и используется для оздоровительного эффекта, при воздействии на организм человека.

Ниже схема резонансного генератора. Элементы настройки на резонанс катушки отсутствуют, так как такой генератор автоматически подстраивается на резонансную частоту катушки, что создаёт дополнительные удобства при пользовании.

Генератор синусоидального сигнала. Схема принципиальная Генератор синусоидального сигнала. Схема принципиальная

Реализация

Для этого генератора изготовил плоскую бифилярную катушку, согласно патента US 512340. Однако не стал соединять два проводника катушки между собой, как это указано в патенте, так как эта катушка будет включаться по методу Мишина.

Катушка по патенту US 512340 Николы Тесла Pic 1. Катушка по патенту US 512340 Николы Тесла

Чтобы изготовить катушку такой конфигурации, потребуется сделать две шпульки и намотать на них по 12-18 метров лакированого провода диаметром 0,4. 0,45 мм. Длинна провода определяет резонансную частоту. Александр Мишин рекомендует использовать катушки с рабочей частотой в диапазоне 250. 400 кГц. Если использовать по 15 метров провода, то резонанс будет где-то 285 кГц. У меня было использовано по 13 метров провода, что соответствует резонансу на частоте 319 кГц.

Подготовка провода для намотки Pic 2. Подготовка провода для намотки

В куске ДВП, по центру, просверлено отверстие диаметром 6 мм. В него вставлен болт, как ось. Закреплён в тисках так, чтобы вокруг этой оси можно было бы свободно вращать кусок ДВП, что потребуется в процессе намотки катушки. На поверхность ДВП наклеен двухсторонний скотч. Часть защитной плёнки удаляется постепенно при продвижении намотки от центра к краю. Направление намотки против часовой стрелки. Для укладывания провода удобно пользоваться пластиковой карточкой, прижимая и укладывая витки катушки.

Начало намотки Pic 3. Начало намотки

Уложенные витки катушки рекомендую проклеивать моментальным клеем, для большей жёсткости. В результате получилась катушка с внешним диаметром 128 мм.

Завершение намотки Pic 4. Завершение намотки

После завершения намотки катушки, обточил ДВП до минимальных размеров. На хвостике установил клемник, на который вывел начало одного провода и конец другого. Между проводами электрического контакта нет.

Готовая катушка Pic 5. Готовая катушка

После изготовления катушки приступил к макетированию генератора. На монтажной панельке была собрана и отлажена схема генератора.

Макетирование генератора Pic 6. Макетирование генератора

Далее схема генератора была перенесена на стеклотекстолитовую плату и встроена в модуль таймера, который разрабатывался на платформе Ардуино именно для данного генератора и катушки. Проект таймера можно посмотреть тут: Таймер (для катушки Мишина).

Генератор в блоке с таймером Pic 7. Генератор в блоке с таймером

На осциллографе видно, что форма сигнала почти синусоидальная. Присутствуют небольшие гармоники. Впрочем сам Александр Мишин и не утверждает, что сигнал должен быть идеально синусоидальным. Он утверждает, что там работает некий спектр частот, что и указывает на гармоники.

Для контроля резонанса и работы катушки, был изготовлен небольшой индикатор. Он выполнен из куска провода диаметром 0,2 мм свёрнутого в катушку на оправке диаметром 40 мм. К выводам катушки индикатора припаян красный светодиод. При включенном генераторе, при наложении индикатора на центр катушки Мишина, светодиод ярко светится.

Генератор. Частота резонанса 319 кГц Pic 8. Генератор. Частота резонанса 319 кГц

В итоге получился интересный и полезный проект сразу в двух разделах, что лишний раз подтверждает, что наша жизнь не может быть категорически разъединена на части. Вся жизнь – есть совокупность разных направлений и событий.

Катушка с генератором, как оздоровительный прибор, мной и моими родственниками используется с момента их изготовления. Могу сказать, что замечен некоторый положительный эффект. Проверка продолжается.

Читайте также  Схемы генераторов тока для светодиодов

Измерение индуктивностей и емкостей в широком диапазоне значений

В большинстве случаев простые схемы, которые можно найти для измерения реактивных компонентов, пригодны лишь для ограниченного диапазона номиналов. Здесь предлагается схема, построенная из нескольких недорогих элементов, которая позволит измерять номиналы как конденсаторов, так и катушек индуктивности в диапазоне семи порядков величины. С ее помощью можно измерять конденсаторы от 1 пФ до 10 мкФ и индуктивности от 200 нГн до 4 Гн.

Вебинар «Экономичные решения МЕAN WELL для надежных разработок» (30.09.2021)

Однако чтобы охватить столь широкий диапазон, нужно смириться с некоторым неудобством, поскольку нахождение параметра тестируемого устройства производится настройкой переменного резистора и определением соответствующего значения емкости или индуктивности по калибровочному графику, а не путем прямого считывания.

Чтобы понять работу схемы, начнем с основ, показанных на Рисунке 1. Источник прямоугольных импульсов на Рисунке 1а подключен к нижнему контакту измеряемого конденсатора CTEST. Напряжение на верхнем выводе представляет собой последовательность импульсов, положительных и отрицательных относительно уровня шины +5 В, экспоненциально спадающих к этому уровню. Постоянная времени спада, конечно же, равна произведению R·CTEST. Аналогичным образом на Рисунке 1б источник прямоугольных импульсов тока питает измеряемую катушку индуктивности LTEST, вследствие чего выше и ниже напряжения шины +5 В происходят такие же переходные процессы с постоянной времени спада, равной LTEST/R. Относительная доля времени каждого полупериода прямоугольных импульсов, в течение которого происходит процесс экспоненциального спада, зависит от соотношения между постоянной времени и периодом импульсов.

Рисунок 1. Общая схема измерения конденсаторов (а) и катушек индуктивности (б)
с помощью прямоугольных импульсов переменной частоты.

Теперь рассмотрим полную схему на Рисунке 2. Прямоугольные импульсы формируются простейшим RC-генератором на триггере Шмитта и усиливаются четырьмя параллельно включенными буферами. Плавное изменение частоты выполняется переменным резистором R9, а диапазон от A до F выбирается одним из шести декадных конденсаторов. R9 должен иметь линейную зависимость сопротивления от положения движка и быть подключен так, чтобы при вращении по часовой стрелке период колебаний увеличивался.

Рисунок 2. Полная схема измерителя C и L.

Выбор между конденсатором и катушкой индуктивности осуществляется двухполюсным двухпозиционным переключателем. В соответствии с базовой схемой на Рисунке 1 либо напряжение непосредственно с выходов IC1 подается на тестируемый конденсатор, либо ток, генерируемый цепью на транзисторе Q1, подается на катушку индуктивности. Резистор R2 510 Ом выполняет функцию сопротивления R на Рисунке 1 в режиме «L», а в режиме «C» это сопротивление формируется последовательным соединением резисторов R5 и R2. (R5 необходим для того, чтобы, ограничивая выбросы напряжения на базе Q2 на достаточно низком уровне, не допускать насыщения транзистора). Резистор смещения R7 и диоды D3, D4 поддерживают напряжение базы транзистора Q3 на уровне, примерно на 2VBE ниже напряжения шины +5 В. (VBE – напряжение база-эмиттер). При таком смещении Q2, R3 и Q3 образуют блок выпрямителя/ преобразователя напряжение-ток с небольшим начальным током, который чувствителен только к положительным выбросам напряжения над уровнем шины +5 В, создаваемым тестируемым компонентом. Результирующее падение напряжения, создаваемое импульсами коллекторного тока транзистора Q3 на резисторе R4, усредняется конденсаторами C2 и C3 и измеряется внешним вольтметром.

Выбросы с экспоненциальным спадом, занимающие определенную часть периода прямоугольных импульсов, будут давать соответствующее выходное постоянное напряжение, при этом точная нелинейная зависимость между коэффициентом заполнения и выходным напряжением значения не имеет. Поскольку транзисторы Q2 и Q3 используются в высокоскоростных включениях с общим коллектором и общей базой, соответственно, реакция этой схемы будет быстрой, и измерение коэффициента заполнения в первом приближении не будет зависеть от частоты.

Настраивая период генерации резистором R9 таким образом, чтобы выходное напряжение достигало некоторого фиксированного опорного уровня, например, 1.00 В, вы будете поддерживать фиксированное соотношение между постоянной времени экспоненциального спада и периодом импульсов. Поскольку постоянная времени спада линейно зависит от номинала измеряемого реактивного компонента, измеренные значения емкости или индуктивности окажутся линейными относительно периода импульсов генератора и, следовательно, линейными относительно угла поворота вала потенциометра R9. Используя соответствующую разметку круговой шкалы потенциометра R9 и откалибровав схему с помощью нескольких конденсаторов и индуктивностей с известными номиналами, можно построить калибровочные графики, которые позволят определить любое значение номинала тестируемого компонента. На Рисунке 3 показана разметка шкалы потенциометра R9, которая включена также в пакет загружаемых данных.

Рисунок 3. Пример разметки шкалы для R9.

Переключатель диапазонов генератора будет охватывать шесть декад, хотя минимальный период ограничен задержкой распространения в IC1. Это позволит охватить верхние шесть порядков величин емкостей или индуктивностей от минимальных до максимальных значений для диапазонов от A до F. Вставьте измеряемый компонент в зажимы схемы, установите правильные положения переключателя диапазонов и движка переменного резистора, при которых выходное напряжение равно 1.00 В, и найдите значение емкости или индуктивности на графике для соответствующего диапазона. В диапазоне A можно измерять наименьшие значения от 10 пФ или 2 мкГн, а в диапазоне F – максимальные значения до 10 мкФ или 4 Гн.

Чтобы расширить диапазон измерений примерно до 1 пФ и 200 нГн, можно использовать дополнительный прием. Элементы смещения C1 и L1 всегда немного увеличивают минимальную постоянную времени в режиме «C» или «L», и сравнивая изменения напряжения, считываемого внешним вольтметром, когда к этим небольшим элементам смещения добавляется тестируемое устройство, можно построить дополнительный калибровочный график для самого низкого диапазона значений.

Методика измерения для этого самого нижнего диапазона состоит в том, чтобы сначала не вставлять измеряемый компонент в схему, либо оставив контакты для подключения конденсатора разомкнутыми, либо замкнув контакты, предназначенные для подключения катушек индуктивности. Затем переключите генератор в диапазон A и регулируйте период потенциометром R9 до тех пор, пока при отсутствии тестируемого компонента (то есть, только с элементом смещения) напряжение не станет равным 1 В. Наконец, вставьте измеряемый компонент в схему и наблюдайте за изменением показаний вольтметра. Найдите это напряжение смещения на калибровочном графике, чтобы определить малые значения номиналов компонентов.

Пример разметки шкалы, некоторые образцы калибровочных графиков, а также используемые для их создания файлы данных и скриптов gnuplot, доступны для скачивания в разделе Загрузки. С точностью до ошибки, вносимой типичным разбросом номиналов реактивных компонентов в ±10% и устраняемой применением метода наименьших квадратов, можно увидеть линейную зависимость результатов измерений от показаний шкалы во всех диапазонах. Выполненная вами калибровка, вероятно, будет отличаться из-за использования других компонентов, но файлы данных можно редактировать и создавать собственные графики.

Микро-ликбез по электронике. Часть 2.

Дроссели, катушки индуктивности.
Дроссель (катушка индуктивности), как и конденсатор, способен накапливать энергию, правда в отличие от конденсатора, который может её хранить почти не ограничено долго, катушка индуктивности на это не способна, она отдаёт энергию срезу же после снятия питающего напряжения. Только ведут себя они с точностью до наоборот. Основная характеристика дросселя – индуктивность, измеряется в Генри (Гн).
Если на дроссель подать какое-то напряжение (замкнули KL1 на рис 6 a) ), то в точке Т1 появится ток, он будет быстро нарастать (скорость возрастания тока обратно пропорциональна индуктивности дросселя).
См. рис. 6. b)

Рис . 6.

Таким образом, если через конденсатор течёт ток только при изменяющемся напряжении, то через дроссель потечёт ток только при постоянном (или медленно меняющемся) напряжении. При быстром изменении напряжения – ток не течёт. У дросселя есть ещё одно интересное свойство – дроссель умеет практически мгновенно отдавать энергию (как и конденсатор), но в отличие от конденсатора, если с дросселя убрать питающее напряжение (разомкнуть KL1, дроссель сразу попытается отдать всю накопленную энергию (в точке Т2 будет большой кратковременный, отрицательный импульс напряжения (рис 6 с) ). В идеале, это будет бесконечно большой импульс.
Рассмотрим схему (Рис 7 b)).

Рис 7.
На входе (Vin) форма напряжения представлена на рис7 а) чёрным графиком. Vout — красный. Видно, что дроссель почти не пропускает переменную составляющую, но пропускает постоянную. Для ещё лучшей фильтрации (удаления переменной составляющей) обычно после дросселя ставят дополнительно между Vout и 0 конденсатор, который дополнительно фильтрует переменную составляющую.
Если подключить параллельно конденсатор и дроссель, получим колебательный контур.
Например, если соединить параллельно катушку и конденсатор и между ними поставить ключ (размкнут), потом зарядить конденсатор, затем замкнуть ключ — энергия запасённая в конденсаторе будет передаваться катушке (ток через катушку будет расти, напряжение на конденсаторе будет падать (за счёт уменьшения в нем энергии), потом катушка начнёт отдавать конденсатору накопленную ей энергию, при этом конденсатор начнёт заряжаться отрицательным (обратным) напряжением (уже за счёт энергии катушки) и т.д.)
При отсутствии потерь энергии, в контуре будут наблюдатся незатухающие колебания с собственной частотой w0= 1 / кв. корень( L * C). В реальности, всегда существуют потери энергии, в следствие чего будут существовать только затухающие периодические колебания с несколько меньшей частотой частотой w=кв. корень(w0^2-b^2), где b(бетта) — коэффициент затухания, т.е. всегда w0>w. Затухать они будут из-за потерь энергии в самом контуре.

Трансформатор.
Если на одном сердечнике намотать несколько независимых обмоток, то получится трансформатор. Каждая по отдельности обмотка будет вести себя как дроссель (катушка индуктивности), но между обмотками будет существовать связь. Если к выводам одной (первой) обмотки приложить напряжение, то и на всех остальных обмотках тоже появится разность напряжений, причём величина этой разности будет во столько раз больше чем на первой обмотке, во сколько раз в это обмотке больше витков, чем в первой.
Иногда играет роль направление обмотки. От него зависит полярность выходного напряжения (точнее фаза). На схемах, начало обмотки обозначается точкой. Иногда обмотки трансформатора включают последовательно, при этом, в зависимости от направления обмоток, общее напряжение складывается (если обмотки в одну сторону) и вычитается (если намотаны в противоположные).
Трансформатор можно применять как для изменения величины напряжения (изменяя соотношение количества витков), так и для гальванической развязки (обмотки электрически не связаны между собой, между ними существует только магнитная связь, т.е. только разность напряжений на одной обмотке зависит от разности напряжений на другой.) Важным свойством трансформатора является то, что мощность прилагаемая к одной обмотке, будет равна мощности на другой обмотке. Т.е. P1=P2 = U1 * I1=U2 * I2. Таким образом, если на второй обмотке напряжение меньше, то ток будет больше. На трансформатор можно подавать только переменное напряжение, т.к. на его его обмотках, как и любой катушке индуктивности, не может быть постоянного напряжения (иначе ток бы неприлично вырос).
Трансформатор в каком-то приближении можно представить в виде рычага, где одно плечо, это одна обмотка, второе плечо – вторая обмотка. Нередко встречаются трансформаторы с более чем двумя обмотками.

Читайте также  Схема установки генератора ваз 2107

Диоды, диоды Шоттки, стабилитроны.
Диод, это прибор, ток через который не линейно зависит от приложенного напряжения.
Рассмотрим вольтамперную характеристику (ВАХ) диода (зависимость тока от напряжения), включенного в прямом направлении (рис 8 a)).

Рис. 8.
При увеличении напряжения от 0 до u1, ток совсем небольшой, но при увеличении напряжения до u2 и u3 ток значительно возрастает (пропорционально квадрату напряжения). При достаточно больших токах, диод можно рассматривать как проводник, т.к. падение напряжения на диоде, даже при большом токе будет небольшим. В диодах Шоттки ток ещё быстрее растёт, следовательно падение напряжение на диодах Шоттки ещё меньше, это позволяет использовать их в устройствах с большими токами.
Затем подадим на диод отрицательное напряжение (Рис8 b)). Вплоть до напряжения u1 ток через диод будет практически отсутствовать. Но при отрицательном напряжении ниже u1, наступает пробой диода, при этом ток быстро увеличивается. Этот эффект используют диоды Зенера (в простонародье – стабилитроны (рис8 с)). Т.е. если в обратно включённом диоде Зенера увеличить напряжение >u2, то ток будет быстро расти. Таким образом, даже при небольшом изменении напряжения (u1 – u2) ток будет меняться значительно. Если последовательно включить резистор и стабилитрон (рис 8 с)), и на Vin подать напряжение (больше u4), через стабилитрон потечёт ток, что вызовет падение напряжения на резисторе, и чем больше напряжение на Vin, тем больший будет ток и большее падение. В итоге, независимо от напряжения на резисторе, напряжение на диоде почти не изменится (на Vout будет меняться в диапазоне u2 – u4).
Таким образом, диод – это устройство, через которое ток в прямом направлении значительно больше тока в обратном направлении.

Биполярный транзистор.
Биполярный транзистор – это прибор, способный усиливать ток.
В каком-то приближении транзистор можно рассматривать как 2 последовательно включённых диода (база-эмиттер и база-коллектор) и возможностью включения связи (канала) эмиттер-коллектор (нарисован красным цветом).
Рассмотрим работу биполярного n-p-n транзистора (рис 9).

Рис 9.
Подключим эмиттер на землю (0В), коллектор — к источнику положительно питания +12В.
В таком подключении условный диод d2 получается включён в обратном направлении, ток через него не течёт, следовательно через d1 ток тоже не течёт. При этом транзистор закрыт (закрыт канал эмиттер-коллектор) и через него не течёт ток. Для того чтобы открыть канал эмиттер-коллектор, нужно чтобы через d1 потёк ток. При этом, ток через канал будет прямо пропорционален току базы (току через d1), но в k раз больше. k – это коэффициент усиления транзистора (обычно от 50 до 300), т.е. даже небольшой ток в базе может вызвать большой ток (более чем в сто раз больший) в канале эмиттер-коллектор, главное чтобы источник энергии этот ток вы держал (ну и транзистор мог). Ток через d1 (он же ток базы) подчиняется тем же законам, что и обычный диод (см. рис. 8a). Если на базе линейно изменять напряжение, то ток будет изменяться нелинейно (рис. 8a), следовательно ток через канал эмиттер-база тоже будет нелинейно меняться. Т.е. транзистор усиливает не напряжение, а ток.
Отличие p-n-p транзистора от рассматриваемого – это обратное включение d1 и d2, как следствие – нужно подавать отрицательное напряжение питания на коллектор. На схеме стрелочка в эмиттере направлена в обратную сторону.

Полевые транзисторы, MOSFETы.
Отличие полевых транзисторов от биполярных – канал управляется не током, а напряжением. Его можно представить как резистор переменного сопротивления, сопротивление которого зависит от напряжения на затворе. Существует огромное множество разновидностей полевых транзисторов.
Рис 10.

Рассмотрим работу полевого транзистора (рис 10 а)). Сопротивление канала сток – исток (нарисован красным, он же R1) задаётся напряжением между затвором и истоком. Причём, ток через затвор практически равен нулю. Таким образом, можно даже при помощи очень малых токов, менять сопротивление, что может вызвать управление очень большими токами.
Там где требуются большие токи, применяют мощные полевые транзисторы (MOSFETы).
На рис 10 b) изображён N-канальный MOSFET.
В нём так же, сопротивление сток-исток зависит от напряжения между затвором и истоком. Если это напряжение мало, то сопротивление канала (R1) очень велико, ток через него не течёт. Но стоит увеличить управляющее напряжение (напряжение затвор- исток), как сопротивление R1 значительно падает, при этом может течь значительный ток.
Конструктивно эти транзисторы выполнены со встроенным диодом (d1), включённом в обратном направлении. Отличие P-канального от рассмотренного выше – диод d1 включён в противоположном направлении, схематически рисуют стрелку в обратную сторону.

Схемы генераторов с катушкой индуктивности

Группа: Забанены
Сообщений: 2,255
Зарегистрирован: 26-May 10
Из: Москва ВАО
Пользователь №: 18,424

Репутация: 82 кг

V1, V2 — КТ326 или если не найдется то КТ3107 (буквы любые), но КТ326 предпочтительней.
V3 — КТ3107
V6, V7, V8 — КТ3102.

К мультиметру подключал через разделительную емкость 100Н.

В своей печатной плате увеличил контакты-дорожки для транзисторов и сразу встроил разделительную емкость 100Н.

Для сведения без прибора — нужен автогенератор от Вайтса

на транзисторах КТ3102 и КТ3107.

Печатная плата в низу.

Мои печатные платы печатаем на фотобумагу — без зеркала -ссылка в конце поста

12,98 kHz — F4 (частота на всех катушках одинаковая)

5DD Rx 35,8 Ом Tx 1,9 Ом — 16В (полный размах) 140мА (осциллографом) — 2,9В (мултиметром)

Rx 21,21Н — 13,01 kHz — 7055,77952331205 мкГн — 7,05577952331205 мГн (mH)

Tx 211,5Н — 12,86 kHz — 724,182380928681 мкГн — 0,724182380928681 мГн (mH)

7x11DD Rx 39,6 Ом Tx 2,4 Ом — 17В( полный размах) 150мА (осциллографом) -3,1В (мултиметром)

Rx 21,21Н — 12,92 kHz — 7154,42223455217 мкГн — 7,15442223455217 мГн (mH)

Tx 211,5Н — 12,99 kHz — 709,760113245357 мкГн — 0,709760113245357 мГн (mH)

(сопротивление между Rx и Tx — 2,4 мОм)

15DD Rx 28,5 Ом Tx 2,3 Ом — 18В (полный размах) 160мА (осциллографом) — 3,2В (мултиметром)

Rx 21,21Н — 12,95 kHz — 7121,31272756071 мкГн — 7,12131272756071 мГн (mH)

Tx 211,5Н — 13,08 kHz — 700,026375474806 мкГн — 0,700026375474806 мГн (mH)

Сообщение отредактировано dmitryru: Feb 27 2012, 19:00

Вложенные файлы
gen_.zip ( 19.54Кб ) Количество скачиваний: 576
gensved.zip ( 37.1Кб ) Количество скачиваний: 511

Группа: Посетители
Сообщений: 611
Зарегистрирован: 4-May 08
Пользователь №: 4,493

Репутация: 39 кг

Печатка для генератора .

Сообщение отредактировано GSL: Oct 10 2011, 10:53

Вложенные файлы
gen.zip ( 35.72Кб ) Количество скачиваний: 414

Группа: Посетители
Сообщений: 611
Зарегистрирован: 4-May 08
Пользователь №: 4,493

Репутация: 39 кг

1. К мультиметру подключал через разделительную емкость 100Н.
А к осциллографу подключать без 100Н?

2. И как подобрать конденсатор в параллель?
Надо попасть в частоту прибора 12,98 kHz?
У меня вышло: Катушка 7Х11 DD
330Н — 10,20 kHz и 2,853

2,868 kHz
220Н — 12,45 kHz и 3,641

3,675 kHz
200Н — 13,28 kHz и 3,890

3,914 kHz
100Н — 18,84 kHz и 5,758

5,774 kHz
20Н — 42,45 kHz и 13,24

13,26 kHz
10Н — 59,30 kHz и 18,55

18,56 kHz
Катушка 5 DD
10Н — 57,35 kHz и 18,86

3. Сопротивление обмоток:
5 DD — 35,9 Ом и 1,9 Ом — 2,818v (без усиления)
7X11 DD — 40,2 Ом и 2,4 Ом — 3,072v (без усиления)
На старой глючной 7Х11 DD было: 36,2 Ом и 2,2 Ом — у новой сопротивление больше . Интересно как это скажется в работе

1. К осциллографу можно подключать без разделительного конденсатора.
2. Не понятна что меряете. Какие обмотки?
Если правильно понял имеется ввиду с определенной емкостью первый столбик катушка Тх (передающая) и второй столбик Rx(приемная) с этой же емкостью.
Зная емкость и частоту получаем индуктивность катушки. Например 220Н и 12,45 kHz получим индуктивность

7123 мкГн. Подставляем эту индуктивность в формулу и пересчитываем катушку с нужными нам размерами — узнаем колл. витков которые необходимо намотать. К примеру для емкости 220Н катушка с такой индуктивностью диаметром 240мм должна иметь примерно 115 витков.
Чтобы попасть в "частоту прибора 12,98 kHz" — нужно либо знать емкость которая установлена в приборе (или в катушке в зависимости от МД), либо примерно определится с колл. витков. Намотать заведомо больше, подключить к прибору и постепенно отматывая получим нужную величину.

3. Сопротивление обмоток тоже влияет на параметры катушек (если сопротивление обмоток больше заданного , то меньше добротность катушки). В небольших приделах это не существенно.

Сообщение отредактировано GSL: Oct 10 2011, 13:15

Группа: Забанены
Сообщений: 2,255
Зарегистрирован: 26-May 10
Из: Москва ВАО
Пользователь №: 18,424

Репутация: 82 кг

Первый столбик это емкость конденсатора, второй это обмотка 1,9 Ом Ома (так же на ней при подключённом приборе я вижу частоту 12,98 kHz) — Tx, третий это скачущие значения от и до, обмотки 35,9 Ом — Rx

Я уже запутался какая из них Тх (передающая) и Rx(приемная)

А по каким формулам рассчитывать индуктивность и провод?

Сообщение отредактировано dmitryru: Oct 10 2011, 15:07

Группа: Посетители
Сообщений: 611
Зарегистрирован: 4-May 08
Пользователь №: 4,493

Репутация: 39 кг

Рекомендую прогу Калькулятор
очень наглядно и достаточно точно.

Обмотка с большим сопротивлением это приемная Rx.
Судя по вашим данным емкость передающей катушки — 210Н.
Легко проверить — подключить фирменную катушку к автогенератору с емкостью 210Н (2 шт по 100Н и 1шт.10Н). Должна получиться частота 12, 98 КГц (13 кГц).

Сообщение отредактировано GSL: Oct 10 2011, 13:42

Группа: Забанены
Сообщений: 2,255
Зарегистрирован: 26-May 10
Из: Москва ВАО
Пользователь №: 18,424

Репутация: 82 кг

Группа: Забанены
Сообщений: 2,255
Зарегистрирован: 26-May 10
Из: Москва ВАО
Пользователь №: 18,424

Репутация: 82 кг

Рекомендую прогу Калькулятор
очень наглядно и достаточно точно.

Обмотка с большим сопротивлением это приемная Rx.
Судя по вашим данным емкость передающей катушки — 210Н.
Легко проверить — подключить фирменную катушку к автогенератору с емкостью 210Н (2 шт по 100Н и 1шт.10Н). Должна получиться частота 12, 98 КГц (13 кГц).

Читайте также  Схемы ламповых задающих генераторов

Я в первом посте дописал 211,8Н и 201,6Н для обеих катушек

Группа: Посетители
Сообщений: 611
Зарегистрирован: 4-May 08
Пользователь №: 4,493

Репутация: 39 кг

Емкость в приемнаой катушке обычно не бывает такой большой (типа 220Н), а как правило на порядок меньше. В вашем случае на 90% это 22Н, чтобы получить вашу частоту

13 кГц (частоту резонанса). Хотя бывают исключения например у АСЕ250 в приемной и передающей катушке одинаковое колл. витков, но емкости все равно разные .

Сообщение отредактировано GSL: Oct 10 2011, 14:38

Группа: Забанены
Сообщений: 2,255
Зарегистрирован: 26-May 10
Из: Москва ВАО
Пользователь №: 18,424

Репутация: 82 кг

Емкость в приемнаой катушке обычно не бывает такой большой (типа 220Н), а как правило на порядок меньше. В вашем случае на 90% это 22Н, чтобы получить вашу частоту

13 кГц (частоту резонанса). Хотя бывают исключения например у АСЕ250 в приемной и передающей катушке одинаковое колл. витков, но емкости все равно разные .

Значит на вторую обмотку — Rx лучше ставить другую емкость 22H?

Поставил 20.26Н показания намного стабильней

7Х11 ДД 13,19 kHz и 5ДД 13,29

Сообщение отредактировано dmitryru: Oct 10 2011, 15:51

Группа: Посетители
Сообщений: 611
Зарегистрирован: 4-May 08
Пользователь №: 4,493

Репутация: 39 кг

Для вашего прибора — Да. Но это только для изготовления и примерной настройки новой катушки.

Сообщение отредактировано GSL: Oct 10 2011, 15:49

Группа: Забанены
Сообщений: 2,255
Зарегистрирован: 26-May 10
Из: Москва ВАО
Пользователь №: 18,424

Репутация: 82 кг

Что то не совсем понял а для чего не подойдёт ?
И как её поточней настроить?

Сообщение отредактировано dmitryru: Oct 10 2011, 16:02

Группа: Посетители
Сообщений: 611
Зарегистрирован: 4-May 08
Пользователь №: 4,493

Репутация: 39 кг

Изготовление КЛОНА катушки (один из вариантов)

1. Берем эталонную катушку, подключаем передающую Тх к автогенератору с емксотью №1 (220Н). Измеряем частоту№1 — записали.

2. Подключаем к генератору приемную катушку Rx с емкостью №2 (22Н).Измеряем частоту№2 — записали.

3. Определяем индуктивности приемной и передающей катушек.

4. Мотаем приемную и передающие катушки с нужными нам размерами. К расчетным данным добавляем витков 5.

5. Подключаем клон приемной катушки Тх и емкость №1 — отматывая витки добиваемся совпадения частоты №1.

6. Повторяем ту же операцию для приемной катушки с емкотью №2 и добиваемся частоты генератора №2.
Всё!!!

Дальше сводим катушку и можно заливать.

Группа: Забанены
Сообщений: 2,255
Зарегистрирован: 26-May 10
Из: Москва ВАО
Пользователь №: 18,424

Репутация: 82 кг

Группа: Забанены
Сообщений: 608
Зарегистрирован: 28-March 10
Из: Ленинградская обл.
Пользователь №: 16,633

Репутация: 54 кг

Я просто подбираю обычно как количество витков так и сопротивление провода, и с рассчетами не заморачиваюсь. Благо дома разного провода в большом количестве. В вашем случае я бы начал с передающей обмотки, т. к. в ней витков меньше. Провод диаметром 0.44 или близкий, витков 100 для начала (многовато конечно, но лучше больше, чем меньше). Подключаем к генератору и замеряем частоту, только нужно подключать через кабель, который будет использоваться в готовой катушке. Затем отматываем витков по 5, пока частота генератора не станет как на заводской катушке, при этом не забываем считать витки. Количество витков посчитано и остается подобрать диаметр провода. Меряем сопротивлене так же на разъеме кабеля, и если оно в пределах +-10%, значит оставляем как есть. Если больше чем надо — увеличиваем диаметр провода, если меньше — уменьшаем. После фиксации витков обмотки (я сначала использую кусочки все того же медного провода, а потом после подбора витков убираю ее и фиксирую леской), как правило, индуктивность немного возрастает (частота уменьшается), так что надо будет сделать так, чтобы можно было еще несколько витков отмотать. В небольших пределах индуктивность также меняется растяжением-сжатием готовой обмотки, так что желательно изготавливать ее таких габаритов, как она будет размещена внутри готовой катушки.

Индукционный нагреватель металла + схема

Индукционный нагреватель металла: простая схема для изготовления своими руками

Технология индукционного нагрева быстро наращивает популярность, благодаря многим преимуществам практического использования. Причём этот метод работы с металлами привлекает не столько промышленную индустрию, сколько частный бытовой сектор. Однако условия создания аппаратных установок в обоих случаях существенно отличаются. В отличие от промышленного сектора, частникам, работающим в быту, требуется аппаратура относительно небольшой мощности, простая по исполнению, доступная по цене. Здесь описывается схема на индукционный нагреватель мощностью 1600 Вт, которая вполне реализуется в домашних условиях. Это своего рода пример, демонстрирующий, как создать аппарат под индукционный нагрев для применения в быту.

Принцип технологии индукционный нагрев

Принцип технологии индукционного нагрева достаточно прост с физической точки зрения. Образованная из проводника тока катушка генерирует высокочастотное магнитное поле. В свою очередь, металлический объект, помещённый во внутреннюю область катушки, индуцирует вихревые токи. В результате объект сильно нагревается.

Параллельно с катушкой индуктивности, как правило, включается резонансная ёмкость. Предпринимается такой шаг для компенсации индуктивного характера катушки. Резонансная цепь, созданная элементами катушка-конденсатор, возбуждается на собственной резонансной частоте. Значение тока возбуждения существенно меньше, чем значение тока, протекающего через катушку индуктивности.

Схема индукционного простого нагревателя мощностью 1600 Вт

Представленную схему следует рассматривать, скорее, как экспериментальный вариант. Тем не менее, этот вариант является вполне работоспособным. Главные преимущества схемы:

  • относительная простота,
  • доступность деталей,
  • лёгкость сборки.

Схема индукционного нагревателя (картинка ниже) работает по принципу «двойного полумоста», дополненного четырьмя силовыми транзисторами с изолированным затвором из серии IGBT (STGW30NC60W). Транзисторы управляются посредством микросхемы IR2153 (самостоятельно тактируемый полумостовой драйвер).

Индукционный нагреватель - схема простой домашней установки

Схематически представленный упрощённый индукционный нагреватель малой мощности, конструкция которого допускает применение в условиях частных хозяйств

Двойной полумост способен обеспечить ту же мощность, что и полный мост, но тактируемый полумостовой драйвер затвора проще в исполнении и, соответственно, в применении. Мощный двойной диод типа STTH200L06TV1 (2x 120A) работает как схема антипараллельных диодов.

Гораздо меньших по мощности диодов (30А) будет вполне достаточно. Если предполагается использовать транзисторы серии IGBT со встроенными диодами (например, STGW30NC60WD), от этого варианта вполне можно отказаться.

Рабочая частота резонанса настраивается с помощью потенциометра. Наличие резонанса определяется по наиболее высокой яркости светодиодов.

Мощный диод и транзистор для схемы индукционного нагревателя

Электронные компоненты простого индукционного нагревателя, создаваемого своими руками: 1 — Мощный двойной диод типа STTH200L06TV1; 2 – транзистор со встроенными диодами тип STGW30NC60WD

Конечно, всегда остаётся возможность построения более сложного драйвера. Вообще, оптимальным видится решение использовать автоматическую настройку. Таковая, как правило, используется в схемах профессиональных индукционных нагревателей, но текущая схема, в случае такой модернизации, явно утрачивает фактор простоты.

Регулировка частоты, катушка индуктивности, мощность

Схемой индукционного нагревателя предусматривается регулировка частоты в диапазоне, примерно, 110 — 210 кГц. Однако схема управления требует вспомогательного напряжения 14-15В, получаемого от небольшого адаптера (коммутатор допускает коммутируемое исполнение или обычное).

Выход схемы индукционного нагревателя подключается к рабочей цепи катушки через согласующий дроссель L1 и трансформатор изолирующего действия. Дроссель имеет 4 витка провода на сердечнике диаметром 23 см, изолирующий трансформатор состоит из 12 витков двухжильного кабеля, намотанного на сердечнике диаметром 14 см.

Выходная мощность индукционного нагревателя с указанными параметрами составляет около 1600 Вт. Между тем не исключаются возможности наращивания мощности до более высоких значений.

Индукционный нагреватель - экспериментальная конструкция

Экспериментальная конструкция индукционного нагревателя, изготовленная своими руками в домашних условиях. Эффективность устройства достаточно высокая, несмотря на малую мощность

Рабочая катушка индукционного нагревателя изготовлена из проволоки диаметром 3,3 мм. Лучшим материалом исполнения катушки видится медная труба, для которой допускается применить простую систему водяного охлаждения. Катушка индуктивности имеет:

  • 6 витков намотки,
  • диаметр 24 мм,
  • высоту 23 мм.

Для этого элемента схемы характерным явлением видится существенный нагрев по мере работы установки в активном режиме. Этот момент следует учитывать, выбирая материал для изготовления.

Xraydisk Sata3 SSDСмартфон Xiaomi POCO M3 RUАвтомобильное пусковое устройство Baseus

Модуль резонансного конденсатора

Резонансный конденсатор сделан в виде батареи небольших конденсаторов (модуль собран из 23 малых конденсаторов). Общая ёмкость батареи равна 2,3 мкФ. В конструкции допускается использование конденсаторов ёмкостью 100 нФ (

275В, полипропилен МКП, класс X2).

Этот тип конденсаторов не предназначен для таких целей, как применение в схеме индукционного нагревателя. Однако, как показала практика, отмеченный тип элементов ёмкости вполне удовлетворяет работой на резонансной частоте 160 кГц. Рекомендуется использовать ЭМИ фильтр.

ЭМИ фильтр индукционного нагревателя

Фильтр электромагнитного излучения. Примерно такой рекомендуется использовать в конструкции индукционного нагревателя с целью минимизации помех

Регулируемый трансформатор допускается заменить схемой «мягкого» старта. Например, можно рекомендовать прибегнуть к использованию схемы простого ограничителя тока:

  • нагреватели,
  • галогенные лампы,
  • другие приборы,

мощностью около 1 кВт, подключаемые последовательно с индукционным нагревателем при первом включении.

Предупреждение о мерах безопасности

Изготавливая индукционный нагреватель по представленной схеме, следует помнить: контур схемы индукционного нагрева подключается к электрической сети и находится под высоким напряжением. Настоятельно рекомендуется использовать в конструкции потенциометр с изолированным стержнем.

Высокочастотное электромагнитное поле несёт вредный потенциал, способный повредить электронные устройства и носители информации. Представленная схема, учитывая простоту реализации, несёт значительные электромагнитные помехи. Этот фактор может привести к различным аварийным последствиям:

  • поражению электрическим током,
  • ожогам,
  • возгораниям.

Поэтому, прежде чем принять решение по созданию и проведению экспериментов с индукционным нагревателем, следует обеспечить полную безопасность для конечного пользователя и окружающих.

Видео: индукционный нагреватель сварочным инвертором


Представленный выше видеоролик – демонстрация работоспособности устройства по нагреву металла. Это устройство изготовлено посредством переделки сварочного инвертора, и как отмечает автор, действует вполне эффективно:

Заключительный штрих

Таким образом, сооружение индукционного нагревателя своими руками для расплавления металла в домашних условиях – это не фантастическая идея, но вполне реализуемое дело. При желании, наличии соответствующей информации, комплектующих деталей, собрать работоспособный нагреватель вполне допустимо.

При помощи информации: Danyk

КРАТКИЙ БРИФИНГ

Zetsila — публикации материалов, интересных и полезных для социума. Новости технологий, исследований, экспериментов мирового масштаба. Социальная мультитематическая информация — СМИ .

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: