Борис Семенов - Путеводитель в мир электроники. Книга 2
На протяжении многих десятилетий аэроионизаторы прошли всестороннюю проверку в лабораториях, медицинских учреждениях, школах и в домашних условиях, показав высокую эффективность аэроионизации в качестве профилактического и лечебного средства. Но, к сожалению, ионизаторы воздуха промышленного изготовления довольно дороги. В то же время собрать такое устройство по силам даже начинающему радиолюбителю. Поэтому рассмотрим, как можно изготовить аэроионизатор самостоятельно.
Электрическая схема
Согласно исследованиям профессора, только аэроионы, полученные от источника напряжения — 25000…45000 В, обладают ярко выраженным лечебным эффектом. При ионизации меньшим напряжением продолжительность существования («живучесть») таких ионов очень небольшая, они быстро нейтрализуются положительными зарядами (меньшее напряжение часто используется в электростатических очистителях воздуха).
Чем больше объем помещения, тем большее напряжение желательно иметь. Для помещения типа классной комнаты или школьного спортивного зала оптимальным является напряжение — 40…50 кВ. Не проблема получить напряжение и выше, но делать это все же не стоит, так как увеличивается вероятность появления коронного разряда (свечение синего цвета на кончике иголок) и образования озона — нового химического соединения кислорода, имеющего характерный запах. Появление озона не только снижает эффективно работы устройства, но и в больших количествах вредно, а это уже другая история.
Рассмотрим схему, обеспечивающую получение высокого напряжения, рис. 15.31.
Рис. 15.31. Электрическая схема преобразователя (а) и дополнительные каскады умножителя (б) при использовании в качестве Т1 стандартной автомобильной катушки зажигания (типа Б115)
Она состоит из однополупериодного выпрямителя (VD1), заряжающего высоковольтный конденсатор (С2) и автогенератор на однопереходном транзисторе (VT1), который управляет открыванием тиристора (VS1). Частота работы автогенератора синхронизирована с сетевой частотой, так как на него, поступает пульсирующее напряжение. Момент открывания тиристора выбран (при помощи резистора R2) так, чтобы конденсатор С2 успел зарядиться до максимальной амплитуды сетевого напряжения. При открывании тиристора происходит быстрый разряд конденсатора С2 через первичную обмотку трансформатора Т1. Возникающий при этом импульс тока наводит во вторичной обмотке Т1 импульсное напряжение. Напряжение от вторичной обмотки выпрямляется классическим диодным умножителем (в два раза). Пульсация сглаживается конденсатором С4. На излучатель через ограничительный резистор R6 поступает уже постоянное отрицательное напряжение. Соединение первичной и вторичной обмоток трансформатора, показанное на схеме пунктиром, не является обязательным — его лучше использовать в крайнем случае, если эффективность работы люстры недостаточна.
Такое построение схемы делает ее некритичной к выбору типа большинства элементов. Следует обратить внимание, что конденсатор С2 можно использовать только из тех типов, что допускают работу при напряжении 500 В в жестком («жестоком») режиме: заряд-разряд, например, МБМ, ОМБМ, МБГ (конструкция платы предусматривает установку С2 типа ОМБГ-2 на 630 В); конденсаторы СЗ, С4 типа К15-4 на рабочее напряжение 30 кВ (от телевизора). Резисторы: R1 типа ПЭВ на 7,5 Вт; R6 может иметь номинал 10…30 МОм, например типа СЗ-14-1 или КЭВ-1 (он может быть составлен из нескольких последовательно соединенных резисторов MЛT-2). В качестве высоковольтных выпрямителей желательно использовать диоды с обратным напряжением не менее 7 кВ (допустимый ток подойдет любой, но при большом токе возрастают и габариты всей конструкции, а это плохо). Такие диоды вы найдете не во всяком справочнике, поэтому для облегчения подбора замены можно воспользоваться приведенной ниже таблицей.
Для монтажа элементов, выделенных на электрической схеме пунктиром, использована печатная плата, рис. 15.32 (на ней сами элементы, установленные с обратной стороны, показаны пунктиром). Элементы умножителя соединяются объемными проводниками и заливаются парафином или герметиком, аналогично, как это описано далее, для высоковольтного трансформатора Т1. Соединительные провода для высоковольтной части были взяты от старого, отслужившего телевизора.
Рис. 15.32. Топология печатной платы для монтажа схемы преобразователя
Импульсный высоковольтный трансформатор — наиболее трудоемкая при изготовлении часть устройства и потребует внимательности и аккуратности. Впрочем, если у вас нет опыта в изготовлении намоточных изделий, то в качестве Т1 можно взять серийную промышленную катушку от автомобильной дли мотоциклетной системы зажигания. Но в этом случае габариты всего устройства существенно увеличатся, да и из-за меньшего коэффициента трансформации в умножитель придется добавить дополнительные каскады, как это показано на рис. 15.31, б, что тоже потребует много дополнительного места.
Теперь о том, как самому можно сделать высоковольтный трансформатор. Конструкция у него очень простая — в качестве магнитопровода используются прямоугольные пластины из трансформаторного железа, набранные в пакет, рис. 15.33.
Рис. 15.33. Конструкция магнитопровода (а) для намотки трансформатора Т1; каркас для герметизации (б) и вид сборки после заливки герметиком (в)
Так как при работе магнитное поле в такой катушке незамкнутое, это исключит намагничивание сердечника постоянной составляющей напряжения в первичной обмотке («подмагничивание»).
Намотка обмоток Т1 выполняется виток к витку (сначала вторичную обмотку). Обмотка 2 содержит 1800…2000 витков проводом ПЭЛ диаметром 0,08…0,12 мм (в четыре слоя, между которыми прокладываются слои диэлектрика). Межслойную изоляцию лучше выполнять из нескольких витков тонкой (0,1 мм) фторопластовой ленты, но подойдет также и конденсаторная бумага — ее можно достать из высоковольтных неполярных (бумажных) конденсаторов. Первичная обмотка содержит 20 витков проводом диаметром 0,35 мм — над ней изоляция не нужна.
После намотки обмоток весь трансформатор герметизируют путем заливки двухкомпонентным эпоксидным клеем (он должен быть разведен достаточно жидким). В клей перед использованием желательно еще добавить несколько капель конденсаторного масла (пластификатор) и хорошо его перемешать. При перемешивании в заливочной массе клея не должно образовываться пузырьков воздуха (на это следует обратить особое внимание, так как у воздуха пробивное напряжение намного меньше, чем у герметика, и пузыри могут послужить причиной внутренних пробоев). Для хорошего перемешивания смесь до заливки можно даже немного разогреть, а саму заливку нужно выполнять медленно, чтобы воздух вытеснялся, из намотанного трансформатора, не образовывая внутренних пузырей.
Для удобства заливки потребуется предварительно изготовить картонный каркас с габаритами чуть больше размеров намотанной конструкции трансформатора — это примерно 55х30х25 мм, где и выполняется герметизация. Для выводов обмоток на дранях каркаса в соответствующих местах заранее делаются отверстия. Чтобы жидкий клей не вытекал в местах выводов, их можно временно закрыть пластилином.
У вас наверняка возник вопрос, а зачем нужны такие хитрости с заливкой? К сожалению, если ее не сделать, то высокое напряжение будет пробивать воздух и давать искру не там, где нам надо, а где оно само посчитает удобным. В этом случае на выходных выводах вторичной обмотки не удастся получить нужное напряжение.
Теперь, чтобы труд не пропал даром, несколько слов об аккуратности. Весь процесс намотки должен проходить в чистоте. Во-первых, если у вас нет намоточного приспособления, которое исключает касание провода руками при намотке, то потребуется запастись тонкими хлопчатобумажными перчатками. Они позволят изолировать потные жирные «ручонки» от провода и диэлектрика. Это в дальнейшем уменьшит вероятность появления внутренних пробоев и утечек внутри трансформатора. Во-вторых, в начале намотки слоя провод нужно зафиксировать обычными нитками — аналогично делается фиксация витков в конце каждого слоя, иначе он может соскочить и запутаться. В-третьих, на выводы высоковольтной обмотки лучше надеть фторопластовые трубки.
Изготовленный таким образом трансформатор может обеспечить во вторичной обмотке амплитуду напряжения больше 15…30 кВ (он использовался даже в электрошоковом устройстве [4]), но, чтобы исключить появление внутреннего пробоя внутри катушки при повышенном напряжении в режиме холостого хода (когда ко вторичной обмотке не подключена нагрузка, которой является излучатель), включать его без защитного разрядника (F1) не рекомендуется.
