Открыть дверь 

Высоковольтный конденсатор большой емкости своими руками. Малоиндуктивный Высоковольтный Конденсатор. Собираем ионистр своими руками

Данный элемент по праву считается сверх универсальным, так как он одновременно может использоваться в изготовлении и ремонте самых разнообразных приборов. И даже, если приобрести его в уже готовом виде не составит особого труда, многие мастера-любители с удовольствием экспериментируют, пытаясь или даже успешно выполняя конденсатор своими руками. Все, что нужно для создания самодельного конденсатора подробно описано выше и, в принципе, ни с одним из необходимых элементов не должно возникнуть каких-либо трудностей, так как они могут иметься в хозяйстве или, на худой конец, в свободной продаже. Исключением, пожалуй, может стать только парафиновая бумага, которую обычно изготавливают самостоятельно, используя такие материалы, как парафин, папирус и одноразовая зажигалка (как вариант, можно задействовать любой другой безопасный источник открытого пламени).

Так, для того чтобы обработать бумагу должным образом, следует тщательно разогреть с помощью огня парафин и его размягченной частью пройтись по всей поверхности папируса с обеих его сторон. После того, как работы будут окончены, а материал как следует схватится, полученную парафиновую бумагу необходимо сложить гармошкой (имеется ввиду поперечное продвижение). Техника обычная, но предполагает выдерживание определенного шага (через каждые три сантиметра) и для того, чтобы выполнить линию сгиба предельно точной, желательно еще до парафирования наметить простым карандашом первую полосу. Можно продолжить в том же духе, расчерчивая полностью весь лист или же действовать, ориентируясь исключительно по первому отрезку (кому как удобно). Что касается количества необходимых слоев, то этот показатель определяется исключительно емкостью будущего изделия.

На этом этапе сформированную гармошку следует на время отложить в сторону, дабы приступить к заготовке прямоугольных кусочков фольги, размеры которых должны соответствовать в данном случае данным 3 на 4,5 сантиметра. Эти заготовки необходимы для выполнения металлической прослойки конденсатора, поэтому по окончанию вышеуказанных работ фольгу вкладывают во все слои гармошки, следя за тем, чтобы она равномерно укладывалась, после чего приступают к проглаживанию заготовки в сложенном виде с помощью обычного утюга. Парафин и фольга должны сделать свое дело, обеспечив прочное склеивание между собой (другие методы для спаивания конденсатора в домашних условиях не практикуются), после чего конденсатор можно считать абсолютно готовым. Что касается выпирающих за пределы бывшей гармошки элементов фольги, то она не должна давать повод для беспокойства, так как они играют роль соединительных контактов.

Именно с помощью этих небольших по размеру фрагментов, изготовленный собственными руками конденсатор можно полноценно использовать, подключая его к электрической цепи. Естественно, речь идет о примитивном устройстве и для того, чтобы хоть как-то повысить его рабочие показатели, необходимо использовать более качественную фольгу, обладающую высокой плотностью, хотя и тут крайне важно не перестараться, так как существуют определенные лимиты используемого напряжения на поделки для взрослых подобного рода. Так, например, лучше не экспериментировать, пытаясь собственноручно выполнить конденсатор, способный принять слишком высокое напряжение (более 50 Вольт), хотя некоторые "самоделкины" умудряются обойти эту сторону вопроса, используя пакеты для ламинирования вместо стандартных диэлектриков, а также ламинатор для безопасной пайки.

Существует еще несколько методов того, как можно изготовить самодельный конденсатор, причем один из них предполагает работу с более высоким напряжением. К нему можно отнести знаменитую технику "Стакан", название которой пошло от используемого подручного средства - граненного стакана. Данный элемент необходим для обтяжки фольгой с внутренней и внешней стороны, причем делать это следует таким образом, чтобы используемые фрагменты материала не касались друг друга. Сама конструкция в уже "собранном" виде обязательно предусматривает наличие подводов, после чего ее можно считать полностью готовой для использования по прямому назначению. При этом, во время включения ее в цепь необходимо тщательно соблюдать все необходимые меры по безопасности, дабы избежать возможных негативных последствий.

Как вариант, можно попробовать изготовить собственными руками и более усовершенствованную конструкцию, используя такие подручные средства, как одинаковые по размерам стеклянные пластинки, все та же старая добрая фольга повышенной плотности и эпоксидные смолы, предназначенные для надежного соединения перечисленных материалов между собой. Безусловным достоинством такого самодельного конденсатора является то, что он способен осуществлять более качественную работу, как говорится, "без пробоя". Однако, как известно, в бочке меда обычно не обходится без ложки дегтя и в данном случае это напрямую касается одного существенного недостатка данного изобретения, который заключается в его более, чем внушительных габаритах, что делает содержание эдакой "махины" в домашних условиях не очень удобным и рациональным.

Требования снизить размеры радиодеталей при увеличении их технических характеристиках послужило причиной появления большого количества приборов, которые сегодня используются повсеместно. Это в полной мере коснулось и конденсаторов. Так называемые ионистры или суперконденсаторы являются элементами с большой емкостью (разброс данного показателя достаточно широк от 0,01 до 30 фарад) с напряжением зарядки от 3 до 30 вольт. При этом их размеры очень малы. А так как предмет нашего разговора – это ионистр своими руками, то необходимо в первую очередь разобраться с самим элементом, то есть, что он собой представляет.

Конструктивные особенности ионистра

По сути, это обычный конденсатор с большой емкостью. Но у ионистров большое сопротивление, потому что в основе элемента лежит электролит. Это первое. Второе – это небольшое напряжение зарядки. Все дело в том, что в этом суперконденсаторе обкладки располагаются очень близко друг к другу. Именно это и является причиной сниженного напряжения, но именно по этой причине и увеличивается емкость конденсатора.

Заводские ионистры изготавливаются из разных материалов. Обкладки обычно делаются из фольги, которые разграничивает сухое вещество сепарирующего действия. К примеру, активированный уголь (для больших обкладок), оксиды металлов, полимерные вещества, у которых высокая электрическая проводимость.

Собираем ионистр своими руками

Сборка ионистра своими руками – дело не самое простое, но в домашних условиях его сделать все же можно. Есть несколько конструкций, где присутствуют разные материалы. Предлагаем одну из них. Для этого вам понадобится:

  • металлическая баночка от кофе (50 г);
  • активированный уголь, который продается в аптеках, его можно заменить истолченными угольными электродами;
  • два круга из медной пластины;
  • вата.

В первую очередь необходимо приготовить электролит. Для этого сначала надо истолочь активированный уголь в порошок. Затем сделать солевой раствор, для чего в 100 г воды надо добавить 25 г соли, и все это хорошо перемешать. Далее, в раствор постепенно добавляется порошок активированного угля. Его количество определяет консистенция электролита, она должна быть плотностью, как замазка.

После чего готовый электролит наносится на медные круги (на одну из сторон). Обратите внимание, чем толще слой электролита, тем больше емкость ионистра. И еще один момент, толщина наносимого электролита на двух кругах должна быть одинаковая. Итак, электроды готовы, теперь их надо разграничить материалом, который бы пропускал электрический ток, но не пропускал угольный порошок. Для этого используется обычная вата, хотя вариантов и здесь немало. Толщина ватного слоя определяет диаметр металлической баночки от кофе, то есть, вся эта электродная конструкция должна в нее спокойно поместиться. Отсюда, в принципе, и придется подбирать размеры самих электродов (медных кругов).

Остается только сами электроды подключить к выводам. Все, ионистр, изготовленный своими руками, да еще в домашних условиях, готов. У такой конструкции не очень большая емкость – не выше 0,3 фарад, да и напряжение зарядки всего лишь один вольт, но это самый настоящий ионистр.

Заключение по теме

Что можно еще в дополнении сказать об этом элементе. Если его сравнивать, к примеру, с аккумулятором никель-металлгидридного типа, то ионистр спокойно может держать запас электроэнергии до 10% от аккумуляторной мощности. К тому же спад напряжения у него происходит линейно, а не скачкообразно. Но уровень зарядки элемента зависит от технологического его назначения.

Добрый день! Сегодня я бы хотел вам показать, как сделать лейденскую банку, простейшее устройство, в котором можно хранить электрический заряд.

Статическое электричество это всего лишь недостаток или избыток электронов на поверхности предмета.


Один из путей образования статического электричества - контакт двух разнородных предметов. Многие еще со школы помнят эксперимент с эбонитовой палочкой. Если потереть ее шерстью то часть электронов перебежит на палочку и шерсть останется заряжена положительно, а палочка из-за переизбытка электронов - отрицательно и сможет притягивать легкие предметы.

В быту такая ситуация возникает например при расчесывании волос расческой. Можно даже слышать, как трещат электростатические разряды. Кстати, а знаете ли вы, что такие щелчки имеют напряжение в несколько тысяч вольт? Получается что с помощью обычной расчески можно получить просто огромное напряжение. Только вот заряд который может удержать расческа очень и очень мал. Заряд с расчески можно накопить в другом месте. Например в Лейденской банке. Лейденская банка является по сути простейшим конденсатором.(два проводника разделенные изолятором.


Приступим к изготовлению

Материалы
Классическая лейденская банка обычно делается из стеклянной банки, но у нее слишком толстые стенки, и заряд накапливается не особо большой. Поэтому мы будем использовать пластиковую банку с тонкими стенками. В качестве проводника будем использовать пищевую фольгу, или фольгу от шоколадки.




Шаг 1
Банку нужно покрыть ровным слоем фольги примерно на две трети в высоту, включая само донышко. Избегайте больших складок и разрывов.




Шаг 2
Теперь тоже самое нужно сделать изнутри, до той же высоты, что и внешняя обкладка.


Шаг 3
В центре банки закрепите приемник из фольги, который должен касаться фольги внутри банки. Верхнюю часть нужно вывести из банки наружу.


Если вам лень возиться с оклейкой внутренней части банки,то можно просто налить туда соляного раствора ровно до того уровня, до которого фольга наклеена снаружи.(приемник должен одним концом касаться воды




Итак, теперь у нас есть куда накапливать заряд с расчески. Чтобы сделать это, возьмитесь на наружную обкладку одной рукой и проводите рядом с приемником заряженной расческой другой рукой.


Разрядить банку на себя можно взявшись рукой за обкладку и поднеся палец к приемнику. А еще можно сделать вот такой классный разрядник из куска фольги, который даст более ровную и красивую искру.


На заметку: на пробой 1мм воздуха нужно напряжение в одну тысячу вольт. Кстати, влажность воздуха критически влияет на длину искры(чем суше у вас в квартире, тем длиннее будет искра).

Как сделать конденсатор?




В душе каждого из нас живет изобретатель, а потому радиолюбительство является довольно популярным хобби. Самостоятельное изготовление радиокомпонентов - одна их самых интересных составляющих данного хобби. В этой статье расскажем о том, как сделать конденсатор своими руками в домашних условиях.

Материалы

Для изготовления конденсатора нам понадобится:

  • фольга,
  • утюг,
  • папирусная бумага,
  • парафин,
  • зажигалка.

Фольга не нуждается в дополнительной подготовке, а вот с помощью трех последних компонентов нам предстоит сделать парафинированную бумагу.

Изготовление

Итак, материалы подготовлены, приступаем к работе:

  1. Нагреваем парафин и аккуратно обрабатываем папирусную бумагу.
  2. Складываем ее в "гармошку", ширина каждой секции которой порядка 30 мм. Число слоев-гармошек определяет емкость конденсатора, каждый слой соответствует примерно 100 пФ.
  3. В каждую секцию вкладываем кусочек фольги площадью 30 на 45 мм.
  4. Складываем гармошку и проглаживаем ее теплым утюгом.
  5. Все, конденсатор готов! Кусочки фольги, выглядывающие наружу - это соединительные контакты нашего конденсатора, через которые его можно включить в цепь.

Мы получили самый простой бытовой конденсатор, при этом стоит отметить, что чем толще и качественнее фольга, тем более высоковольтным он будет. Однако обращаем ваше внимание, сделать в домашних условиях своими руками конденсатор, который выдержит более 50 кВ, лучше не пробовать. "Профессионалы-любители" советуют при желании подобраться к этому значению использовать в качестве диэлектрика пакеты для ламинирования, однако при этом для их нагрева вам понадобится ламинатор.

Если Вы замыслили построить лазер, ускорительную трубку, генератор электромагнитных помех или что-нибудь еще в этом роде, то рано или поздно Вы столкнетесь с необходимостью использовать малоиндуктивный высоковольтный конденсатор, способный развивать нужные Вам Гигаватты мощности.
В принципе можно попытаться обойтись использованием покупного конденсатора и что-то близкое к тому, что Вам нужно даже имеется в продаже. Это керамические конденсаторы типа КВИ-3, К15-4, ряд марок фирм Murata и ТDK, ну и конечно зверь Maxwell 37661 (последний, правда, масляного типа)

Использование покупных конденсаторов, однако имеет свои недостатки.

  1. Они дороги.
  2. Они малодоступны (Интернет, конечно, связал людей, но таскать деталюшки с другого конца земного шара несколько напрягает)
  3. Ну и самое, конечно, главное: они все-равно не обеспечат требуемых Вами рекордных параметров. (Когда речь идет о разряде за десятки и даже единицы наносекунд для питания азотного лазера или получения пучка убегающих электронов из неоткачной ускорительной трубки, ни один Максвелл Вам не в помощь)

По этому гайду мы будем учиться делать самодельный малоиндуктивный высоковольтный
конденсатор на примере платы, предназначенной для использования в качестве драйвера
лампового лазера на красителях. Тем не менее принцип является общим и с его
использованием Вы сможете строить конденсаторы в частности (но не ограничиваясь)
даже для питания азотных лазеров.

I. РЕСУРСЫ


II. СБОРКА

Когда проектируется устройство, требующее малоиндуктивного питания, думать надо о конструкции в целом, а не отдельно о конденсаторах, отдельно о (например) лазерной головке и т.д. В противном случае токоведущие шины сведут на нет все преимущества малоиндуктивного дизайна конденсаторов. Обычно конденсаторы являются органичной составной частью подобных устройств и именно поэтому примером будет служить плата драйвера лазера на красителях.
Блажен тот самодельщик, вокруг которого валяются листы стеклопластика и оргстекла. Мне же приходится использовать кухонные разделочные доски, продающиеся в магазине.
Возьмите кусок пластика и обрежьте в размер будущей схемы.

Идея схемы примитивна. Это два конденсатора, накопительный и обострительный, включенные через разрядник по схеме с резонансной зарядкой. Детально разбираться с работой схемы здесь мы не будем, наша задача тут - сосредоточиться на сборке конденсаторов.

Определившись с размерами будущих конденсаторов отрежьте кусочки алюминиевого уголка по размерам будущих контакторов. Уголки тщательно обработайте по всем правилам высоковольтной техники (скруглите все углы и затупите все острия).

Закрепите выводы будущих конденсаторов на получающейся "печатной плате".

Смонтируйте те части схемы, которые, если их не собрать сейчас, потом могут помешать сборке конденсаторов. В нашем случае это соединительные шины и разрядник.

обратите внимание, малая индуктивность при установке разрядника принесена в жертву удобству регулировки. В данном случае это оправдано, поскольку собственная индуктивность (длинной и тонкой) лампы заметно больше индуктивности цепи разрядника, а кроме того лампа по всем законам черного тела не будет светить быстрее чем sigma*T^4, какой бы быстрой цепь питания ни была. Укоротить можно только фронт, но не весь импульс. С другой стороны, при конструировании, например, азотного лазера так вольно крепить разрядник Вы уже не станете.

Следующим этапом надо нарезать фольгу и, возможно, ламинат-пакеты (если только размер конденсатора не предполагает использование полного формата пакета, как в случае накопительного конденсатора на рассматриваемой плате.)

Несмотря на то, что ламинирование в идеале происходит герметично и пробой по закраинам должен быть исключен, не рекомендуется делать закраины (размер d на рисунке) менее чем по 5 мм на каждые 10 кВ рабочего напряжения.
Закраины размером по 15 мм на каждые 10 кВ напряжения обеспечивают более-менее стабильную работу даже без герметизации.
Размер выводов (размер D на рисунке) выбирайте равным предполагаемой толщине стопы будущего конденсатора с некоторым запасом. Углы фольги, естественно, должны быть скруглены.
Начнем с пикового конденсатора. Вот как выглядят заготовки и готовая, заламинированная обкладка:

Для пикового конденсатора взят ламинат толщиной 200 мкм, поскольку за счет "резонансной" зарядки здесь ожидается наброс напряжения под 30 кВ. Заламинируйте необходимое количество обкладок (в нашем случае 20 шт.). Сложите их стопкой (выводами поочередно в разные стороны). У полученной стопки подогните выводы (при необходимости излишки фольги надо обрезать), уложите стопку в гнездо, образованное уголковыми контакторами на плате и прижмие верхней крышкой.

Фетишисты закрепят верхнюю крышку аккуратными болтиками, но можно и просто примотать изолентой. Пиковый конденсатор готов.

Сборка накопительного конденсатора ничем принципиально не отличается.
Меньше работы ножницами, поскольку используется полный формат А4. Ламинат здесь выбран толщиной 100 мкм, поскольку планируется использовать зарядное напряжение 12 кВ.
Точно так же собираем в стопку, подгибаем выводы и прижимаем крышкой:

Кухонная досточка с подрезанной ручкой выглядит, конечно злостно, но функциональности не нарушает. Надеюсь, что у Вас с ресурсами проблем будет меньше. Да и вот еще что: если в качестве основания и крышки надумаете использовать деревяшки, их придется серьезно подготовить. Первое - хорошенько просушить (лучше при повышенной температуре). И второе - герметично пролакировать. Уретановым или виниловым лаком.
Дело здесь не в электропрочности и не в утечках. Дело в том, что когда поменяется влажность деревяшки изогнет. Во-первых это нарушит качество контакта и удлинит время разряда конденсаторов. Во-вторых, если как здесь поверх этой платы предполагается монтировать лазер, его тоже изогнет со всеми вытекающими последствиями.

Загибая выводы не забудьте проложить по дополнительному слою изоляции. А то в самом деле: обкладки друг от друга отделены двумя слоями диэлектрика, а выводы от обкладки противоположной полярности - только одним.
Посмотрим, что у нас получилось. Воспользуемся мультиметром со встроенным измерителем емкости.
Вот что показывет накопительный конденсатор.

А вот что показыват пиковый конденсатор.

Вот, собственно и все. Конденсаторы готовы, тема гайда исчерпана.
Однако, вероятно не терпится опробовать их в деле. Доделываем недостающее части схемы, устанавливаем лампу, подключаем к источнику питания.
Вот как это выглядит.

Вот осциллограмма, тока, снятая небольшим колечком провода, непосредственно подключенным к осциллографу и расположенным вблизи контура, питающего лампу. Правда вместо лампы схема была нагружена на шунт.

А вот осциллограмма вспышки лампы, снятая фотодиодом ФД-255, направленным на ближайшую стену. Рассеянного света вполне хватает. Правильней даже сказать "более чем."

Можно долго ругать плохо получившиеся кондесаторы и искать причину, почему разряд длится более 5 мкс... На самом деле лампа вспышка вываливает кучу мегаватт и даже рассеяным от стен светом загоняет фотодиод в глубокое насыщение. Унесем фотодиод подальше. Вот осциллограмма снятая с 5 метров, когда фотодиод смотрит не точно на лампочку, а чуть в сторону от нее.

Время нарастания точно определить сложно из-за помех, однако видно, что оно составляет порядка 100 нс и хорошо согласуется с длительностью полупериода тока.
Оставшийся хвост в световом импульсе - свечение медленно остывающей плазмы. Полная длительность - под 1 мкс.
Хватит ли этого для лазера на карасителе? Это отдельный вопрос. Вообще обычно такого импулсьса более чем хватает, но тут все зависит от красителя (насколько он чист и хорош), от кюветы, осветителя, резонатора и т.п. Если мне удастся получить генерацию на одном из имеющихся в продаже флуоресцентных маркеров - тогда будет отдельный гайд по самодельному лазеру на красителях.

(ЗЫ) Пришлось добавить еще 30 нФ в главный накопительный конденсатор и действительно хватило. Труба, фотку которой можно найти тут же в разделе "Фотки" заработала даже лучше чем от двухмаксвелльного ГИН"а.

Вообще время разряда в 100 нс отнюдь не предел для описанной технологии создания конденсаторов. Вот фото конденсатора с которым устойчиво работает в режиме сверхизлучения воздушный откачной азотный лазер:

Время его разряда уже за пределами возможностей моего осциллографа, однако то, что азотник с этим конденсатором эффективно генерит уже при 100 мм.рт.ст. позволяет оценить время разряда в 20 нс и менее.

III. ВМЕСТО ЗАКЛЮЧЕНИЯ. БЕЗОПАСНОСТЬ

Сказать, что такой конденсатор опасен - это ничего не сказать. Электрический удар от такой емкости также смертелен, как КАМАЗ, летящий на Вас со скоростью 160 км/ч. Относиться к этому конденсатору нужно с таким же уважением, как к оружию или взывчатке. При работе с такими конденсаторами применяйте все возможные меры безопасности и, в частности дистанционное включение и выключение.
Предугадать все опасные ситуации и дать рекомендации, как в них не попасть, попросту невозможно. Будьте осторожны и думайте головой. Знаете, когда кончается карьера сапера? Когда он перестает бояться. Именно в тот самый момент, когда он становится "на ты" с взрывчаткой, ему сносит бошку.
С другой стороны миллионы людей ездят по дорогам с КАМАЗами и тысячи саперов ходят на работу и остаются живы. Пока Вы осторожны и думаете головой, все будет в порядке.

Маечный конденсатор

Этот тип конденсатора получил свое название за сходство формы обкладок с пакетом "майка".
Индуктивность этого конденсатора больше чем у кондера описанного выше или конфетного , но он вполне пригоден для использования в СО2-шке или ГИНе. С трудом заводит краситель а для азотника не подойдет.

Материалы понадобятся те же что и в гайде выше: майларовая пленка(или пакеты для ламинирования), алюминиевая фольга и скотч/изолента.

На схеме ниже обозначены размеры основных зазоров.


L - длинна диэлектрика
D - ширина диэлектрика
R - внешний радиус конденсатора

Зазоры от краев диэлектрика по 15мм. С той стороны, где выходят контактные полосы обкладок отступ 50мм. Эти отступы сделаны минимально возможными для максимальной емкости при заданных L и D диэлектрика. Обратите внимание, эти зазоры подобраны для 10кВ. (Я сомневаюсь, что имеет смысл делать такой тип конденсатора для более высоких напряжений, поэтому я не буду писать здесь формулы для пересчета отступов и зазоров для других напряжений)

Расстояние между выводами обкладок - 30мм. Этот зазор тоже взят минимально возможным для 10кВ. Увеличение данного зазора сделает выводы слишком узкими - увеличится индуктивность конденсатора.

Изготовление

Маечный конденсатор готов. Можете устанавливать его ваш лазер, ГИН или другой высоковольтный девайс.