humka.ru- про электронику

Настоящий электропастух, часть 1: трансформатор

Итак, после баловства с электропастухами на катушках зажигания, которые просто физически не могут дать импульс больше чем ~одна сотая джоуля, перейдем к действительно серьезным приборам. А серьезный прибор имеет серьезный трансформатор. Достаточно в гугл-картинках набрать «electric fence charger repair», и посмотреть фотографии разобранных устройств мощностью от 5 и выше джоулей, как правило мы увидим довольно серьезных размеров сердечник, а так же один или несколько не менее габаритных конденсаторов, с помощью которых и обеспечивается энергоэффективные импульсы.

Здесь следует учесть что ситуация с джоулями довольно забавна не только среди самоделок, но даже в промышленных устройствах. Например, были получены следующие фотографии:

Промышленное изделие, импортное, заявленная мощность – 6 джоулей. А что внутри? Внутри трансформатор с толщиной набора: 35мм, длина: 65мм, высота: 55мм, ~37вит первички, 0.65мм и ~836 вторички, 0.17мм, но главное – конденсатор 450V DC, 4.7uF. Давайте посчитаем: E (джоулей) = (V² x C) / 2 / 1000000. Итак 450 * 450 * 4.7 / 2 / 1000000 = 0,475875 джоуля. Но это энергия запасаемая конденсатором, а выходной импульс с учетом потерь на трансформации будет еще меньше, что, например, можно увидеть в таблице электропастухов OLLI где указана энергия запасаемая в конденсаторе и энергия импульса. Поэтому полученные 0.475875 нужно умножить примерно на 0.8 и получим 0.38 джоуля энергии в одиночном импульсе.

Абсолютно не факт что данный электропастух не подвергался модификациям и возможно раньше там стоял конденсатор обеспечивающий заявленную мощность, но теперь, зная формулу, можно легко узнать что можно ожидать от изделия.

Транфсорматор для электропастуха

Перейдем к практике. Сердечник трансформатора взял из сломанного блока бесперебойного питания и в сборе он имеет следующие размеры:

Каркас для намотки сделал из текстолита толщиной 1 мм, для этого вырезал соответствующего размера куски с запасом по длине, так же дремелем были вырезаны пазы (на фото закрашены красным) глубиной также 1 мм.

Изначально каркас склеивается кусочками скотча, затем для жесткости внутрь закладываются обрезки пенопласта и сверху обматываетс 4-мя слоями фторопластовой плёнки толщиной 0.1 мм с последующей фиксацией отрезком скотча. В случае отсутствия фторопласта для изоляции можно и нужно применять прозрачную плёнку Lomond для печати на лазерных принтерах толщиной 0.1 мм как это описано в статье про злой шокер. Данная плёнка великолепный изоляционный материал, прекрасно показала себя в трансформаторах с выходным напряжением 50 и выше киловольт и поэтому не стоит удерживать себя от её применения.

Мотать буду сперва вторичную обмотку проводом 0.31мм ~1000 витков, потом первичную проводом 0.8мм ~50 витков. В принципе можно использовать провод ~0.27 для вторичной и 0.6 для первичной обмотки, но размер окна сердечника позволяет использовать более толстые провода.

Для начала нужно хорошенько изолировать первый вывод высоковольтной обмотки. Для этого был взят высоковольтный провод от трансформатора ЭЛТ монитора, снята верхняя силиконовая оболочка и выдернуты родные жилы. Получилась отличная полиэтиленовая трубочка которая с легкостью выдержит ~20 киловольт что в нашем случае с большим запасом.

Подобную трубочку, например, можно найти в советском антенном кабеле (центральная жила), возможно где-то еще. Если получится найти что-то подобное из фторопласта – тоже хорошо. Сразу хочу подчеркнуть что изоляцию с обычных силовых проводов в данном случае применять нельзя.

Закрепляем вывод как показано на рисунке и начинаем мотать. Процесс выглядит примерно так:

Продолжаем мотать изолируя каждый слой плёнкой с нахлестом ~15 мм, пленку закрепляем отрезком скотча шириной около сантиметра по центру, мотаем провод до отрезка и после чего удаляем скотч (плёнка будет удерживаться намотанным проводом) и продолжаем мотать. Таким образом, изолируя каждый слой наматываем необходимое количество витков.

Как организовать второй вывод обмотки видно по фотографии и в пояснении не нуждается. Далее, изолируем вторичную обмотку 3-мя слоями плёнки и мотаем первичную обмотку, ее выводы изолировать не обязательно, главное что бы они были на противоположной выводам первичной обмотки стороне. Изолируем первичную обмотку одним слоем плёнки и закрепляем скотчем.

Натсупает момент подготовки к заливке эпоксидной смолой, здесь следует учесть несколько моментов и с помощью дремеля с отрезным диском добиться следующего результата:

Выступающие края межслойной изоляции были срезаны для получения отступов как это изображено на картинке, после заливки эпоксидкой мы получим отлично изолированный и практически неубиваемый трансформатор. Следующее действие – коробочка для заливки, собрал ее из конструктора лего. В качестве дна – обычная картонка, изнутри всё оклеено скотчем. Эпоксидная смола не имеет с ним адгезии и после отвержения изделие легко извлекается.

Устанавливаем каркас по центру и пластилином изнутри приклеиваем к дну изолируя внутреннее пространство. Также пластилином немного наращиваем каркас в высоту.

Смола обычная ЭД-20, смешивается 10 частей смолы и 1 часть отвердителя. Если переусердствовать с отвердителем может получится очень нехорошая ситуация когда смола закипит а полимеризация займет считанные минуты. Процесс будет сопровождаться сильным нагревом и образованием пузырьков. Изделие после этого будет безнадёжно испорчено.

Смолу следует разогреть на водяной бане до температуры около 60-70 С°, хорошо перемешать и на несколько минут поместить под вакуум для выхода пузырьков воздуха. Слишком сильный вакуум также может вызвать ускоренную полимерзиацию. После вакуумирования смоле нужно дать постоять около 5 минут для окончательного выхода пузырьков.

Медленно заливаем смолу в промежуток между изделием и бортиком коробки примерно на 2/3 объема и помещаем под вакуум. Даём постоять минуту, после чего доливаем оставшуюся часть с некоторым запасом и снова помещаем под вакуум. Данный способ при правильном исполнении обеспечивает высочайшее качество изоляции когда смола проникает во все слои обмотки, выглядит это вот так:

На фото выше разобранный трансформатор от злого шокера, провод там имеет диаметр 0.18 и отлично видно качество намотки и изоляции. Слои пропитаны смолой и выглядят как жгут. Через сутки-двое достаём, очищаем от пластилина и срезаем лишнее.

Получаем такую картинку:

Выпиливаем пазы под сердечник и начинаем набирать каркас.

Всё готово, проверим:

Применённый здесь конденсатор имеет 30uF ёмкости и заряжается до 600 вольт, запасаемая энергия 5.4 джоуля, умножаем на 0.8 и получаем энергию импульса около 4,32 джоуля. Искра красивая, жирная, из видео сделал стоп-кадр:

Именно с таким цветом происходит испарение меди на что есть интересная статья в википедии.

Еще одно видео:

Здесь интересный момент, дроссель намотан проводом 0.6 взятым из трансформатора бесперебойника, провод алюминиевый в лаковой изоляции и соединен с первичной обмоткой обычной скруткой. Через какое-то время скрутку пробило, стоп кадр из видео:

Статья не окончена.