Демонстрация искры большого конденсатора - Зарядное устройство постоянного тока 170 В: 5 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:49

Этот проект призван продемонстрировать, что такое конденсатор, и привлечь внимание аудитории. Это устройство преобразует 120 В переменного тока для зарядки большого конденсатора в 170 В постоянного тока и позволяет безопасно разряжать его, создавая большую искру и громкий шум. Лампа накаливания действует как резистор и индикатор заряда. Существует переключаемая функция плавного пуска для ограничения тока при зарядке конденсатора.

******Предупреждение******

В этом проекте используется мощность стены, которая может быть смертельной при неправильном обращении. Не пытайтесь выполнить этот проект, если у вас нет опыта работы в электронике. Необходимо использовать надлежащие меры безопасности и защитное снаряжение

********************************************

Запасы

- Конденсатор емкостью 3300 мкФ, рассчитанный минимум на 170 В

- Полный мостовой выпрямитель

-Кнопка

-Выключатель

- лампа накаливания 25 Вт

- Цоколь лампы

-16 калибр многожильный провод

-Шнур настенной розетки

-Толстый сплошной медный провод

-Банановые штекерные разъемы

-Маленькие винты

-Паяльное оборудование и принадлежности

-Сверла и сверла

Шаг 1: Схема

В этом зарядном устройстве используется простая схема полного мостового выпрямителя (FBR) с переключателями для управления мощностью конденсатора. Схема показывает 4 диода в конфигурации FBR; когда я построил схему, я заменил их микросхемой FBR. Я использовал кнопку-переключатель в качестве переключателя питания и флип-переключатель в качестве переключателя плавного пуска.

Как это работает

FBR берет синусоидальную волну 60 Гц 120 В от стены и преобразует ее в положительные выпуклости с пиком 170 В. Если вы живете где-нибудь с другим напряжением электросети, зарядное устройство будет выдавать другое напряжение. Например, настенное питание 240 В переменного тока будет преобразовано в 340 В постоянного тока. Если вы пытаетесь реализовать этот проект, вы должны учитывать напряжение электросети в вашем доме и убедиться, что выбранные вами компоненты рассчитаны на параметры напряжения и мощности вашей установки.

При нажатии кнопки питания конденсатор начинает заряжаться до пика напряжения 170 В. Функция плавного пуска ограничивает ток, протекающий через конденсатор. Это совершенно НЕОБЯЗАТЕЛЬНО. Когда переключатель разомкнут, весь ток протекает через резистор 220 Ом и значительно уменьшается. Когда переключатель замкнут, ток течет вокруг резистора и через переключатель, что увеличивает ток и скорость зарядки. Лампа накаливания действует как резистор для ограничения тока и индикации заряда (~ 40 Ом). При включении питания лампочка загорится и начнет тускнеть. Конденсатор почти полностью заряжен, когда лампочка полностью погаснет. После того, как лампочка погаснет, я перевожу переключатель плавного пуска в закрытое положение, чтобы зарядить конденсатор быстрее. На графике вы можете видеть, что через 1 секунду переключатель питания щелкает, и крышка начинает заряжаться. Через 5 секунд переключатель плавного пуска замыкается, и крышка начинает заряжаться быстрее. Зарядка завершается примерно через 10 секунд.

Шаг 2: 3D-модель

Я использовал Fusion 360 для моделирования зарядного устройства конденсатора и самого конденсатора. Затем я визуализировал его в виде сверху и снизу. Я загрузил для вас файлы.stl, чтобы вы их загрузили и распечатали.

Шаг 3: 3D-печать и пайка

3D печать

Я использовал Chroma Strand PETg и Lulzbot Taz 6 для 3D-печати всего. Сначала я попробовал печатать с PLA, но это не очень хорошо получилось. Ваш пробег может отличаться. 3D распечатайте хотя бы коробку перед пайкой.

Примечания к схеме и пайке

Источники импульсов на схеме предназначены только для целей моделирования, поэтому при сборке схемы сделайте вид, будто их нет. Полный мостовой выпрямитель на схеме смоделирован с использованием четырех диодов, если вы используете часть из списка расходных материалов, вы можете просто припаять шнур сетевой вилки непосредственно к входу переменного тока микросхемы, а положительный / отрицательный выводы к соответствующим компонентам, показанным на диаграмме.

***** ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ****** Никогда не припаивайте что-либо, вставленное в розетку. Всегда изолируйте паяные соединения термоусадочной трубкой или изолентой перед включением чего-либо. При подключении к электросети всегда надевайте изолирующие перчатки и защитные очки

Шаги пайки

1. Припаяйте банановые разъемы так, чтобы отрицательная сторона шла к отрицательному выходу выпрямителя, а положительная - к переключателю плавного пуска и резистору 220 Ом, как показано на схеме.
2. Просверлите отверстие достаточно большого размера, чтобы выводные шланги проходили через коробку. Я решил разместить свой по обе стороны от гнезда для конденсатора.
3. Вставьте разрядные провода через коробку и припаяйте концы параллельно проводам зарядки конденсатора (банановые штекеры).
4. Припаяйте резистор 220 Ом и выключатель плавного пуска (параллельно) к патрону лампочки.
5. Припаяйте другую сторону патрона лампочки к одному концу выключателя питания.
6. Припаяйте другой конец переключателя питания к плюсовой клемме выпрямителя.
7. Наконец, припаяйте вход переменного тока выпрямителя к шнуру питания. Сначала пропустите шнур питания через отверстие в задней части коробки.

Тестирование схемы

**** Надевайте перчатки и защитные очки. Зрители должны стоять на расстоянии не менее 6 футов *****

1. Убедитесь, что выключатель питания выключен, вставьте банановые вилки в конденсатор, соблюдая полярность.
2. Переведите переключатель плавного пуска в открытое положение.
3. Вставьте зарядное устройство в розетку.
4. Нажмите кнопку включения. Свет должен включиться и начать тускнеть. Подождите около 5 секунд
5. Переведите переключатель плавного пуска в закрытое положение. Свет должен погаснуть через секунду или две. Подождите еще 5 секунд.
6. Снова нажмите кнопку питания (выключенное положение). Сложите вместе вывод отведений.
7. Если есть громкий хлопок и искра, значит, он исправен.

Шаг 4: Сборка

Как только все будет напечатано, нам нужно интегрировать схему в контейнер. См. Помеченное изображение поперечного сечения.

1. Проведите разъемы бананового конденсатора через туннель коробки к круглому отверстию для конденсатора.
2. Проденьте банановые заглушки через отверстия в держателе для проволоки. В зависимости от установки вам может понадобиться использовать клей или расширить отверстия с помощью дрели.
3. Вставьте держатель провода в отверстие для конденсатора. Паз на части держателя провода должен быть ориентирован в сторону туннеля коробки.
4. Просверлите пилотные отверстия сверлом снаружи круглого отверстия конденсатора в держателе провода. Вставьте винт через отверстие для конденсатора в держатель провода. Это будет удерживать держатель проволоки.
5. Вставьте патрон лампы и кнопку питания в соответствующие отверстия в крышке.
6. При использовании функции плавного пуска просверлите отверстие в задней части коробки и нажмите выключатель через нее.
7. Вставьте конденсатор в отверстие / слот для конденсатора. Убедитесь, что полярность конденсатора соответствует полярности зарядных проводов.
8. Отметьте маркером место на конденсаторе, которое совпадает с канавкой отверстия для конденсатора.
9. Удалите конденсатор и наденьте гильзу конденсатора на конденсатор так, чтобы ручка выровнялась с меткой на конденсаторе.
10. Снова вставьте конденсатор в слот, чтобы проверить выравнивание. Банановые свечи должны совпадать с выводами в конденсаторе.

Шаг 5: Сделайте искры

Вы можете прикрепить смоченный в спирте кусочек ваты, прикрепленный к разрядному выводу, для дополнительного впечатления.