È davvero possibile "potenziare" 6 V CC a oltre 50 kV? O anche 400 kV?

Sto cercando di creare un generatore di arco e ho letto del generatore Marx ma sto cercando moduli più compatti come l'immagine qui sotto. Tutti quelli che ho trovato sembrano essere falsi e in realtà forniscono meno di 1/10 di ciò che stanno pubblicizzando.

Esiste un modo affidabile per generare un arco ad alta tensione (non continuo)?

È davvero possibile "potenziare" 6 V CC a oltre 50 kV? O anche 400kV?

Ovviamente. Un esempio comune di qualcosa di simile (anche se non estremo come le tue specifiche) è l'utilizzo di 12 V in una macchina per fare diversi 10 kV per accendere le candele.

Lo stesso concetto può essere ingrandito per aumentare le tensioni di uscita. Non sarà facile costruire qualcosa con quel rapporto stepup e la tensione di uscita da soli, ma la fisica è certamente possibile.

Una batteria che alimenta un motore a corrente continua in un generatore Van der Graaff può produrre abbastanza facilmente un milione di volt: -

1. Prendi i tuoi 6 volt e eseguilo attraverso il convertitore boost DC-DC e quindi un inverter, ora hai davvero spazzatura AC a una tensione leggermente più rispettabile.
2. Alimenta la spazzatura AC in un circuito di boost allo stato solido, ad esempio un moltiplicatore di tensione Cockroft-Walton
3. Alimentare l'alta tensione attraverso una resistenza di limitazione della corrente se si desidera qualsiasi tipo di assorbimento continuo. Non preoccuparti se vuoi solo una scintilla.
4. Non leccare i terminali operativi.

Il trucco sta nel modo in cui riesci a spingere così tante fasi di un CW in uno spazio ragionevolmente compatto. Sei leggermente risparmiato sul problema dell'isolamento della tensione poiché i terminali di uscita sono ai lati opposti della scala.

Puoi ottenere 800kV da questo? Ne dubito fortemente. Supponiamo che tu abbia un convertitore boost per aggiungere un ordine di grandezza alla tua tensione di ingresso e il CW ottiene 60 V ... ogni stadio della scala aggiunge la tensione di ingresso all'uscita, quindi 10 stadi sono ancora solo 600 V. Quando si aumenta la tensione di ingresso, si aumenta anche l'incremento per stadio a spese della necessità che tutti i componenti siano in grado di gestire la tensione aumentata.

Immagino che con componenti opportunamente classificati (e molti di loro) potresti passare da 6 V a 800 kV con questo tipo di approccio, ma il tuo ciclo di lavoro in uscita sarebbe ridicolo e la cosa sarebbe piuttosto grande. Molto lavoro per una scintilla. Probabilmente avresti anche bisogno di un flyback per ottenere l'ingresso a un livello in cui il CW è pratico, e a quel punto ti conviene semplicemente ottenere AC a parete e utilizzare un trasformatore per pilotare un CW o Marx fino a quella tensione.

Per quanto riguarda quella cosa nella foto ... forse qualche pila di condensatori? Trasformatore a ferita strana? Vaso di Leida?

Sì, abbastanza facilmente. Gli anni '90 avevano televisori portatili che in realtà avevano tubi a raggi catodici come televisori da salotto "adeguati"; quelli erano alimentati usando un paio di batterie AA (es. 6 V o simili).

I CRT necessitano di un paio di kV per accelerare gli elettroni verso lo schermo. Quindi, costruire un dispositivo che fa solo quello non è poi così difficile - questi televisori erano (presumibilmente) semplicemente basati su trasformatori flyback delle materie prime.

Ecco un video che mostra l'uso di generatori di scariche elettrostatiche portatili; questi sono disponibili nelle versioni a batteria.

Ora, da 10–25 kV è ancora abbastanza per 0,8 MV, ma il principio del trasformatore utilizzato in tali dispositivi consente anche tensioni più elevate. Vedi le bobine di Tesla per un modo classico di costruire generatori ad alta tensione.

EDIT : Se sto già promuovendo quel ragazzo sopra, ecco un circuito driver bobina tesla dal suo sito Web :

Il circuito sta omettendo i diodi flyback integrati nei MOSFET.

Come puoi vedere, funziona da 12 V - ma non c'è alcun motivo particolare per cui questo non possa funzionare con 6 V da una batteria (anche se potrebbe essere necessario utilizzare diversi transistor); i 12 V potrebbero anche essere generati da un convertitore step-up separato da qualsiasi sorgente di tensione inferiore. V_SUP è in genere più alto - è qui che utilizzeresti un convertitore step-up per convertire prima ad esempio da 6 V a 32 V, al fine di poter guidare la bobina ad alta potenza. Indovinando approssimativamente dalla lunghezza della scintilla, questo è di circa 100 kV.

Ti consiglio di acquistare il libro di Prutchis: " Esplorazione della fisica quantistica attraverso progetti pratici " e quindi visitare i loro collegamenti Web:

1. Alimentatore DC ad alta tensione 250 kV fai da te con trucco pulito per la commutazione della polarità
2. fai-da-te 15 kV @ 30 mA Alimentatore ad alta tensione in uscita AC o DC a galleggiante
3. Fonte originale per Flyback Driver Hack?
4. Aggiunta del proprio primario al trasformatore flyback ad alta tensione per la guida risonante
5. Alimentatore per fotomoltiplicatore fai-da-te a basso costo, regolato, variabile, a bassa tensione (2kV)
6. Vista di assemblaggio dell'alimentatore fai-da-te ad alta tensione PMT a uscita variabile e ad alte prestazioni

Ne vale la pena. L'ho raccolto per meno di $ 59 nuovi, quando non era così noto o il valore del dollaro era diverso. Amazon vuole di più, ora. Ma puoi cercare in giro e vedere cosa riesci a trovare. Vale comunque la pena di prendere il libro. Roba molto buona leggendola.

E sarai quindi in grado di inventare alcune ragioni difendibili per desiderare qualcosa del genere.

Dalla mia classe di alta tensione ricordo che l'intensità di campo massima è di circa 30 kV per centimetro. E questo vale per un campo elettrico omogeneo, ad esempio tra grandi conduttori sferici, in cui il diametro del conduttore è grande rispetto alla distanza tra gli spazi.

Pertanto, per 800 kV è necessario uno spazio d'aria di almeno 25 cm, tra i conduttori sferici con un raggio, per esempio, di oltre 1 metro. Basta andare su "laboratorio ad alta tensione" e vedrai queste sfere. Il generatore di Vandergraaf, delineato in un'altra risposta, ha una tale sfera e il suo diametro e la distanza dalla Terra limitano la sua tensione massima.

Osservando la tua foto con fili sottili che prevedono di trasportare 800 kV, non vedo un campo omogeneo e la distanza tra i conduttori è compresa nell'intervallo di millimetri. Se carichi quei fili, inizierai a scintillare molto prima di raggiungere i 30 kV. Non solo scintille all'estremità dei conduttori, attraverso l'aria, ma anche attraverso l'isolamento di plastica.

Per illustrazioni sulla differenza tra le forme dei conduttori, cercare il profilo Rogowski o l'elettrodo, ad esempio qui

Quindi la domanda non è come trasformare una bassa tensione in alta tensione, ma come prevenire le scintille.

Il generatore di Van de Graaff di Andy funziona sicuramente. Anche le bobine di Tesla. Ricerca Google fatti in casa / progettazione di generatori Van de Graaff / bobine di Tesla. Non ho abbastanza familiarità con Van de Graaffs per parlare di quanto siano facili o economici da realizzare, ma le bobine Tesla sembrano sicuramente fattibili per qualcuno con il tempo e il desiderio di imparare.

L'unica parte che probabilmente non vorresti farti è il trasformatore step up iniziale. Ci sono molti avvolgimenti per caricare manualmente. I forni a microonde usati vanno per 10-20 USD nei negozi dell'usato qui. Di solito sono circa 1500W e 2kV.

Questa è stata una delle prime descrizioni dettagliate della costruzione di una grande che ho incontrato: http://www.rmcybernetics.com/projects/DIY_Devices/tesla-coil-srsg.htm

Ha usato un trasformatore di insegne al neon. È un trasformatore di corrente inferiore a tensione più elevata. Probabilmente è possibile compensare ciò nella progettazione del trasformatore risonante che alimenta. Altrimenti potresti ottenere trasformatori con valori di corrente vicini e mettere i secondari in serie. Non so dove trovare in modo affidabile trasformatori di insegne al neon a buon mercato. Ne ho trovato solo uno ed è stato per fortuna. Era 10kV come il suo, ma valutato per il 10% della corrente.

In che modo tutte le marche di pistole stordenti pubblicizzano tensioni bizzarre come 1MV?

Le pistole stordenti e i taser che pubblicizzano 1MV potrebbero essere in grado di raggiungere 1MV. Credo che raggiungano la tensione pubblicizzata solo in condizioni di circuito aperto. Una volta abbattuto un isolante diventa più facile mantenere il flusso di corrente rispetto a prima. A causa della resistenza interna, la tensione di uscita di una sorgente di tensione diminuisce sotto carico. Quindi quando i terminali di una pistola stordente o di un taser si inarcano attraverso l'aria o la carne, la tensione diminuisce a causa del flusso di corrente. Guarda l'arco da viaggio della scala di Jacob per vedere una dimostrazione.

Il principio su cui funziona il dispositivo di tipo più comune per fare ciò è identico al modo in cui un martello può guidare in un chiodo o rompere un oggetto duro: la forza è proporzionale alla velocità di variazione della quantità di moto. Lo slancio del martello si accumula applicando una forza modesta durante il secondo o in modo che l'oscillazione duri. Quando il martello colpisce l'unghia, il suo momento viene assorbito entro circa un millisecondo, quindi la forza applicata all'unghia è nella regione di mille volte la forza utilizzata per far oscillare il martello.

L'analogo elettrico della forza è la tensione, la velocità, la corrente e la massa una quantità chiamata induttanza, in cui l'energia viene immagazzinata nel campo magnetico generato da qualsiasi corrente elettrica. Questa energia è analoga all'energia cinetica del martello.

L'avvolgimento del filo in una bobina aumenta l'induttanza e conferendo alla bobina un nucleo ferromagnetico aumenta ulteriormente. Quando viene applicata una bassa tensione attraverso la bobina, la corrente si accumula gradualmente, in genere per decine di millisecondi, fino a quando non viene limitata dalla resistenza del filo. Se il circuito è ora interrotto, la corrente scende a zero in un tempo molto breve, producendo una tensione proporzionale alla corrente appena prima dell'interruzione divisa per il tempo impiegato affinché scenda a zero. Se potessi interrompere immediatamente la corrente, in teoria la tensione prodotta sarebbe infinita.

Questo è esattamente il modo in cui funzionano i tradizionali sistemi di accensione a bobina e interruttore di contatto, così come i dispositivi dimostrativi che erano comuni nei laboratori di fisica della scuola e che potevano generare scintille di diversi centimetri.

Lo stesso principio viene utilizzato nei convertitori "boost" da CC a CC che generano i 18 V necessari per i computer portatili a partire da 12 V da una batteria dell'auto.

I circuiti Cockroft-Walton, noti anche come circuiti moltiplicatori di tensione, sono convenzionalmente utilizzati per aumentare l'ingresso di alimentazione da 100 V CA o 230 V CA a EHV / UHV CC, fino a 20 MV CC, uscite di alimentazione CA CC per gli acceleratori di particelle nella fisica delle alte energie, anche come ingressi ai generatori di impulsi per testare isolatori HV / EHV utilizzati nelle linee di trasmissione AC / DC HV.
La descrizione di questi circuiti può essere trovata in WIKIPEDIA o tramite GOOGLE SEARCH per i circuiti Cockroft-Walton.
Se l'ingresso è 6 V CC, questo deve essere convertito in CA da un circuito di inverter o oscillatore e quindi amplificato a 110 V o 230 V da un trasformatore. È anche possibile utilizzare una bobina TESLA per aumentare ulteriormente questa tensione a tensioni più elevate, per l'ingresso nel circuito del moltiplicatore di tensione.
Progettare un HARDWARE per questo è un lavoro MOLTO RISCHIOSO. Quindi devi prendere l'aiuto di esperti di alta tensione di un'università tecnica.