Эксперименты со злым шокером
Собрать это устройство хотелось давно, много-много лет назад, практически сразу как только схема была найдена в интернете. Были закуплены детальки и даже что-то получилось, но из-за недостатка знаний, а главное – технологий, дальше настольной трещалки дело не пошло. Секционный трансформатор из полипропиленовой трубы пропитанный парафином имел нездоровые габариты и низкую надёжность, было непонятно как сделать корпус и ряд других причин не дали реализовать идею до конца. Спустя годы многое поменялось и было решено повторить.
Узнать что такое злой шокер можно на сайте автора по ссылке http://ecdinside.info/
Ниже публикую схему взятую с этого же сайта, описания схемы делать не буду т.к. оно есть на сайте автора, которому, пользуясь случаем, выражаю огромную благодарность за проделанную работу, созданию технологии и поддержку. Спасибо, handmade!
Сокращенно: преобразователь непрерывно заряжает два конденсатора, поджигающий и боевой, по достижению 1400 вольт пробивается разрядник на первичную обмотку выходного трансформатора, возникает искра-пробой, в которую разряжается боевой конденсатор.
Насколько я понял, схема несколько отличается от первоначальной. В ней оба конденсатора 0.33мкф, у меня – 0.33.
Но т.к. просто копировать чей-то результат не интересно, да и отличия в деталях и материалах может дать совершенно непредсказуемые результаты, я решил провести серию экспериментов что бы понять какие изменения можно вносить в самую главную часть шокера – выходной высоковольтный трансформатор, и как они будут влиять на параметры выходного сигнала.
Для разминки было сделано несколько слоевых трансформаторов, процесс создания одного из них ниже, в картинках:
В принципе, имея станочек со счетчиком витков и регулировкой оборотов, процесс намотки не доставляет особых неудобств, если бы не прокладка межслойной изоляции, которая и занимает основное время и нервы. Полученный опыт в частности показал, что хотя многие и рекомендуют использовать в качестве изоляции фторопласт, результаты он показал неоднозначные. Во первых, одного слоя – мало, 100% мало, при разведении контактов до пропадания искры прошьет обязательно, во вторых, у фторопласта нет адгезии с эпоксидной смолой, ну а в третьих, он достаточно мягок и проминается во время намотки за счет натяжения провода, отчего вероятность пробоя увеличивается (моё мнение).
Несколько трансформаторов с изоляцией в один слой довольно быстро пали в результате бесчеловечных опытов. В итоге я бы порекомендовал использовать в качестве межслойной изоляции плёнку для печати на цветных лазерных принтерах, она достаточно жесткая для того, что бы провод ее не проминал, имеет лучшую адгезию с эпоксидкой и трансформаторы с ней жили гораздо дольше. Фотографию используемой мною плёнки можно посмотреть тыкнув сюда: https://humka.ru/images/37.jpg. Толщина плёнки и фторопласта в моих опытах составляла 0.1мм, изоляция в один слой с нахлестом 1-1.5см.
Используя фторопласт я также заметил, что эпоксидка несколько хуже пропитывает витки обмотки несмотря на то, что у меня достаточно неплохая вакуумная камера с мощным насосом, по всей видимости это связано с «мягкостью» фторопласта, который, за счет натяжения провода при намотке, крайне плотно прилегает к предыдущему слою. С плёнкой для принтеров таких проблем не наблюдалось, витки были пропитаны идеально, поэтому, если вы используете фторопласт, не имея вакуумной камеры, мотать по всей видимости следует по технологии novokainium, описанной на сайте выше. Витки должны быть полностью пропитаны эпоксидкой и выглядеть так:
Очень рекомендую приобрести на али изоляционную ленту для трансформаторов, ищется по словам «tape pet transformer», имеет разную ширину. Отлично липнет и вносит неоценимую помощь в создании как слоевого ВВ, так и трансформатора преобразователя. И да, все трансформаторы были убиты преднамеренно, для выяснения «тонких» мест.
В процессе создания слоевых трансформаторов постоянно была мысль попробовать секционный, но мысли о проточке канавок в полипропиленовых трубах никакой радости не доставляли, и в один момент я вспомнил что где-то читал о технологии создания секционника из колечек разного диаметра, не помню где автор брал колечки, но у меня то есть китайский CO2 лазер на 40 ватт и тонкое оргстекло! Быстренько набрасываем чертеж колечек в Corel и пробуем:
Выглядит красиво 🙂 После нарезки колечек я нашел подходящую оправку – маркер, на который они налезали немного внатяг. Итак, набрав каркас, с одного конца маркера, намотал несколько слоев изоленты что бы колечки не слезли, прижал их с другого конца и обмакивая кисточку в дихлорэтан несколько раз прошелся по швам, а т.к. дихлорэтан жидкий как вода, он, по всей видимости смог проникнуть во все стыки, по крайней мере через пару минут я смог снять каркас с маркера и он был достаточно прочен на излом. На всякий случай несколько раз промазал дихлорэтаном и внутри каркаса.
Т.к. толщина оргстекла в районе 1.7мм, мотать секции проводом 0.18, который я использовал для слоевых трансформаторов смысла не было, слишком бы мало их получилось, был взят провод 0.112, которого влезло по 130 витков на 11 секций, итого вышло 1430 витков. Две крайние секции были использованы для вывода проводов.
Сердечник взят проницаемостью 2000 с заводскими канавками, длиной 4 и диаметром 1см., намотано 27 витков провода 0.6 (по изоляции) по всей длине сердечника с отступами
После намотки всё было готово к заливке эпоксидной смолой под вакуумом, соответственно встал вопрос о форме. Обычно, в качестве формы для заливки я использую обычную офисную бумагу обклеенную скотчем, из нее сворачивается трубочка, которая в свою очередь термопистолетом приклеивается торцом к отрезку такой-же бумаги, эпоксидка не прилипает к скотчу, соответственно заливка из формы достается элементарно. В этот раз мне повезло, неожиданно каркас вошел в 20мг. шприц, хотя и достаточно плотно – но вошел, было решено заливать.
По результатам выяснилось что в какой-то степени это было ошибкой. За счет ничтожного расстояния между каркасом трансформатора и стенками формы-шприца, даже вакуум не помог полностью избавиться от пузырьков. Небольшие пузырьки остались между стенками шприца и каркасом, что впоследствии привело к пробою как раз в местах их образования.
После застывания эпоксидной смолы трансформатор был подключен к схеме, искра на расстоянии
3.5см. получалась без проблем, больше разводить не стал и решил вынуть заливку из шприца, получилось вот что:
Справа видно нашлёпку сделанную термопистолетом, она потребовалась т.к. из-за пузырька в основании, сразу стало шить с первички на HV выход, нашлепка помогла, шить стало в других местах 🙂 Давайте посмотрим видео:
Как видно по фото и видео, внешняя изоляция толщиной получилась менее миллиметра, а за счет образования пузырьков воздуха, шить стало как раз в этих местах, отсюда следует первый вывод: толщина внешнего слоя изоляции (эпоксидной смолы) должна быть не менее 1мм.
Т.к. эпоксидка достаточно прозрачна и работает как линза, по фото невозможно оценить реальную толщину внешнего слоя, будь там хоть 4 мм, на фото будет выглядеть будто бы обмотка идёт впритык.
1см, пробоев нет:
Если до этого все мои опыты были достаточно бессистемны – попускать искорки, посмотреть в каком месте прошьет, то по истечении некоторого времени захотелось увидеть результат в цифрах. Из 10 резисторов по 100ом был собран делитель напряжения на котором и происходили последующие измерения.
Первым делом выяснилось, что трансформатор был сфазирован неверно. Т.е. в роликах наблюдаем работу с неправильной фазировкой. Как это выглядит можно увидеть на картинке ниже:
Т.к. делитель у нас 1:10, а разряжается в нагрузку
1400 вольт, на щупе осциллографа также был включен делитель 1:10, соответственно результаты измерений умножаем на 10. Цена деления 100us 20v.
На самой первой картинке результат с неправильно подключенным трансформатором: амплитуда всего 536 вольт. После переключения выводов первички достигаем 888 вольт, после переключения начала вторички достигаем 928 вольт.
Немного поясню, если не брать во внимание направление намотки первичной и вторичной обмоток, на выходе мы имеем три проводка, два первички и один вывод начала вторичной обмотки. Соответственно, есть возможность реализовать четыре различных вида подключения. При этом, максимальную амплитуду даст один вид, а высокую вероятность пробоя ВВ трансформатора – два других 🙂
На картинке ниже фазировка, давшая наибольшую амплитуду в импульсе:
Перейдем к экспериментам. Первое что мне было интересно проверить, это влияние количества витков первичной обмотки и типа намотки на выходной импульс, второе – сердечник. В мегашокере фримена он был из трансформаторных пластин, в ЗШ рекомендован феррит от строчника, с предположительной проницаемостью 2000.
Кроме того, если предыдущий трансформатор был намотан проводом 0.112, этот я решил намотать проводом 0.18 т.к. на форумах часто встречается рекомендация мотать вторичку более толстым проводом, чуть ли не 0.35. Т.к. провод довольно толстый, в мой каркас влезло всего
630 витков, 7 секций по 90 витков проводом 0.18. Мотал я только вторичку, соответственно получился каркас-трубка, в которую вставлялись сердечники с разными параметрами, вот что получилось:
(опять же обращаю внимание на оптическое искажение, в результате которого кажется что секции с обмоткой вплотную прилегают к внешним стенкам, на самом деле это не так, внешний слой эпоксидки примерно 2мм.)
Большого выбора сердечников для тестов к сожалению не было, удалось проверить три варианта: 2000, д=10мм с двумя заводскими канавками, 600, д=10мм круглый, 400, д=8мм, круглый, фото прилагаю:
Все сердечники имеют длину
40мм в целях минимизации размеров трансформатора, т.к. с учетом изоляции по торцам и выходов обмоток, эти 40мм легко превращаются в 50, что само по себе уже много.
Сердечники с обмоткой, первый еще эпоксидке, остался после разборки предыдущего пробитого трансформатора, 27 витков, второй просто для демонстрации.
Далее идут осциллограммы измерения выходного импульса на вышеописанном делителе, напомню, цена деления 100us, клетка 50v, делитель 1:10. Осциллограммы совмещенные, наложенные друг на друга, за качество фото извиняюсь, снято на телефон, выправлены по возможности в фотошопе. По подписям видно кол-во витков, амплитуду, проницаемость сердечника и тип намотки.
37 витков в первичке
27 витков в первичке
22 витка в в первичке
18 витков в в первичке
Что можно сказать? В довольно большом диапазоне разницы витков, мы наблюдаем практически одинаковую продолжительность боевого импульса при похожей амплитуде, разница от проницаемости сердечника и типа намотки находится на уровне погрешности. При 18 витках наблюдается тенденция к снижению амплитуды. Тем не менее, вместе со снижением количества витков, становится заметен уменьшающийся угол наклона разряда конденсатора. Ниже, для примера, осциллограмма предыдущего трансформатора (11 секций, 27 в первичке, 1430 во вторичке), смотрим:
Видим еще более пологий график разряда, плюс амплитуда меньше на 500 вольт. Соответственно можно сделать вывод, что сопротивление вторичной обмотки влияет на амплитуду. По моим ощущениям, для сохранения
1400 вольт будет достаточно провода 0.16, к сожалению в наличии пока нет, не могу проверить, но похоже что 0.112 – мало, 0.18 – возможно избыточно. Зависимости начальной скорости разряда боевого конденсатора от числа витков первичной обмотки я пока так и не понял.
Так же стоит заметить что в процессе измерений искровой промежуток я нормировал «на глазок», примерно миллиметров 3-5, что вполне могло вносить незначительные искажения.
Попробовал сердечник с проницаемостью 400 и диаметром 8мм, вот что вышло:
Амплитуда осталась прежней, время импульса уменьшилось, начальная скорость разряда боевого конденсатора стала еще более высокой. Тут еще следует учесть, что 8мм сердечник болтался в оправке с внутренним диаметром
Взял сердечник с проницаемостью 600, 10мм диаметром, по длине каркаса (
4 см), 18 витков, по центру, длина сердечника
Амплитуда осталось прежней, по сравнению с предыдущим сердечником время чуть увеличилось, начальная скорость разряда конденсатора всё так же высока.
Узнав про эти эксперименты, товарищ попросил сделать что-либо эдакое для отпугивания агрессивной свиноматки, которая нападает во время кормления. С учетом предыдущего опыта решил что 0.112 провод плюс конденсаторы 0.1uf здесь будут в самый раз. Конденсаторы были заказаны в чипдипе, гори он огнём за свои цены, ну а пока они едут – делаем новый трансформатор с учетом предыдущих ошибок.
Трансформатор делался под заливку в шприце, соответственно я уменьшил диаметр колец-перегородок для лучшего выхода воздуха, увеличил длину секций для намотки и по торцам сделал кольца-штурвальчики (не сплошные) по внутреннему диаметру шприца, чтобы пузырьки могли выйти а каркас был выровнен точно по центру. Что получилось видно на фото, проклятые микропузырьки так и остались, мне уже кажется что дело в эпоксидке, т.к. я использую разную.
Параметры трансформатора, назовём его Т2: первичка 22 витка проводом 0.6 по всей длине стержня с отступом
6мм по краям, вторичка 1395 витков проводом 0.112 в девяти секциях по 155 витков в каждой. Сердечник НМ400, д=8мм длиной 47мм, N1: 68.4мОм, 17.5мкГн, N2: 145.6Ом, 65.6мГн. Искру в 35мм держит без проблем, хотя и думаю что может больше, но т.к. создавался для дела а не для опытов решил не рисковать, всё-таки производство такого трансформатора занимает довольно много времени. Немного передохнём:
Потыкаем в CD диск:
Посмотрим осциллограмму на делителе:
По сравнению с самым первым задокументированным вариантом, амплитуда немного выросла, скорее всего из-за меньшего сопротивления провода: меньше диаметр намотки, чуть меньше витков, давайте сравним. Напомню:
1. Сердечник 40мм, д=10мм, проницаемость 2000, первичка 27 витков, вторичка 1430, на картинке желтая линия, 928 вольт.
2. (Т2) Сердечник 47мм, д=8мм, проницаемость 400, первичка 22 витка, вторичка 1395, на картинке красная линия, 1000 вольт.
Любопытна довольно заметная разница в объеме сердечника, формула расчета объема цилиндра:
Соответственно получаем значения:
Объем цилиндра с радиусом 5 и высотой 40 равен 3141.5927 ед. 3
Объем цилиндра с радиусом 4 и высотой 47 равен 2362.4777 ед. 3
Справедливости ради нужно заметить, что сердечник с проницаемостью 2000 и заводскими канавками не совсем цилиндр, больше похож на прямоугольник с сильно скруглёнными углами, реальный его объем немного меньше.
Ну и под конец нашел давным-давно сделанный слоевой трансформатор, вторичка 20 витков 0.6, первичка не помню, должна быть в районе 700-800 витков 0.18, сердечник около 4см длиной НМ2000. Замечу что мотать так не следует, пробивает с HV на первичку, но искру чуть более чем в сантиметр держит, вот фото:
1N: 20 витков, 108.4мОм, 22.19мкГн
2N: 26,2Ом, 35.41мГн
Некоторые промежуточные выводы и размышления.
Прежде всего мне кажется, что не стоит гнаться за большим пробивным расстоянием. Во первых такой импульс не будет эффективным т.к. с увеличением расстояния падают параметры импульса, по крайней мере амплитуда точно. Во вторых, для получения длинного пробивного импульса требуется более высокое напряжение, которое получается за счет большего количества витков во вторичной обмотке, а это в свою очередь даёт уменьшение тока импульса и увеличение сопротивления обмотки.
Т.е. смысл применения контактного шокера через слой одежды толщиной в два сантиметра под каждым разрядником кажется крайне сомнительным, что-то до тела конечно дойдет, но нужного эффекта наверняка не будет. Оптимальным мне кажется уверенный пробой в 3-3.5 см, возможно меньше.
Далее следует неясность с применяемым сердечником, различные их типы и размеры показали довольно незначительное влияние на длительность боевого импульса, с разницей буквально в районе 5-10%.
Диаметр провода вторичной обмотки важен, и судя по опытам влияет на амплитуду выходного импульса, но непонятно что здесь важнее, активное сопротивление провода или индуктивное.
Диаметр провода первичной обмотки во всех экспериментах был 0.6 по изоляции, другого подходящего у меня нет, 0.85 мне кажется избыточен и испытывать его я не стал.
Заметно влияние количества витков в первичной обмотке на начальную скорость разряда боевого конденсатора, со снижением количества витков увеличивается скорость разряда что заметно по более острому углу в начале осциллограммы. При 18 витках заметно падение амплитуды импульса, соответственно можно сделать допущение, что оптимально использовать 20-22 витка при описанных типах сердечника.
Увеличение скорости разряда также заметно на сердечниках меньшего объема, соответственно можно сделать допущение что на тонких сердечниках для сохранения более плавного разряда, витков нужно больше, хотя остается вопрос – нужен ли этот плавный разряд?
В процессе экспериментов не сделаны замеры поджигающего (дающего разряд) импульса т.к. к сожалению я не знаю как измерить импульс
80kV. В поджигающем импульсе по моим догадкам важен ток, с увеличением которого будет происходить более уверенный пробой материалов между разрядниками. А бы получить ток, нужно снижать количество витков вторичной обмотки, что в свою очередь будет давать уменьшение расстояния уверенного пробоя. Замкнутый круг.
Помимо прочего, создается ощущение что на длительность импульса помимо ёмкости поджигающего конденсатора, влияет еще и ёмкость боевого, т.к. разряжаясь в ионизированный канал он тем самым его поддерживает. А если учесть что первичный преобразователь работает непрерывно, то влияет и его мощность, т.к. во время работы ионизированного канала боевой конденсатор постоянно подзаряжается. Соответственно, по моему предположению, если бы во время пробоя разрядника удалось отключать от преобразователя поджигающий конденсатор и его мощность шла только на боевой, время существования ионизированного канала могло бы увеличиться.
Это также можно проверить поменяв раза в два ёмкость боевого, для сравнения результатов, попробую как приедут.
Еще один важный момент: в качестве предохранительного разрядника (на электроде) нельзя использовать штатный EPCOS на 1400 вольт, т.к. с ним при контакте электродов напрямую на тело (в моём случае на делитель) возникает дуга. Соответственно, если захочется потыкать в голое тело, да и просто для предохранения схемы, разрядник следует колхозить из двух электродов с расстоянием миллиметра три.
Искровой пробой по воздуху.
На одном зарубежном форуме нашел некоторую информацию по расстоянию искрового пробоя воздуха в зависимости от напряжения и формы электродов, первую картинку участник форума создал на основании данных калькулятора High Voltage Arc Gap Calculator
Т.к. калькулятор позволяет рассчитывать расстояние пробой лишь до 3 киловольт, вторая картинка представляет собой экстраполяцию предыдущей, давайте посмотрим:
Следующая картинка взята у создателя схем Stun Gun-1, Stun Gun-2, Stun Gun-3 также с зарубежного сайта:
Вторую часть экспериментов планирую провести по факту получения заказанных деталек и сбора необходимой информации, также надеюсь что приведенная информация будет полезна сообществу, успехов!
Источник