Ионизатор воздуха для автомобиля (NE555, IRF3205)

В один прекрасный момент сумма интересных идей, связанных с ионизацией воздуха, вылилось врешение сделать несложное устройство, которое эти идеи реализует. Всем известная “люстра Чижевского" давно занимала мое воображение. В магазине был приобретен за немалые деньги ее отдаленный аналог "Супер-плюс”, Устройство слегка освежало воздух в комнате и собирало вокруг себя пыль.

Основная часть подобного устройства - это источник высокого напряжения. Имея подобный источник, можно провести немало интересных опытов. Став владельцем автомобиля ВАЗ и столкнувшись с первыми неисправностями, я просмотрел большое количество форумов в Интернете, посвященным автомобильной тематике, где и вычитал об интересном решении ионизировать поступающий в двигатель воздух.

При этом повышалась температура горения смеси, менялся угол опережения зажигания и, что меня особенно заинтересовало, - наблюдался эффект очистки свечей и цилиндров от нагара. Зимой мне пришлось пару раз заводиться при -ЗО^С, появился навык выкручивания свечей. Периодически счищаемая корка нагара совсем не радовала.

Схема

Схема, ставшая прототипом устройства, рассмотрена в [1]. Воспользовавшись справочниками, я пришел к следующей схеме, приведенной на рис. 1.

Принципиальная схема ионизатора воздуха для автомобиля

Рис. 1. Принципиальная схема ионизатора воздуха для автомобиля.

Генератор прямоугольных импульсов собран на микросхеме NE555. Частоту следования можно регулировать. Скважность немного больше 2. Сигнал с генератора подается на ключевой транзистор.

Его стоит выбирать по минимальному сопротивлению канала в открытом состоянии, максимальному току и рассеиваемой мощности. Максимальное напряжение сток-исток тоже желательно иметь побольше, чтобы бросок напряжения на первичной обмотке трансформатора не вывел транзистор из строя в момент его выключения.

Большинство мощных MOSFET транзисторов имеют защитный стабилитрон между стоком и истоком, он же работает как диод в обратном направлении.

На всякий случай предусмотрена цепь “Снаббер”, состоящая из VD3, С13, R6 и подавляющая выброс напряжения, и защитный диод VD4.

Чем больше допустимое напряжение сток-исток транзистора, тем большую амплитуду напряжения можно будет получить и на вторичной (высоковольтной) обмотке трансформатора. В качестве трансформатора использован распространенный строчный трансформатор ТВС-110ПЦ15.

Детали и конструкция

Данные трансформатора приведены в [2]. На всякий случай, если кому-нибудь захочется пересчитать трансформатор, привожу ниже паспортные и измеренные параметры. Первичная обмотка содержит 10 витков провода ПЭВ-2 диаметром 1 мм. Штатная высоковольтная обмотка трансформатора (выв. 14, 15) имеет 1080 витков ПЭВ-2 0,14 мм.

Измеренная индуктивность вторичной обмотки равна 0,35 Гн, сопротивление - 110 Ом. Первичная, при 10 витках, будет иметь 30 мкГн, сопротивлением можно пренебречь. Используется феррит марки 2000НМС. Между половинками сердечника присутствует немагнитный зазор.

По расчетам зазор равен 0,76 мм. Если разобрать трансформатор, можно увидеть между половинками магнитопровода две прокладки по (приблизительно) 0,4 мм. Эквивалентная магнитная проницаемость получается порядка 210. Сечение магнитопровода 1,82 см2, средняя линия 16 см. Максимальная индукция для используемой марки феррита равна 0,22 Тл.

Следует уделить внимание расчету индуктивности первичной обмотки и времени включенного состояния транзистора, так как от этих параметров зависит амплитудное значение тока первичной обмотки и величина магнитной индукции.

Необходимо избежать насыщения магнитопровода. Например, при 10 витках в первичной обмотке (индуктивность -30 мкГн) и частоте генератора 5 кГц амплитуда тока в первичной обмотке достигает 30 А.

При частоте генератора 15 кГц амплитуда тока достигает 12 А. При ограничении индукцией насыщения в 0,22 Тл при токе 12 А минимальное количество витков первичной обмотки равно 9.

Поэтому, в нашем случае, уменьшать частоту генератора нельзя. В умножителе следует использовать конденсаторы и выпрямительные диоды с высоким рабочим напряжением. Выпрямительные столбы (диоды) -типа КЦ106Г, конденсаторы - типа К15-5 на 6,3...10 кВ.

Дроссели L1 и L2 - не обязательные элементы, но желательные. Их можно изготовить из нескольких І-образных пластин малогабаритного трансформатора типоразмеров Ш6...Ш10. Я использовал по 9 пластин длиной около 30 мм, шириной около 6 мм.

Сложил в стопку, стянул термоусадкой и намотал по 20 витков провода ПЭВ-2 диаметром 1 мм. Можно использовать ферритовые стержни из старого импульсного блока питания, как это было в моем первом варианте. Варианты печатных плат низковольтной части и умножителя напряжения представлены на рис, 2 и рис. 3 соответственно.

Печатная плата низковольтной части

Рис. 2. Печатная плата низковольтной части.

Печатная плата умножителя напряжения

Рис. 3. Печатная плата умножителя напряжения.

Наладка и работа устройства

Искровой (воздушный) промежуток пробивается при напряженности поля 3 МВ/м. Следовательно, 1 мм соответствует приблизительно 3 кВ. Электрическое поле над плоскостью и над острой гранью проводника существенно различаются.

С “иголки” заряд стекает при значительно больших искровых промежутках. Теоретически, я был готов к электрическим дугам или светящимся в темноте электродам.

Чтобы прикинуть величину напряжения на выходе умножителя, решил собрать разрядник. Первый вариант был в виде двух проволочек, направленных друг на друга.

Концы проволочек были достаточно острыми, поэтому разряд пробивал расстояние около 30 мм. Следует избегать любых острозаточенных проводников на высоковольтной стороне устройства! Обкусанные после пайки выводы конденсаторов и выпрямительных столбов светились в темноте.

Позднее я закрыл их капелькой припоя и замазал клеящим пистолетом. После первых, достаточно громких, “выстрелов”, стало слегка не по себе. Разрядник я переделал - изогнул два медных электрода так, как показано на рис. 4.

Искра между электродами загорается при расстоянии около 11 мм, что соответствует напряжению на выходе умножителя около 33 кВ. Для первых опытов первичную обмотку намотал побольше - 20 витков. Частоту преобразователя установил около 20 кГц. В качестве силового транзистора использовал IRFZ46N.

Потребляемый ток устройства составляет около 700 мА, с искрой немного больше - приблизительно на 100 мА. Регулировать выходное напряжение следует, изменяя число витков первичной обмотки.

Меняя частоту генератора, это делать не так эффективно. Намотав 10 витков в первичной обмотке, получил электрические пробои между проводниками печатной платы в умножителе.

Возможно, следует развести плату умножителя заново, учитывая эти недостатки. В своих опытах я остановился на 18 витках в первичной обмотке. Уменьшение частоты работы преобразователя приводит к увеличению потребляемого тока. В случае насыщения магнитопровода потребляемый ток существенно возрастет.

Некоторую роль в ограничении потребляемого тока играет внутреннее сопротивление маленького аккумулятора, который был использован для опытов.

Пробивная напряженность электрического поля полиэтилена колеблется от 40 до 150 МВ/м, поливинил-хлорида -50 МВ/м, т.е. в 15 раз больше, чем у воздуха. Из старого телевизора я вытащил пару высоковольтных проводов с двойной поливинилхлоридной изоляцией.

Толщина изоляции около Змм - этого достаточно, чтобы избежать электрического пробоя на корпус при эксплуатации устройства. В качестве материалов для изготовления излучателя были использованы алюминиевый баллончик из-под лака для волос диаметром 45 мм и сантехническая полиэтиленовая труба диаметром 50 мм. Баллончик вплотную входит в полиэтиленовую трубу и его будет просто закрепить.

Полиэтилен не очень термостойкий материал, но для эксперимента подойдет. Из баллончика была вырезана цилиндрическая заготовка длиной -11 см. С одного края сделан надрез и отогнут контактный лепесток, который будет выходить наружу. От полиэтиленовой трубы отрезана заготовка -19 см.

В торцах трубы сделаны пролилы, чтобы вставить туда текстолитовые планки, на которых будет держаться стальная струна, - я использовал первую гитарную.

В пропилы вместе с текстолитовыми планками (шириной -5 мм) вставлены плоские разъемы - "лопаточки”. Один имеет контакт с отогнутым лепестком “трубки”, другой соединен монтажным проводом с натянутой на текстолитовых планках струной.

При включении устройства центральный электрод (струна)излучателя светится в темноте фиолетовым светом и присутствует характерное шипение.

Это коронный разряд, который образуется за счет взаимодействия стекающих с электрода зарядов и молекул газов. Если на центральном электроде отрицательный потенциал, то корона будет называться отрицательной.

Если поменять полярность- положительной. Излучатель в виде трубки является эффективной нагрузкой. При ее подключении напряжение на выходе умножителя снижается. Без нагрузки возможны электрические пробои в "узких” местах, поэтому следует позаботиться о качественной изоляции.

Ради эксперимента собрал еще одну конструкцию излучателя. Над пластиной фольгированного текстолита натянул струну, закрепив ее на текстолитовых изоляторах.

На струну подал отрицательный потенциал, на пластину положительный. При этом, в перпендикулярном струне направлении хорошо ощущался поток свежего воздуха.

Получился домашний вариант ионизатора воздуха. Собранную конструкцию установил под капотом. В режиме эксплуатации был достигнут определенный эффект - лучше тяга на верхних передачах.

Через некоторое время провел контрольный осмотр ионизатора. На трубке излучателя осел приличный слой мелкой черной пыли. Повреждений (оплавлений) и дефектов не обнаружил.

И. Ерофеев. РМ-07-17.

Литература:

  1. www.skif.biz
  2. Кузинец Л.М., Соколов В,С, Узлы телевизионных приемников. Справочник. - М.: Радио и связь, 1987.
2 92 Автомобильная электроника
ионизатор воздуха автомобиль автомобилисту медицина люстра Чижевского
Написать комментарий:

cashback