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Construcción de una bobina Tesla.
Atención, la realización de una bobina tesla implica el manejo de tensiones eléctricas que pueden acarrear la muerte. Quien asuma este tipo de proyectos debe estar habituado a manejar altas tensiones. En cualquier caso es responsabilidad de cada uno velar por su integridad física.
Después de muchos años de negarme a construir una de estas bobinas no he tenido otro remedio que ceder y hacer una, en parte debido al gran interés que despiertan en muchos cacharreros y la admiración de los neófitos. No había ninguna clausula de fe que me impidiese hacerla, tan solo que no le veo otra utilidad que el espectáculo. Así que me armo con el propósito de hacer una bobina que sea suficientemente potente y con materiales lo mas accesible posibles.
De momento aquí pondré notas, es decir esto sera como un cuaderno en sucio. Luego cuando termine ya pondré todo bonito
Lo primero es recomendar la Richie Tesla Coil Web Page. Es una fuente de información precisa y muy pertinente para cualquiera que quiera diseñar su Tesla. http://www.richieburnett.co.uk/tesla.shtml
Instrumentación.
Para moverse con facilidad este mundo pueden ser convenientes estos instrumentos.
Sonda de alta tensión: Las tensiones en que se mueven los tesla están por encima de los 10.000 V. Si conectas las sondas del osciloscopio o las del un polimetro directamente a estas tensiones puedes dañar irremediablemente el aparato y sufrir una peligrosa descarga. Por ello necesitas una sonda de alta tensión, si la tienes estupendo, si no mas adelante te diremos como hacerte una sencilla.
OJO : Cuando la tesla esta funcionando tiene la manía de cargarse todos los aparatos digitales de su entorno, incluyendo polímetros aunque tengan sondas de alta tensión incluso si están apagados. Así que ya estas avisado.
Variac. Es un trasformador de entrada a 220 y salida variable de 0 a 220. Con esto podemos alimentar los circuitos subiendo la tensión de alimentación gradualmente y comprobar que las cosas van bien con cierta seguridad antes de aplicar directamente los 220 V. Una variac nuevo te puede costar entre 50 y 200 euros dependiendo de la potencia, es caro, pero es una inversión absolutamente rentable que no lamentaras.
La fuente de alimentación de alta tensión.
Ande o no ande caballo grande. Olvídate de los Flyback.
Digo esto porque las teslas espectaculares que vemos por ahí emplean potencias de 3 kW y más. Con el transformador de microondas se obtendrán 1000 W, algo nada desdeñable, de hecho ya me salen chispas de 20 cm. Pero un transformador Flyback de televisión con suerte nos entregará 60 W y con 60 w no vamos a ningún lado.
Si quieres hacer una tesla grande piensa en una fuente de alimentación potente y con transformadores de microondas tenéis la solución mas barata y accesible. Todo es cuestión de buscar un chatarrero. Por supuesto que puedes pensar en comprar un transformador de los que se emplean en anuncios de neón que tenga como salida 10.000 V y 150 ma, pero uno de estos te costara nuevo mas de 300 euros y creo que no es esa la cuestión.
Una vez que hayas hecho esta bobina y te funcione bien tal vez quieras mas en ese caso puedes poner dos transformadores en serie y un duplicador de tensión y obtener 12.000 v y 2000 W, casi casi para fundir los plomos.
Como fuente de alto voltaje estoy empleando un transformador de microondas. Con este transformador, tres diodos y tres condensadores también de desguace de microondas consigo 10.000 V. Este voltaje es mas que suficiente para una buena bobina tesla. Lo mas importante es que con los componentes propuestos se pueden obtener 40 mA con un rizado del 5% y 100 mA con un rizado del 20%. Esto quiere decir que se le pueden sacar alrededor de 1000 W de potencia.
Esquema general.
Es un circuito bastante simple. Tr1 es un transformador de microondas que a partir de los 220 V de la red proporciona 2300 voltios eficaces o sea 3100 de pico aproximadamente. El circuito formado por C1, C2, C3, D1, D2, D3, forman un triplicador de tensión de manera que obtenemos 9000 v aproximadamente. Cp es el condensador principal, de 80 nF y 10.000 V. Dp es el descargador (spark gap) en este diseño he decidido emplear un descargador rotatorio aunque bastante sencillo y fácil de construir.
Condensador Primario.
Cp es el condensador principal de la bobina. Cuando esta funcionando la tesla este condensador se carga centenas de veces por segundo al máximo voltaje que proporciona la fuente de alimentación y se descarga instantaneamente sobre la bobina Lp proporcionando durante unos microsegundos cientos de amperios. Debe ser un buen condensador y como no tenemos a nuestro alcance condensadores profesionales emplearemos los de polietileno. No se deben emplear condensadores cerámicos ya que al estar sometidos a tanto estres se rompen enseguida.
En nuestro caso el condensador principal es de 80 nanofaradios aproximadamente. Debe ser un condensador que como mínimo soporte 9.000 voltios aunque seria conveniente darle un margen de seguridad amplio. Posiblemente 15.000 voltios seria mas correcto aunque claro el coste sera bastante mayor.. Como es difícil conseguir condensadores de este tipo la solución mas sencilla es realizar un conjunto de condensadores serie paralelo para lograr esta capacidad y esta tensión de trabajo.
En mi caso he empleado 30 condensadores de 100 nF/ 1600V. Realizando una serie de 6, deberían soportar 6x1600=9600, pero la capacidad se reduciría a 100/6 = 16,66 nF. Poniendo cinco grupos de estos en paralelo tenemos 16,6 x 5 = 83 nF /9600 V. Si quisiéramos que el voltaje fuese de 16000 V deberíamos poner 8 series de diez condensadores en total 80 condensadores. Mas del doble. Aun a sabiendas que el condensador esta justo de tensión seguimos con el, con riesgo de que se estropee.
Condensador primario. En la foto hay dos bloques de condensadores de 5X 6 condensadores de 0,1 uF/1600 V unidos pero después se han separado ya que solo es necesario emplear uno.
Las conexiones entre el condensador primario, la bobina primaria y el descargador deben realizarse con cable lo mas cortos y gruesos posibles.
El valor del condensador no se escoge arbitrariamente ya que en conjunto con la bobina primaria determinan la frecuencia de resonancia. En este caso la bobina primaria tiene una inductancia de 13 microhenrios. La frecuencia de resonancia se calcula con la fórmula
F= 1/(2Π (LC) ½) = 158.000 / (LC) ½ Hz, con L y C en microhenrios y microfaradios respectivamente. En nuestro caso con 13 microhenrios y 0,08 microfaradios, el producto LC vale aproximadamente 1 y su raíz también por tanto la frecuencia de resonancia nos sale de 160 kHz aproximadamente.
No es propósito de este articulo el aprender a diseñar bobinas Tesla, el propósito es darte una receta para que te hagas una con componentes accesibles y económicos. Por ello si en algún momento empleo formulas es con el objeto de que comprendáis lo que yo he hecho.
Rp, resistencia limitadora de carga.
Si no existiese Rp, cuando el descargador condujese se cortocircuitaria la fuente de alta tensión y se destruiría. Rp limita la corriente máxima de carga y al mismo tiempo la corriente máxima de cortocircuito. En otras bobinas tesla especialmente las que operan con corriente alterna sin rectificar, la limitación de corriente de carga del condensador se hace o con el propio transformador o mediante una inductancia adicional. Como estamos tratando de aprovechar el transformador del microondas nos vemos obligados a trabajar con corriente continua para así obtener los 10.000 V.
Rp limita la corriente máxima con la que el condensador principal se carga, pero al mismo tiempo hace que el condensador necesite un cierto tiempo para alcanzar cargarse completamente. Sabemos que la carga de un condensador a través de una resistencia, el valor RC es igual al tiempo en que el condensador alcanza el 63 % de voltaje en 2 RC alcanza el 86% y en 3 RC el 95% de la tensión total. Luego si estamos construyendo una bobina tesla , que queremos que de 200 disparos por segundo, el tiempo entre disparos es de solo 5 milisegundos y el tiempo de carga deberá ser de menos de 5/3 = 1,6 milisegundos para que el condensador se cargue al menos al 95% del voltaje de alta tensión.
Con el condensador propuesto la resistencia Rp debe ser de 10 K. Pero tiene que ser de bastante potencia concretamente de 400 W que es lo que va a disipar cuando este funcionado de manera casi continua. Ademas esta resistencia deberá soportar entre sus extremos los 9.000 voltios de su fuente de alimentación. La forma mas fácil de conseguirlo es emplear 30 resistencias bobinadas de 330 ohmios y 15 W de disipación. Podemos emplear resistencias de menos disipación y forzar la refrigeración mediante un ventilador que saquemos de un PC viejo. Por ejemplo podemos emplear 20 resistencias de 500 ohmios y 10 W con refrigeración forzada. Durante las pruebas se deben emplear valores de resistencias mas altos, por ejemplo 40 k.
Nunca empleéis menos de 5 resistencias en serie ya que en caso contrario puede saltar arco entre sus extremos. He dado por supuesto que para esas disipaciones las resistencias deben ser inexcusablemente bobinadas.
La resistencia limitadora es la parte mas floja del diseño de esta bobina. La gran disipación que tiene es perdida inútil de potencia. Por ello ya estoy trabajando sobre un circuito resonante de carga. El problema es lograr una solución que sea barato y accesible para todos.
No obstante esta limitación, el diseño actual funciona espectacularmente. Si no te apartas mucho de este diseño no te creerás las chispas que produce.
Circuito triplicador.
Aquí tienes un poco de información sobre los multiplicadores http://www.cientificosaficionados.com/tbo/mat/mat.htm
El triplicador empleado no es mas que una versión mas simple de estos.
Como se ve emplea tres condensadores y tres diodos. Los condensadores y los diodos que debes emplear son los mismos que se sacan de los microondas o equivalentes. Los condensadores mas habituales que puedes encontrar en ellos son de 1 microfaradio a 2200 V ef, (3000 V de continua), aunque en algún caso también se encuentran de 0,9 o de 1,2 microfaradios. Es mejor que sean todos iguales pero tampoco pasa nada grave si son diferentes. Eso si los condensadores deben ser de cerca del microfaradio. Si pones condensadores mucho mas pequeños no conseguirás nada de potencia. En el caso de la fuente de alimentación de 180.000 V empleo condensadores de unos nanofaradios, pero es que la frecuencia que se emplea es mucho mayor, 15 kHz y mas. Aquí al emplear la frecuencia de la red de 50 Hz los condensadores deben ser grandes. Si los condensadores que tienes, son diferentes deberás emplear el mayor en la posición cerca del transformador. Es mejor así aunque en caso contrario no pasa nada especialmente grave.
La carcasa de estos condensadores suele ser metálica y esta aislada de los electrodos del condensador. No obstante nadie te asegura que van a soportar los 10.000 a que va a estar sometidos ahora, por ello bajo ningún aspecto permitas que las carcasas de los condensadores se toquen entre si ni toquen a masa. Y por supuesto tampoco las toques tu ya que te puedes quedar frito.
Detalle del montaje del triplicador. La pinza roja es la salida de alta tensión. La pinza negra es masa.
Para montar el triplicador aconsejo poner los condensadores uno contra el otro separados por un plástico de un par de mm de espesor de manera que no se toquen en ningún momento y luego fijarlos entre si con unas bridas de plástico o bien de cinta aislante. Una vez realizado este conjunto conectar los diodos.
Bobina primaria.
La bobina primaria tiene forma de una espiral plana. En mi caso esta soportada en una plancha de metacrilato de 40 x 40 cm y 8 mm de espesor. No hay ningún problema en emplear otros materiales aislantes. Madera contrachapada puede ser una solución mas barata.
El conductor es tubo de cobre de 5 mm, del cual se necesitan 5 metros si se hace con las dimensiones propuestas. Si no se puede conseguir este tubo, se puede emplear el de ¼ de pulgada que emplean los instaladores de aire acondicionado. Tampoco hay ningún problema en emplear un cable grueso de los recubiertos de plástico y no es necesario quitarle el aislamiento. La espiral comienza con un radio de 75 mm y tiene un paso de 14 mm. Para mantener la forma se han dispuesto unas guías de metacrilato con unas ranuras de 6 mm y 14 mm de separación entre ellas para que coincidan con el paso de la espiral. Las guías están atornilladas al soporte, los tornillos aunque metálicos están suficientemente separados de la boina como para crear problemas de arco. Los interiores aunque mas próximos tampoco presentan problemas por que el interior de la bobina esta a masa.
Los dos extremos están perforados y sujetos al soporte con tornillos M3 de latón, aunque no es imprescindible que sean de latón. El extremo interior se tona con punto de masa para conectar otras cosas. El extremo exterior se deja libre ya que la toma se hará de manera variable primero con una pinza y mas tarde con una brida conductora.
El descargador.
Es el termino que se me ocurre como mas próximo al Spark Gap. En electrotecnia se emplean dispositivos similares con este nombre para proteger de sobretensiones. A lo largo del desarrollo de esta Tesla voy a probar diferentes descargadores, buscando los mas fáciles de construir y también los mas eficaces, para dar diferentes opciones dependiendo de los medios del futuro constructor.
El objeto del descargador es conmutar rápidamente de circuito abierto a cortocircuito, de esa manera la energia almacenada en el condensador se transfiere a la bobina y asi comienza la generación de la alta frecuencia. La mayor parte de los descargadores tienen uno o mas electrodos que no están conectados eléctricamente y están separados por unos mm de aire. Cuando la tensión supera un umbral dependiente de la geometría del descargador el aire se ioniza y se produce plasma entre los dos electrodos. El plasma conduce la electricidad de manera muy eficiente comportándose casi como un cortocircuito. Mientras por el plasma este circulando una cierta corriente, el plasma se mantiene por la a propia energía disipada en el. Cuando la corriente baja, el plasma se apaga y de nuevo se comporta como un circuito abierto. A veces los electrodos del descargador esta lo suficientemente calientes para que incluso con pequeñas corriente se mantenga una descarga entre ellos, en otras palabras no llegan a apagarse con lo que la bobina tesla deja de funcionar.
Los diseños del los descargadores buscan que se disparen siempre a una misma tensión para que la producción de descargas sean regulares, que se calientes poco y que se apaguen rápidamente cuando la tensión baje de un cierto punto. Como los electrodos del descargador se calientan y se erosionan por el plasma los electrodos se construyen con materiales lo mas refractarios posibles. Lo ideal es emplear wolframio, pero como el wolframio es difícil de obtener y mucho mas de mecanizar es corriente emplear acero inoxidable. Por supuesto no se te ocurra construirlos de aluminio.
Diseño numero 1.
Esta formado por dos bloques de aluminio separados por dos laminas de metacrilato. Las piezas estan unidas con tornillos M3. Dos esferas de 17 mm de acero inoxidable forman los electrodos. Una de las esferas esta fija mientras que la otra se puede ajustar mediante un tornillo de M4 ( arriba del todo) que se bloquea mediante otro tornillo (allen de frente).
Las esferas son pomos (tiradores) de muebles que se pueden comprar en las ferreterías. Vienen con un pequeño vástago roscado a M4 perfecto para nuestra aplicación. Las conexiones a los otras componentes se realizan con tornillos roscados a los bloques de aluminio.
Diseño numero 2.
Este esta confeccionado mediante componentes baratos y accesibles. No necesita mecanizados especiales. En este diseño el espaciado entre los dos electrodos esta separado en dos secciones por medio de la esfera interpuesta
Como se puede ver esta montado sobre un bloque de madera de 120 x 60 x 20 mm aproximadamente. En el centro se ha fijado mediante un tornillo oculto un pomo de puerta de forma esférica de 25 mm de diámetro de acero inoxidable adquirido en una ferretería. Los soportes de los electrodos son dos terminales de una regleta para cable abierto de 5 mm de diámetro. Esta se puede compras en una casa de material eléctrico por 3 euros 10 unidades. Se fijan al soporte de madera mediante tornillos para madera.
Como electrodos se emplean unas varillas de 5 mm de acero inoxidable. Los cables se conectan directamente el la regleta. Hay que tener un poco de cuidado de que el centro de la esfera y los ejes de los electrodos estén alineados. Para ello conviene introducir en el fondo de la regleta unas laminitas de cobre o aluminio para elevarlas.
Diseño definitivo.
He mostrado los dos diseños que hice anteriormente entre otras cosas para mostrarte que las cosas no salen a la primera, ni a la segunda. Los dos diseños funcionaron correctamente durante un cierto tiempo pero enseguida crearon problemas. Durante el funcionamiento las esferas se recubrían de óxido y se hacia necesario aproximar los electrodos. Ademas, después unos minutos de funcionamiento a plena potencia, se calentaban y llegaba un momento que la chispa no se apagaba y la tesla dejaba de funcionar hasta que se desconectaba la corriente y se dejasen enfriar los electrodos. Me he preguntado por que a mi me funcionaban tan mal estos electrodos y he encontrado esta razón: la mayor parte de las bobinas tesla se hacen con corriente alterna, por ello cuando la tensión se hace cero el descargador se apaga. Sin embargo en nuestro diseño el circuito se alimenta con corriente continua por lo que la corriente nunca se hace cero lo cual hace mas difícil que se apage. El motivo de emplear corriente continua no es otro que el de poder emplear los transformadores de microondas con su triplicador de tensión, ya que en otro caso deberíamos adquirir transformadores para tubos neón que nos costarían mas de 300 euros.
Desalentado por las experiencias anteriores que no las recomiendo salvo para pruebas, acometí la construcción de un descargador rotatorio, cuya fotografía puedes ver abajo.
La construcción es un poco mas complicada que los anteriores, pero sinceramente merece la pena. Funciona de maravilla y no da ningún problema y lo que es más, permite controlar fácilmente la potencia total de la bobina que en otros casos debería realizarse empleando un variac mucho mas caro.
Funcionamiento.
Los terminales del descargador son los dos electrodos colocados en separadores hexagonales del los extremos. Entre ellos hay una distancia muy grande por lo que es imposible que salte arco entre ellos. El cilindro blanco es de platico no conductor en mi caso es teflón que es el mejor material, pero pueden emplearse otros plásticos. El cilindro gira por efecto de un pequeño motor de corriente continua. El cilindro de plástico esta atravesado por un electrodo que sobresale por ambos lados. Cuando el electrodo central esta alineado con los laterales queda un pequeño espacio entre ellos y salta la chispa muy fácilmente. Al continuar girando el electrodo central hace que cada vez sea mas difícil mantener la descarga hasta que definitivamente se corta. Aunque parezca breve, el tiempo que los electrodos están alineados es mas que suficiente.
Como se puede deducir por cada giro del motor se producen dos descargas. Y la frecuencia de descargas se puede variar fácilmente simplemente variando la tensión que se aplique al motor. En mi caso al aplicar 3 v el motor giraba a unas 300 rpm que equivalen a 5 revoluciones por segundo o 10 disparos por segundo. La potencia máxima de la bobina se obtenía al aplicar 12 V, con lo que las revoluciones subían a 7200 rpm o 120 por segundo o 240 disparos por segundo.
Insisto, la eficacia de este descargador fue sorprendente positiva. Inmediatamente la potencia ( y las chispas) de la bobina se duplicaron. Al mismo tiempo la bobina se comportó de una manera regular al contrario que con los otros descargadores con los que el chisporreteo era bastante aleatorio.
En breve colocaré planos simplificados del descargador y detalles constructivos. El motor y su eje están totalmente aislados del resto de los circuitos.
Toroide superior.
Aquí empleo el diseño clásico a partir de tubo corrugado de aluminio para salida de humos. Partiendo de tubo de 100 mm de diámetro he intentado darle el mínimo diámetro que ha resultado de unos 280 mm. Inicialmente para hacer pruebas simplemente he sujetado el toroide con una goma elástica entretanto decido la terminación del mismo. Con un metro de tubo se pueden hacer tres toroides de este tamaño.
Después de darle vueltas llegue a la conclusión que lo mejor era soldar los dos extremos. La soldadura de aluminio parece especialmente difícil, pero no lo es en absoluto si se emplea ALUSOL. Conviene hacerlo con un soldador de bastante potencia, al menos 75 W o mejor un pequeño soplete de gas, de los de tipo lápiz. La operación se hace mejor entre dos personas. Una coloca los extremos del tubo de aluminio enfrentados mientras la otra aplica el calor y la soldadura. Si lo haces tu solo es conveniente que emplees una de esas pinzas que se mantienen cerradas. De esa manera mantienes unidos los bordes de aluminio mientras los sueldas. Si lo sueldas con gas, ten cuidado, la lamina de aluminio es muy fina y se puede fundir si aplicas demasiado calor concentrado en un punto.
El toroide se termina soldándole dos círculos de aluminio (también con ALUSOL) de diámetro 50% mayor que el agujero central, uno por cada lado. Queda un toroide de buen aspecto como puedes apreciar, pero cuidado, no lo maltrates porque lo puedes abollar ya que el aluminio es muy fino.
La bobina completa.
Pruebas de chispas.
Primer diseño, con descargadores convencionales y bola esférica.
Vídeo con el descargador rotatorio y electrodo superior construido con tubo de aluminio corrugado. Se puede apreciar chispas mucho mas largas, mas potentes y mas regulares. El sombrero superior tiene un diámetro de 30 cm. Como podéis observar el montaje funciona de miedo. Pero no comencéis la construcción de vuestra bobina hasta que leáis la segunda parte y decidáis que es lo que mas os conviene.
Segunda versión de la bobina Tesla.
Como se comento anteriormente el punto mas débil del anterior diseño es la resistencia limitadora de carga Rp que limita la corriente máxima con la que el condensador principal se carga, pero al mismo tiempo hace que el condensador necesite un cierto tiempo para alcanzar cargarse completamente. Aproximadamente la mitad de la energía que consume la bobina tesla se disipa en esta resistencia de manera inútil y ademas costosa de disipar puesto que se requieren resistencias de gran disipación.
Es por esto por lo que aquí se presenta una versión mejorada de la bobina tesla en la que la carga del condensador se realiza a través de una inductancia. La inductancia al no tener perdidas ohmicas en teoría no debe producir disipación ni perdidas de energía por lo cual se aprovecha toda la energía que puede proporcionar el transformador. Los circuitos que emplean autoinducciones para cargar el condensador se denominan resonantes.
Esquema del la nueva bobina tesla.
El cambio mas aparente en el circuito anterior es la sustitución de la resistencia Rp por la autoinducción Lr, si nos fijamos bien podemos apreciar que en la fuente de alimentación hay dos condensadores en vez de los tres que había en la original aunque sigue habiendo tres diodos.
Primero vamos a explicar como actúa Lr. Supongamos que la bobina esta en reposo, es decir que hace algún tiempo que no ha actuado el ruptor. Entonces el condensador Cp esta cargado a ta tensión Vb que es la misma que Va. Cuando el ruptor descarga el condensador en la bobina primaria La tensión en Vb se hace cero y empieza a circular corriente por Lr. Como sabemos la corriente en las bobinas no crece inmediatamente ni se hace cero inmediatamente, luego poco a poco la corriente empezara a crecer hasta que por fin el condensador Cp esta totalmente cargado con lo que de nuevo Va=Vb. Pero en el momento que se igualan ambos voltajes esta circulando una corriente importante por la bobina, corriente que no se interrumpe instantáneamente sino que sigue cargando el condensador hasta el momento en que Vb = 2Va. Es decir que el condensador se ha cargado al doble de la tensión que proporciona la fuente de alto voltaje. Si ademas suponemos una bobina teórica esta carga del condensador se ha realizado sin disipar ninguna energía. Cuando el voltaje Vb llega al doble de Va , es el momento en que no circula corriente por la bobina y la corriente circularía de Vb a Va si no fuese porque el diodo D3 se lo impide. El mecanismo por el que se dobla la tensión de alimentación es exactamente igual a las fuentes de alimentación Step-Up.
Para un mejor estudio de este fenómeno véase http://www.richieburnett.co.uk/dcreschg.html#resonant
Fuente de alimentación.
Es básicamente igual que la anterior, aprovechando un transformador de microondas de desguace dos diodos y dos condensadores. Pero puesto que la carga con autoinducción duplica la tensión se ha decidido que no es necesario que la fuente de alimentación entregue los 9000 voltios que aproximadamente da con triplicador. En ese caso el condensador Cp debería soportar, manteniendo un margen de seguridad, de al menos 20.000 o 25.000 voltios. Por ello en vez de un circuito triplicador se ha simplificado a un circuito duplicador que proporciona unos 6.000 V que con el efecto doblador se transforman en unos 12.000 lo cual permite emplear condensadores de 15.000 voltios. El diodo D3 que impide la descarga contraria del condensador debe ser por seguridad dos diodos de microondas en serie o 15 diodos 1N4007 en serie.
El transformador de microondas y el duplicador.
Condensador primario.
Para seguir manteniendo la frecuencia de resonancia en los 160 Khz como en el caso anterior ya que empleamos las mismas bobinas debemos emplear un condensador de 80 nF pero en este caso de 15.000 V o mas. Lo hemos construido poniendo en serie paralelo 80 condensadores de de 100 nF 1600V. Pude haber configuraciones mas baratas incluso la posibilidad de hacerse uno mismo el condensador enrollando laminas de papel de aluminio y plástico. En nuestro caso los condensadores los hemos obtenido de Ebay a bajo precio. Una cosa que nos cambia ahora es que al emplear una alimentacion de unos 12.000 V la energía de cada descarga es el doble, 5,8 Julios frente a 3,4. Con esa energía debemos como máximo esperar una frecuencia de descargas de 200 por segundo lo que equivalen a 1160 Julios, mas o menos la potencia máxima que proporciona el transformador.
Vista del condensador de 80nF/16.000V, compuesto por 8x10 condensadores en dos bloques para que ocupen menos. Unas laminas de PVC blanco sujetan el soporte y aíslan.
Inductancia Resonante Lr.
El valor de esta inductancia depende de la frecuencia de disparos del descargador y se calcula de la misma manera. Suponiendo una frecuencia de 200 DPS, se debe calcular Lr para que conjuntamente con Cp resuene a 100 Hz, la mitad de la frecuencia de descargas ya que el condensador Cp se carga en medio ciclo.
Lr = 1/(2πf)2Cp = 1/(2π100)2Cp = 31 Henrios.
La corriente de pico que circula por esta inductancia se calcula con la fórmula.
Ipico = Va (Cp/Lp)1/2 = 6.000 ( 80 x 10-9 / 31)1/2 = 0,3 Amperios.
Y la corriente eficaz sera Ipico/ 1.41 = 0,21 amperios.
Como se puede ver en los cálculos anteriores para Lr necesitamos una inductancia de 31 henrios, un valor relativamente grande. La primera pregunta que se puede plantear es que pasa si se varia esa inductancia. Bien pues si aumentamos el valor por encima de los 31 henrios, el condensador tardará mas en cargarse y por lo tanto no obtendríamos la máxima potencia de descargas a 200 DPS.
¿Y que pasa si el valor se hace mas pequeño de 31 henrios? En ese caso El condensador se carga mas rápidamente por lo que la corriente que circula por la inductancia es mayor. Si por ejemplo colocásemos una inductancia de solo 5 henrios, la corriente de pico seria de 1,8 amperios por lo que los diodos rectificadores se calentarían y posiblemente se destruyesen ya que estan diseñados para 350 mA. Igualmente debido a la alta corriente el rizado de la fuente y la sobrecarga del transformador seria excesiva. Según esto una valor de inductancia de 20 o 24 henrios es perfectamente aceptable y es la que emplearemos en esta bobina.
Características de la inductancia.
Como hemos dicho su valor debe estar entre 20 y 30 henrios. Ademas de eso tiene que soportar entre sus terminales una tensión de al menos 6000 V ya que en caso contrario pueden saltar arcos entre sus espiras. Y hay otro parámetro importante: debe permitir el paso de la corriente máxima sin saturarse.
Voy a explicar que es eso de la saturación sin demasiados tecnicismos. Todos sabemos que un condensador soporta una tensión máxima a partir de la cual el dieléctrico no aguanta y puede saltar una chispa y destruirse. Bueno pues en una bobina es similar pero en vez de campo eléctrico hay campo magnético entonces en una bobina en el núcleo se puede dar la circunstancia de que el campo magnético no puede ser mayor debido al material con que esta construido el núcleo y a partir de ese momento deja de comportarse como una bobina y no ofrece resistencia al incremento de corriente. En otras palabras deja de funcionar bien. Es por eso que cuanto mayor potencia se exige a un transformador mas hierro debe tener. No basta con aumentar el diámetro de los conductores, hay que aumentar el tamaño del núcleo de hierro ya que en caso contrario el núcleo se saturaría y dejaría de funcionar bien.
Seis pequeños transformadores de 220 /12V configuran la inductancia de 24 H.
Parece que esto de la bobina es muy complicado pero en realidad no lo es ya que el secundario de un transformador microondas tiene una inductancia de 11 microhenrios, esta diseñado para soportar mas de 3000 V de pico y soporta una corriente superior a la que se exige aquí sin saturarse. Entonces dos transformadores de microondas con sus bobinados secundarios es serie son una inductancia excelente. Esta es una solución económica pero no es la única ya que se pueden emplear pequeños transformadores de 220V para conseguir esta inductancia. Lo ideal es localizar 6 transformadores pequeños de los que se pueden adquirir en las tiendas de electrónica de 220v a 6 v 1 Amp por mas menos 6 euros. Estos transformadores tienen una inductancia de unos 4 henrios y una resistencia en serie de unos 400 ohmios. Es necesario poner 6 para conseguir los 24 henrios y también para que el máximo de tensión entre los extremos de los transformadores sean 1000 V. Todos los transformadores deben ser mas o menos iguales para que los 6000 V máximos se distribuyan por igual entre los diferentes transformadores. El colocar 6 es un dato empírico que a mi me ha funcionado bien, pero evidentemente 8 transformadores de 3 henrios que también totalizan 24 H es aun mejor porque la tensión en cada transformador es menos. Yo he empleado 6 de estos que he recuperado de desguace de alimentadores de aparatos diversos. Todos tenían 220v de entrada (la salida no importa) y medí la inductancia para que entre los seis tuviesen 4 H mas menos 0,5 H +.
* en un primer momento yo empleé cuatro transformadores y funciono bien pero al cabo del tiempo uno de los transformadores empezaba a fallar y se quemaba. Con seis transformadores no he tenido ningún problema.
Medición de las inductancia. Ojo esta medición es peligrosa porque se emplean los 220 v de la red. No debes hacerla si no tienes experiencia.
Si no dispones de un medidor de inductancia puedes medirla de manera aproximada con un polímetro ( mejor digital) y una resistencia de 1500 ohmios 4W siguiendo este procedimiento. Primero debes medir la resistencia en continua del transformador y anotarla (Ri). Si la resistencia no esta entre 200 y 500 ohmios posiblemente no te valga. (Siempre nos referimos al primario que se conecta a 220). Después conectamos el transformador con la resistencia en en serie a los 220V de la red y con el voltímetro en alterna, medimos el voltaje de la red (Vr) y en los extremos del transformador (Vt).
Con estos datos la inductancia del transformador será L = 4,75 x(Vt/(Vr-Vt)) - Ri/314
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