VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

На рис.1 приведена блок-схема высоковольтного преобразователя на катушке зажигания. Где 1 штатный узел регулятора напряжения от 0 до 250 вольт. 2- последовательный колебательный контур, 3-катущка зажигания.

Рис.1.Блок схема высоковольтного устройства.1- регулятор напряжения(диммер).2-последовательный контур.3-катушка зажигания.

Определим параметры схемы. Для этого соберём установку рис.2, где в цепь последовательного контура включены измерительные приборы, а вместо постоянной ёмкости С включена батарея конденсаторов типа БК позволяющая дискретно изменять ёмкость С. Исходя из условия, что

Х_с=Х_L,

а это условие резонанса напряжения в последовательном контуре, меняем С добьёмся резонанса напряжение в цепи.

Рис.2.Лабораторная установка для исследования последовательного контура. 1.Диммер. 2.Батарея конденсаторов. 3.Катушка зажигания. 4.Высоковольтный выход катушки зажигания. 5.Штатив. 6.Устройство для перемещения электродов.7,8 –электроды. 9-амперметр.10. Авометр. 11.Вольтметр в цепи конденсатора.12.Вольтметр в цепи индуктивности.13.Переменное сопротивление диммера.

При этом U₁ = U₂, а ток (А₁) принимает наибольшее значение. Определим индуктивное Х_L= wL, и ёмкостное сопротивления Х_С = 1LC тогда wL = 1wC откуда

w =1LC

или

f =12π1LC , (1)

а это резонансная частота контура. Зная L и C можно рассчитать частоту для каждого случая изменения ёмкости. Включаем схему рис.2 в сеть и выставляем напряжение порядка 88 вольт. Последовательно набираем ёмкости от 0,5 до 55,5мкф.

Полученные значения сведём в таблицу 1.

Таблица 1.

Данные по последовательному контуру в зависимости от С.

п/№	На входе вольт	UC вольт	UL вольт	I ампер	C мкф	Разряд тип
1	88	0	0	0	0	-
2	88	100	20	0,12	0,5	Корона
3	88	120	40	0,14	1,5	Корона
4	88	160	90	0,20	5,5	Пробой
5	88	240	160	0,85	15,5	Искра
6	88	300	250	1,8	35,5	Искра
7	88	320	318	2,3	55,5	Искра
						Разрушение изоляции катушки

Из табличных данных следует, что с увеличением ёмкости в контуре растёт и ток рис.4.

Рис.4.Зависимость тока в контуре от ёмкости.

Так в работе [1] дана таблица характеризующая искровой разряд в комнатных условиях. В таблице 2 приведены величины искрового промежутка для электродов игла-игла, шар-шар, плоскость - плоскость.

Таблица 2

Искровые промежутки при комнатных условиях.

Напряжение В	Промежуток между остриями (мм)	Промежуток меду шарами (мм)		Промежуток Между плоскостями (мм)
		Диаметр 5 см	Диаметр 30см
20 000	15,5	5,8	6,0	6,0
40 000	45,5	13,0	13,0	17,7
100 000	220	45	35,7	36,7
200 000	410	262	75,3	75,3
300 000	600	530	126	144

Исходя из этого можно ориентировочно определить напряжение выхода. При зазоре электродов игла-игла 18мм напряжение U₂ на высоковольтном выходе катушки U₂ = 23,2kV.

Заменив один из электродов в системе игла-игла плоским электродом с жидкокристаллическим детектором. Расстояние между электродами 18мм. Получим отпечатки электрического поля в режиме корона и искра при изменении ёмкости в первичной цепи.

Рис.5.Реплики электрических полей. а. При коронном разряде. б. Искровом разряде.

Время воздействия поля короны порядка 10с, а импульса 0,14µs. При этом ток при коронном разряде в первичной цепи в зависимости от ёмкости изменялся от 0,12 до 0,14 А. При пробое так же по первичной цепи от 0,2 до 2,6 А при изменении ёмкости от 5,5 до 55,5 мкф. Искровые разряды сопровождались большим количеством выделенной энергии. Электрод типа игла оплавлялся. А реплика электрического поля рис.5б состоит из отпечатка электрического поля разряда (внутренний круг) и поля тепловой волны (тор +внутренний круг) распространяющийся от центра реплики к периферии. Градиент температур тора от 87 до 80℃, температура внутреннего круга выше 87℃, цвет подложки, так как жидкие кристаллы в этом месте превратились в жидкость.

Таким образом, можно реализовать высоковольтный преобразователь на катушке зажигания. Подобрав оптимальную ёмкость в пределах С=15,5 мкф.

Примечание. При проведении опыта входное напряжение желательно 20% U_н.

Литература. 1.Телесин В.В., Яковлев В.Ф. Курс физики. Электричество. Учпедгиз.1960.С.451.

Код для цитирования: Скопировать