Techniek - Hoogspanning: Geklooi met een TV-lijntrafo
Hoewel de techniek inmiddels wat achterhaald is (en voor enkele jongeren misschien zelfs onbekend) staan lijntrafo's uit beeldbuis-TV's en computermonitoren (ook wel flyback transformators genoemd) bekend om hun goede mogelijkheden om hoogspanning mee te maken.
Door het zelf wikkelen van nieuwe primaire windingen op de kern van deze trafo's en deze aan te sturen door een puls-opwekkende schakeling of gebruik te maken van de originele primaire wikkeling, zijn er spanningen op te wekken die al snel de 20 kiloVolt overstijgen.
Rond 2003 of 2004 kreeg ik, gevoed door wat ik op het internet had gevonden, ook de nodige interesse in deze transformators. Via een kennis kreeg ik een doos vol van dergelijke transformators, om naar hartelust mee te experimenteren. Verspreid over deze pagina zie je er enkele foto's van.
Opgelet!
De spanningen die deze transformatoren opwekken zijn niet zonder risico! De hoogspanning kan je een lelijk oplawaai verkopen als je niet oplet. Daarnaast loop je een risico dat je de schok in eerste instantie niet voelt, omdat deze transformatoren vaak pas bij frequenties van enkele tientallen kiloHertz werken, een frequentie die wij mensen niet kunnen horen en ook niet kunnen voelen.
Besluit je de op deze pagina beschreven proeven met het opladen van een condensator te doen, dan ben je echt met een levensgevaarlijk apparaat in de weer. De capaciteit van slechts enkele nanoFarad die de zelfbouwcondensator heeft is bij zo'n 20 tot 30 kiloVolt absoluut dodelijk bij 1 verkeerde handeling. Weet wat je doet! Als je niet snapt wat de gevaren zijn, is dit geklooi niet voor jou!
Hoe zien lijntrafo's eruit?
Zoveel verschillende TV's zoveel verschillende lijntrafo's. Werkelijk geen type is hetzelfde. De een heeft veel draden of pinnen, de andere weer niet. Vaak zit er een hoogspanningsdiode ingebouwd in de trafo zelf en zal de uitgang pulsvormige DC leveren, soms is de diode demonteerbaar en is de uitgang van de trafo AC.
De AC-types lenen zich het best voor het maken van een plasmabol-achtig effect met een gloeilamp. Helaas werkt dit niet met half-gelijkgerichte lijntrafo's en helaas zijn alle moderne types dergelijke trafo's.
Op de foto zie je meerdere types. Helemaal rechts ligt een AC-type flyback.
Een simpele, zelfresonerende schakeling
De eerste schakeling die ik maakte (en velen met mij) betrof de 'een-transistor-schakeling'. Samen met 2 dikke weerstanden en wat wikkeldraad werd via een transistor een zelfresonant circuit opgezet.
Het voordeel van deze schakeling is dat er niets afgeregeld hoeft te worden. Het nadeel was dat de transistor absoluut niet blij is met deze mishandeling en een enorme kachel word. De schakeling vreet stroom en al te lang achter elkaar in bedrijf laten is er dan ook niet bij.
Schema en onderdelenlijst
R1 = 240 ohm 5 watt R2 = 270 ohm 1 watt (ik heb hiervoor ook een 5 watt gebruikt) T1 = 2N3055 Wikkeling 1-2 = 0.64 mm (diam. wikkeldraad (22 AWG) Wikkeling 3-4 = 1-1.6 mm (diam.) wikkeldraad (12-18 AWG) Een flyback natuurijk Een groot koelblok voor de 2n3055
Opmerking: Het kan zijn dat je aansluitingen van feedback of primaire moet wisselen als de flyback niet werkt. Dit omdat de meeste moderne flybacks een ingebouwde diode hebben.
Bij verkeerde polariteit houdt de diode zo'n beetje alle spanning tegen. Hoogstens een klein vonkje zal het resultaat zijn.
Bij de juiste polariteit zal er vanaf de HV-draad al snel een vonk overspringen naar de 0 van de hoogspanningswikkeling, als je met de dikke rode kabel in de buurt komt van de juiste aansluiting.
Een betere, efficiëntere schakeling
Beter ingevoerd in de wereld van transistors en andere elektronica, was ik al snel van mening dat een sturing met een 555-timer en een dikke transistor beter was. Met een dikke voeding heb ik heel wat geëxperimenteerd en menig transistor naar de andere kant geholpen. Toen ik doorkreeg hoe FETs werken, heb ik ook menig FET een snelle dood bezorgd: elke beveiliging voor de FET ontbrak en alle hoogspanningspieken kwamen voor rekening van de drain-source overgang.
Dat veranderde toen ik in 2013 een betere schakeling op het Circuitsonline forum langs zag komen. In deze schakeling wordt de FET beschermd door een aantal zenerdiodes, die samen eigenlijk 1 grote zenerdiode vormen.
Daardoor schakelt de FET 'zacht' uit, omdat de inductieve pulsen uiteindelijk de zenerspanningen van de 3 diodes bij elkaar opgeteld (zo'n 82 Volt per stuk) overstijgen, waardoor de zeners in geleiding gaan en de gate extra opensturen.
Met de vele condensatoren en de 2 potmeters kan ik vrijwel elk frequentiebereik en elke pulsbreedte instellen.
Voor meer informatie over de werking van de schakeling en de onderdelenlijst, verwijs ik je graag door naar de pagina over 'Geklooi met een bobine'.
Wat kan je er dan mee?
Als je de schakeling eenmaal in elkaar hebt zitten, kun je met je lijntrafo (als deze voorzien is van een diode) condensatoren opladen, maar ook een jacobsladder maken.
Een jacobsladder is een soort ladder voor hoogspanning die bestaat uit 2 lange (of korte) elektrodes, die in een soort 'V' staan.
Onderaan is de afstand tussen de elektroden zodanig dat de vonk daar als eerste over wil slaan. De vonk is ontzettend heet en hete lucht raakt gemakkelijker geïsoniseerd dan koude lucht. Daarnaast stijgt warme lucht van zichzelf ook nog eens op, dus het pad voor de vonk is geboren. De vonk zal onderaan beginnen en langs de elektroden omhoog 'kruipen'.
Let op dat de elektroden vaak behoorlijk warm worden. Stel ze dus niet te snel bij als je de ladder een tijdje ingeschakeld hebt gehad. Daarnaast worden er ook elektromagnetische krachten op uitgeoefend (de vonk is eigenlijk een kortsluiting) en te lange, dunne elektroden zullen dan ook heen en weer bewegen en het resultaat mogelijk negatief beïnvloeden.
'Plasmabol' met gloeilamp en lijntrafo
Als je een lijntrafo hebt waarvan de diode verwijderd is (of überhaupt niet ingebouwd is) kun je de transformator gebruiken om een 'plasmabol' mee te maken. Daarvoor heb je een gloeilamp nodig, bij voorkeur met een zo groot mogelijke glasballon. De gloeidraad hoeft niet heel te zijn, de glasballon moet dat wel zijn.
Door de lamp simpelweg met de hoogspannings-uitgang te verbinden zullen er in de lamp ontladingen plaatsvinden, omdat de gassen (en de onderdruk) gemakkelijker ioniseren dan gewone lucht.
Afhankelijk van de gassen in de lamp, frequentie van de aanstuur-elektronica én het vermogen kan de kleur en vorm van de ontladingen behoorlijk variëren.
Opgelet!
Je bent misschien geneigd de glasballon aan te raken (zoals je met een gewone plasmabol ook doet) maar zowel de gassen als gebruikte transformator wijken af van die in een plasmabol. Je zal het - op hitte na - waarschijnlijk niet voelen, maar bij aanraking zal er een behoorlijk vermogen je lichaam inlopen.
Je loopt een groot risico je smartphone of digitale camera (of andere draagbare elektronica) te vernielen als je deze alleen maar op zak hebt. De apparatuur vasthouden terwijl je ook de glasballon aanraakt is vragen om kapotte elektronica.
Daarnaast kan er zoveel vermogen gaan lopen dat de glasballon smelt. Er zal dan een klein gaatje ontstaan en je krijgt vervolgens de volle laag van de transformator. Weet wat je doet en zeg niet dat ik je niet gewaarschuwd heb!
'Orange disk-shaped secondary'
Op 31 juli 2005 haalde ik uit een Teleton T31a chassis/tv het model flyback gehaald dat op de foto staat. Het was m'n eerste kennismaking met een TV in de categorie 'aardbevingsbestendig gebouwd'. Mijn hemel, wat een schroefwerk! Bijna 4 uur schroeven, draden doorknippen en wat wrikken was nodig om de print, met flyback-trafo, los te krijgen.
In dit model TV zat een mooi model transformator, op internet nog wel eens genoemd als transformator met
'oranje schijfvormige secundaire' (orange disk-shaped secondary).
Deze types staan bekend als wat robuuster dan de huidige moderne. Daarnaast kon ik van dit model de hoogspannings-diode loskoppelen. Deze monsterdiode (13 kV, 1 Ampère) heeft een aangebouwde isolator met enorme ribbels om de kruipafstand flink te vergroten, net zoals bij hoogspannings-isolators in hoogspanningsmasten.
Helaas werkt deze trafo niet. Er kringelt direct rook tussen de isolatie van de trafo uit als er spanning opgezet wordt, althans, dat was met de oude aansturing zo. Die kwam niet hoog genoeg in frequentie en er liep waarschijnlijk ook teveel stroom. Ik heb nog geen poging gewaagd met een betere schakeling.