¿Es realmente posible "aumentar" 6 V CC a más de 50 kV? ¿O incluso 400 kV?

Estoy tratando de crear un generador de arco y he leído sobre el generador de marx, pero estoy buscando módulos más compactos como la imagen a continuación. Todos los que he encontrado parecen ser falsos y en realidad suministran menos de una décima parte de lo que anuncian.

¿Hay alguna forma confiable de generar un arco de súper alto voltaje (no continuo)?

¿Es realmente posible "aumentar" 6 V CC a más de 50 kV? ¿O incluso 400kV?

Por supuesto. Un ejemplo común de algo similar (aunque no tan extremo como sus especificaciones) es usar 12 V en un automóvil para producir varios 10s de kV para encender las bujías.

El mismo concepto se puede ampliar para obtener voltajes de salida más altos. No será fácil construir algo con esa relación de incremento y voltaje de salida, pero la física es ciertamente posible.

Una batería que alimenta un motor de CC en un generador Van der Graaff puede producir un millón de voltios con bastante facilidad:

1. Tome sus 6 voltios y ejecútelo a través del convertidor de refuerzo CC-CC y luego un inversor, ahora realmente tiene basura de CA a un voltaje un poco más respetable.
2. Alimente la basura AC en un circuito de refuerzo de estado sólido, digamos un multiplicador de voltaje Cockroft-Walton
3. Alimente el alto voltaje a través de una resistencia limitadora de corriente si desea algún tipo de consumo continuo. No te molestes si solo quieres una chispa.
4. No lamer los terminales operativos.

El truco radica en cómo logras empujar tantas etapas de un CW en un espacio razonablemente compacto. Está un poco ahorrado en el tema del aislamiento de voltaje ya que los terminales de salida están en lados opuestos de la escalera.

¿Puedes sacar 800kV de esto? Lo dudo mucho. Digamos que obtiene un convertidor de impulso para agregar un orden de magnitud a su voltaje de entrada y el CW obtiene 60V ... cada etapa de la escalera agrega el voltaje de entrada a la salida, por lo que 10 etapas todavía son solo 600V de salida. A medida que aumenta su voltaje de entrada, también aumenta el aumento por etapa a expensas de necesitar que todos sus componentes puedan manejar el aumento de voltaje.

Me imagino que con componentes con la clasificación adecuada (y muchos de ellos), podría pasar de 6V a 800kV con este tipo de enfoque, pero su ciclo de trabajo de salida sería ridículo y la cosa sería bastante grande. Mucho trabajo por una chispa. Probablemente también necesite un flyback para obtener la entrada a un nivel donde el CW sea práctico, y en ese punto es mejor que solo obtenga CA de pared y use un transformador para conducir un CW o Marx hasta ese voltaje.

En cuanto a esa cosa en la imagen ... ¿alguna pila de condensadores tal vez? ¿Extrañamente transformador enrollado? Leiden jar?

Sí, con bastante facilidad. La década de 1990 tenía televisores de mano que en realidad tenían tubos de rayos catódicos como televisores de sala "apropiados"; aquellos fueron alimentados con un par de baterías AA (es decir, 6V o similar).

Los CRT necesitan un par de kV para acelerar los electrones hacia la pantalla. Por lo tanto, construir un dispositivo que solo haga eso en realidad no es tan difícil: estos televisores se basaron (presumiblemente) simplemente en transformadores de retorno de productos básicos.

Aquí hay un video que muestra el uso de generadores de descarga electrostática de mano; Estos están disponibles en versiones con pilas.

Ahora, de 10–25 kV todavía es una forma bastante grande de 0.8 MV, pero el principio del transformador utilizado en tales dispositivos también permite voltajes más altos. Ver bobinas de Tesla para una forma clásica de construir generadores de alto voltaje.

EDITAR : si ya estoy promocionando a ese tipo de arriba, aquí hay un circuito de controlador de bobina de Tesla de su sitio web :

El circuito está omitiendo los diodos flyback integrados en los MOSFET.

Como puede ver, funciona a partir de 12 V, pero tampoco hay una razón particular por la que esto no funcione con 6 V de una batería (aunque es posible que necesite usar diferentes transistores); los 12 V también pueden ser generados por un convertidor elevador separado de cualquier fuente de voltaje más bajo. V_SUP es típicamente más alto: allí es donde usaría un convertidor elevador para convertir, por ejemplo, 6 V a 32 V primero, para poder conducir la bobina con alta potencia. Aproximadamente adivinando por la longitud de la chispa, esto es alrededor de 100 kV.

Recomiendo que compre el libro de Prutchis: " Explorando la física cuántica a través de proyectos prácticos " y luego vaya a sus enlaces web:

1. Fuente de alimentación de CC de alto voltaje diy de 250 kV con un buen truco para cambiar la polaridad
2. Fuente de alimentación de alto voltaje de salida flotante de CA o CC de 15 kV a 30 mA
3. Fuente original para Flyback Driver Hack?
4. Agregar su propio primario al transformador de retorno de alto voltaje para una conducción resonante
5. Fuente de alimentación de tubo fotomultiplicador de bajo voltaje, regulado, variable, de bajo voltaje y alto voltaje (2 kV)
6. Vista de ensamblaje de la fuente de alimentación de alto voltaje PMT de alto rendimiento y salida variable de bricolaje

El libro lo vale. Lo compré por menos de $ 59 nuevos, cuando no era tan conocido o el valor del dólar estadounidense era diferente. Amazon quiere más, ahora. Pero puede buscar y ver qué puede encontrar. Sin embargo, definitivamente vale la pena obtener el libro. Muy buenas cosas al leerlo.

Y luego podrás inventar algunas razones defendibles para querer algo como esto.

De mi clase de alto voltaje, recuerdo que la intensidad de campo máxima es de aproximadamente 30 kV por centímetro. Y esto es para un campo eléctrico homogéneo, por ejemplo, entre grandes conductores esféricos, donde el diámetro del conductor es grande en comparación con la distancia de separación.

Por lo tanto, para 800 kV necesita un espacio de aire de al menos 25 cm, entre conductores esféricos con un radio de, por ejemplo, más de 1 metro. Simplemente busque en Google en el "laboratorio de alto voltaje" y verá esas esferas. El generador de Vandergraaf, esbozado en otra respuesta, tiene una esfera así, y su diámetro y distancia a la Tierra limita su voltaje superior.

Al mirar su imagen con cables delgados que esperan transportar 800 kV, no veo un campo homogéneo, y la distancia entre los conductores está en el rango de milímetros. Si carga esos cables, recibirá chispas mucho antes de alcanzar los 30 kV. No solo se generan chispas al final de los conductores, a través del aire, sino también a través del aislamiento de plástico.

Para obtener ilustraciones sobre la diferencia entre las formas de los conductores, busque el perfil de Rogowski o el electrodo, por ejemplo, aquí

Entonces, la pregunta no es cómo transformar un bajo voltaje en un alto voltaje, sino cómo evitar las chispas.

El generador Van de Graaff de Andy definitivamente funciona. Las bobinas de Tesla también lo hacen. Búsqueda en Google casera / diseño de generadores Van de Graaff / bobinas Tesla. No estoy lo suficientemente familiarizado con Van de Graaffs para hablar sobre lo fácil o rentable que son hacer, pero las bobinas de Tesla definitivamente parecen factibles para alguien con el tiempo y el deseo de aprender.

La única parte que probablemente no quieras hacer es el transformador intensificador inicial. Eso es un montón de vueltas a mano. Las microondas usadas van por 10-20 USD en tiendas de segunda mano aquí. Por lo general, son alrededor de 1500W y 2kV.

Esta fue una de las primeras descripciones detalladas de la construcción de una grande que encontré: http://www.rmcybernetics.com/projects/DIY_Devices/tesla-coil-srsg.htm

Usó un transformador de neón. Es un transformador de corriente más bajo y de mayor voltaje. Probablemente sea posible compensar eso en el diseño del transformador resonante que alimenta. De lo contrario, podría obtener transformadores con clasificaciones de corriente cercanas y poner los secundarios en serie. No sé dónde encontrar de forma confiable transformadores de letreros de neón a bajo precio. Solo he encontrado uno y fue por suerte. Era 10kV como el suyo, pero clasificado para el 10% de la corriente.

¿Cómo todas las marcas de pistolas de aturdimiento anuncian voltajes extraños como 1MV?

Las pistolas de aturdimiento y las armas Taser que anuncian 1MV pueden llegar a 1MV. Creo que solo alcanzan el voltaje anunciado durante condiciones de circuito abierto. Una vez que descompone un aislante, es más fácil mantener la corriente que fluye de lo que era antes. Debido a la resistencia interna, el voltaje de salida de una fuente de voltaje disminuye bajo carga. Entonces, cuando los terminales de una pistola aturdidora o una pistola Taser atraviesan el aire o la carne, el voltaje cae debido al flujo de corriente. Mire hacia arriba la escalera de Jacob que recorre el arco para ver una demostración.

El principio sobre el cual funciona el dispositivo de tipo más común para hacer esto es idéntico a la forma en que un martillo puede clavar un clavo o romper un objeto duro: la fuerza es proporcional a la tasa de cambio de momento. El impulso del martillo se construye aplicando una fuerza moderada durante el segundo o más que el swing dura. Cuando el martillo golpea el clavo, su impulso se absorbe alrededor de un milisegundo, por lo que la fuerza aplicada al clavo es aproximadamente mil veces mayor que la fuerza utilizada para mover el martillo.

El análogo eléctrico de la fuerza es el voltaje, la velocidad, la corriente y la masa, una cantidad llamada inductancia, en la que la energía se almacena en el campo magnético generado por cualquier corriente eléctrica. Esta energía es análoga a la energía cinética del martillo.

Enrollar el cable en una bobina aumenta la inductancia y darle a la bobina un núcleo ferromagnético lo aumenta aún más. Cuando se aplica un voltaje bajo a través de la bobina, la corriente se acumulará gradualmente, generalmente durante decenas de milisegundos, hasta que esté limitada por la resistencia del cable. Si el circuito ahora está roto, la corriente cae a cero en muy poco tiempo, produciendo un voltaje proporcional a la corriente justo antes de la ruptura dividida por el tiempo que tarda en caer a cero. Si pudieras detener la corriente al instante, teóricamente, el voltaje producido sería infinito.

Esta es exactamente la forma en que funcionan los sistemas convencionales de encendido de la bobina y el interruptor de contacto, así como los dispositivos de demostración que solían ser comunes en los laboratorios de física de la escuela que podrían generar chispas de varios centímetros de largo.

El mismo principio se usa en los convertidores DC a DC "boost" que generan los 18V que necesitan las computadoras portátiles desde los 12V desde la batería de un automóvil.

Los circuitos Cockroft-Walton, también conocidos como circuitos multiplicadores de voltaje, se usan convencionalmente para aumentar la entrada de suministro de 100 V CA o 230 V CA a EHV / UHV DC, hasta 20 MV DC, salidas de suministro de CA CC para aceleradores de partículas en física de alta energía, también como entradas a los generadores de impulsos para probar aisladores HV / EHV utilizados en líneas de transmisión HV AC / DC.
La descripción de estos circuitos se puede encontrar en WIKIPEDIA o a través de GOOGLE SEARCH para circuitos Cockroft-Walton.
Si la entrada es de 6 V CC, esto debe convertirse a CA mediante un circuito inversor u oscilador y luego amplificarse a 110 V o 230 V mediante un transformador elevador. Usar una BOBINA TESLA para aumentar aún más este Voltaje a Voltajes más altos, para la entrada al Circuito multiplicador de voltaje, también es una alternativa posible.
Diseñar un HARDWARE para esto es un trabajo MUY RIESGOSO. Por lo tanto, debe contar con la ayuda de expertos en alto voltaje de una universidad técnica.