lunes, 15 de diciembre de 2008

Realizar Experimentos de Alta Tensión

Experimentos Seguros

Una forma de realizar experimentos seguros con alto voltaje consiste en el uso de bobinas de encendido o flybacks que permiten elevar la tensión a partir de una fuente alternada de bajo voltaje. De esta forma, la corriente disponible con voltajes de más de 10.000 Volts es pequeña y no causará mayores lesiones en caso de recibir una descarga accidental.

El flyback

El bobinado que permite elevar el voltaje hasta niveles interesantes para realizar experimentos, es un transformador especial de alta tensión denominado FLYBACK. En los televisores, el flyback es el encargado de entregar la corriente en forma de diente de sierra para excitar al yugo de deflexión horizontal además de generar varias tensiones para otros usos.


Fig. 1 El Circuito Provisorio

En la Fig. 1 observamos el circuito conectado en forma provisional, a mi me gusta utilizar los cables para conexiones rápidas en los breadbord, sin embargo, para este caso, recomiendo que en las salidas de alta tensión utilicen cables con un mejor aislante. Mientras probaba la distancia del arco, recibí unas cuantas descargas que perforaron la aislación de este cable y "picaron". A la derecha, de color negro, se distingue el flyback, a su lado, la parte inferior del transistor de potencia en su disipador; a la izquierda, en el breadboard, el 555 y los demás componentes. Para alimentar el circuito, utilicá una fuente de alimentación de PC.

Existen muchos tipos de flyback, y todo dispositivo que utilice un TRC (tubo de rayos catódicos) tendrá uno, esto incluye osciloscopios, televisores y monitores entre otros. La mayoría de los monitores de computadora y de televisores actuales tienen un rectificador incorporado. En el experimento que presento en este artículo utilicé un flyback que compré por 3 dólares.

Típicamente se pueden obtener 20 o 30 KV (20.000 o 30.000 Volts) de un flyback comercial. Estas tensiones son suficientes para comenzar a experimentar. En el caso de la mayoría de los flyback que se consiguen en el mercado, tienen incorporado un diodo rectificador en la salida que reduce notablemente el desempeño al contar con la mitad del ciclo. El flyback que uso en este experimento precisamente tiene un diodo y esto impide realizar algunos experimentos interesantes, por ejemplo, globos de plasma.

Los transformadores permiten elevar tensiones pero requieren de una fuente alternada. A diferencia de los transformadores convencionales que se usan, por ejemplo, en las fuentes de alimentación, los que tienen núcleos de hierro, los flybacks tienen núcleos de ferrite. La razón de esto es que mientras que los transformadores comunes trabajan con corriente alterna de línea con una frecuencia de 50 Hz. en Argentina (60 Hz. en EE.UU.), los flybacks trabajan con frecuencias en el orden de los kilohertz. Idealmente, la fuente debería variar entre un valor máximo positivo y un valor mínimo negativo, por ejemplo +5 y -5 y presentar una forma sinusoidal. En nuestro caso, emplearemos un multivibrador que nos permitirá variar la tensión entre +12 V y 0 V con una señal cuadrada. Para esto utilizaremos el clásico 555.

El Circuito Integrado 555

El multivibrador 555 es uno de los circuitos integrados más populares y versátiles que se conocen. En la entrada Temporizador Deportivo, muestro una aplicación de temporizador que utiliza precisamente este circuito integrado. Este componente fue introducido en el mercado en 1971 con el nombre SE555 y NE555 y se lo conocía como “La Máquina del Tiempo en un Circuito Integrado”. A pesar de los avances de la electrónica y especialmente de los microcontroladores, el 555 sigue vigente después de muchos años, gracias a su bajo precio (lo conseguimos en el centro porteño por 22 centavos de dólar) y gran estabilidad. ¡Se producen mil millones de unidades por año!

El Transistor de Potencia

El transistor NPN 2N3055 es capaz de manejar corrientes de hasta 15A y 60V con un límite de potencia de 115W. Como va a entregar bastante corriente, se lo debe montar con un disipador térmico.

Fig. 2 Transistor montado en su disipador

El circuito

En la Fig. 3 podemos observar el circuito básico que utilicé para este experimento, es bastante simple y consta de un CI 555, un transistor 2N3055, el flyback y unos pocos componentes más. Un lector me hizo notar que falta indicar el valor de uno de los capacitores, ambos son de 10.000 pF o 103.

Fig. 3 El circuito


Con esta configuración, la señal variará entre 0 y +12V con una frecuencia de 26.7 kHz.

Primer Experimento

El experimento básico que se puede realizar con alta tensión consiste en determinar la distancia del arco voltaico, es decir, la distancia que recorre la chispa.



Fig. 4 Experimento Básico

Técnicamente el arco voltaico está determinado por cuatro factores:

- La distancia entre los electrodos.
- El formato de los electrodos
- Si el voltaje es CC (corriente continua), CA (corriente alternada) o Pulsada (nuestro caso).
- El gas (y la presión del mismo) presente entre los electrodos.

Para fines prácticos, podemos señalar que en el aire, a presión normal, la distancia que recorrerá la chispa es de 1 mm. cada 1000 Volts.


Fig. 5 Detalle del Arco Voltaico

En nuestro primer experimento podemos observar una chispa de más de un centímetro y podemos decir informalmente que tenemos más de 10.000 Volts.

En próximas entregas presentaré interesantes Experimentos de Alto Voltaje que se pueden realizar con componentes simples y económocos.

Hasta la próxima,

Sergio Otaño

31 comentarios:

Anónimo dijo...

Amigo, te felicito por ser un buen experimentador y apacionado de la electronica.
Personas tan sencillas como tu requieren los diferentes centros de servicio de toda América.
Qiciera que me explicaras el ultimo paso de la conecion del fly-back, nose si la bobina elevadora de este queda así como muestras en el diagrama o tiene una conexion extra. Quiero que me rectifiques la conexión de la bobina primaria y la de alta, ya que en tu dibujo muestras cuatro conexiones por debajo de el fly; y en el plano sólo hay dos......Gracias
Att: Neljago5@yahoo.es

Sergio Otaño dijo...

En el esquema del circuito hay 2 entradas en el bobinado pequeño del flyback y 2 salidas en el bobinado de alta tensión. Estos ultimos corresponden al cable rojo que sale de la parte superior y al verde que sale de la parte inferior del flyback. Saludos!

Anónimo dijo...

Hola Sergio , felicidades por tus experimentos.
Un pregunta , a entrada del transformador ,¿ sería prudente conectar un diodo en paralelo con el cátodo en +12 para proteger de posibles picos de tensión al transistor 2N3055 ?

Gracias.

Sergio Otaño dijo...

Eso es correcto. En esta versión cruda no se incorporó el diodo, pero es conveniente usar un diodo de alta tensión en paralelo con la entrada del flyback que evite el retorno (kickback) al transistor.

Ernesto dijo...

Sergio, he visto que la alimentacion del 555 suele digurar 18V. Por que alimentas a 12? Como controlas la frecuencia de oscilacion?

Sergio Otaño dijo...

Hola Ernesto, el voltaje de 18V es el límite máximo que admite el 555. Por lo general, en aplicaciones industriales se utilizó con voltajes de 12V o aún más. Sin embargo, se utilizó mucho en circuitos TTL, y por eso, es muy común alimentarlo con 5V. Con respecto al la frecuencia, hay una explicación en el artículo “Temporizador Deportivo” de este mismo blog. En futuros artículos voy a publicar varios circuitos y opciones de este componente que es “un clásico”.

Saludos!

Anónimo dijo...

Hola.
Me interesa desarrollar este circuito de alta.
Favor detallame como conectar el Fly vack.
Veo salir de la base 4 contactos y dbieran ser solo dos del primario.
Orientame amigo.
Gracias

Sergio Otaño dijo...
Este comentario ha sido eliminado por el autor.
Sergio Otaño dijo...

Hay 2 conexiones al primario, una va a +12V y la otra al colector del 2N3055.

Anónimo dijo...

Hola
Muy bueno. Dime si este mismo circuito puede funcionar con una bobina de carro.
Y perdona si pregunto algo más: Como evitar el recalentamiento, se me dañó el primer circuito.
Gracias.
Fredy.

Sergio Otaño dijo...

Se puede utilizar una bobina de encendido sin problemas. La diferencia es que la bobina tiene masa común entre primario y secundario. El transistor se calienta bastante x lo que no hay que usarlo para generar chispas en forma contínua. Para mejorar esto, se puede usar un disipador mas grande, y aún, usar un ventilador de PC sobre el transistor.

Anónimo dijo...

Sergio, es normal que el 555 caliente?
La resistencia de 180 pude ser usada en un vatiaje más elevado?
Una saludo desde acá.

Sergio Otaño dijo...

El 555 no debería calentarse con 12V de alimentación. Una opción es agregarle un transistor BC549 (PNP)entre la resistencia y el 2N3055.

Anónimo dijo...

Sergio como conecto el BC549.
Me dices entre la resistencia y el transistor de alta; pero, ¿como haría la conección?
Gracias.

Sergio Otaño dijo...

Hay 2 opciones, 1)BC549 PNP, la resistencia la reemplazas por una de 480 ohms va a la base del BC, el colector del BC va a la base del 2N y el emisor del BC va a positivo. 2)BC548 NPN, resistencia 480 ohms en la base del BC, el emisor del BC a la base del 2N y el colector del BC al colector del 2N. Esta última configuración se denomina Darlingtong.

Marduk dijo...

hola que tal exelente la informacion, sabes estoy intentando hacer lo mismo pero con 2n3055 y dos resistencias de 22 y 220 ohms a 10w pero tengo dudas en como conectarlo al flyback
este es el diagrama
http://i182.photobucket.com/albums/x195/marduking/mje13009.png
la imagen fisica
http://i182.photobucket.com/albums/x195/marduking/homemadeflybackdriver.png
y veo que esta conectado la parte del flyback en varios patas cuales debo tomar y la salida uso el cable del chupon y cual es el otro jaja si me puedes ayudar te lo agradeseria musho

Marduk dijo...

hola que tal exelente la informacion, sabes estoy intentando hacer lo mismo pero con 2n3055 y dos resistencias de 22 y 220 ohms a 10w pero tengo dudas en como conectarlo al flyback
este es el diagrama
http://i182.photobucket.com/albums/x195/marduking/mje13009.png
la imagen fisica
http://i182.photobucket.com/albums/x195/marduking/homemadeflybackdriver.png
y veo que esta conectado la parte del flyback en varios patas cuales debo tomar y la salida uso el cable del chupon y cual es el otro jaja si me puedes ayudar te lo agradeseria musho

Sergio Otaño dijo...

Podes probar con 10 espiras para el primario y 5 para realimentación. Ojo que el alambre debe ser de buen diámetro, probá y fijate si se calienta mucho.

buzka.com.ar dijo...

q onda sergio el playback tiene 10 puntas todas van conecadas con el alambre y a donde van conectadas¿?

Anónimo dijo...

Sergio necesito un poco mas de informacion para la conexion del flyback al protoboard y del flyback para la alta tension, gracias

Sergio Otaño dijo...

Para los novatos, recomiendo que adquieran el flyback en una casa donde les expliquen cuáles son los pines. Pero, los que quieran determinar los pines del flyback experimentalmente, realicen los siguientes pasos:
1) La salida + de alto voltage es la que tiene el cable rojo con el chupete.
2) Para encontrar el 0v del secundario, necesitas una fuente de 24v y un voltímetro digital; conectas el + del voltímetro en el chupete y el - en el negativo de la fuente, con el + de la fuente vas tocando los pines hasta obtener una lectura de 30v. Ese es el 0v.
3) Para encontrar el primario, con el ohmetro digital vas tocando los pines (excepto los secundarios) hasta encontrar una resistencia de aproximadamente 1 ohm. Esos son el primario.
4) Para saber la polaridad del primario, conectas el + del voltímetro digital en el chupete, el - en el 0v del secundario; luego conectas una batería de 9v en el primário y donde veas que salta a 30v es porque la polaridad es correcta.

Rolando Mendoza Z. dijo...

Bastante interesante, gracias por el circuito y felicidades por el blog.

Anónimo dijo...

Hola, querría saber cual es el consumo a 12V, para hacerme una idea de la eficiencia del circuito.
Un saludo

Sergio Otaño dijo...

El circuito NO es eficiente, es experimental. El consumo dependerá fundamentalmente del flyback que se utilice, pero la fuente deberá ser capaz de proveer unos 3A. Se pueden emplear fuentes de PC o transformadores para luces dicroicas de 40W.
Exitos!

Anónimo dijo...

hola men me intereso bastante tu esxperimento y me enseño bastante de forma cencilla de entender puesto que buscando en internet y me han salido un monton de paginas que son muy complejas de entender y nesesito hacer el esxperimento para una presentacion del colegio consegui todos los m,ateriales entre ellos el mas importante un flyback de 12kv al parecer de mi curso soy el uncico en hacer este esxperimento tan complejo . y pregunto si es peligroso o corro mayor peligro haciendo esto. Ha i dime o muestra en un grafico como conectar los 12v en que pines se conectan ?

Anónimo dijo...

hola sergio ya termine el experimento lo expongo mañana y gracias a tu pagina me pude guiar mas o menos en la construccion del sircuito ademas me ayudo mi hermano que savia algo de esto pues es ing de sistemas y esto le enseñaron, tambien my cuñado que es ing electrico facilitandome un televisor viejo de blanco y negro pues use una tension mas baja cerca de 8kv.
att jose cevallos -josekitcg_@hotmail.com
grax:)

Sergio Otaño dijo...

Te felicito Jose, por atreverte a realizar el circuito para presentarlo en el colegio. No es peligroso porque trabaja con baja corriente (la intensidad y no el voltaje es el factor de riesgo), igualmente, las personas con marcapasos deben tener precaución.

Si deseas compartir tu experiencia y tienes algunas fotos, las podemos agregar al blog para dar ánimo a otros letctores.
Exitos!

arturo heymans dijo...
Este comentario ha sido eliminado por un administrador del blog.
Sergio Otaño dijo...

Por error borré el comentario de arturo heymans que consultaba sobre el proyecto de HT. Para determinar el primario o secundario, primero hay que encontrar los bobinados con un ohmetro, darán muy baja resistencia, el de > resist es el secundario. Se puede probar poniendo un voltímetro en AC y medir el cable rojo de salida, hacer 1 toque con una bat de 9V en el primario y debería dar unos 60V.

Sergio Otaño dijo...

El circuito debería aportar unos 10000V, si da mucho menos, puede estar dañado el flyback. Ojo, los transistores se calientan, no debe usarse en forma continua. Si uno desea una fuente de uso continuo, hay que poner varios 3055 en paralelo.

Sergio Otaño dijo...

El circuito debería aportar unos 10000V, si da mucho menos, puede estar dañado el flyback. Ojo, los transistores se calientan, no debe usarse en forma continua. Si uno desea una fuente de uso continuo, hay que poner varios 3055 en paralelo.