Безопасность каскада Виллара

Мой сын-подросток в последнее время строит множители Кокрофта-Уолтона в свое свободное время, и я, возможно, немного обеспокоен, если он сам себя зарежет электрическим током. Его схема питается от 4 последовательных ячеек АА (6 В), и, судя по искровому промежутку, ему удалось достичь примерно 6 кВ с помощью генератора и трансформатора, а затем каскада Кокрофта-Уолтона. Поскольку он строит это на простом макете, между ним и частями цепи нет изоляции, и он уже сказал мне, что у него было несколько ударов.

Я физик, работаю в университете, поэтому я просмотрел правила, касающиеся бытовой техники в Европе, и думаю, что все должно быть в порядке (мы используем те же правила для оценки демонстраций генератора Van der Graaf). Общая емкость каскадной схемы составляет около 1 нФ, поэтому при 6000 В общий заряд должен составлять 6 ° C, что, я считаю, должно быть безопасным (EN-60335-1), но, поскольку я не инженер, я не могу сказать наверняка ,

Мой вопрос: должен ли я помешать моему сыну построить это? Я всегда поощрял творчество и его любовь к электронике, но я не хочу, чтобы он получил травму или еще хуже.

Шокироваться - это хорошо. Капать припой на одежду и кожу хорошо. Носить пальцами по острым металлическим краям это хорошо. Люди выживают, исследуя. Люди учатся на боли. Иначе мы будем сжиматься в болотах.

Когда я был ребенком, я чувствовал 117 VAC покалывания в пальцах от старых силовых трансформаторов. Я научился сидеть на деревянных стульях и не касаться пальцев ног бетонным полом.

Позже, во время «калибровки» осциллографа, я толкнул оголенную спину прицела к металлической лабораторной скамье, коснувшись патрубка трубки прицела EICO к скамье, а затем наклонился вперед с животиком к передней части скамьи через мою рубашку, и снова коснулся моей груди через рубашку к корпусу прицела, когда я протянул руку, чтобы настроить потенциометр «фокусировки». 3000 вольт через грудь. Я сидел ошеломленный пару минут.

Но у меня было еще несколько уроков о высоком напряжении, которые еще предстоит выучить.

Пусть ваш сын увидит несколько видео о смерти под высоким напряжением.

Научите его фокусу «держать одну руку в кармане» вокруг высокого напряжения.

РЕДАКТИРОВАТЬ: тогда есть высокий ток; Профессор колледжа рассказал о приятеле, который потерял левый безымянный палец, потому что обручальное кольцо попало под сильный ток , заставляя кольцо светиться красным, убивая кожу, мышцы, сухожилия и кости.

У меня также были микросхемы драйвера затвора MOSFET, сдуваемые с верхней части корпуса, во время «биполярной обратной связи», когда накопительные конденсаторы емкостью 1000 мкФ в огромном лабораторном источнике HP нуждались в разгрузке своей энергии на 2 мм × 4 мм. кремний водителя ворот. Никто из нас троих, зависших совсем близко, не пострадал. Но после этого я всегда помещал лист бумаги над схемой, чтобы перехватить больше энергии IC. Энергия? 1/2 * C * V ^ 2 = 0,5 * 1 000 мкФ (не открывало подачу высокого давления) * 20 В * 20 В = 200 мДж, что объясняет, почему пластиковая крышка DIP сдулась. И пропустил наши 6 глаз (хотя я носил очки).

РЕДАКТИРОВАТЬ: увольнение драйвера затвора было случайностью, потому что я принял урок близко к сердцу и осознал опасность накопленной энергии в 1000 мкФ крышек. Я узнал, как дразнить дракона при оценке биполярной мгновенной отдачи, позволяя только 1000 пФ прямо через драйвер затвора, с резистором 220 Ом к (экспериментально переменной) Vdd. При использовании длинных свинцовых 1000 пФ (3-дюймовых отведений, 6 ″ в целом или 100 наногенри) вместе с внешними 1000 пФ и встроенной подложкой скважины ~ 1000 пФ, во время событий переключения кремниевый VDD_GND разрушится и затем отскочит 5 или 10 или 15 вольт выше номинального 18 вольт. На некотором уровне скорость вращения кольца (кольца 100 нГ и 500 пФ на частоте 22 МГц) индуцировала достаточный переходный заряд в кремнии, чтобы произошла биполярная обратная связь, и VDD (поставляется с 1, 000 пФ) будет понижен до 16 или 17 вольт, после чего мгновенный возврат автоматически погаснет. Я запустил эти устройства с моментальной обратной связью на частоте 100 кГц, без повреждений, так как я диагностировал путь переходного заряда и понял, что правила компоновки нуждаются в изменении. Serendipity. Энергия? 0,5 * C * V ^ 2 = 0,5 * {общая плата прототипа + силиконовый колпачок = 2000 пФ} * 31,6 вольт ^ 2 = 1 000 пФ * 1000 (вольт ^ 2) = 1 микроджоул.

Десятилетия назад, возвращаясь с обеда, велели пойти в лабораторию и осмотреть «обломки» на скамье ХХХХ. Была 6-панельная проволочная плата (30 * 6 = 180 микросхем), много микросхем с оторванными верхами. Оказывается, висящий один конец незакрепленного провода скручивался вокруг и вокруг и под передней кромкой скамьи и ** INTO * горячий контакт 117 В переменного тока. Таким образом, руководство хотело, чтобы все инженеры, технические специалисты и специалисты по переделке поняли опасность оставленных висячими пружинящих проволочных проводов.

По какой-то причине Ahhhh назначен 400-ваттному источнику питания Tritek на пару недель. Просто, чтобы дать мне опыт в переключателях; Я не был дизайнером. Неоднократно жертвенные 5-ваттные 5-омные защитные резисторы с проволочной обмоткой взрывались, их керамические сердечники выбрасывались из теплоотводящего корпуса и поперек прохода между скамьями, а резистивный провод тянулся позади, как провод для ракеты TOW. Мы научились не стоять на пути.

В целях безопасности и отсутствия гудения в усилителях с высоким коэффициентом усиления (100 дБ и 120 дБ) я научился использовать 9-вольтовые "B" 3 "на 3" на 4 "батареи. Высокая Rout вызывала колебания почти все время, пока я не научился реализовывать «Местные батареи» с RC LPF на этапах VDD-LNA. У меня была целая коллекция крышек емкостью 5000 мкФ.

Выглядит безопасно от того, что вы описываете, если он использует только батареи и держит конденсаторы маленькими. Умножители непрерывного действия увеличивают напряжение, но уменьшают ток, поэтому на выходе будет только несколько сотен микроампер.

EN60335-1 предполагает, что при напряжении 15 кВ, если суммарный заряд шока составляет менее 45 микрозолосков, опасности быть не должно. Схема вашего сына выглядит так, как будто она намного ниже, чем Q = CV. Очевидно, что если он начнет повышать и повышать напряжение, ему нужно будет уменьшить размер колпачков, чтобы оставаться в безопасности. С 6000 В и 1 нФ любой «удар» будет ощущаться как статический удар от дверной ручки. Это также аналогичный вид продукции, который есть у коммерческих скотоводов.

Другое свойство CW-каскадов заключается в том, что выходное напряжение и ток зависят от нагрузки: чем ниже сопротивление нагрузки, тем ниже ток, что делает их действительно неэффективными, но может также спасти ваш бекон, если вы к нему присоединитесь.

Я также согласен, что он должен быть под надзором, я думаю, что почти само собой разумеется.

Я думаю, что единственный способ для 4 батарей типа АА (или D и т. Д.) Быть опасными в цепи - это использовать схему, подобную приведенной выше, для зарядки огромного конденсатора. Хотя я могу ошибаться в этом.

Безопасный - это относительный термин, то, что безопасно для одного человека, может не быть безопасным для другого, и как профессионал, я не могу вам сказать, что он на 100% безопасен. Звучит так, будто задействованные энергии довольно тривиальны, но это не значит, что он не подключит это к силовому трансформатору через час, чтобы получить большую искру. Кроме того, даже при этих значениях он может перенапрячь конденсатор и вызвать его довольно сильный выход из строя. Защитные очки были бы хорошей идеей для этого и других проектов.

Работа с электричеством всегда связана с рисками. Они могут быть от поражения электрическим током, взрыва, ожогов, возгорания, химического воздействия и некоторых других. Это просто связано с характером работы.

Должны ли вы остановить его? Что ж, вы могли бы попробовать, но, возможно, лучше, чтобы он был должным образом осведомлен о рисках и мерах безопасности, которые он должен принимать, чтобы ограничить свою уязвимость тем, что что-то идет не так. Эти меры должны включать строгое ограничение: «Мы не играем с электричеством, когда вокруг никого нет!» ,

Существует ряд простых и сложных руководств в режиме онлайн.

Возможно, проведите некоторое время с ним, пока он экспериментирует. Тебе это может понравиться, и я уверен, что твой сын это оценит.

ДОПОЛНЕНИЕ: Как родитель, я бы принял меры, чтобы убедиться, что там, где работает парень, есть все необходимое. Нужные инструменты, оборудование, заземление, прерванные розетки, освещение, вентиляция - все это важно.

ОПАСНОСТЬ! Пронизывающая сердцевина разрядки определяется энергией, а не кулоном.

Смотрите pdf: IEEE 2009: система классификации электрических опасностей.

В общем, плохо, если ваши конденсаторы попадают в диапазон 10 Дж и выше. Конечно, для разрядов через грудь. Значительная сердечная опасность начинается с разряда в 20 джоулей. Ниже 10 джоулей основная проблема заключается в сокращении мышц, прорезании резкими предметами и т. Д.

0,001 мкФ и 6 кВ дает 36 миллиджоулей. Довольно безопасно, если немного больно.

Тем не менее, сердечные эффекты зависят от плотности энергии, а не только в джоулях. Если вы вонзите конденсатор с острыми выводами в грудную клетку, энергия, поступающая в кардиостимулятор, будет на несколько порядков выше, чем если бы касаться клемм одного и того же конденсатора двумя руками.

При работе с колпачковыми системами используйте только одну руку. Таким образом, случайные выделения не будут проходить через вашу грудь. Или, что еще лучше, всегда оставайтесь очень боязливым и параноидальным, что вы совершите ошибку и получите плохой удар. Некоторое серьезное уважение (если не явный ужас) идет далеко вперед в поощрении надлежащего исследования заранее, и во избежание развития любых невежественных рискованных действий, имея дело с конденсаторами киловольта.

Было несколько подсказок о «питании от батареи, точка». Есть веская причина не делать этого в экспериментах, в которых генерируется несколько киловольт, даже если используется нормально безопасный источник питания, подключенный к сети, и это на самом деле здесь не упоминалось.

Высокое напряжение в таком количестве (максимальный постоянный ток, накопленная энергия), которое обычно не может нанести вам много урона, все еще несет в себе по крайней мере следующие опасности:

• он может сломать первичную и вторичную изоляцию даже в надежном источнике питания - в худшем случае навсегда, так что вещи, которые не должны быть напрямую подключены к сети, теперь . Даже источник питания, полностью соответствующий стандартам безопасности, может быть поврежден из-за повреждения изоляции, если вам удастся по ошибке приложить более 3-4 кВ к земле на любой из его клемм.

• Высокое напряжение поражает дуги очень легко. Если вам удастся навести дугу на что-либо, на котором есть сеть под напряжением (это может быть плохо изолированный разъем рядом с вашей установкой, например, крышка шнура не вставлена ​​в розетку полностью или что-то открытое через вентиляционное отверстие в источнике питания блок снабжения ...), эта дуга теперь является проводником, прекрасно способным проводить все, что с ней связано (если вам повезет, дуга длится только до пересечения нуля сетевым переменным током).