VTTC    

con valvola GU81-M

 

Prima di dedicare queste poche pagine internet alla spiegazione di questo progetto, voglio precisare che lo spunto per la costruzione del VTTC e lo schema elettrico base che ho seguito è stato preso dal mio carissimo amico Fabio, sul suo sito internet www.Teslacoil.it alla sezione VTTCBIG2.

 

----------------------------Note di Sicurezza ----------------------------

Per motivi di sicurezza devo obbligatoriamente dire che questi apparecchi sono ESTREMAMENTE PERICOLOSI E devono essere  utilizzati da gente esperta in materia, 
In virtù di questi avvertimenti NON mi ritengo in alcun modo responsabile per danni causati dalla VOSTRA noncuranza!

Sebbene le scariche in uscita, in determinate condizioni e solo con alcune configurazioni circuitali NON sono pericolose bisogna comunque CONSIDERARE TALI, per potere "giocare" in sicurezza occorre innanzitutto accertarsi che, in qualunque posizione possibile IL CORPO SI TROVI A DEBITA DISTANZA DALLA PERICOLOSISSIMA TENSIONE ANODICA presente sulla placca della valvola su ogni spira intermedia dell’avvolgimento primario ed in gran parte dei punti del circuito. By Fabio

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 UN  PO' DI  STORIA

 

Dopo aver costruito un Tesla Coil Spinterometrico che mi garantiva delle bellissime scariche attorno agli 80 Cm, per una questione di ingombro,  ho deciso di costruirne uno un po più piccolo, e quindi mi sono buttato sulla costruzione di un SSTC ovvero Solid State Tesla Coil.

Le dimensioni dell’apparecchio si sono notevolmente ridotte!!!!

La bobina secondaria era avvolta su un tubo di PVC da 10 Cm  di diametro ed era alta 50 Cm contro i 150 mm x 80 Cm dello spinterometrico. La circuiteria era piccolissima!!!

Il grosso trasformatore per insegne luminose, il grosso Tank, lo spinterometro ed il grosso primario sono stati sostituiti da ponte composto di 4 mosfet IRFP260 che venivano gestiti da un piccolo driver per la gestione dell’oscillazione.

Le scariche elettriche erano bellissime, oscillavano attorno ai 20-22 Cm di lunghezza, piene di corrente e ben ramificate!!

Voi penserete ….. “la bajour ideale da tenere sopra il comodino”…….infatti un Tesla simile serve solo ed esclusivamente come oggetto di decoro della casa e come lampada da comodino da accendere quando la notte scappa la piscia !! :-)

INVECE NO! ! ! ! ! !

L’unico problema, ma alla fine il più grosso era il fatto che dovevo portarmi dietro sempre il mio bellissimo variak da 5Kg, perché gli IRFP260 benché siano estremamente robusti in corrente (50 A) reggono a mala pena 200V e quindi l’intero sistema non poteva essere alimentato oltre i 140 Vac poiché il picco sarebbe stato 140 Vrms * 1,41 = 198 Vp.

Ho provato allora sostituire gli  IRFP260 con gli IRFP460 che sopportano 500V ma al contrario reggono 18 A invece che i 50 A dei precedenti e presentano una resistenza interna di 0.27 Ohm contro gli appena  0,04 degli irfp260.

Morale della favola, i 460 oltre a scaldare quasi 7 volte di più reggono la metà della corrente, quindi per alimentare tutto alla tensione di rete (la cui corrente aumenterebbe ulteriormente) avrei avito bisogno di un ponte di almeno 8 Irfp460.

Avrebbe voluto dire non solo ridisegnare il PCB per il ponte, ma ricomprare un nuovo dissipatore,  riprogettare l’intero driver per la gestione dei gate, comprare un nuovo contenitore . Insomma un grande disastro !!!! Questo perché quasi tutti gli schemi presenti in rete sono made in USA e la loro tensione di rete è 110 Vac.

Preso dallo sconforto, dopo oltre un anno ho deciso di costruire il mio primo  VTTC  (Vacum Tube Tesla Coil) ovvero una bobina di Tesla la cui oscillazione al primario viene gestita da una valvola.

Le valvole di potenza al contrario dei discendenti semiconduttori, non si bruciano al minimo picco di sovratensione o al disturbo RF generato dal Tesla………

I Mosfet o gli IGBT  hanno un impedenza altissima al gate e sono talmente sensibilissimi che quando si saldano, andrebbero teoricamente usati saldatori a bassa tensione o isolati dalla rete, pena la rottura o il difetto della giunzione…….

Se un Mosfet che regge 200V lo faccio lavorare a 220V ovviamente si brucia, stesso discorso per vale per la corrente, se regge 10 A , già a 5 si brucia se non è opportunamente dissipato il calore, mentre la valvola è più elastica…

ANCHE SE NON ANDREBBE FATTO !!!!! solo ed esclusivamente  facendo riferimento alla valvola che sto usando io ed altri che si imbattono nella costruzione di un VTTC ovvero la (GU81M), la sto facendo lavorare a quasi il doppio della tensione e gli sto facendo dissipare circa 1 KW contro i 450 W dichiarati dal datasheet, senza che questa ceda.

RIPETO …E CONTINUO A RIPETERE CHE ANCHE SE NON ANDREBBE FATTO !! C’è chi ha ripetutamente  tirato il collo ad una  GU81M già difettosa portandola al color giallo, sovra alimentando il filamento e portandola a tensioni limite senza che questa ceda o mostri minimi segni di esaurimento.

Questo è dovuto al fatto che la placca è in graffite (quindi con temperatura di fusione più alta del tungsteno) che è fatta per lavorare intorno ai 500C° quindi un al color rosso scuro.

Tutte le altre valvole di potenza con placca in metallo, sono si sempre elastiche ai valori di datasheet, ma non sopportano simili stress termici, che a differenza di quelle in placca in graffite, sarebbero distruttivi.

Posso affermare con certezza che questo Tesla a differenza di quello spinterometrico che oscurava i televisori del vicinato nell’arco di 200 mt, rimane acceso a 2 mt dal computer facendo apparire sullo schermo LCD soltanto delle leggerissime righine, non genera rumore nella radio accesa, ed inoltre telefono davanti senza che esso rechi la minima interferenza.

 

COSTRUZIONE !!!!!

SI INCOMINCIA !!!

 

Clicca l'immagine per aprire il Pdf.

 

Lo schema dice tutto..

Il tesla è in una classica configurazione ad autotrasformatore per adattamento di impedenza.

Un inverter alimenta il filamento, della valvola essendo che ciuccia più di 11A.

Il filamento stesso corrisponde al catodo (Tungsteno ricoperto da ossidi di torio) quindi ad esso va collegata la massa del trasformatore MOT.

La valvola anche se pentodo andrebbe è usata come Triodo, infatti la G1 e la G2 sono collegate insieme. La G3 teoricamente per il funzionamento a triodo andrebbe collegata alle altre 2, ma è posta a massa per rallentare gli elettroni e di conseguenza per diminuire la corrente fra le  griglie che sarebbe veramente troppa, quindi di fatto è un Tetrodo.

Sotto l’avvolgimento primario vi è un altro avvolgimento, di identico diametro ma composto da 25 spire di filo da 1,5 mmq, che ha il compito di raccogliere il segnale generato dal primario quindi l’oscillazione fra il Tank e il primario e mandarlo alle griglie G1 e G2.

All’uscita del MOT sono stati posti 4 condensatori da 1uF ed un diodo con l’anodo verso massa. Così facendo si ha un duplicatore di tensione ad una semionda e si alzerebbe la tensione (a vuoto ovviamente)  da 2.1 KV a 4.2 KV.

Ovviamente la tensione a pieno carico penso sia intorno ai 3 KV anche se non l’ho misurata. Per avere più tensione e picchi di corrente più consistenti si dovrebbero aumentare il numero di condensatori da forno.

Tutti gli altri condensatori presenti ad eccezione di quelli presenti sul  Grid Leak servono per ridurre i disturbi RF generati dal Tesla stesso.

Per la costruzione dell’avvolgimento primario ho usato del classico filo da impianti elettrici da 2,5 mmq di sezione avvolto su un tubo in PVC da 150mm di diametro per un totale di 55 spire.

Ad ogni spira ho creato una presa intermedia, eliminando con l’ausilio di un taglierino l’isolante e saldando a stagno  un’asola metallica (un contatto di un 1N4007 a U ).

 

 

In questa foto si può vedere in dettaglio l’avvolgimento primario e tutte le prese intermedie per l’accordo della Frequenza di lavoro ….

Come valvola ho ….vista la potenza assorbita da un Tesla…..ho deciso di usare una ГУ-81М ovvero (GU-81M tradotta dal cirillico)

Questa valvola è un  ottimo pentodo di potenza in quanto trattasi di fattura militare.

 

 

In questa foto vedete il magnifico pentodo già  montato sul Tesla.

Cosa posso dire di questa valvola……..Bhè possiede solo pregi. Il costo ridotto la rende accessibile a tutti gli hobbisti 25-30 euro il pezzo, possiede una placca in graffite che, e ribadisco CHE, solo per i nostri scopi la rende estremamente ignorante dura e difficile da rompere.

Io personalmente, durante il funzionamento del Tesla, come già detto, faccio arrivare la placca al color rosso/arancio. Diciamo che la faccio lavorare come un mulo !!!!

A…..forse un difetto lo ha ….se tale si può definire.

Il filamento della valvola lavora ad una tensione di 12,6 V ed assorbe oltre 11 A. Il problema è stato risolto comprando al Brico o un qualsiasi Hobbyland un trasformatore elettronico per lampade Alogene, che non è altro che una specie di inverter che genera una tensione di 11.6-11.8Vrms per un carico compreso fra i 50 ed i 210 VA.

Con questo tipo di inverter ho riscontrato un serio problema in quanto il catodo della valvola corrisponde al filamento stesso e se questo non lavora alla tensione ottimale 12,6-13,4 V, diminuisce drasticamente l’emissione elettronica con una conseguente forte diminuzione della corrente anodica.

Non disperate perché basta comprare un Trasformatore elettronico per lampade alogene  che presenta la possibilità di  regolare il carico mediante un trimmer oppure smontare quello che avete (tensione fissa) ed aggiungere una spira al trasformatorino toroidale presente all’interno.

Io aggiungendo una spira ottengo una tensione di 13,8Vrms, un po’ troppi ma accettabile.

Ricordo che bisogna parlare di Vrms in quanto l’ inverter genera una tensione a frequenza di qualche KHz modulata a 100Hz in quanto il 230Vac in ingresso è solo raddrizzato da un ponte di diodi ma non filtrato da grossi condensatori elettrolitici. Sarebbe una via di mezzo fra un dimmer (variatore di luce a SCR) ed un normale inverter poiché funziona a taglio delle semionde.

 

 

Concludo il discorso con questa immagine dove di vede in particolare il filamento che funge da catodo funzionando a 13.8V circa. Vedete che bello ? ? ? Quanto è caldo !!!!! e sopratutto guardate dove vanno a finire i soli 140 W che il tesa assorbe senza funzionare !!!!

Queste sono le valvole !!! :-)

 

 

Ecco come appare la circuiteria all’interno del Tesla appena si estrae il coperchio superiore. Notate quanto ho voluto spostare ed ammassare il MOT ed i componenti il più ,lontano possibile dalla bobine di reazione e di conseguenza lontano dalle interferenze del primario.

 

 

In questa foto si possono vedere i 4 Condensatori per forno a microonde, il grosso MOT (Microwave Oven Transformers) ovvero il Trasformatore che sta all’interno del forno a microonde, non conosco i dati, ma dovrebbe avere una tensione in uscita a carico di circa 2 – 2.1 KVac ad una potenza di 1000 VA circa, e sul lato dx della foto si intravede il povero inverter per alogene completamente smontato (per motivi di ingombro) ed in particolare si nota il trasformatore toroidale a cui è stata  aggiunta 1 spira.  I due grossi condensatori ceramici azzurri invece sono come lo si può leggere nello schema da 1nF - 15KV reperiti su ebay a pochi euro.

Li si vedono 4 avvolgimenti, ma in realtà sono uno solo, ovvero sono 4 avvolgimenti in parallelo, per far si che la corrente non dissipi troppo calore per effetto Joule su un unico filo. Io ho escluso due avvolgimenti ed ho aggiunto 1 spira agli altri 2

 

 

In questa immagine invece appare il condensatore di Tank composto da 12 ottimi condensatori al Polipropilene di ottima qualità da 22 nF – 2500Vcc.

 

 

I condensatori sono stati accoppiati in maniera tale da crearne uno equivalente da 7,33 nF e 15KVcc.

 

 

Qui si può notare un particolare del Grid Leak . La resistenza ha un valore di 470 Ohm 75W ed il condensatore è da 4nF 6KV, anche se non deve essere per forza di alta tensione ma al contrario deve essere i qualità eccelsa.

A chi intraprende la costruzione del Tesla posso solo consigliare di adottare un reostato da 1K di potenza (50W) almeno, per gestire l’oscillazione ovvero la corrente che arriva alle griglie. Ribadisco che molto di quello che vedete è materiale di riciclo, che avevo in cantina quindi è per questo motivo che non ho messo ora il reostato oppure uso dei valori un po’ statici senza aver fatto altre prove.

 

 

Qui invece si può notare il particolare della valvola vista da sotto con le relative connessioni.

Ho deciso innanzitutto di saldare (con abbondante stagno) sui contatti della valvola dei faston maschi in modo da poter scollegare e ricollegare la valvola al circuito quante volte lo si voglia. In questa maniera infatti, si può aprire il Tesla per eventuali ispezioni riparazione danni o manutenzioni varie, scollegando la valvola per estrarre completamente il coperchio. Se i fili fossero stati saldati, per tali operazioni avrei avuto all’interno un groviglio di fili decisamente più lunghi, che non solo dissipano più calore per effetto Joule, ma irradiano RF e visto che sono ber BT (Bassa tensione) non sarebbero graditi in presenza del MOT (Non si sa mai, meglio non vedere sfiammate improvvise) diciamo che voglio dormire tranquillo.. Ed inoltre il coperchio superiore sarebbe stato sempre legato al resto da un guinzaglio..

Nella foto si vedono anche quanto siano estremamente corti i collegamenti fra i contati ed i condensatori, In questo modo, si riducono i disturbi RF e non si va a danneggiare il povero inverter. Mi raccomando, i cavi che alimentano il filamento, oltre ad essere corti vanno Twistati pena la distruzione dell’alimentatore.

 

 

Da un immagine che riprende il Tesla sul retro si possono notare due prese. La presa di sinistra è quella che va collegata alla rete elettrica . Essa garantisce l’alimentazione al filamento ed all’intero sistema.

Tramite un deviatore bipolare, si può commutare la sola alimentazione del MOT (Quindi di tutto il sistema ad eccezione del filamento) sulla presa di destra. A quella presa infatti può essere applicata l’uscita di un Variak o di un altro trasformatore, purché sia tensione alternata. L'emissione di scariche comunque inizia ad apparire sulla punta sopra i 50Vac.

 

 

Sul lato del Tesla, proprio sopra l’inverter, ho posto una ventola che ha la funzione di raffreddare il sottovalvola ed il MOT. L’aria calda fuoriesce direttamente da sotto la valvola in quanto la conformazione dello zoccolo presenta uno scalino da cui l’aria può defluire.

E' indispensabile usare una ventilazione forzata, sopratutto quando si usano contenitori in legno. Il prossimo passo che farò sarà quello di posizionare una ventola in prossimità della grossa resistenza del Grid Leak, che dopo un minuto di funzionamento diventa veramente caldo. Tanto caldo che ho dovuto distanziarlo dal legno usando due bulloni come spessore..

 

 

Questo “cazzabubolo” o così lo chiamo io, in realtà a quanto mi hanno detto non serve per il funzionamento del Tesla ma impedisce o limita  eventuali auto-oscillazioni ad alte frequenze, visto che la valvola è stata concepita per lavorare fino a 50MHz, frequenze impensabili per un mosfet o un IGBT.

All’estremità del secondario ho posto un isolatore di surpluss con una punta di acciaio inossidabile.

 

 

La punta è necessaria per salvare l'intero avvolgimento secondario, in quanto è tassativo il divieto di arrotolate il terminale del filo smaltato su oggetti metallici es. cacciaviti, lasciando tutto molto volante. Infatti se il filo stesso risulta avere una parte più alta del metallo da dove volete par scoccare le scariche o presenta delle curve secche, per effetto punta le scariche partono dal filo smaltato stesso fottendo l’isolamento e iniziando a carbonizzare la plastica e se vi va bene bruciate una soltanto le prime altrimenti buttate via tutto perché se si carbonizza un po’ di plastica siete sfottuti !!!!!!!!!

Ve lo dico perché dopo 4 ore di avvolgimento ed una intera bomboletta spray di lacca isolante, veder sfottersi un secondario e non farcela più a risolarlo è davvero brutto!!

 

IN AZIONE !!!

 

 

 

 

Con l’apparecchio collegato direttamente alla rete elettrica e facendolo lavorare il tutto alla frequenza di 240KHz, frequenza molto vicina a quella di risonanza ottengo ben 34 Cm di scariche !!!!!!!!! Questa ultima foto dalle scariche più particolari in quanto filiformi , sono state ottenute infatti, facendo lavorare l’apparecchio come trasformatore  frequenze molto elevate dell'ordine di 500-600KHz.

 

Buon divertimento !!!

 

 

By Stefano Gilardi

dadano1@libero.it