Keamanan kaskade Villard

Putra remaja saya telah membangun pengganda Cockcroft-Walton di waktu luangnya akhir-akhir ini, dan saya berpotensi sedikit khawatir jika dia menyetrum dirinya sendiri. Sirkuitnya ditenagai oleh 4 sel AA secara seri (6V), dan dilihat dari celah percikannya ia berhasil mencapai sekitar 6kV menggunakan osilator dan transformator diikuti oleh kaskade Cockcroft-Walton. Karena dia membangun ini di atas papan tempat memotong roti sederhana, tidak ada isolasi di antara dia dan bagian-bagian sirkuit, dan dia sudah mengatakan kepada saya bahwa dia mengalami beberapa guncangan.

Saya seorang ahli fisika yang bekerja di universitas, jadi saya mencari peraturan tentang peralatan rumah tangga di Eropa dan saya pikir itu boleh saja (kami menggunakan peraturan yang sama untuk menilai demo generator Van der Graaf). Total kapasitansi dari rangkaian kaskade berakhir pada sekitar 1nF, jadi pada 6000V total muatan harus 6uC yang saya percaya harus aman (EN-60335-1) tetapi karena saya bukan seorang insinyur saya tidak bisa mengatakan dengan pasti .

Pertanyaan saya adalah: haruskah saya menghentikan anak saya dari membangun ini? Saya selalu mendorong kreativitas, dan kecintaannya pada elektronik tetapi saya tidak ingin dia terluka atau lebih buruk.

Terkejut itu bagus. Menjatuhkan solder pada pakaian dan kulit itu bagus. Mengaitkan jari pada ujung logam tajam itu bagus. Manusia bertahan hidup dengan menjelajah. Manusia belajar dari rasa sakit. Kalau tidak, kita akan meringkuk di rawa-rawa.

Sebagai seorang anak, saya merasakan 117 VAC menggelitik melalui jari kaki, dari transformator daya lama. Saya belajar duduk di kursi kayu dan tidak menyentuh jari kaki ke lantai beton.

Kemudian ketika "mengkalibrasi" sebuah osiloskop, saya mendorong bared-back lingkup terhadap bangku laboratorium logam, menyentuh soket tabung lingkup EICO ke bangku, dan kemudian mencondongkan tubuh ke depan dengan perut menempel pada bagian depan bangku melalui baju saya, dan menyentuh dadaku lagi melalui kemeja ke sasis lingkup ketika aku meraih jauh untuk menyesuaikan potensiometer "fokus". 3.000 volt melintasi dada. Aku duduk, terpana, selama beberapa menit.

Tapi saya masih punya beberapa pelajaran tentang tegangan tinggi yang masih harus dipelajari.

Biarkan putra Anda melihat beberapa video tegangan tinggi-kematian.

Ajari dia trik "simpan satu tangan di saku" di sekitar tegangan tinggi.

EDIT: Lalu ada arus tinggi; dosen mengatakan tentang teman yang kehilangan jari manis kiri, karena cincin kawin berakhir di jalur arus tinggi , membuat cincin menyala merah, membunuh kulit, otot, tendon, dan tulang.

Saya juga memiliki IC driver gerbang MOSFET yang meledak di bagian atas paket, selama acara "bipolar snapback" ketika kapasitor penyimpanan 1.000 μF di dalam persediaan laboratorium HP yang besar memiliki kebutuhan untuk mengeluarkan energi mereka ke dalam 2 mm × 4 mm silikon dari driver gerbang. Tak satu pun dari kami bertiga, yang melayang cukup dekat, terkena. Tapi setelah itu, saya selalu meletakkan selembar kertas di atas sirkuit, untuk mencegat lagi pembuangan energi IC. Energi? 1/2 * C * V ^ 2 = 0,5 * 1.000 uF diasumsikan (tidak membuka persediaan HP) * 20v * 20v = 200 miliJoules yang menjelaskan mengapa bagian atas plastik DIP terputus. Dan merindukan 6 mata kita (tho aku memakai kacamata).

EDIT: Pembalap gerbang pukulan-kebetulan adalah kebetulan, karena saya mengambil pelajaran ke hati dan menyadari bahaya energi yang tersimpan dalam 1.000 μF topi. Saya belajar bagaimana menggoda naga dalam mengevaluasi bipolar-snapback, yang memungkinkan hanya 1.000 pF melintasi Driver Gate, dengan resistor 220 to ke Vdd (variabel eksperimental). Menggunakan 1.000 pF berkepala panjang (3 ″ lead, 6 ″ total, atau 100 nanohenry) bersama dengan 1.000 pF eksternal dan substrat sumur chip ~ 1.000 pF, selama pergantian peristiwa, silikon VDD_GND akan runtuh dan kemudian rebound 5 atau 10 atau 15 volt di atas nilai 18 volt. Pada tingkat tertentu, perubahan kecepatan dering (cincin 100 nH dan 500 pF pada 22 MHz) menginduksi muatan transien yang cukup ke dalam silikon yang terjadi bipolar-snapback, dan VDD (disediakan oleh 1, 000 pF) akan tersedot ke 16 atau 17 volt dimana snapback akan padam sendiri. Saya menjalankan perangkat ini, masuk / keluar dari snapback pada 100 kHz, tanpa kerusakan, ketika saya mendiagnosis jalur pengisian sementara dan menyadari aturan tata letak perlu diubah. Serendipity. Energi? 0,5 * C * V ^ 2 = 0,5 * {total protoboard + tutup silikon = 2.000pF} * 31.6 volt ^ 2 = 1.000pF * 1.000 (volts ^ 2) = 1microJoule.

Puluhan tahun, kembali dari makan siang, disuruh pergi ke lab dan memeriksa "puing-puing" di bangku XXXX. Ada papan wirewrap 6panel (30 * 6 = 180 IC), banyak IC dengan puncaknya meledak. Ternyata kawat satu ujung yang longgar telah melengkung di sekitar dan di bawah tepi bangku depan dan ** MENJADI kontak panas daya 117VAC. Dengan demikian manajemen ingin semua insinyur dan teknisi dan rakyat yang mengerjakan ulang untuk memahami bahaya kabel-kabel wirewraply-curly dibiarkan menggantung.

Ahhhh Ditugaskan untuk pasokan switching Tritek 400 watt selama beberapa minggu, untuk beberapa alasan. Hanya untuk memberi saya pengalaman di switchers; Saya bukan perancang. Berulang kali, resistor perlindungan wirewound 5-watt 5 ohm korban --- meledak, inti keramik mereka meledak keluar dari kotak pendingin dan melintasi jalan setapak di antara bangku-bangku, kawat resistif tertinggal di belakang seperti kawat pengarah untuk rudal TOW. Kami belajar untuk tidak menghalangi.

Untuk keamanan, dan tidak ada dengungan dalam amplifier high-gain (100dB dan 120dB), saya belajar menggunakan baterai 9volt "B" 3 "oleh 3" dengan 4 ". Rute yang tinggi menyebabkan osilasi, hampir setiap saat, sampai saya belajar menerapkan "Baterai lokal" dengan RC LPF dalam tahap VDD ke LNA. Cukup koleksi 5.000 uF yang saya miliki.

Terlihat aman dari apa yang Anda gambarkan, selama ia hanya menggunakan baterai dan menjaga kapasitor tetap kecil. Pengganda CW meningkatkan tegangan tetapi mengurangi arus sehingga hanya akan ada beberapa ratus mikroamp di ujung keluaran.

EN60335-1 menunjukkan bahwa di bawah 15kV selama total muatan kejutan kurang dari 45 mikrokol seharusnya tidak ada bahaya. Rangkaian anak Anda terlihat seperti jauh di bawahnya sebagai Q = CV. Jelas jika ia mulai naik ke volt yang semakin tinggi, ia harus mengurangi ukuran tutupnya agar tetap aman. Dengan 6000V dan 1nF "kejutan" apa pun akan terasa seperti kejutan statis dari gagang pintu. Ini juga sejenis output yang dimiliki produk ternak komersial.

Properti lain dari kaskade CW adalah bahwa tegangan dan arus keluaran tergantung pada beban: semakin rendah resistansi beban, semakin rendah arus yang mengalir, yang membuatnya sangat tidak efisien tetapi juga dapat menghemat daging Anda jika Anda ingin melekat padanya.

Saya juga setuju bahwa dia harus diawasi, saya pikir itu hampir tidak perlu dikatakan.

Saya pikir satu-satunya cara untuk 4 AA (atau D dll) baterai menjadi berbahaya di sirkuit adalah jika sirkuit seperti di atas digunakan untuk mengisi kapasitor yang sangat besar. Saya bisa salah tentang itu.

Aman adalah istilah yang relatif, apa yang aman untuk satu orang mungkin tidak untuk orang lain, dan sebagai seorang profesional saya tidak bisa mengatakan kepada Anda bahwa ia 100% aman. Memang terdengar seperti energi yang terlibat cukup sepele, tetapi itu tidak berarti dia tidak akan menghubungkan itu ke transformator daya satu jam dari sekarang untuk mendapatkan percikan yang lebih besar. Juga, bahkan dengan nilai-nilai ini dia bisa kelebihan volt kapasitor dan menyebabkannya gagal dengan agak kasar. Kacamata pengaman akan menjadi ide bagus untuk ini, dan proyek lainnya.

Bekerja dengan listrik selalu memiliki risiko yang terkait dengannya. Mereka bisa dari sengatan listrik, ledakan, luka bakar, menyalakan api, paparan bahan kimia dan beberapa lainnya. Itu hanya datang dengan sifat pekerjaan.

Haruskah kamu menghentikannya? Baik Anda bisa mencoba, tetapi Anda mungkin lebih baik untuk mendidiknya dengan benar tentang risiko dan langkah-langkah keselamatan yang harus ia ambil untuk membatasi kerentanannya terhadap sesuatu yang salah. Langkah-langkah itu harus mencakup pembatasan ketat bahwa "Kami tidak bermain dengan listrik ketika tidak ada orang lain di sekitar!" .

Ada sejumlah pedoman sederhana dan kompleks secara online.

Mungkin menghabiskan waktu dengannya saat dia bereksperimen. Anda dapat menikmatinya, dan saya yakin putra Anda akan menghargainya.

TAMBAHAN: Sebagai orang tua, saya akan mengambil langkah-langkah untuk memastikan di mana anak itu bekerja dilengkapi dengan baik. Alat, peralatan, ground outlet listrik yang terganggu, penerangan, ventilasi semuanya penting.

BAHAYA! Heartstopping-ness dari cap-discharge ditentukan oleh energi, bukan oleh coulomb.

Lihat pdf: IEEE 2009: sistem klasifikasi bahaya listrik

Secara umum, buruk untuk membiarkan kapasitor Anda masuk ke kisaran 10-joule ke atas. Itu untuk pembuangan di dada Anda, tentu saja. Bahaya jantung yang signifikan dimulai pada 20 joule discharge. Di bawah 10joule, masalah utamanya adalah kontraksi otot, diiris dengan membanting benda tajam dll.

0.001uF dan 6KV menghasilkan 36 millijoule. Cukup aman, jika agak menyakitkan.

Namun, efek jantung bergantung pada kepadatan energi, bukan hanya joule. Jika Anda menusuk kapasitor terminal tajam ke tulang rusuk Anda, energi yang dikirim ke sistem pacemaking akan menjadi urutan besarnya lebih tinggi daripada jika terminal kapasitor yang sama disentuh dengan dua tangan.

Saat bekerja dengan sistem cap-discharge, hanya gunakan satu tangan. Dengan begitu pelepasan tidak disengaja tidak akan melintasi dada Anda. Atau lebih baik lagi, selalu tetap sangat takut, dan paranoid bahwa Anda akan membuat kesalahan dan menerima sengsara buruk. Beberapa penghormatan serius (jika bukan semata-mata teror) berjalan jauh dalam mendorong penelitian yang tepat sebelumnya, dan untuk menghindari mengembangkan perilaku berisiko bodoh ketika berurusan dengan kapasitor kilovolt.

Ada beberapa petunjuk tentang "daya dari baterai, titik". Ada alasan bagus untuk tidak melakukan itu dengan eksperimen di mana beberapa kilovolt dihasilkan bahkan jika catu daya yang terhubung dengan listrik yang biasanya aman digunakan, dan belum benar-benar disebutkan di sini.

Tegangan tinggi dalam jumlah (arus berkelanjutan maksimum, energi tersimpan) yang biasanya tidak bisa melakukan banyak kerusakan permanen bagi Anda masih membawa setidaknya bahaya ini:

• itu dapat memecah isolasi primer-ke-sekunder bahkan dalam catu daya yang kokoh - dalam kasus terburuk secara permanen, sehingga hal-hal yang seharusnya tidak langsung terhubung ke listrik sekarang . Bahkan catu daya yang dibangun dengan sempurna untuk standar keselamatan kemungkinan memiliki kegagalan isolasi jika Anda berhasil menempatkan lebih dari sekitar 3-4kV terhadap bumi ke salah satu terminalnya secara tidak sengaja.

• Pemogokan tegangan tinggi sangat mudah. Jika Anda berhasil membentur busur pada benda apa pun yang hidup di atasnya (bisa jadi konektor yang terisolasi tidak sempurna di dekat pengaturan Anda, seperti tutup kabel yang tidak dimasukkan ke dalam soket sepanjang jalan, atau sesuatu yang terbuka melalui lubang ventilasi dalam daya kasus pasokan ...), busur ini sekarang adalah konduktor yang mampu melakukan segala sesuatu yang terhubung dengannya (jika Anda beruntung, busur hanya akan bertahan sampai ada nol persimpangan oleh kabel listrik AC.).