Генераторы высокого напряжения малой мощности широко используют в дефектоскопии, для питания портативных ускорителей заряженных частиц, рентгеновских и электронно-лучевых трубок, фотоэлектронных умножителей, детекторов ионизирующих излучений. Кроме этого, их также применяют для электроимпульсного разрушения твердых тел, получения ультрадисперсных порошков, синтеза новых материалов, в качестве искровых те-чеискателей, для запуска газоразрядных источников света, при электроразрядной диагностике материалов и изделий, получении газоразрядных фотографий по методу С. Д. Кирлиан, тестировании качества высоковольтной изоляции. В быту подобные устройства находят применение в качестве источников питания для электронных уловителей ультрадисперсной и радиоактивной пыли, систем электронного зажигания, для электроэффлювиаль-ных люстр (люстр А. Л. Чижевского), аэроионизаторов, устройств медицинского назначения (аппараты Д’Арсонваля, франклизации, ультратонотерапии), газовых зажигалок, электроизгородей, элек-трошокеров и т.д.
Условно к генераторам высокого напряжения нами отнесены устройства, вырабатывающие напряжение выше 1 кВ.
Генератор высоковольтных импульсов с использованием резонансного трансформатора (рис. 11.1) выполнен по классической схеме на газовом разряднике РБ-3.
Конденсатор С2 заряжается пульсирующим напряжением через диод VD1 и резистор R1 до напряжения пробоя газового разрядника. В результате пробоя газового промежутка разрядника конденсатор разряжается на первичную обмотку трансформатора, после чего процесс повторяется. В итоге на выходе трансформатора Т1 формируются затухающие высоковольтные импульсы амплитудой до 3...20 кВ.
Для защиты выходной обмотки трансформатора от перенапряжения параллельно ей подключен разрядник, выполненный в виде электродов с регулируемым воздушным зазором.
Рис. 11.1. Схема генератора высоковольтных импульсов с использованием газового разрядника.
Рис. 11.2. Схема генератора высоковольтных импульсов с удвоением напряжения.
Трансформатор Т1 генератора импульсов (рис. 11.1) выполнен на незамкнутом ферритовом сердечнике М400НН-3 диаметром 8 и длиной 100 мм. Первичная (низковольтная) обмотка трансформатора содержит 20 витков провода МГШВ 0,75 мм с шагом намотки 5...6 мм. Вторичная обмотка содержит 2400 витков рядовой намотки провода ПЭВ-2 0,04 мм. Первичная обмотка намотана поверх вторичной через политетрафторэти-леновую (фторопластовую) прокладку 2x0,05 мм. Вторичная обмотка трансформатора должна быть надежно изолирована от первичной.
Вариант выполнения генератора высоковольтных импульсов с использованием резонансного трансформатора показан на рис. 11.2. В этой схеме генератора имеется гальваническая развязка от питающей сети. Сетевое напряжение поступает на промежуточный (повышающий) трансформатор Т1. Снимаемое со вторичной обмотки сетевого трансформатора напряжение поступает на выпрямитель, работающий по схеме удвоения напряжения.
В результате работы такого выпрямителя на верхней по схеме обкладке конденсатора С2 относительно нулевого провода появляется положительное напряжение, равное квадратный корень из 2Uii, где Uii напряжение на вторичной обмотке силового трансформатора.
На конденсаторе С1 формируется соответствующее напряжение противоположного знака. В результате напряжение на обкладках конденсатора СЗ будет равно 2 квадратных кореня из 2Uii.
Скорость заряда конденсаторов С1 и С2 (С1=С2) определяется величиной сопротивления R1.
Когда напряжение на обкладках конденсатора СЗ сравняется с напряжением пробоя газового разрядника FV1, произойдет пробой его газового промежутка, конденсатор СЗ и, соответственно, конденсаторы С1 и С2 разрядятся, во вторичной обмотке трансформатора Т2 возникнут периодические затухающие колебания. После разряда конденсаторов и отключения разрядника процесс заряда и последующего разряда конденсаторов на первичную обмотку трансформатора 12 повторится снова.
Высоковольтный генератор, используемый для получения фотографий в газовом разряде, а также для сбора ультрадис-персной и радиоактивной пыли (рис. 11.3) состоит из удвоителя напряжения, релаксационного генератора импульсов и повышающего резонансного трансформатора.
Удвоитель напряжения выполнен на диодах VD1, VD2 и конденсаторах С1, С2. Зарядную цепочку образуют конденсаторы С1 СЗ и резистор R1. Параллельно конденсаторам С1 СЗ включен газовый разрядник на 350 В с последовательно соединенной первичной обмоткой повышающего трансформатора Т1.
Как только уровень постоянного напряжения на конденсаторах С1 СЗ превысит напряжение пробоя разрядника, конденсаторы разрядятся через обмотку повышающего трансформатора и в результате образуется высоковольтный импульс. Элементы схемы подобраны так, что частота формирования импульсов около 1 Гц. Конденсатор С4 предназначен для защиты выходного зажима прибора от попадания сетевого напряжения.
Рис. 11.3. Схема генератора импульсов высокого напряжения с использованием газового разрядника или динисторов.
Выходное напряжение устройства целиком определяется свойствами используемого трансформатора и может достигать 15 кВ. Высоковольтный трансформатор на выходное напряжение порядка 10 кВ выполнен на диэлектрической трубке с внешним диаметром 8 и длиной 150 мм, внутри расположен медный электрод диаметром 1,5 мм. Вторичная обмотка содержит 3...4 тысячи витков провода ПЭЛШО 0,12, намотанных виток к витку в 10... 13 слоев (ширина намотки 70 мм) и пропитанных клеем БФ-2 с межслойной изоляцией из политетрафторэтилена. Первичная обмотка содержит 20 витков провода ПЭВ 0,75, пропущенного через кембрик из поливинилхлорида.,
В качестве такого трансформатора можно также применить модифицированный выходной трансформатор строчной развертки телевизора; трансформаторы электронных зажигалок, ламп-вспышек, катушек зажигания и др.
Газовый разрядник Р-350 может быть заменен переключаемой цепочкой динисторов типа КН102 (рис. 11.3, справа), что позволит ступенчато изменять выходное напряжение. Для равномерного распределения напряжения на динисторах параллельно к каждому из них подключены резисторы одинакового номинала сопротивлением 300...510 кОм.
Вариант схемы высоковольтного генератора с использованием в качестве порогово-коммутирующего элемента газонаполненного прибора тиратрона показан на рис. 11.4.
Рис. 11.4. Схема генератора импульсов высокого напряжения с использованием тиратрона.
Сетевое напряжение выпрямляется диодом VD1. Выпрямленное напряжение сглаживается конденсатором С1 и подается на зарядную цепочку R1, С2. Как только напряжение на конденсаторе С2 достигнет напряжения зажигания тиратрона VL1, он вспыхивает. Конденсатор С2 разряжается через первичную обмотку трансформатора Т1, тиратрон гаснет, конденсатор вновь начинает заряжаться и т.д.
В качестве трансформатора Т1 использована автомобильная катушка зажигания.
Вместо тиратрона VL1 МТХ-90 можно включить один или несколько динисторов типа КН102. Амплитуду высокого напряжения можно регулировать количеством включенных динисторов.
Конструкция высоковольтного преобразователя с использованием тиратронного коммутатора описана в работе. Отметим, что для разряда конденсатора могут быть использованы и другие виды газонаполненных приборов.
Более перспективно применение в современных генераторах высокого напряжения полупроводниковых переключающих приборов. Их достоинства отчетливо выражены: это высокая повторяемость параметров, меньшая стоимость и габариты, высокая надежность.
Ниже будут рассмотрены генераторы высоковольтных импульсов с использованием полупроводниковых коммутирующих приборов (динисторов, тиристоров, биполярных и полевых транзисторов).
Вполне равноценным, но слаботочным аналогом газовых разрядников являются динисторы.
На рис. 11.5 показана электрическая схема генератора, выполненного на динисторах. По своей структуре генератор полностью подобен описанным ранее (рис. 11.1, 11.4). Основное отличие заключается в замене газового разрядника цепочкой последовательно включенных динисторов.
Рис. 11.5. Схема генератора высоковольтных импульсов на динисторах.
Рис. 11.6. Схема генератора высоковольтных импульсов с мостовым выпрямителем.
Следует отметить, что КПД такого аналога и коммутируемые токи заметно ниже, чем у прототипа, однако динисторы более доступны и более долговечны.
Несколько усложненный вариант генератора высоковольтных импульсов представлен на рис. 11.6. Сетевое напряжение подается на мостовой выпрямитель на диодах VD1 VD4. Выпрямленное напряжение сглаживается конденсатором С1. На этом конденсаторе образуется постоянное напряжение около 300 В, которое используется для питания релаксационного генератора, составленного из элементов R3, С2, VD5 и VD6. Его нагрузкой является первичная обмотка трансформатора Т1. Со вторичной обмотки снимаются импульсы амплитудой примерно 5 кВ и частотой следования до 800 Гц.
Цепочка динисторов должна быть рассчитана на напряжение включения около 200 В. Здесь можно использовать динисторы типа КН102 либо Д228. При этом следует учитывать, что напряжение включения динисторов типа КН102А, Д228А составляет 20 В; КН102Б, Д228Б 28 В; КН102В, Д228В 40 В; КН102Г, Д228Г 56 В; КН102Д, Д228Д 80 В; КН102Е 75 В; КН102Ж, Д228Ж 120 В; КН102И, Д228И 150 В.
В качестве трансформатора Т1 в приведенных выше устройствах может быть использован доработанный строчный трансформатор от черно-белого телевизора. Его высоковольтную обмотку оставляют, остальные удаляют и вместо них наматывают низковольтную (первичную) обмотку 15...30 витков провода ПЭВ диаметром 0,5...0,8 мм.
При выборе числа витков первичной обмотки следует учитывать количество витков вторичной обмотки. Необходимо также иметь в виду, что величина выходного напряжения генератора высоковольтных импульсов в большей степени зависит от настройки контуров трансформатора в резонанс, нежели от соотношения числа витков обмоток.
Характеристики некоторых видов телевизионных трансформаторов строчной развертки приведены в таблице 11.1.
Таблица 11.1. Параметры высоковольтных обмоток унифицированных телевизионных трансформаторов строчной развертки.
| Тип трансформатора | Число витков | R обмотки, Ом |
|
| ТВС-А, ТВС-Б | |||
| ТВС-110, ТВС-110М | |||
| Тип трансформатора | Число витков | R обмотки, Ом |
|
| ТВС-90ЛЦ2, ТВС-90ЛЦ2-1 | |||
| ТВС-110ПЦ15 | |||
| ТВС-110ПЦ16, ТВС-110ПЦ18 |
Рис. 11.7. Электрическая схема генератора высоковольтных импульсов.
На рис. 11.7 представлена опубликованная на одном из сайтов схема двухступенчатого генератора высоковольтных импульсов, в котором в качестве элемента коммутации использован тиристор. В свою очередь, в качестве порогового элемента, определяющего частоту следования высоковольтных импульсов и запускающего тиристор, выбран газоразрядный прибор неоновая лампа (цепочка HL1, HL2).
При подаче напряжения питания генератор импульсов, выполненный на основе транзистора VT1 (2N2219A КТ630Г), вырабатывает напряжение порядка 150 В. Это напряжение выпрямляется диодом VD1 и заряжает конденсатор С2.
После того как напряжение на конденсаторе С2 превысит напряжение зажигания неоновых ламп HL1, HL2, через токоограничивающий резистор R2 произойдет разряд конденсатора на управляющий электрод тиристора VS1, тиристор отопрется. Разрядный ток конденсатора С2 создаст электрические колебания в первичной обмотке трансформатора Т2.
Напряжение включения тиристора можно регулировать, подбирая неоновые лампы с разным напряжением зажигания. Ступенчато изменять величину напряжения включения тиристора можно переключением числа последовательно включенных неоновых ламп (или заменяющих их динисторов).
Рис. 11.8. Диаграмма электрических процессов на электродах полупроводниковых приборов (к рис. 11.7).
Диаграмма напряжений на базе транзистора VT1 и на аноде тиристора показана на рис. 11.8. Как следует из представленных диаграмм, импульсы блокинг-генератора имеют длительность примерно 8 мс. Заряд конденсатора С2 происходит ступенчато-экспоненциально в соответствии с действием импульсов, снимаемых со вторичной обмотки трансформатора Т1.
На выходе генератора формируются импульсы напряжением примерно 4,5 кВ. В качестве трансформатора Т1 использован выходной трансформатор для усилителей низкой частоты. В качестве
высоковольтного трансформатора Т2 использован трансформатор от фотовспышки или переработанный (см. выше) телевизионный трансформатор строчной развертки.
Схема еще одного варианта генератора с использованием неоновой лампы в качестве порогового элемента приведена на рис. 11.9.
Рис. 11.9. Электрическая схема генератора с пороговым элементом на неоновой лампе.
Релаксационный генератор в нем выполнен на элементах R1, VD1, С1, HL1, VS1. Он работает при положительных лолупе-риодах сетевого напряжения, когда конденсатор С1 заряжается до напряжения включения порогового элемента на неоновой лампе HL1 и тиристоре VS1. Диод VD2 демпфирует импульсы самоиндукции первичной обмотки повышающего трансформатора Т1 и позволяет повысить выходное напряжение генератора. Выходное напряжение достигает 9 кВ. Неоновая лампа одновременно является сигнализатором включения устройства в сеть.
Высоковольтный трансформатор намотан на отрезке стержня диаметром 8 и длиной 60 мм из феррита М400НН. Вначале размещают первичную обмотку 30 витков провода ПЭЛШО 0,38, а затем вторичную 5500 витков ПЭЛШО 0,05 или большего диаметра. Между обмотками и через каждые 800... 1000 витков вторичной обмотки прокладывают слой изоляции из поливинилхлоридной изоляционной ленты.
В генераторе возможно введение дискретной многоступенчатой регулировки выходного напряжения переключением в последовательной цепи неоновых ламп либо динисторов (рис. 11.10). В первом варианте обеспечиваются две ступени регулирования, во втором до десяти и более (при использовании динисторов КН102А с напряжением включения 20 В).
Рис. 11.10. Электрическая схема порогового элемента.
Рис. 11.11. Электрическая схема генератора высокого напряжения с пороговым элементом на диоде.
Простой генератор высокого напряжения (рис. 11.11) позволяет получить на выходе импульсы амплитудой до 10 кВ.
Переключение управляющего элемента устройства происходит с частотой 50 Гц (на одной полуволне сетевого напряжения). В качестве порогового элемента использован диод VD1 Д219А (Д220, Д223), работающий при обратном смещении в режиме лавинного пробоя.
При превышении на полупроводниковом переходе диода напряжения лавинного пробоя происходит переход диода в проводящее состояние. Напряжение с заряженного конденсатора С2 подается на управляющий электрод тиристора VS1. После включения тиристора конденсатор С2 разряжается на обмотку трансформатора Т1.
Трансформатор Т1 не имеет сердечника. Он выполнен на катушке диаметром 8 мм из полиметилметакрилата или политет-рахлорэтилена и содержит три разнесенных секции шириной по
9 мм. Повышающая обмотка содержит 3x1000 витков, намотанных проводом ПЭТФ, ПЭВ-2 0,12 мм. После намотки обмотка должна быть пропитана парафином. Поверх парафина накладывается 2 3 слоя изоляции, после чего наматывают первичную обмотку 3x10 витков провода ПЭВ-2 0,45 мм.
Тиристор VS1 можно заменить другим на напряжение выше 150 В. Лавинный диод можно заменить цепочкой динисторов (рис. 11.10, 11.11 внизу).
Схема маломощного переносного источника импульсов высокого напряжения с автономным питанием от одного гальванического элемента (рис. 11.12) состоит из двух генераторов. Первый построен на двух маломощных транзисторах, второй на тиристоре и динисторе.
Рис. 11.12. Схема генератора напряжения с низковольтным питанием и тиристорно-динисторным ключевым элементом.
Каскад на транзисторах разной проводимости преобразует низковольтное постоянное напряжение в высоковольтное импульсное. Времязадающей цепочкой в этом генераторе служат элементы С1 и R1. При включении питания открывается транзистор ѴТ1, и перепад напряжения на его коллекторе открывает транзистор ѴТ2. Конденсатор С1, заряжаясь через резистор R1, уменьшает базовый ток транзистора ѴТ2 настолько, что транзистор ѴТ1 выходит из насыщения, а это приводит к закрыванию и ѴТ2. Транзисторы будут закрыты до тех пор, пока конденсатор С1 не разрядится через первичную обмотку трансформатора Т1.
Повышенное импульсное напряжение, снимаемое со вторичной обмотки трансформатора Т1, выпрямляется диодом VD1 и поступает на конденсатор С2 второго генератора с тиристором VS1 и динистором VD2. В каждый положительный полупериод
накопительный конденсатор С2 заряжается до амплитудного значения напряжения, равного напряжению переключения динистора VD2, т.е. до 56 В (номинальное импульсное отпирающее напряжение для динистора типа КН102Г).
Переход динистора в открытое состояние воздействует на цепь управления тиристора VS1, который в свою очередь тоже открывается. Конденсатор С2 разряжается через тиристор и первичную обмотку трансформатора Т2, после чего динистор и тиристор вновь закрываются и начинается очередной заряд конденсатора цикл переключений повторяется.
Со вторичной обмотки трансформатора Т2 снимаются импульсы с амплитудой в несколько киловольт. Частота искровых разрядов равна примерно 20 Гц, но она намного меньше частоты импульсов, снимаемых со вторичной обмотки трансформатора Т1. Происходит это потому, что конденсатор С2 заряжается до напряжения переключения динистора не за один, а за несколько положительных полупериодов. Величина емкости этого конденсатора определяет мощность и длительность выходных разрядных импульсов. Безопасное для динистора и управляющего электрода тринистора среднее значение разрядного тока выбрано из расчета емкости этого конденсатора и величины импульсного напряжения, питающего каскад. Для этого емкость конденсатора С2 должна быть примерно 1 мкФ.
Трансформатор Т1 выполнен на кольцевом ферритовом магнитопроводе типа К10x6x5. Он имеет 540 витков провода ПЭВ-2 0,1 с заземленным отводом после 20-го витка. Начало его намотки присоединяется к транзистору VT2, конец к диоду VD1. Трансформатор Т2 намотан на катушке с ферритовым или пермаллоевым сердечником диаметром 10 мм, длиной 30 мм. Катушку с внешним диаметром 30 мм и шириной 10 мм наматывают проводом ПЭВ-2 0,1 мм до полного заполнения каркаса. Перед окончанием намотки делается заземленный отвод, и последний ряд провода из 30...40 витков наматывается виток к витку поверх изолирующего слоя лакоткани.
Трансформатор Т2 по ходу намотки необходимо пропитывать изолирующим лаком или клеем БФ-2, затем тщательно просушить.
Вместо VT1 и VT2 можно применить любые маломощные транзисторы, способные работать в импульсном режиме. Тиристор КУ101Е можно заменить на КУ101Г. Источник питания гальванические элементы с напряжением не более 1,5 В, например, 312, 314, 316, 326, 336, 343, 373, или дисковые никель-кад-миевые аккумуляторы типа Д-0,26Д, Д-0,55С и т.п.
Тиристорный генератор высоковольтных импульсов с сетевым питанием показан на рис. 11.13.
Рис. 11.13. Электрическая схема генератора высоковольтных импульсов с емкостным накопителем энергии и коммутатором на тиристоре.
Во время положительного полупериода сетевого напряжения конденсатор С1 заряжается через резистор R1, диод VD1 и первичную обмотку трансформатора Т1. Тиристор VS1 при этом закрыт, поскольку отсутствует ток через его управляющий электрод (падение напряжения на диоде VD2 в прямом направлении мало по сравнению с напряжением, необходимым для открывания тиристора).
При отрицательном полупериоде диоды VD1 и VD2 закрываются. На катоде тиристора образуется падение напряжения относительно управляющего электрода (минус на катоде, плюс на управляющем электроде), в цепи управляющего электрода появляется ток, и тиристор открывается. В этот момент конденсатор С1 разряжается через первичную обмотку трансформатора. Во вторичной обмотке появляется импульс высокого напряжения. И так каждый период сетевого напряжения.
На выходе устройства формируются двухполярные импульсы высокого напряжения (поскольку при разряде конденсатора в цепи первичной обмотки возникают затухающие колебания).
Резистор R1 может быть составлен из трех параллельно соединенных резисторов МЛТ-2 сопротивлением по 3 кОм.
Диоды VD1 и VD2 должны быть рассчитаны на ток не менее 300 мА и обратное напряжение не ниже 400 В (VD1) и 100 Б (VD2). Конденсатор С1 типа МБМ на напряжение не ниже 400 В. Его емкость доли-единицы мкФ подбирают экспериментально. Тиристор VS1 типа КУ201К, КУ201Л, КУ202К КУ202Н. Трансформатори катушка зажигания Б2Б (на 6 В) от мотоцикла или автомобиля.
В устройстве может быть использован телевизионный трансформатор строчной развертки ТВС-110Л6, ТВС-1 ЮЛА, ТВС-110АМ.
Достаточно типичная схема генератора высоковольтных импульсов с емкостным накопителем энергии показана на рис. 11.14.
Рис. 11.14. Схема тиристорного генератора высоковольтных импульсов с емкостным накопителем энергии.
Генератор содержит гасящий конденсатор С1, диодный выпрямительный мост VD1 VD4, тиристорный ключ VS1 и схему управления. При включении устройства заряжаются конденсаторы С2 и СЗ, тиристор VS1 пока закрыт и ток не проводит. Предельное напряжение на конденсаторе С2 ограничено стабилитроном VD5 величиной 9В. В процессе зарядки конденсатора С2 через резистор R2 напряжение на потенциометре R3 и, соответственно, на управляющем переходе тиристора VS1 возрастает до определенного значения, после чего тиристор переключается в проводящее состояние, а конденсатор СЗ через тиристор VS1 разряжается через первичную (низковольтную) обмотку трансформатора Т1, генерируя высоковольтный импульс. После этого тиристор закрывается и процесс начинается заново. Потенциометр R3 устанавливает порог срабатывания тиристора VS1.
Частота повторения импульсов составляет 100 Гц. В качестве высоковольтного трансформатора может быть использована автомобильная катушка зажигания. В этом случае выходное напряжение устройства достигнет 30...35 кВ. Тиристорный генератор высоковольтных импульсов (рис. 11.15) управляется импульсами напряжения, снимаемого с релаксационного генератора, выполненного на динисторе VD1. Рабочая частота генератора управляющих импульсов (15...25 Гц) определяется величиной сопротивления R2 и емкостью конденсатора С1.
Рис. 11.15. Электрическая схема тиристорного генератора высоковольтных импульсов с импульсным управлением.
Релаксационный генератор связан с тиристорным ключом через импульсный трансформатор Т1 типа МИТ-4. В качестве выходного трансформатора Т2 используется высокочастотный трансформатор от аппарата для дарсонвализации «Искра-2». Напряжение на выходе устройства может доходить до 20...25 кВ.
На рис. 11.16 показан вариант подачи импульсов управления на тиристор VS1.
Преобразователь напряжения (рис. 11.17), разработанный в Болгарии, содержит два каскада. В первом из них нагрузкой ключевого элемента, выполненного на транзисторе ѴТ1, является обмотка трансформатора Т1. Управляющие импульсы прямоугольной формы периодически включают/выключают ключ на транзисторе ѴТ1, подключая/отключая тем самым первичную обмотку трансформатора.
Рис. 11.16. Вариант управления тиристорным коммутатором.
Рис. 11.17. Электрическая схема двухступенчатого генератора высоковольтных импульсов.
Во вторичной обмотке наводится повышенное напряжение, пропорциональное коэффициенту трансформации. Это напряжение выпрямляется диодом VD1 и заряжает конденсатор С2, который подключен к первичной (низковольтной) обмотке высоковольтного трансформатора Т2 и тиристору VS1. Управление работой тиристора осуществляется импульсами напряжения, снимаемыми с дополнительной обмотки трансформатора Т1 через цепочку элементов, корректирующих форму импульса.
В результате тиристор периодически включается/отключается. Конденсатор С2 разряжается на первичную обмотку высоковольтного трансформатора.
Генератор высоковольтных импульсов, рис. 11.18, содержит в качестве управляющего элемента генератор на основе однопереходного транзистора.
Рис. 11.18. Схема генератора высоковольтных импульсов с управляющим элементом на однопереходном транзисторе.
Сетевое напряжение выпрямляется диодным мостом VD1 VD4. Пульсации выпрямленного напряжения сглаживает конденсатор С1, ток заряда конденсатора в момент включения устройства в сеть ограничивает резистор R1. Через резистор R4 заряжается конденсатор СЗ. Одновременно вступает в действие генератор импульсов на однопереходном транзисторе ѴТ1. Его «спусковой» конденсатор С2 заряжается через резисторы R3 и R6 от параметрического стабилизатора (балластный резистор R2 и стабилитроны VD5, VD6). Как только напряжение на конденсаторе С2 достигает определенного значения, транзистор ѴТ1 переключается, и на управляющий переход тиристора VS1 поступает открывающий импульс.
Конденсатор СЗ разряжается через тиристор VS1 на первичную обмотку трансформатора Т1. На его вторичной обмотке формируется импульс высокого напряжения. Частота следования этих импульсов определяется частотой генератора, которая, в свою очередь, зависит от параметров цепочки R3, R6 и С2. Под-строечным резистором R6 можно изменять выходное напряжение генератора примерно в 1,5 раза. При этом частота импульсов регулируется в пределах 250... 1000 Гц. Кроме того, выходное напряжение изменяется при подборе резистора R4 (в пределах от 5 до 30 кОм).
Конденсаторы желательно применять бумажные (С1 и СЗ на номинальное напряжение не менее 400 В); на такое же напряжение должен быть рассчитан диодный мост. Вместо указанного на схеме можно использовать тиристор Т10-50 или в крайнем случае КУ202Н. Стабилитроны VD5, VD6 должны обеспечить суммарное напряжение стабилизации около 18 В.
Трансформатор изготовлен на основе ТВС-110П2 от чер-но-белых телевизоров. Все первичные обмотки удаляют и наматывают на освободившееся место 70 витков провода ПЭЛ или ПЭВ диаметром 0,5...0,8 мм.
Электрическая схема генератора импульсов высокого напряжения, рис. 11.19, состоит из диодно-конденсаторного умножителя напряжения (диоды VD1, VD2, конденсаторы С1 С4). На его выходе получается постоянное напряжение примерно 600 В.
Рис. 11.19. Схема генератора высоковольтных импульсов с удвоителем напряжения сети и генератором запускающих импульсов на однопереходном транзисторе.
В качестве порогового элемента устройства использован однопереходный транзистор VT1 типа КТ117А. Напряжение на одной из его баз стабилизировано параметрическим стабилизатором на стабилитроне VD3 типа КС515А (напряжение стабилизации 15 Б). Через резистор R4 осуществляется заряд конденсатора С5, и когда напряжение на управляющем электроде транзистора VT1 превысит напряжение на его базе, произойдет переключение VT1 в проводящее состояние, а конденсатор С5 разрядится на управляющий электрод тиристора VS1.
При включении тиристора цепочка конденсаторов С1 С4, заряженных до напряжения около 600...620 В, разряжается на низковольтную обмотку повышающего трансформатора Т1. После этого тиристор отключается, зарядно-разрядные процессы повторяются с частотой, определяемой постоянной R4C5. Резистор R2 ограничивает ток короткого замыкания при включении тиристора и одновременно является элементом зарядной цепи конденсаторов С1 С4.
Схема преобразователя (рис. 11.20) и его упрощенного варианта (рис. 11.21) подразделяется на следующие узлы: сетевой заградительный фильтр (фильтр помех); электронный регулятор; высоковольтный трансформатор.
Рис. 11.20. Электрическая схема генератора высокого напряжения с сетевым фильтром.
Рис. 11.21. Электрическая схема генератора высокого напряжения с сетевым фильтром.
Схема на рис. 11.20 работает следующим образом. Конденсатор СЗ заряжается через диодный выпрямитель VD1 и резистор R2 до амплитудного значения напряжения сети (310 В). Это напряжение попадает через первичную обмотку трансформатора Т1 на анод тиристора VS1. По другой ветви (R1, VD2 и С2) медленно заряжается конденсатор С2. Когда в процессе его заряда достигается пробивное напряжение динистора VD4 (в пределах 25...35 В), конденсатор С2 разряжается через управляющий электрод тиристора VS1 и открывает его.
Конденсатор СЗ практически мгновенно разряжается через открытый тиристор VS1 и первичную обмотку трансформатора Т1. Импульсный изменяющийся ток индуцирует во вторичной обмотке Т1 высокое напряжение, величина которого может превысить 10 кВ. После разряда конденсатора СЗ тиристор VS1 закрывается, и процесс повторяется.
В качестве высоковольтного трансформатора используют телевизионный трансформатор, у которого удаляют первичную обмотку. Для новой первичной обмотки используется обмоточный провод диаметром 0,8 мм. Количество витков 25.
Для изготовления катушек индуктивности заградительного фильтра L1, L2 лучше всего подходят высокочастотные феррито-вые сердечники, например, 600НН диаметром 8 мм и длиной 20 мм, имеющие примерно по 20 витков обмоточного провода диаметром 0,6...0,8 мм.
Рис. 11.22. Электрическая схема двухступенчатого генератора высокого напряжения с управляющим элементом на полевом транзисторе.
Двухступенчатый генератор высокого напряжения (автор Andres Estaban de la Plaza) содержит трансформаторный генератор импульсов, выпрямитель, времязадающую RC-цепоч-ку, ключевой элемент на тиристоре (симисторе), высоковольтный резонансный трансформатор и схему управления работой тиристора (рис. 11.22).
Аналог транзистора TIP41 КТ819А.
Низковольтный трансформаторный преобразователь напряжения с перекрестными обратными связями, собранный на транзисторах VT1 и VT2, вырабатывает импульсы с частотой повторения 850 Гц. Транзисторы VT1 и VT2 для облегчения работы при протекании больших токов установлены на радиаторах, выполненных из меди или алюминия.
Выходное напряжение, снимаемое со вторичной обмотки трансформатора Т1 низковольтного преобразователя, выпрямляется диодным мостом VD1 VD4 и через резистор R5 заряжает конденсаторы СЗ и С4.
Управление порогом включения тиристора производится регулятором напряжения, в состав которого входит полевой транзистор ѴТЗ.
Далее работа преобразователя существенно не отличается от описанных ранее процессов: происходит периодический заряд/разряд конденсаторов на низковольтную обмотку трансформатора, генерируются затухающие электрические колебания. Выходное напряжение преобразователя при использовании на выходе в качестве повышающего трансформатора катушки зажигания от автомобиля, достигает 40...60 кВ при резонансной частоте примерно 5 кГц.
Трансформатор Т1 (выходной трансформатор строчной развертки), содержит 2x50 витков провода диаметром 1,0 мм, намотанных бифилярно. Вторичная обмотка содержит 1000 витков диаметром 0,20...0,32 мм.
Отметим, что в качестве управляемых ключевых элементов могут быть использованы современные биполярные и полевые транзисторы.
Здравствуйте. Сегодня речь пойдет об очень мощной и крутой самоделке. Сегодня я соберу мощный высоковольтный генератор напряжением около 25 кВ. Данную схему я собираю уже не в первый раз, так что каких то сложностей нет. Постараюсь объяснить все коротко и просто
Начну пожалуй со схемы высоковольтного генератора. Нашел ее еще когда собирал , да и сохранил на всякий случай. Схема всего из десятка компонентов
Как говорил схему собирал для второго осциллятора, схема сейчас успешно работает на сварке. Нижняя плата и есть высоковольтный генератор
Пока собирал успел наиграться с дугой иногда достигающей 3х сантиметром, что равнялось примерно 30 кВ. Еще тогда придумал собрать для себя такой же генератор, надо было только подходящие компоненты собрать и вот пришло время
Нашел цветной телевизор советского производства и вырвал с него плату строчной развертки
Собственно с этой платы нужны только строчный трансформатор и конденсатор к73-17 на 400В 0.47 мкФ. На первом генераторе у меня стояла их пара.
Плату очистил от старых дорожек болгаркой, строчный трансформатор установил на старое место намотав две обмотки по 5 витков. Из такого же трансформатора изготовил дроссель, который чуть позже переделаю.
Приступил к сборке управляющей части схемы. Монтаж будет навесной, не хочу морочится платой. Установил полевые транзисторы 40N60 на радиатор, через изолирующие прокладки
На следующем этапе сборки припаял мощные трехамперные диоды Шотки
Дело за малым припаять конденсатор между стоками транзисторов и припаять резисторы 390 Ом в затворы. Стабилитроны я не ставил, так как их нет у меня, но схема отлично работает и без них
Припаял трансформатор к стокам и перемотал дроссель, так как индуктивность предыдущего слишком мала. Новый дроссель индуктивностью 50 мкГн.
Пора и попробовать запустить высоковольтный генератор. Подключаю плату к . На фото дуга примерно пол сантиметра, что равно 5кВ. Питание 20В
Попробовал раздвинуть дугу до 2,5 см, напряжение поднялось до 25кВ. Дуга стала широкой и мошной, сигарету в доли секунды зажигает 🙂 Но начал плавиться провод и пришлось прервать эксперимент
Что бы провода не подгорали, один вывод высоковольтной обмотки подключил к саморезу закрученному в плату, а на второй прикрутил болт.
Питание подал 20В, ток холостого хода 0,6А
Теперь попробую разжечь дугу до 25 кВ и сделать замер. Напряжение просело до 13,2В, ток потребления 6,25А. Потребляемая мощность 82,5Вт, карандаш загорается вообще без проблем
К сожалению мой лабораторный не может разжечь дугу посильней и так трансформатор перегружен. Надо найти что то мощнее и посмотреть, на что еще способен высоковольтный генератор
Я тут снял коротенькое видео работы генератора, надеюсь вам будет интересно.
А пока грузил это видео, нашел еще одно интересное видео работы данного генератора от 30В, ребята это вообще жесть
Прежде чем мы перейдём к описанию предлагаемого для сборки источника высокого напряжения, напомним о необходимости соблюдать общие меры безопасности при работе с высокими напряжениями. Хотя это устройство даёт выходной ток чрезвычайно малого уровня, оно может быть опасным и вызовет довольно неприятный и болезненный удар, если случайно каснуться в неположенном месте. С точки зрения безопасности, это один из самых безопасных высоковольтных источников, поскольку выходной ток сравним с током обычных электрошокеров. Высокое напряжение на выходных клеммах - постоянного тока около 10-20 киловольт, и если подключить разрядник, то можно получить дугу 15 мм.
Схема источника высокого напряжения
Напряжение может регулироваться изменением количества ступеней в умножителе, например, если вы хотите, чтобы оно зажгло неоновые лампы - можно использовать одну, если хотите, чтобы работали свечи зажигания - можно использовать две или три, и если нужно более высокое напряжение - можно использовать 4, 5 и более. Меньше каскадов означает меньшее напряжение, но больший ток, что может увеличить опасность этого устройства. Парадокс, но чем больше напряжение, тем менее сложным будет нанести ущерб из-за питания, поскольку ток падает до пренебрежительно малого уровня.
Как это работает
После нажатия кнопки, ИК-диод включается и луч света попадает на датчик оптрона, этот датчик имеет выходное сопротивление около 50 Ом, что достаточно для включения транзистора 2n2222. Этот транзистор подаёт энергию батареи для питания таймера 555. Частоту и скважность импульсов можно регулировать изменением номиналов компонентов обвязки. В данном случае частота может регулироваться с помощью потенциометра. Эти колебания, через транзистор BD679, усиливающий импульсы тока, поступают на первичную катушку. Со вторичной снимается переменное напряжение, увеличенное в 1000 раз, и выпрямляется ВВ умножителем.
Детали для сборки схемы
Микросхема - любой таймер серии КР1006ВИ1. Для катушки - трансформатор с отношением сопротивления обмоток 8 Ом:1 кОм. Первое, на что необходимо обратить внимание при выборе трансформатора - это размер, так как количество энергии, которое они могут обрабатывать, пропорционально их размерам. Например размером с большую монету даст нам больше энергии, чем небольшой трансформатор.
Первое, что необходимо сделать для его перемотки, это удалить ферритовый сердечник для доступа к самой катушке. В большинстве трансформаторов две части склеиваются клеем, просто держите трансформатор плоскогубцами над зажигалкой, только осторожно, чтоб не расплавить пластик. После минуты клей должен расплавиться и надо разломить его на две части сердечника.
Учитывайте, что феррит очень хрупкий и трескается довольно легко. Для намотки вторичной катушки использовался эмалированный медный провод 0,15 мм. Намотка почти до заполнения, чтоб потом хватило ещё на один слой более толстого провода 0,3 мм - это будет первичка. Она должна иметь несколько десятков витков, около 100.
Почему здесь установлен оптрон - он обеспечит полную гальваническую развязку от схемы, с ним не будет электрического контакта между кнопкой замыкания питания, микросхемой и высоковольтной частью. Если случайно пробьёт высокое напряжение по питанию, то вы будете в безопасности.
Сделать оптрон очень легко, любой ИК-светодиод и ИК-датчик вставьте в термоусадочную трубку, как показано на картинке. В крайнем случае, если не хочется усложнять дело, уберите все эти элементы и подавайте питание замкнув К-Э транзистора 2N2222.
Обратите внимание на два выключателя в схеме, так сделано потому, что каждая рука должна быть задействована чтобы активировать генератор - это будет безопасно, уменьшает риск случайного включения. Также при работе устройства вы не должны прикасаться к чему-либо еще, кроме кнопок.
При сборке умножителя напряжения не забудьте оставить достаточный зазор между элементами. Обрежьте все торчащие выводы, поскольку они могут привести к коронным разрядам, которые сильно снижают эффективность.
Рекомендуем изолировать все оголенные контакты умножителя с термоклеем или другим аналогичным изоляционным материалом и, после этого, обернуть в термоусадочную трубку или изоленту. Это не только уменьшит риск случайных ударов, но и повысит эффективность схемы путем уменьшения потерь через воздух. Также для страховки добавили кусок пенопласта между умножителем и генератором.
Потребляемый ток должен быть примерно 0,5-1 ампер. Если больше - значит схема плохо настроена.
Испытания генератора ВН
Было испытано два различных трансформатора - оба с отличными результатами. Первый имел меньший размер ферритового сердечника и, следовательно, меньше индуктивность, работал на частоте 2 кГц, а в другом около 1 кГц.
При первом запуске сначала проверьте генератор NE555, работает ли он. Подключите маленький динамик к ноге 3 - при изменении частоты вы должны услышать звук, исходящий из него. Если все сильно нагревается можно увеличить сопротивление первичной обмотки, намотав её проводом потоньше. И небольшой радиатор для транзистора рекомендуется. Да и правильная частота настройки является важной, чтобы избежать этой проблемы.
Когда вы выбираете себе машину, вопрос утилитарной пользы обычно волнует не так уж сильно. Владельцу легковой машины не так уж часто приходится перевозить габаритные грузы, и всё чаще воспринимается уже не как насущная необходимость, а как просто приятный бонус. Пакеты из магазина или чемоданы для отпуска занимают не так уж много места. Есть, разумеется, люди, для которых это критичный момент; они либо покупают не легковые авто, либо выбирают автомобили только по этому параметру. Таких автовладельцев на самом деле меньшинство. Ритм городской жизни не предполагает для среднего водителя таких задач. Но что делать, если всё-таки понадобилось перевезти, скажем, холодильник?
Для перевозки крупногабаритных грузов в автомобиле можно сложить задние сиденья
Продуманная конструкция
В легковой машине производитель предполагает в такой ситуации трансформацию салона. Чтобы увеличить объём загрузки багажника, можно разложить задние сиденья. Как правило, они раскладываются в пропорции 60/40 (в некоторых моделях соотношение другое, но это скорее исключение) и образуют рабочую поверхность, объединённую с пространством багажника.
В такое пространство вы уже без проблем сможете загрузить габаритный груз. За счёт удлинённой погрузочной зоны в машину теперь влезет и холодильник, и шкаф, и массивные коробки. Нужно только понимать, что, хоть задние сиденья и обиты со стороны багажника другим материалом, более устойчивым к механическим воздействиям, это всё-таки материал, а не твёрдая поверхность. Углы и выступающие части габаритного груза могут порвать , тогда придётся перетягивать сиденья. Поэтому многие водители защищают обивку, подстилая плед или просто большую тряпку.
Технология проста. В верхней части сиденья находится рычажок. Перед тем как разложить задние сиденья, нажав на него, откиньте в сторону спинки водительского кресла их нижнюю часть. Она откидывается за петлю, пришитую ближе к середине секции у стыка верхней и нижней части, либо сбоку сиденья. Расположив её вертикально, нажмите на рычаг и опустите верхнюю часть заднего сиденья. Иногда (в некоторых моделях машин) для этого нужно также оттянуть в сторону ремень безопасности.
Верхняя и нижняя часть заднего сиденья в разложенном виде должны подпирать друг друга, создавая ребро жёсткости. Это нужно для того, чтобы тяжёлый груз, если он попадёт на разложенную спинку сиденья, не продавил её. Точно так же разложите вторую часть сиденья. Мы намеренно не говорим «вторую половину», потому что соотношение, как уже упоминалось выше, обычно не 50/50, а 60/40, то есть одна часть больше другой. Зачем это сделано?
Обратите внимание
Есть несколько простых рекомендаций при перевозке габаритных грузов на разложенном заднем сиденье. Большинство из них продиктованы обычным здравым смыслом. Например, если груз, который вы перевозите, тяжёлый неравномерно, то старайтесь самую тяжёлую его часть расположить . Импровизированное ребро жёсткости, о котором мы писали выше, конечно, помогает, но оно не гарантирует 100% сохранности сидений. Если же груз тяжёлый в любой точке, постарайтесь расположить его так, чтобы нагрузка больше падала на поверхность пола багажника. По возможности груз следует закрепить. Для этого вы можете использовать, например, ремни или покрывала. Ну, или подпереть его другим грузом, поменьше.
Производители часто обещают «ровный пол» при разложенных сиденьях. Некоторые, конечно, выполняют обещание. Но у многих пол не будет ровным абсолютно. Поэтому опять же по возможности нестабильный груз (вёдра с жидкостью, ящики с сыпучими смесями и т. д.) располагайте так, чтобы у него не было . В общем, как мы и говорили, эти правила определены разве что здравым смыслом и интуитивно понятны.
В конце поездки
Перед тем как вы сложите задние сиденья, нужно проверить, что они не пострадали от транспортировки. Складывание, кстати, производится в обратном порядке: до щелчка задвигаем на место верхнюю часть, поправляем ремень, потом опускаем нижнюю. Если обивка не пострадала, сиденье не продавилось и тяжесть не растянула пружины и не разболтала крепления, то на этом ваша поездка успешно закончена.
Сиденья автомобиля
Сиденья - основные объекты обивки автомобилей. Они служат для удобного размещения пассажиров и водителя в положении, наименее утомительном при длительной поездке в автомобиле, а также для защиты пассажиров и водителя от травм при дорожно-транспортных происшествиях.
В легковых автомобилях передние сиденья имеют прочное основание, выдерживающее нагрузку тела водителя. Подушка и спинка сиденья составляют одно целое. Спинка соединена с подушкой сиденья шарнирно, что обеспечивает возможность ее наклона. Задние сиденья обычно состоят из двух отдельных частей (спинки и подушки), которые не обладают достаточной жесткостью конструкции и не могут выдержать нагрузку, создаваемую весом пассажиров. Основания сидений являются составной частью кузова.
В кабинах автомобилей малой грузоподъемности два сиденья: одно для водителя, а другое для пассажира.
Так же как и передние сиденья легковых автомобилей, они имеют прочное основание. В кабинах автомобилей большой грузоподъемности, предназначенных для перевозки грузов на дальние расстояния, предусмотрены два передних и одно или два задних сиденья. Если двигатель расположен по всей длине кабины, то заднее сиденье разделяют. При коротком или выдвинутом вперед двигателе устанавливают цельное заднее сиденье по всей ширине кабины. Удлиненное заднее сиденье используют также для сна. Часто спинку сиденья устанавливают подъемной, в результате чего можно получить второе спальное место.
В автобусах конструкция сиденья водителя аналогична конструкции сиденья водителя грузового автомобиля. Однако конструкция сиденья пассажиров совершенно иная. Эти сиденья имеют прочный каркас, а спинки - жесткое или шарнирное крепление.
Общей особенностью конструкций сидений водителя автомобилей всех типов является возможность изменения положения относительно рулевого колеса и педалей управления. В легковых автомобилях эти сиденья можно перемещать по горизонтали вперед и назад. В грузовых автомобилях применяют также регулировку по вертикали (сиденья поднимают или опускают в зависимости от роста водителя).
Рис. 1. Переднее сиденье кресельного типа с откидной спинкой автомобиля «люкс»
Конструкции каркасов сидений, их пружинящих элементов, смягчающие материалы, обивка и оснащение зависят от класса автомобиля и его назначения. Сиденья подразделяют: для автомобилей люкс, популярных легковых автомобилей, грузовых автомобилей, автобусов, специальных автомобилей.
Сиденья автомобилей люкс. В этих автомобилях передние сиденья обычно выполняют как отдельные кресла. Это дает возможность создать удобное сиденье, которое приспособлено к строению человеческого тела и мягко поддерживает спину водителя. При такой конструкции спинку кресла водителя можно наклонять независимо от положения спинки кресла пассажира (рис. 1). Если спинку установить в горизонтальное положение, то создается спальное место. Наличие сиденья с откидной спинкой, кроме удобств во время движения, обеспечивает условия для сна в автомобиле.
Значительно реже встречаются передние сиденья диванной конструкции (рис. 2). Такие сиденья предусмотрены в американских автомобилях, так как типичные для Соединенных Штатов многодетные семьи пользуются многоместными автомобилями, а на сиденье диванной конструкции можно посадить три человека. Однако при передних сиденьях такой конструкции трудно разместить рычаг переключения передач в полу кузова. В этом случае рычаг должен иметь большую длину и его следует располагать далеко от руки водителя, что создает затруднения при управлении. Рычаг ручного тормоза при таком сиденье нельзя разместить на полу. Поэтому у автомобилей с передними сиденьями диванной конструкции рычаг переключения передач располагают под рулевым штурвалом, а рычаг ручного тормоза крепят на переднем щитке. У передних диванных сидений неразделенная спинка (рис. 2, а) неоткидная, так как при большой длине она не может иметь достаточную жесткость. Механизм для изменения положения спинки должен иметь прочную конструкцию, а перемещение спинки больших размеров вызывает необходимость приложения больших усилий. Регулировка положения спинки даже при малейших неполадках регулировочного механизма вызывает дополнительные трудности.
Рис. 2. Передние сиденья диванного типа; а - с неоткидной неразделенной спинкой; б – разделенными спинками и средним подлокотником
Переднее сиденье диванной конструкции с разделенной спинкой показано на рис. 2, б. Обе части спинки имеют отдельные регулировочные механизмы, что позволяет получать различный наклон спинок сидений водителя и пассажира.
Для сидений дорогостоящих автомобилей характерны большая толщина спинки и подушки, а также наличие эластичных пружин, которые имеют большую амплитуду колебаний во время движения. Пружинящие элементы сиденья амортизируют толчки, передаваемые подвеской автомобиля, а толстая мягкая прокладка гасит любые колебания пружин. Сиденья новейших моделей Дорогостоящих автомобилей оснащены подголовниками, которые в значительной степени предохраняют водителя и пассажира от повреждений позвоночника при сильном ударе в заднюю часть автомобиля. При таком ударе голова резко откидывается назад, происходит повреждение шейных позвонков, которое может привести к смертельному исходу. Небезопасны удары и в переднюю часть автомобиля, при которых от резкого торможения голова водителя наклоняется вперед, а затем откидывается назад, что также может вызвать повреждение шейных позвонков. Подголовник спинки сиденья служит для поддержания головы пассажира, его применение облегчает условия поездок.
Рис. 3. Передние сиденья с постоянным подголовником и удлиненными спинками
В зависимости от конструкции различают подголовники постоянные и съемные. Постоянный подголовник является составной частью спинки сиденья (рис. 3). Спинка при этом значительно вытянута вверх, несколько сужена и соответственно выгнута. Сужение сиденья в верхней части необходимо для обеспечения водителю возможности наблюдения дороги позади автомобиля при помощи зеркала заднего вида. Увеличенный просвет между верхними частями спинок дает также возможность пассажирам, сидящим на заднем сиденье, обозревать дорогу перед автомобилем. Из-за ухудшения видимости сиденья с удлиненной спинкой чаще применяют в двухместных автомобилях, в которых заднее сиденье отсутствует или оно небольшое, а поэтому неудобное и редко используемое. Если удлиненная спинка выполнена откидной, то ее невозможно использовать для устройства спального места вследствие небольшого расстояния между передним и задним сиденьем. Важным достоинством удлиненной спинки является то, что она предохраняет голову пассажира от повреждения в дорожно-транспортном происшествии, при котором автомобиль переворачивается на крышу. Прочный каркас спинки препятствует раздавливанию всей крыши, вследствие чего под крышей остается пространство для водителя и пассажира. Недостатком сидений с постоянным подголовником является значительная жесткость подголовника и невозможность его использования при различных положениях головы.
Рис. 4. Передние сиденья с выдвижными подголовниками
Выдвижные подголовники могут служить завершением верхнего края спинки сиденья (рис. 4). Такие подголовники можно регулировать по росту пассажира и наклонять под небольшим углом для большего удобства. При поднятии подголовника образуется впадина, которая не создает неудобств. Обычно подголовники размещают в направляющих (рис. 5), скрытых в спинках сиденья. Такие подголовники представляют собой мягкую подушку, которая подвижно закреплена в направляющих. Подвижность подголовника обеспечивает удобную и надежную опору для головы, независимо от роста пассажира и угла наклона сиденья. Направляющие имеют фиксаторы, при помощи которых подголовник удерживается на необходимом уровне. Сняв подголовник, можно установить спинку в горизонтальное положение для устройства спального места. Причиной широкого распространения такой конструкции подголовника является его универсальность (сиденьем можно пользоваться как с подголовником, так и без подголовника), форма спинки почти не изменяется.
От внешних форм подушки сиденья и спинки зависит удобство сиденья. Сиденья автомобилей старых моделей не могли быть удобными с точки зрения применявшихся в те времена обивочных материалов (натуральный волос, морская трава, щетина и др.). Сиденья имели выпуклые формы, их простегивали валками или крестообразно. Сиденья такого типа автомобиля Ford Т представлены на рис. 6. Обивка сидений выполнена аналогично мебельной обивке. Применение новых обивочных материалов, особенно формованного прорезиненного кокосового волокна, пенистого латекса или полиуретана, изменило конструкцию сидений, которые в настоящее время могут иметь формы очень близкие к формам человеческого тела. Примером конструкций сидений с выраженными вогнутыми формами являются сиденья ковшовой или полуковшовой формы (рис. 7). Ковшовые сиденья удерживают водителя на крутых поворотах, и поэтому их используют в спортивных и в туристическо-спортивных автомобилях. Однако сесть в такое сиденье затруднительно, и необходима большая ловкость.
Задние сиденья дорогостоящих автомобилей обычно имеют диванную конструкцию. Иногда встречаются задние сиденья кресельного типа (рис. 8), очень удобные, с широким подлокотником между креслами, создающим ощущение удобства и безопасности. Для обеспечения комфорта при поездках возможны изысканные формы заднего сиденья диванного типа (рис. 9). Такая вогнутая форма сиденья оказалась возможной только в результате применения формованного смягчающего материала. Задние сиденья современных дорогостоящих автомобилей снабжены подголовниками, которые и при таких комфортабельных сиденьях дополнительно повышают удобство и безопасность езды. В сиденьях дорогостоящих автомобилей применяют следующие обивочные материалы: натуральную кожу, шерстяные ткани, специальные ткани из искусственного волокна, искусственную кожу под названием «ареоскэй», обычную искусственную кожу, а также эти материалы в различных комбинациях.
Рис. 6. Сиденья, изготовленные по образцу мягкой мебели автомобиля Ford Т
Рис. 7. Сиденья полуковшовой формы спортивного автомобиля
Рис. 8. Сиденья кресельного типа автомобиля «люкс»
Сиденья автомобилей, пользующихся спросом. В таких автомобилях все чаще встречаются сиденья, конструкция которых близка к конструкции сидений дорогостоящих автомобилей. Незначительная разница заключается в том, что применяют более твердые прямые пружины, менее прогибающиеся при толчках автомобиля, меньшей толщины амортизирующий слой. Спинки передних сидений жестко связаны с подушками, и только лучшие модели этого класса име,рт значительно упрощенный механизм наклона спинок, который позволяет изменить наклон спинки только во время стоянки или при предварительно выдвинутом вперед сиденье.
Рис. 9. Заднее сиденье диванного типа изысканной формы
Рис. 10. Переднее сиденье недорогостоящего автомобиля
Рис. 11. Сиденья автомобиля типа джип «Land»
Менее дорогостоящие автомобили этого класса имеют значительно упрощенные конструкции сидений, пружины которых заменены резиновыми ремнями, покрытыми тонким слоем смягчающего материала. В этих сиденьях Еодитель и пассажиры ощущают каркас, несмотря на наличие слоя амортизирующего материала и дополнительного покрытия краев подушки сиденья и спинки. Пассажир, имеющий большую массу, глубже опускающийся в сиденье, ощущает неприятное давление каркаса сиденья при движении автомобиля. Сиденья недорогостоящих автомобилей не имеют ни пружин, ни резиновых ремней. Каркас такого сиденья покрыт тканью с вшитым смягчающим слоем. Это покрытие застегивают или зашнуровывают. Единственным пружинящим элементом такого сиденья является эластичная ткань покрытия.
Также мало удобно твердое сиденье с обивкой, которое применяют в автомобилях типа джип. Сиденье состоит из пластины, выполненной из фанеры или жесткого фетра, покрытой сверху смягчающим материалом и обтянутой облицовочным материалом. Такие подушки сидений и спинки прикрепляют винтами к соответствующим опорам каркаса. Применение выпуклых сидений с гладкой поверхностью, покрытой дерматином или искусственной кожей, обеспечивает хорошее стекание дождевой воды, что важно, так как эти автомобили эксплуатируют и хранят без тента или другого прикрытия. Автомобили типа джип могут иметь с дополнительным сиденьем задние сиденья в виде обычной деревянной лавки. Такие сиденья в дальнейшем не будем рассматривать, так как их изготовление не представляет интереса для обивочного производства.
Рис. 12. Съемный подговловник переднего сиденья
Рис. 13. Внутренний вид кабины развозного автомобиля
Сиденья популярных автомобилей обычно не оборудованы направляющими для установки подголовников, поэтому владелец автомобиля, заботящийся об удобстве и безопасности езды, вынужден устанавливать съемный подголовник. Такой подголовник имеет держатель, охватывающий верхнюю часть спинки и неподвижную или откидную подушку, как подголовники, которые устанавливают в направляющих. Покрытия сидений автомобилей массового производства выполняют из более дешевых материалов: искусственной кожи, дерматина, винидер-матина, а также хлопчатобумажной ткани.
Сиденья грузовых автомобилей. Автомобили малой грузоподъемности типа пикап или развозные конструируют с использованием узлов других легковых автомобилей. Поэтому они имеют аналогичное внутреннее оборудование. Передние сиденья такие же, как у легкового автомобиля, принятого за базовый. Иногда для увеличения числа мест для пассажиров пристраивают дополнительное сиденье. Сиденье выполнено из пластины, покрытой амортизирующим материалом, и обито. Его крепят винтами к трубчатому каркасу.
В автомобилях средней и большой грузоподъемности устанавливают два аналогичных по конструкции сиденья (для водителя и пассажира). Сиденье для водителя имеет регулировочный механизм для обеспечения удобной посадки водителя. Такой механизм необходим, так как водитель грузового автомобиля проводит долгие часы за рулем. Поэтому основной целью конструкторов сиденья должно быть обеспечение хороших условий работы водителя, не вызывающих излишней усталости. Для этого сиденье должно иметь механизмы перемещения сиденья вперед и назад, подъема и опускания сиденья, регулирования угла наклона спинки.
Вследствие большой разницы массы груженого и порожнего автомобиля подвеска грузовых автомобилей более жесткая, чем подвеска легковых автомобилей. Поэтому мягкая подушка сиденья с пружинами и толстой мягкой обивкой дополняет рессорную подвеску и облегчает длительное вождение автомобиля.
Сиденья грузовых автомобилей должны обладать хорошей вентиляцией, исключающей возможность ревматических и кожных заболеваний водителя в результате потения. Для улучшения вентиляции спинки сидений некоторых грузовых автомобилей выполняют ажурными, т. е. они имеют сквозные отверстия.
Сиденья грузовых автомобилей имеют прочную и жесткую конструкцию, необходимую для обеспечения их долговечности. Грузовые автомобили в процессе эксплуатации совершают в несколько раз большие пробеги, чем средние легковые автомобили. При пользовании органами управления грузовых автомобилей (педали, руль, рычаг рычажного тормоза) необходимо прикладывать значительные усилия, поэтому конструкция сиденья должна быть прочной и жесткой.
В конструкциях сидений, предназначенных для пассажиров, не нужен механизм для регулировки. Однако такие сиденья могут быть оснащены такими дополнительными устройствами, как подголовник и подлокотники. Образцы сидений водителя и пассажиров грузовых автомобилей показаны на рис. 14.
Большегрузные автомобили, предназначенные для доставки грузов на большие расстояния, имеют задние сиденья, приспособленные для переоборудования их в постели. Предусмотрены матрасы, которые размещают на трубчатом каркасе с сеткой, или специальное сиденье, спинку которого можно откинуть и получить вторую постель.
Дополнительные сиденья в небольших грузовых автомобилях выполняют в виде подушки на фанерном основании или в виде отдельной подушки, расположенной на металлическом сиденье, являющееся частью конструкции кабины автомобиля. Эти подушки не имеют пружин, они заполнены амортизирующим материалом типа губчатой резины или пенистым материалом.
Сиденья автобусов. Конструкция сиденья водителя автобуса аналогична конструкции сиденья водителя грузового автомобиля. Сиденья для пассажиров имеют каркасную конструкцию. По условиям эксплуатации и обусловленных ими составом внутреннего оборудования салона и конструкций сидений различают автобусы городские, пригородные и междугородные.
Рис. 14. Сиденье большегрузных автомобилей
Автобусы городские предназначены для перевозки пассажиров на короткие расстояния, главным образом на несколько километров, но не более двадцати. Продолжительность поездки не более нескольких десятков минут. Сиденья в этих автобусах могут иметь упрощенную конструкцию. К трубчатому основанию прикрепляют фанерный щит, покрытый мягким материалом (преимущественно пейопластом) и обитый дерматином или искусственной кожей. Спинку обычно выполняют в виде чехла, заполненного пенопластом и натянутого на каркас. Такие спинки мягкие и хорошо прогибаются при опирании на них. Такие сиденья городских автобусов недостаточно удобны, но малая толщина спинки и достаточно свободная расстановка позволяют их легко заменять. В городских автобусах сидений немного, они одноместные или двухместные, и только заднее сиденье - многоместное.
Автобусы пригородные предназначены для перевозок пассажиров на средние расстояния от 10 до 100 км. Поездка в таких автобусах длится до 3 ч, поэтому сиденья должны быть более комфортабельные (рис. 18). Спинка сидений, как и в городских автобусах, состоит из каркаса, пенопласта и обивки, но слой пенопласта утолщен, а спинка может быть простегана валиками.
Подушки сидений имеют мягкие пружины и гладкую обивку (рис. 18, а) или простеганную в полоску. Подушки сидений с обивкой, простеганной в полоску, более мягки и комфортабельны. Пригородные автобусы для увеличения числа сидячих Мест иногда оборудованы дополнительными откидными сиденьями (рис. 18, б). Откидное сиденье имеет специальный шарнирный кронштейн, при помощи которого подушку откидывают в сторону постоянного сиденья. Такое устройство предотвращает загрязнение подушки или повреждение ее пассажирами, проходящими через салон автобуса. Нетолстая подушка откидного сиденья не имеет пружин, поэтому она менее удобна, чем подушка стационарного сиденья. Спинкой откидного сиденья служит ремень, подвешенный между спинками соседних стационарных сидений.
Рис. 15. Задние сиденья грузового автомобиля, имеющие трубчатый каркас с сеткой и матрасом
Рис. 16. Заднее сиденье большегрузного автомобиля и схема раскладывания сиденья: а - сиденье в сложенном виде, позволяющее разместить четырех человек в сидячем положении; б - сиденье в разложенном виде, обеспечивающее два спальных места; в - схема раскладывания сиденья
Рис. 17. Салон городского автобуса
Автобусы междугородные экскурсионные оборудованы комфортабельными одиночными сиденьями. Эти сиденья называются «авиационными», так как их конструкция близка к конструкции сидений, используемых в самолетах. «Авиационные» сиденьч автобусов (рис. 19) в противоположность вышеописанным имеют высокие спинки с мягкой подушкой в верхней части, оканчивающиеся выше головы пассажира. Эта подушка иногда имеет сложный профиль и удобное углубление в середине. Для обеспечения Условий гигиены на верхнюю часть спинки предусмотрен белый чехол, который можно легко снимать для стирки или замены, спинку можно наклонять для обеспечения пассажиру полулежачего положения. Дальнейший наклон невозможен, так как спинка будет мешать пассажиру, сидящему сзади. Поэтому сиденья расставлены одно от другого на расстоянии меньше длины спинки. Наклон сиденья регулируют рычагом с шаровой головкой, размещенным внутри подлокотника. Подушки и спинки имеют пружины и толстый слой обивки.
Рис. 18. Салон пригородного автобуса: а - без дополнительных посадочных мест; б = с дополнительными откидными посадочными местами
Рис. 19. Салон автобуса с «авиационными» сиденьями: а - вид сзади; б - вид спереди
На задней стороне спинки предусмотрены сетка или карман для газет и журналов, столик, корзиночка для стаканов или бутылок, пепельница, поручень для облегчения подъема с кресла, опора для ног при откинутой спинке. Не обязательно применение всех упомянутых приспособлений в каждом случае. Разные автобусы имеют различные комплекты такого оборудования. В автобусах с авиационными сиденьями не устраивают дополнительных откидных сидений, так как при существующей ширине прохода это выполнить невозможно. Кроме того, дополнительное сиденье не может обеспечивать таких удобств, какие обеспечивает стационарное сиденье.
Для обивки сидений городских и пригородных автобусов обычно применяют дерматин или искусственную кожу. Сиденья междугородных автобусов преимущественно имеют комбинированное покрытие из хлопчатобумажной ткани в сочетании с дерматином или искусственной кожей.
Сиденья специальных автомобилей. Сиденья для врача и санитара в автомобилях «Скорая помощь» (рис. 20) должны обеспечивать возможность оказания помощи больному и проведения несложных процедур. Обивка сидений должна быть выполнена из легко моющихся и легко дезинфицирующихся материалов.
В школьном микроавтобусе (рис. 21), доставляющем детей в школу на сравнительно небольшие расстояния, сиденья должны быть простые, из легко моющихся и трудно поддающихся повреждениям материалов. Для перевозки на значительные расстояния детей применяют съемные сиденья, специально для этих целей сконструированные. Такие сиденья (рис. 22) могут быть поставлены в направлении движения и против и имеют запоры для удержания ребенка или лямочные ремни безопасности. Сиденья для детей выполняют обычным способом или формуют из пластмасс.
Рис. 20. Внутренний вид автомобиля «Скорая помощь» с сиденьями для врача и санитара
Рис. 21. Салон школьного микроавтобуса
Рис. 22. Конструкция сидений школьного микроавтобуса: а - мягкое сиденье, защищающее ребенка от выпадения; б - жесткое пластиковое сиденье со смягчающей подкладкой; в - жесткое сиденье
Обычно сиденья в четырех дверном кузове легкового автомобиля бывают расположены в два ряда. В легковом автомобиле ГАЗ -24 «Волга» раздельные сиденья переднего ряда (рис. 169, а) имеют отдельную регулировку подушки и спинки. Подушку сиденья можно перемещать в продольном направлении, а у спинки можно изменять ее наклон.
Сплошное заднее сиденье рассчитано на трех человек: при посадке двух пассажиров можно выдвинуть мягкий подлокотник. В случае необходимости сиденья могут быть переоборудованы в спальные места. Для этого, повертывая рукоятку, наклоняют спинки передних сидений. При посадке на переднем сиденье двух человек между ними устанавливают средний подлокотник, прикрепленный на шарнире к спинке правого сиденья. В случае посадки на переднее сиденье третьего человека подлокотник служит продолжением спинки, а между сиденьями устанавливают мягкий вкладыш.
В сиденьях и спинках автомобилей устанавливают пружины или заполняют их губчатой резиной для амортизации толчков и ударов, получаемых водителем и пассажирами при движении по неровной дороге. Сиденья и спинки покрывают обивкой из мягкой ткани.
В кабине грузового автомобиля ГАЗ -53А установлено общее сиденье для водителя и пассажира. Оно состоит из блока, изготовленного из губчатой резины, и пружины. Кабина грузового автомобиля ЗИЛ -130 имеет регулируемое сиденье водителя и двухместное сиденье для пассажиров.
Рис. 23. Сиденья автомобилей: а - переднее сиденье автомобиля ГАЗ -24 «Волга»; 6 - сиденье автомобиля ГАЗ -53А; 1 - рукоятка наклона спинки; 2 - синхронизирующий валик; 3 и 5 - салазки продольной регулировки; 4 - рычаг продольной регулировки; 6 - верх обивки; 7 - ватник спинки; 8 - армированная парусина; 9 и 15 - профили заделки пружин; 10 - пружина спинки; 11 - скоба крепления пружин; 12 - рама спинки; 13 - проволочная рамка; 14 - пруток крепления обивки; 16 и 18 - кронштейны упора спинки; 17 - регулировочные болты; 19 - накладка упора подушки сиденья; 20 - тяга; 21 - установочный кронштейн подушки; 22 - рама подушки сиденья; 23 - картонная прокладка; 24 - блок из губчатой резины; 25 - ватин; 26 - резиновая втулка
К атегория: - Материалы внутренней отделки