维拉德级联的安全性

电器工程 安全
2022-01-06 05:07:48

我十几岁的儿子最近在业余时间一直在构建 Cockcroft-Walton 乘法器,如果他自己触电,我可能有点担心。他的电路由 4 节串联的 AA 电池 (6V) 供电,从火花隙来看,他使用振荡器和变压器,然后是 Cockcroft-Walton 级联,设法达到了 6kV 左右。因为他是在一个简单的面包板上构建的,所以他和电路的某些部分之间没有绝缘,他已经告诉我他受到了一些冲击。

我是一名在大学工作的物理学家,所以我查阅了欧洲有关家用电器的规定,我认为应该没问题(我们使用相同的规定来评估范德格拉夫发电机演示)。级联电路的总电容最终约为 1nF,因此在 6000V 时,总电荷应为 6uC,我认为这应该是安全的(EN-60335-1),但由于我不是工程师,我不能肯定地说.

我的问题是:我应该阻止我儿子建造这些吗?我一直鼓励创造力和他对电子产品的热爱,但我不希望他受伤或更糟。

4个回答

感到震惊是好的。将焊料滴在衣服和皮肤上是好的。在锋利的金属边缘划伤手指是好的。人类靠探索生存。人类从痛苦中学习。否则我们将在沼泽中畏缩。

小时候,我感觉到 117 VAC 从旧电源变压器传来的刺痛感。我学会了坐在木椅上,不要用脚趾碰水泥地板。

后来在“校准”示波器时,我将裸露的示波器靠在金属实验室工作台上,将 EICO 示波器管座接触到工作台,然后通过我的衬衫将肚子靠在工作台的前部,然后当我伸到远处调整“聚焦”电位器时,我再次通过衬衫触摸我的胸部到示波器底盘。3,000 伏特穿过胸部。我惊呆了,坐了几分钟。

但是我还有更多关于高压的课程要学习。

让你儿子看一些高压致死视频。

教他关于高压的“一只手放在口袋里”的技巧。

编辑:然后有大电流;大学教授告诉朋友失去了左手无名指,因为结婚戒指最终进入了高电流路径,使戒指发红,杀死了皮肤、肌肉、肌腱和骨头。

我也有 MOSFET 栅极驱动器 IC 在封装顶部爆炸,在“双极回弹”事件期间,大型 HP 实验室电源内的 1,000 μF 存储电容器需要将其能量卸载到 2 mm × 4 mm栅极驱动器的硅。我们三个人都没有被击中,盘旋得很近。但在那之后,我总是在电路顶部放一张纸,以拦截更多的 IC 能量转储。活力?1/2 * C * V^2 = 0.5 * 1,000uf 假设(未打开 HP 电源)* 20v * 20v = 200 毫焦,这解释了 DIP 塑料顶部被吹掉的原因。错过了我们的 6 只眼睛(虽然我戴着眼镜)。

编辑:栅极驱动器的爆破是偶然的,因为我牢记这一课并意识到在 1,000 μF 电容中存储能量的危险。我学会了如何在评估双极回弹时戏弄龙,只允许栅极驱动器上的 1,000 pF,220 Ω 电阻到(实验变量)Vdd。使用长引线 1,000 pF(3" 引线,总共 6" 或 100 纳亨)以及外部 1,000 pF 和约 1,000 pF 的片上阱基板,在开关事件期间,硅 VDD_GND 会崩溃然后反弹比额定 18 伏高 5 或 10 或 15 伏。在某种程度上,振铃的压摆率(22 MHz 时为 100 nH 和 500 pF 振铃)会在硅中引起足够的瞬态电荷,从而发生双极回弹,并且 VDD(由 1、000 pF) 将被吸至 16 或 17 伏,因此回弹将自熄。当我诊断出瞬态充电路径并意识到需要更改布局规则时,我以 100 kHz 的频率运行这些设备,进/出回弹,没有损坏。巧遇。活力?0.5 * C * V^2 = 0.5 * {总原型板 + 硅帽 = 2,000pF} * 31.6volts^2 = 1,000pF * 1,000 (volts^2) = 1 微焦耳。

几十年前,吃完午饭回来,被告知去实验室检查 XXXX 长凳上的“碎片”。有 6panel 绕线板(30*6=180 个 IC),许多 IC 的顶部被炸掉了。结果发现一根悬挂的一端松散的电线在前长凳边缘和**进入* 117VAC 电源的热触点上方和周围和下方卷曲。因此,管理层希望所有工程师、技术人员和返工人员了解弹性卷曲的绕线绕线悬空的危险。

Ahhhh 由于某种原因,分配给 400 瓦 Tritek 开关电源几周。只是为了给我一些切换器的经验;我不是设计师。牺牲性的 5 瓦 5 欧姆绕线保护电阻器一再发生爆炸,它们的陶瓷芯从散热外壳中炸出,穿过长凳之间的走道,电阻丝像 TOW 导弹的导丝一样拖在后面。我们学会了不挡路。

为了安全,并且在高增益放大器(100dB 和 120dB)中没有嗡嗡声,我学会了使用 9volt "B" 3" x 3" x 4" 电池。高 Rout 几乎一直引起振荡,直到我学会实施“本地电池”,在 VDD 到 LNA 阶段带有 RC LPF。我收集了很多 5,000uF 电容。

从您的描述来看,只要他只使用电池并保持电容器很小,看起来就很安全。CW乘法器增加电压但减少电流,因此输出端只有几百微安。

EN60335-1 建议在 15kV 以下,只要电击的总电荷少于 45 个微柱,就不会有危险。你儿子的电路看起来比 Q=CV 低得多。显然,如果他开始使用越来越高的电压,他将需要减小盖子的尺寸以保持安全。在 6000V 和 1nF 的情况下,任何“冲击”都会感觉很像来自门把手的静电冲击。这也是商业牛产品具有的类似输出。

CW 级联的另一个特性是输出电压和电流取决于负载:负载的电阻越低,电流越低,这使得它们非常低效,但如果你对它感兴趣,也可以节省你的培根。

我也同意他应该受到监督,我认为这几乎是不言而喻的。

我认为 4 节 AA(或 D 等)电池在电路中造成危险的唯一方法是使用上述电路为巨大的电容器充电。不过,我可能是错的。

安全是一个相对术语,对一个人安全的东西可能对另一个人不安全,作为一名专业人士,我不能真正告诉你他是 100% 安全的。听起来所涉及的能量相当微不足道,但这并不意味着他不会在一个小时后将其连接到电力变压器以获得更大的火花。此外,即使使用这些值,他也可能使电容器过压并导致它相当剧烈地失效。对于这个和其他项目,安全眼镜将是一个好主意。

使用电力总是存在与之相关的风险。它们可能来自触电、爆炸、烧伤、起火、化学暴露和其他一些。这只是与工作的性质有关。

你应该阻止他吗?好吧,您可以尝试,但最好让他对他应该采取的风险和安全措施进行适当的教育,以限制他对出现问题的脆弱性。这些措施应该包括严格的限制,“当周围没有其他人时,我们不玩电!” .

网上有许多简单和复杂的指南。

也许在他做实验的时候花点时间陪他。你可能会喜欢它,我相信你的儿子会喜欢它的。

补充:不过,作为父母,我会采取措施确保小伙子工作的地方配备齐全。正确的工具、设备、接地故障中断的电源插座、照明、通风都很重要。

危险!上限放电的令人心碎的程度是由能量决定的,而不是由库仑决定的。

请参阅 pdf:IEEE 2009:电气危险分类系统

一般来说,让你的电容器进入 10 焦耳及以上的范围是不好的。当然,这是针对您胸部的分泌物。严重的心脏危险从 20 焦耳放电开始。低于 10 焦耳时,主要问题是肌肉收缩、被尖锐物体猛烈撞击等造成的切片。

0.001uF 和 6KV 产生 36 毫焦耳。很安全,虽然有点痛。

尽管如此,心脏效应取决于能量密度,而不仅仅是焦耳。如果你将一个尖端电容器刺入你的胸腔,传递到起搏系统的能量将比用两只手触摸相同的电容器端子高几个数量级。

使用盖帽放电系统时,只能使用一只手。这样,意外放电就不会流过您的胸部。或者更好的是,始终保持非常恐惧和偏执,担心自己会犯错误并受到严重打击。一些严肃的尊重(如果不是纯粹的恐惧)在鼓励事先进行适当的研究方面大有帮助,并避免在处理千伏电容器时产生任何无知的危险行为。