Содержание

Как сделать плазму в домашних условиях?

Генерируем плазму в бутылке

Наверняка многие слышали о таком понятии как плазма. Для некоторых это явление ассоциируется даже с мистическими явлениями. На само деле, плазмой является всего то ионизированный газ. Это явление образуется, когда через газ проходит высокое напряжение, к примеру, как молния.

Сегодня мы рассмотрим, как можно приручить это удивительное явление. Мы попробуем создать плазму у себя дома. Автор для этих целей использует стеклянную бутылка, подойдет также банка, но желательно, чтобы емкость была как можно меньшего объема. Дело в том, что для образования плазмы нужно снизить давление газа, а ручными методами это делать долго.
Для самоделки автор использовал простейшие компоненты и инструменты

Материалы и инструменты, которые использовал автор:

Список материалов:
— стеклянная прозрачная бутылка (или другая прозрачная емкость);
— два медных провода;
— горячий клей ;
— холодная сварка;
— небольшие резиновые трубочки;
— шприц большого объема;
— стержень из углерода (есть в батарейках, советских карандашах…);
— трансформатор от микроволновки;
— кусок длинного медного провода (тонкого);
— пневматические клапана для изготовления насосика (откачивает воздух из бутылки).

Процесс изготовления самоделки:

Шаг первый. Сверлим…
Самым сложным этапом будет просверлить отверстие в стекле, оно должно быть такого диаметра, чтобы в него мог зайти провод. То есть, небольшое. Для сверления лучше всего использовать предназначенные для этих целей сверла со специальными наконечниками.
Сверлится отверстие в донышке бутылки.

Далее берем крышку бутылки, в ней нужно просверлить два отверстия. Одно отверстие будет небольшого диаметра (такое же, как в донышке), оно используется для подключения электрода. А второе отверстие должно быть побольше, сюда устанавливается силиконовая трубочка для отсоса воздуха.

Шаг второй. Устанавливаем трубочку
Вставьте трубочку в просверленное отверстие и закрепите при помощи горячего клея, желательно с обеих сторон. Чтобы клей хорошо пристал к металлу, крышку желательно прогреть, к примеру, феном.

Шаг третий. Крепим первый электрод
Вставьте в крышку кусок провода, зачистите на конце от изоляции. Для герметичности провод с обеих сторон нужно приклеить при помощи горячего клея.

Теперь нужно сделать электрод, он изготавливается из графитового стержня. Графит используется в карандашах, но будьте внимательны, в современных карандашах графита можно и не встретить. Проверьте стержень на электропроводность, если он проводит ток, значит, это графит. Примотайте небольшой кусочек к концу провода.

Шаг пятый. Система зажигания
Для зажигания дуги нужен скачок высокого напряжения. В люминесцентных лампах, к примеру, это делают специальные пусковые конденсаторы, модуль повышения мощности и так далее. Но автор все это не использовал, вместо этого ему понадобился длинный кусок тонкого провода. Этот кусок крепим внутри банки между электродами. Один конец просто приматываем к одному из электродов, а другой конец располагаем недалеко от второго электрода.

Теперь, когда вы встряхнете бутылкой, конец провода коснется контакта и закоротит его. Вследствие чего провод раскалиться, начнет гореть и в бутылке зародится плазма.

К электродам прибора подключите провода от трансформатора микроволновой печи, но пока не включайте его в сеть для безопасности.

Шаг седьмой. Запуск!

Убедитесь, что в банке конец центрального провода находится недалеко от электрода. Включите трансформатор и подайте напряжение на электроды. Теперь встряхните банку, центральный провод должен замкнуть цепь и плазма загорится ярким свечением! Берегите глаза, так как свет будет очень ярким.

Если все получилось, поздравляю, вы своими руками смогли создать дома плазму.

Плазменная горелка своими руками + генератор холодной плазмы и драйвер ZVS

Главная страница » Плазменная горелка своими руками + генератор холодной плазмы и драйвер ZVS

Плазма представляет одно из четырёх базовых состояний материи, помимо существующих состояний – твёрдого, жидкого, газообразного. Структурной формой плазмы выступают волокна, пучки, а также двойные слои пучков по причине влияния электромагнитного поля. Плазма не имеет определенной формы и объёма, если не содержится в контейнере. Холодная плазма атмосферного давления (ХАП или Cold Atmospheric Plasma) отличается возможностью генерации и высвобождения струи при атмосферном давлении. Рассмотрим, как может быть сделана плазменная горелка своими руками на драйвере ZVS.

Плазма атмосферного давления — как получить холодную плазму?

Плазменная горелка атмосферного давления предполагает использование диэлектрического барьерного разряда, плазменной иглы и плазменного грифеля. Всё это потребуется в качестве инструментов получения холодной атмосферной плазмы (ХАП). Благодаря способности ХАП работать при атмосферном давлении, холодная плазма активно применяется для нужд биомедицинской инженерии:

предотвращения образования биоплёнки,
подавления роста микробов,
отбеливания зубов,
стерилизации стоматологических инструментов,
индуктора ликвидации клеток,
изготовления биочипов и т.д.

Вполне допустимо изготовить плазменную горелку своими руками, применяя распространённую схемотехнику. Для генерации плазмы, однако, требуется высокий энергетический потенциал.

Генерация плазмы струйным способом под атмосферным давлением возможна парой высоковольтных электродов (анод, катод). Анодный проводник пропускается сквозь трубку плазменной горелки, выполненную из кварцевого стекла. Катод в виде пластины размещается под выходным соплом трубки.

Плазменная горелка своими руками – структурная схема: 1 – источник питания 12В постоянного тока; 2 – электронная схема ZVS драйвера; 3 – трансформатор ударного возбуждения; 4 – анод в трубку плазменной горелки; 5 – катод; 6 – газ аргон в баллоне

Через трубку из кварцевого стекла на плазменную горелку предполагается подача газовой среды различного типа:

гелия,
азота,
аргона,
кислорода,
воздуха.

По мере заряда газов высокой энергией, физические и химические реакции приводят к выделению:

электронов,
ультрафиолетовых фотонов,
заряженных частиц,
химически активных окислителей,
озона.

Для работы плазменной горелки при относительно низких температурах (менее 40°C) требуется формировать сильное электромагнитное поле.

Плазменная горелка своими руками + электронная схема

Существует несколько различных электрических схем, по которым изготавливается плазменная горелка своими руками. Посредством схемы реализуется генерация высокого напряжения порядка 7-10 кВ.

Одной из первых составленных электронных схем на плазменную горелку считается схема генератора Маркса (Erwin Otto Marx / 1924 год). Схема генерирует импульс высокого напряжения, но работает от источника постоянного тока низкого напряжения.

Принцип, заложенный в основу этой конструкции плазменной горелки, предусматривает заряд нескольких параллельно включаемых конденсаторов, с последующим последовательным разрядом каждого.

Учитывая, что постоянное напряжение представляет эхо-сигнал на той же длине волны, конденсаторы заряжаются до максимального потенциала и через разряд выдают накопленную энергию.

Фрагмент конструкции домашней (лабораторной) сборки своими руками: 1 – блок питания; 2 – ZVS драйвер; 3 – трансформатор ударного возбуждения (строчный от ТВ); 4 – катодная пластина; 5 – проводник анода

Другой классический генератор высокого напряжения под плазменную горелку — схема полумостового резонансного инвертора напряжения, разработанного Питером Баксандаллом (Peter Baxandall).

Здесь используется базовая схема LCR, с подключением к средней точке катушки Тесла. Так осуществляется подача питания к нагрузке последовательной цепи с элементами LR, включенными параллельно.

Эта конфигурация для плазменной горелки также имеет схему собственной резонансной частоты, управляющей прямоугольной формой волны. Таким способом получают синусоидальный ток, протекающий через катушку Тесла. Образуется низкое сопротивление потерь, следовательно, высокий коэффициент качества плазменной горелки.

Нелинейный управляемый высокочастотный инвертор также пригоден для индукции плазмы. Параллельный резонансный инвертор состоит из переключателей на транзисторах MOSFET, подключенных к выходному паразитному конденсатору и трансформатору для питания плазменного реактора.

С аналогичной концепцией переключения, инверторная плазменная горелка своими руками выстраивается на основе трансформатора ударного возбуждения, драйвера ZVS и резонатора Тесла.

Устройством реализуется возбуждение плазмы, разряжаемой через диэлектрический барьер. В этой схеме для плазменной горелки генератор фазовой автоподстройки частоты генерирует прямоугольный тактовый сигнал.

Схема широтно-импульсной модуляции функционирует как генератор волн для управления временем переключения импульсов транзисторов. Генерация струи плазменной горелки, получаемой от источника низкого постоянного напряжения при номинальном токе 3А и резонансного инвертора, описывается ниже.

Здесь используется схема переключения при нулевом напряжении (ZVS эффект), разработанная итальянским инженером Vladimiro Mazzilli (Владимиро Маццилли).

Драйвер ZVS, спроектированный итальянским инженером, по сути, является генератором Ройера, только несколько доработанным. Такая схема для плазменной горелки своими руками обеспечивает стабильную генерацию высокого напряжения в диапазоне 20 — 40 кВ.

Драйвер ZVS — саморезонансный двухтактный несинхронизированный генератор

Драйвер ZVS по схеме Маццилли фактически представляет саморезонансный двухтактный несинхронизированный генератор. Генерацию высокого напряжения плазменной горелки даёт трансформатор ударного возбуждения. Выход схемы ZVS согласован с таким трансформатором, чем обеспечивается повышение напряжения до рабочего уровня.

Чередующиеся импульсы генерируют достаточный потенциал для подачи энергии плазменной горелке через пару электродов для формирования струи плазмы при продувке газообразным аргоном.

Электронная схема ZVS драйвера (схема Маззилли), используемого под формирование холодной плазмы под атмосферным давлением на горелке, собранной своими руками

Формирующий драйвер ZVS, собранный по схеме Маццилли, состоит из двух частей (картинка выше). Первая часть — схема переключения на двух полевых МОП-транзисторах (IRFP260) и стабилитроне.

Транзисторами повышается входное напряжение 12 вольт постоянного тока 3А до высокочастотных синусоидальных сигналов, которыми приводится в действие трансформатор ударного возбуждения.

Напряжение переключения, включающее / выключающее полевой МОП-транзистор, собирается на конденсаторе ёмкостью 0,66 мкФ * 1200 вольт постоянного тока, и на катушке индуктивности 200 мкГн. Оба компонента включены параллельно первичной обмотке трансформатора ударного возбуждения.

После подачи питания ток течёт через оба стока полевых МОП-транзисторов. Один из полевых МОП-транзисторов включается быстрее другого и потребляет больше тока. Такое условие приводит к выключению второго полевого МОП-транзистора. Отмечается синусоидальный рост и спад напряжения.

Когда транзистор Q1 включается, напряжение на стоке транзистора Q1 устремляется на заземлю. Одновременно напряжение на истоке транзистора Q2 поднимается до пика и спадает в течение одного полупериода контура LC. Когда напряжение источника на транзисторе Q2 падает до нуля, ток затвора транзистора Q1 также падает до нуля.

В результате полупроводник Q1 отключается. Такая ситуация вызывает повышение напряжения стока транзистора Q1 и включение полупроводника Q2. МОП-транзисторы переключаются при наименьшей наведённой мощности. Аналогичный процесс повторяется для второй половины цикла.

С целью снижения потребления генератором больших пиковых токов и защиты от разрушения, катушка L1 подключается последовательно с источником питания и работает как дроссель, смягчая всплески тока.

Резистором R1 ограничивается ток, способный повредить полевой МОП-транзистор. Резистор R3 снижает напряжение смещением на землю. Стабилитроны регулируют напряжение на уровне 18 вольт. Диоды D1 и D2 ограничивают напряжение затвора.

Как подключить плазменную горелку своими руками?

Плюсовой провод вторичной обмотки трансформатора ударного возбуждения, передающий потенциал напряжения до 24,5 кВ, подключается к аноду плазменной горелки. Анод сделан в виде медного стержня, вставляемого внутрь шланга для прокачки газа аргона.

Прокачка газа (в данном случае — аргон) рассчитывается под расход около 50 л/мин. Заземляющий провод трансформатора ударного возбуждения подключается к пластине катода на фиксированном расстоянии от кромки сопла плазменной горелки.

При помощи информации: DOI

КРАТКИЙ БРИФИНГ

Zetsila — публикации материалов, интересных и полезных для социума. Новости технологий, исследований, экспериментов мирового масштаба. Социальная мультитематическая информация — СМИ .

Сайт про изобретения своими руками

МозгоЧины

Сайт про изобретения своими руками

Как самостоятельно сделать плазменный шар в домашних условиях: подробная инструкция

Плазменный шар тесла – это очень красивый и интересный прибор. Поглазеть на то, как молния направляется в сторону ваших пальцев – достаточно зрелищное и красивое занятие. Но приобретать электрический световой сосуд в магазине – это чересчур дорогое удовольствие. К тому же, скорее всего, играть с данным устройством дети не будут в течение очень долгого времени. В этой статье мы решили рассказать вам о том, как вы одним выстрелом можете убить двух зайцев. Ниже мы делимся информацией по тому, как вы можете сделать плазменный шар своими руками буквально за несколько минут.

Особенности строения плазменного шара

Светильник плазменный шар состоит буквально из трех элементов: внешней стеклянной колбы светильника тесла, электрода (находится внутри ионного сосуда с молниями) и блока, который генерирует высокое напряжение внутри электрической световой сферы.

Но есть одна важная особенность, которую содержит в себе световой сосуд с молниями. Заключается она вот в чем: светильник плазменный шар содержит внутри стеклянной колбы разряженный инертный газ. Этот фактор обязательно нужно учитывать, когда будете делать ионная сфера тесла у себя дома.

Еще одна особенность строения плазменного прибора тесла заключается в том, что в ней нет никаких нитей накаливания. Это значит, что даже самодельный электрический световой сосуд прослужит достаточно долго.

Принцип работы

Работает электрическая ионная сфера следующим образом: так как плазменный шар тесла содержит внутри себя электроды, то когда блок генерации напряжения, они принимают всю его силу на себя и запускают процесс, который называется «Ионизация газа».

Если говорить простыми словами, то ионизация внутри светильника плазменного шара просто-напросто делает газ электропроводным.

Во время этой реакции, внутри лампы зарождается плазма.

Особенности эксплуатации ионной сферы тесла

Есть несколько важных особенностей, которые нужно учитывать при использовании электрического ионного сосуда:

во-первых, постарайтесь не размещать рядом с ним электрические приборы;
во-вторых, все контакты должны быть заизолированы;
в-третьих, старайтесь не трогать одновременно шар с молниями и заземленные металлические предметы.

Варианты внешнего вида электрического плазменного шара

Как правило, электрический ионный шар имеет одинаковый внешний вид: стеклянная колба и блок-генератор напряжения. Но, в зависимости от того, какой газ находится в ионной сфере тесла, молния в лампе приобретает различные цвета: розовый, фиолетовый, зеленый и так далее.

Необходимый материал для изготовления светильника плазменного шара

Мы предлагаем самый простой способ изготовить плазменный шар тесла дома.

Чтобы сделать электрическую световую сферу дома, вам понадобятся следующие материалы:

лампа накаливания;
строчный трансформатор (его можно очень дешево купить на радиорынке или достать из старого телевизора);
энергосберегающая лампа (ее диоды будем использовать для генерации молнии в электрической световой сфере);
провод с вилкой, для включения в розетку.

Как сделать плазменный шар тесла своими руками

Чтобы в домашних условиях изготовить электрический плазменный шар, вам следует соединить между собой плату от энергосберегающей лампы, и к ней же припаять контакты трансформатора.

Плазменная тесла сфера почти готова.

Осталось подключить лампу накаливания к присоске от строчного трансформатора и все: электрическая ионная сфера в ваших руках.

Плазма в пробирке

В данной статье пойдет речь о четвертом состоянии вещества – плазме. Однако прошу заметить, что перед повторением данного изобретения внимательно прочтите предупреждение, указанное ниже.

Отказ от ответственности: если вы собираетесь повторить данное изобретение, примите во внимание следующие риски: для работы устройства используется опасный ток высокого напряжения. Кроме того, конечный продукт может излучать небольшое количество рентгеновских лучей. Я не буду нести ответственность за повреждения собственности или людей при повторении данного учебного материала.

Шаг 1: Что такое плазма?

Цель данной разработки — не создать урок о физической природе плазмы (я бы и не смог это сделать), а научить вас как ее воспроизводить, хотя у большинства о плазме очень смутные представления.

Мы привыкли к трем состояниям вещества: твердое, жидкое и газообразное. Однако существует еще одно плохо изученное состояние – плазма, которая является наиболее распространенной формой вещества во Вселенной. Поэтому большинство звезд находятся в состоянии плазмы.

В принципе, плазма представляет собой ионизированный газ, который состоит из набора электронов и ионов, но в целом является нейтральным.

Нейтральный газ является диэлектриком (т.е. он не проводит электричество), но если его подвергнуть воздействию сильного электрического поля, при значительно низком давлении, он начинает ионизироваться. Это означает, что его частицы теряют физическое электронное равновесие и начинают проводить электричество.

Молния – это пример плазмы, видимой в земных условиях. И поскольку плазма очень горячая (в молнии плазма достигает температуры 28 000 кельвинов), то она часто используется при промышленной резке.

Фактически, мы должны получить обворожительное сияние света в цветовом диапазоне от розового до синего.

Шаг 2: Используемые материалы

Для данной разработки используются следующие материалы:

1) Несколько толстых и больших пробирок, в моем случае использовалась пробирка длиной 20 см и диаметром 2 см.

2) Корковая пробка, которая герметично закрывает пробирку.

3) Металлическая трубка длиной 7 см и диаметром 0,5 см. Я использовал латунную, но материал не играет роли.

4) Стальной винт с плоской головкой длиной 10 см и диметром 0,5 см. Головка имеет диаметр 1,8 см, поэтому почти совпадает с диаметром пробирки.

5) Изоляционная лента.

6) Эпоксидный клей.

7) Короткий кусочек металлической проволоки.

Шаг 3: Инструменты

Для данной разработки используются следующие инструменты:

1) Сварочная горелка на бутане.

2) Термостойкие перчатки (это важно!)

3) Шлифовальный круг

Шаг 4: Специальное оборудование

Название данного раздела может разрушить все ваши стремления: «Мне понадобится специальное оборудование? Но я отвечу, это будет легко!» Для изготовления устройства вам понадобится:

1) Высоковольтный генератор напряжением 15-25 кВ при токе 50-200 мА.

Я использовал схему на базе ZVS (коммутация при нулевом напряжения), которая управляет трансформатором строчной развертки. Вы можете построить свой собственный генератор, благодаря сноскам, указанным ниже:
— www.instructables.com/id/ZVS-Driver/
— www.instructables.com/id/2n3055-flyback-transformer-driver-for-beginners/

Генератор очень легко изготовить, но можно купить готовый на аукционе ebay по цене 25$, если вы не очень хорошо умеете паять. Также можно использовать трансформатор от неоновой вывески.

2) Вакуумный насос.

Вакуумные насосы очень дорогие, поэтому я использовал старый компрессор от холодильника. Я просто прикрепил толстую ПВХ трубку к всасывающему концу и это реально работает.

Шаг 5: Что мы собираемся построить?

Мы собираемся построить цилиндрическую вакуумную камеру с двумя электродами. После создания вакуума, разреженный воздух будет оставаться в камере. При создании сильной разности электрических потенциалов между двумя электродами, газы внутри будут переходить в состояние плазмы.

На фото указана подробная информация.

На последнем шаге вы можете просмотреть видеоролик работы устройства!

Шаг 6: Изготовление катода

Винт будет использоваться в качестве катода, но сначала необходимо выполнить некоторые модификации:

— Заострите конец винта, используя шлифовальный круг. Это позволит более легко сделать сквозное отверстие через стекло.

— Если винт имеете гальваническое покрытие, тогда удалите цинковое покрытие с головки. При достижении высокой температуры возможно отслаивание чешуек с винта и загрязнение вакуумной камеры.

Шаг 7: Изготовление анода

Анодный блок будет выступать в качестве приспособления для вакуумного насоса. Вы должны:

— Просверлить отверстие в корковой пробке, немного меньше, чем диаметр латунной трубки.

— Протолкнуть латунную трубку через пробку, оставив как минимум 5 см трубки во внутреннем конце.

— Обернуть проволоку вокруг внешнего конца трубки, оставив пару сантиметров спереди.

Шаг 8: Установка катода

Теперь начинается самое интересное: вы должны придать катоду шаровидную форму в задней части пробирки, оставив непокрытую часть винта для присоединения к генератору. Это звучит сложно, но я обнаружил, что обработка стекла не такая уж и сложная задача. Вы должны сделать следующее:

1) Наденьте защитные перчатки.

2) Разогрейте сварочной горелкой заднюю часть пробирки, чтобы стекло размягчилось. Это удобно выполнять, поворачивая пробирку непрерывно над пламенем под углом 30°, как показано на фото. Стекло размягчится, когда пламя горелки по цвету станет из оранжевого синим, а само стекло также станет оранжевым по цвету. Использование несколько горелок значительно облегчают данный процесс обработки.

3) Протолкните винт через размягченное стекло изнутри пробирки. Это создаст форму стеклянного выступа.

4) Разломайте кончик выступа, когда винт будет проходить через него.

5) Нагрейте стеклянный выступ, и дайте стеклу сплющится на винте.

6) Загерметизируйте стеклянный выступ напротив винта, сжав размягченное стекло с помощью плоскогубцев.

На фото указана подробная информация.

Шаг 9: Герметизация катода

Результат предыдущего шага может быть неудовлетворительным. Для проверки просто подуйте в пробирку.

Если вы почувствуете утечку воздуха в зоне винта, тогда вы должны загерметизировать это место с помощью эпоксидного клея или обернуть изоляционной лентой. Лучше использовать именно ленту, поскольку при создании вакуума она деформируется, заполняя место утечки.

Шаг 10: Сборка и настройка

Пришло время для настройки устройства:

1) Соберите камеру. Если вы все сделали правильно, тогда расстояние между электродами должно составлять 12 см.

2) Расположите камеру в горизонтальном положении. Для этого, изготовьте подставку из фанеры. Также можно использовать картон.

3) Подсоедините вакуумный насос к аноду.

4) Подключите высоковольтный генератор к электродам.

5) Запустите вакуумный насос.

Устройство готово к показу!

Шаг 11: Видео работы устройства

После создания вакуума просто запустите генератор. На ваших глазах появится яркий поток плазмы.

Отклонение потока: так как плазма чувствительна к магнитным полям, то возможно отклонить поток с помощью сильного магнита (как показано на фото).

Поскольку плазма сильно горячая, не рекомендуется включать устройство больше, чем на 30-40 секунд.

Я надеюсь, что вам понравилось данное устройство, и вы узнали для себя много полезного!

Изготовление плазмореза из инвертора своими руками: инструкция, схемы, видео

Заводской аппарат для плазменной резки. Наша задача: сделать аналог своими руками

Сделать функциональный плазморез своими руками из серийного сварочного инвертора не так уж сложно, как это может показаться на первый взгляд. Для того чтобы решить эту задачу, необходимо подготовить все конструктивные элементы такого устройства:

плазменный резак (его также называют плазмотроном);
сварочный инвертор или трансформатор, который будет выступать в роли источника электрического тока;
компрессор, при помощи которого будет создаваться струя воздуха, необходимая для формирования и охлаждения потока плазмы;
кабели и шланги для объединения в одну систему всех конструктивных элементов аппарата.

Общая схема работы плазменной резки

Плазморез, в том числе и самодельный, успешно используется для выполнения различных работ как в производственных, так и в домашних условиях. Незаменим такой аппарат в тех ситуациях, когда необходимо выполнить точный, тонкий и высококачественный рез заготовок из металла. Отдельные модели плазморезов по своим функциональным возможностям позволяют использовать их в качестве сварочного аппарата. Такая сварка выполняется в среде защитного газа аргона.

Газовый шланг и обратный кабель для плазменной резки

При выборе для комплектации самодельного плазмотрона источника питания важно обращать внимание на силу тока, которую такой источник сможет вырабатывать. Чаще всего для этого выбирают инвертор, обеспечивающий высокую стабильность процессу плазменной резки и позволяющий более экономно расходовать электроэнергию. Отличаясь от сварочного трансформатора компактными габаритами и легким весом, инвертор более удобен в использовании. Единственным минусом применения инверторных плазморезов является трудность раскроя с их помощью слишком толстых заготовок.

Горелка плазменного резака ABIPLAS и ее составные части

При сборке самодельного аппарата для выполнения плазменной резки можно использовать готовые схемы, которые несложно найти в интернете. В Сети, кроме того, есть видео по изготовлению плазмореза своими руками. Используя при сборке такого устройства готовую схему, очень важно строго ее придерживаться, а также обращать особенное внимание на соответствие конструктивных элементов друг другу.

Схемы плазмореза на примере аппарата АПР-91

В качестве донора при рассмотрении принципиальной электрической схемы мы будем использовать аппарат плазменной резки АПР-91.

Схема силовой части (нажмите для увеличения)

Схема управления плазмореза (нажмите для увеличения)

Схема осциллятора (нажмите для увеличения)

Элементы самодельного аппарата для плазменной резки

Первое, что необходимо найти для изготовления самодельного плазмореза, – это источник питания, в котором будет формироваться электрический ток с требуемыми характеристиками. Чаще всего в этом качестве используются инверторные сварочные аппараты, что объясняется рядом их преимуществ. Благодаря своим техническим характеристикам такое оборудование обеспечивает высокую стабильность формируемого напряжения, что положительно сказывается на качестве выполнения резки. Работать с инверторами значительно удобнее, что объясняется не только их компактными габаритами и незначительным весом, но и простотой настройки и эксплуатации.

Принцип работы плазмореза

Благодаря компактности и небольшому весу плазморезы на основе инверторов можно использовать при выполнении работ даже в самых труднодоступных местах, что исключено для громоздких и тяжелых сварочных трансформаторов. Огромным преимуществом инверторных источников питания является и то, что они обладают высоким КПД. Это делает их очень экономичными в плане потребления электроэнергии устройствами.

В отдельных случаях источником питания для плазмореза может служить сварочный трансформатор, но его использование чревато значительным потреблением электроэнергии. Следует также учитывать и то, что любой сварочный трансформатор отличается большими габаритами и значительной массой.

Основным элементом аппарата, предназначенного для раскроя металла при помощи струи плазмы, является плазменный резак. Именно данный элемент оборудования обеспечивает качество резки, а также эффективность ее выполнения.

Форма и размер плазменной струи зависит от диаметра сопла

Для формирования воздушного потока, который будет преобразовываться в высокотемпературную струю плазмы, в конструкции плазмореза используется специальный компрессор. Электрический ток от инвертора и воздушный поток от компрессора подаются к плазменному резаку при помощи кабель-шлангового пакета.

Центральным рабочим элементом плазмореза является плазмотрон, конструкция которого состоит из следующих элементов:

сопла;
канала, по которому подается воздушная струя;
электрода;
изолятора, который одновременно выполняет функцию охлаждения.

Конструкция плазменного резака и рекомендации по его изготовлению

Первое, что необходимо сделать перед изготовлением плазмотрона, – это подобрать для него соответствующий электрод. Наиболее распространенными материалами, из которых делают электроды для выполнения плазменной резки, являются бериллий, торий, цирконий и гафний. На поверхности данных материалов при нагревании формируются тугоплавкие оксидные пленки, которые препятствуют активному разрушению электродов.

Сменные насадки для плазмотрона

Некоторые из вышеперечисленных материалов при нагревании могут выделять опасные для здоровья человека соединения, что следует обязательно учитывать, выбирая тип электрода. Так, при использовании бериллия формируются радиоактивные оксиды, а испарения тория при их соединении с кислородом образуют опасные токсичные вещества. Совершенно безопасным материалом, из которого делают электроды для плазмотрона, является гафний.

За формирование струи плазмы, благодаря которой и выполняется резка, отвечает сопло. Его изготовлению следует уделить серьезное внимание, так как от характеристик данного элемента зависит качество рабочего потока.

Строение сопла плазменной горелки

Наиболее оптимальным является сопло, диаметр которого составляет 30 мм. От длины данного элемента зависит аккуратность и качество исполнения реза. Однако слишком длинным сопло также не стоит делать, поскольку это способствует слишком быстрому его разрушению.

Как уже говорилось выше, в конструкции плазмореза обязательно присутствует компрессор, формирующий и подающий к соплу воздушный поток. Последний необходим не только для формирования струи высокотемпературной плазмы, но и для охлаждения элементов аппарата. Использование сжатого воздуха в качестве рабочей и охлаждающей среды, а также инвертора, формирующего рабочий ток силой 200 А, позволяет эффективно разрезать металлические детали, толщина которых не превышает 50 мм.

Выбор газа для плазменной резки металла

Для того чтобы приготовить аппарат для плазменной резки к работе, необходимо соединить плазмотрон с инвертором и воздушным компрессором. Для решения такой задачи используется кабель-шланговый пакет, который применяют следующим образом.

Кабелем, по которому будет подаваться электрический ток, соединяются инвертор и электрод плазмореза.
Шлангом для подачи сжатого воздуха соединяют выход компрессора и плазмотрон, в котором из поступающего воздушного потока будет формироваться струя плазмы.

Особенности работы плазмореза

Чтобы сделать плазморез, используя для его изготовления инвертор, необходимо разобраться в том, как такой аппарат работает.

После включения инвертора электрический ток от него начинает поступать на электрод, что приводит к зажиганию электрической дуги. Температура дуги, горящей между рабочим электродом и металлическим наконечником сопла, составляет порядка 6000–8000 градусов. После зажигания дуги в камеру сопла подается сжатый воздух, который проходит строго через электрический разряд. Электрическая дуга нагревает и ионизирует проходящий через нее воздушный поток. В результате его объем увеличивается в сотни раз, и он становится способным проводить электрический ток.

При помощи сопла плазмореза из токопроводящего воздушного потока формируется уже струя плазмы, температура которой активно повышается и может доходить до 25–30 тысяч градусов. Скорость плазменного потока, за счет которого и осуществляется резка деталей из металла, на выходе из сопла составляет порядка 2–3 метров в секунду. В тот момент, когда струя плазмы соприкасается с поверхностью металлической детали, электрический ток от электрода начинает поступать по ней, а первоначальная дуга гаснет. Новая дуга, которая горит между электродом и обрабатываемой деталью, называется режущей.

Характерной особенностью плазменной резки является то, что обрабатываемый металл плавится только в том месте, где на него воздействует плазменный поток. Именно поэтому очень важно сделать так, чтобы пятно воздействия плазмы находилось строго по центру рабочего электрода. Если пренебречь этим требованием, то можно столкнуться с тем, что будет нарушен воздушно-плазменный поток, а значит, ухудшится качество выполнения реза. Для того чтобы соблюсти эти важные требования, используют специальный (тангенциальный) принцип подачи воздуха в сопло.

Необходимо также следить за тем, чтобы не образовалось сразу два плазменных потока вместо одного. Возникновение такой ситуации, к которой приводит несоблюдение режимов и правил выполнения технологического процесса, может спровоцировать выход инвертора из строя.

Параметры плазменной резки различных металлов (нажмите для увеличения)

Важным параметром плазменной резки является скорость воздушного потока, которая не должна быть слишком большой. Хорошее качество реза и быстроту его выполнения обеспечивает скорость воздушной струи, равная 800 м/сек. При этом сила тока, поступающего от инверторного аппарата, не должна превышать 250 А. Выполняя работу на таких режимах, следует учитывать тот факт, что в этом случае увеличится расход воздуха, используемого для формирования плазменного потока.

Самостоятельно сделать плазморез несложно, если изучить необходимый теоретический материал, просмотреть обучающее видео и правильно подобрать все необходимые элементы. При наличии в домашней мастерской такого аппарата, собранного на основе серийного инвертора, может качественно выполняться не только резка, но и плазменная сварка своими руками.

Если в вашем распоряжении нет инвертора, можно собрать плазморез и на основе сварочного трансформатора, но тогда придется смириться с его большими габаритами. Кроме того, плазморез, изготовленный на основе трансформатора, будет обладать не очень хорошей мобильностью, так как переносить его с места на место затруднительно.