| MINI SGTC CONTEST PAGE | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| on the HV forum) I started the construction | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Starting from the SGTC contest rules written by Reaching on his forum ( see the | thread | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| of a little coil powered by an ignition coil / flyback source. I would prefer to build a little coil and increase step by step the power input, using different kinds of drivers, than building a big coil fed with ridiculous amount of power. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| THE LITTLE TC | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| SECONDARY - white PVC pipe - diameter: 1.18 inches (3 cm) - wound lenght = 6.49 inches (16,5 cm) - total lenght = 7.87 inches (20 cm) - number of turns = 660 with 0.25 mm magnet wire - calculated inductance L = 2159.69 microH - calculated C self = 2.4691 pF - F res without topload = 2.180 MHz - the secondary is insulated inside with plasticine to prevent breakdown - no varnish TOPLOAD - made with different sizes bells taken down from electric bells. Capacity unknown, empirical tuning. The sharp edge of the topload was insulated with plasticine PRIMARY COIL - average radius = 3.54 inches (9 cm) - wound lenght = 1.96 inches (5 cm) at 2 cm from bottom - total lenght = 15 cm - number of turns = 6 , with solid 3 mm copper wire, 7 mm space between turns - calculated inductance = 8.7667 microH PRIMARY CAPACITOR - MMC style cap made with 7 (10 nF @ 2 kV) polipropilene caps, in serie for a 1.42 nF @ 14 kV cap SPARK GAP - simple with two big heatsinks, 5 mm gap |
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| SECONDARY AND PRIMARY PIC | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| LITTLE TESLA COIL | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| SOURCE ADVENTURE STEP ONE DIMMER DRIVEN IGNITION COIL RESULTS: 3 - 3.5 cm streamers, 8-9 cm arcs to ground For easy comparing I used a 9 V battery which has a 4,5 cm height, / the PVC pipe that supports the grounded electrode is 4 cm diameter |
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| ELECTRICAL SCHEMA | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| POWER SOURCE PIC | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| SETUP | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| STEP TWO MODIFICATIONS I put a 6.8 nF@ 2kV polipropilene cap in parallel with the primary of the ignition coil. It seems to help the streamer output and the IC is cooler now. 8 uF in the dimmer-cap combo seems to be a good compromise between high current output and the heating of the coil. |
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| I am using a new secondary. Specs: - wound on white PVC pipe with end caps (plasticine) - diameter: 1.56 inches (4cm) - total lenght: 9.05 inches (23 cm) - wound lenght: 7.87 inches (20cm) - number of turns = 800 with 0.25 mm magnet wire - no varnish - inductance (calculated): 4542.41 microH - self capacitance: 3.0784 pF - self resonant frequency (without topload): 1.346 MHz I added 1.1 nF at the primary cap (I am using 2.5 nF now). I tryed a Cp = 14 nF, but the spark gap didn't fire up. So I will stay under 10 nF, better under 6 nF. The high coupling seems good for these low power coils. I made a new primary, adding 4 more turns (insulated top turns) to the old primary. Specs: - PVC form with plastic spacers - diameter: 7.08 inches - wound lengh: 2.95 inches - number of turns: 10, taped at turn 8 - inductance (calculated): 13.07 microH RESULTS: 5 cm streamers, 11.5-12.8 cm (5 inches) arcs to ground |
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| NEW PRIMARY CAP | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| NEW TC SETUP | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| STREAMERS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ARCS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| STEP THREE Last time I had some racing sparks on the secondary. I didn't want to lower the coupling too much, but I will make a shorter primary without interturn spaces to match the wanted inductance. I made the primary using 10 turns with highly insulated trifilar cable (3 x 2.5 mm), connecting all 3 cables in parallel to decrease the ohmic resistence. In an attempt to tune the TC I made a new topload with a floater covered with alu foil (yes, the little plastic ball from the water reservoir of the toilet). The spheric topload is useful for little coils because the coalescence tendecy of the streamers, preventing power dissipation in multiple streamers. The little metalic bells under the sphera are used to supress corona at the top turns and getting the thing into tune (by adding or substracting them). RESULTS: 5 cm streamers, up to 7 inches arcs |
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| TC SETUP | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| STREAMERS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ARCS TO GROUND | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 14-15 CM (6 INCHES) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| I was more confident and increased the spark gap a bit (7 mm) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 16.8-17.5 CM (UP TO 7 INCHES) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| STEP FOUR INCREASING THE PRIMARY CAP |
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| I added a new | 3.3 nF @ 12 kV cap | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| (made with ceramic caps from my junk pile) to my original Cp for a total of 5.8 nF. I used | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| the tunable primary from "STEP TWO" tuned at 5 1/4 turns. The sparks were very bright, but shorter (~10 cm). The TC runs more disruptive and I had to reduce the spark gap to 3-4 mm to make it run continuosly (decreasing the charging voltage of the primary cap though). I used a new smaller cap 3.6 nF (original 2.5 nF and a MMC chain with 8 FKPs in serie, 9.1 nF @ 1600 V each). Primary made with trifilar insulated cable 6 3/4 turns, spark gap = 5 mm. Wunderbar! It works great. The streamers are up to 8-9 cm and the ground arcs are between 12-14 cm. Seems that increasing the Cp value, the streamers are longer, but the ground discharges are a bit shorter, though very bright. I tryed to get a higher current output from IC using 3 uF more in the dimmer- cap combo. It didn't affect the spark, but the iggy run hotter. So I will go with only 8 uF. Rising the secondary with 1 cm helped a lot the streamer display. Experimentally I have now some observations: PRIMARY CAP (nF) SPARK LENGHT TO GROUND TC BEHAVIOUR 1.1 nF 9 cm run smoothly 2.5 nF 17-18 cm run smoothly 3.6 nF 12-14 cm disruptive 5.8 nF 10 cm very disruptive Seems that for the dimmer- cap driver, the magical value for Cp for long sparks stay somewhere between 1.5 - 3.5 nF. |
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| STREAMERS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| MOVIE | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ARCS TO GROUND 1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ARCS TO GROUND 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| STEP FIVE TWIN SETUP APPROACH In an attempt to increase the spark lenght, at the same power, I made a twin system, but the sparks didn't grow above 8 inches. |
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| SETUP | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ARCS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Because of the dimmed shaped AC wave, I can not have the "grow-up" phenomenon of the streamers, observed in tesla coils, responsible for very long discharges, so the formula " SPARK LENGHT = 1.7 * SQRT(P)" can not be used (maibe something more like "SPARK LENGHT = SQRT (P)). The same principle applyes on flybacks which work based on the magnetic energy stocked in the air gaps too. One solution is to rise the frequency (a 400 Hz dimmed iggy or a flyback) or to use a flyback without gaps (like a true transformer) run with a bridge or a ZVS driver, to supply some really power to the TC. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| STEP SIX FLYBACKS A NEW CHALLENGE I bought two unrectifyed flybacks, one from an old TV with tubes (let say flyback A) and the other with a bigger core from a colour TV (flyback B). I took off the spacers on the flyback B, eliminating the gaps on the core, preparing it to get some more power (acting as a transformer) The driver was my old Royer setup (http://www.geocities.com/teslina/Rfsch.html). The primaries of the flybacks were rewound witH 4+4 turns and a Cp = 6 uF @ 600 V The output of the two transformers is not similar. The flyback A outputs a flame like arc even at a low voltage from the variac (5 VDC). The flyback B needs more voltage (20 VDC) to output some scary arcs. Under load, the driver IGBTs warm a bit with the flyback A but remain stone cold with the flyback B Because of the higher working frequency I have to rectify the flyback output to get an efficient charging of the primary cap in the primary tank of the TC. I didn't trust the diode split transformers and wanted to use some external diodes. Because I dont like silicon in a SGTC, I tryed first with a vacuum diode, but the result was dissapointing. So I managed to get some TV-20 silicon diodes. The diode have to be overrated for more safety, so i used at least 4 in serie (I am using 6 in serie curently now). The diodes heat up a lot with the flyback B (probably because higher circulating power output), but the warming is resonable with the flyback A in place. I made a quick setup, with driver, flyback A/B (each flyback can be put in the circuit), rectifyer (6 silicon diodes TV-20 in serie), a 1.4 nF cap as load (capacity comparable with the primary cap of the TC) and a spark gap in parallel with the cap, to verify the functionality, temperature on flybacks/ diodes/ driver IGBTs. The results are sumarised in the next table: Transformer Arcs (without load) Input voltage (variac) Diode warming IGBT temperature with 1.4 nF load with 1.4 nF load Flyback A (with gaps) brigther as a flame low (from 5 VDC) warm warm Flyback B (no gaps) strong arcs surrounded higher (>20 VDC) hot cold by an incandescent gas column Seems that the flyback B offers some real advantages as output and driver security, but it heats up a lot the recTifyer limiting the run time (possible much higher if would try to charge bigger caps) and needs more voltage to get the same ouput as the flyback A. |
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| EXPERIMENTAL SETUP | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ARCS FO FLYBACK A (WITH GAPS) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ARCS FROM FLYBACK B (NO GAPS) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| STEP SEVEN First of all I used the flyback B (no gaps), my hope for big sparks. But....it suxx! No streamer output and only some faint discharges to the ground. And I had to put a lot of power in it (hot primary) to get these pathetic results. |
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| With the flyback A (core gaps), it was a completely different story. It worked so well with a small cap (2.5 nF), so I decided to increase the cap value. The setup is made with: - 4 cm diameter secondary (the last used) - 10 cm diameter sphere as topload - 6 turns compact helical primary - 3.6 nF @ 12 kV primary cap RESULTS: 7-8 inches streamers |
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| SETUP | STREAMERS: DIGITAL PICS | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ELECTRICAL SCHEMA | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| As always an explanation does exist. To take off the maximum power from the gapless transformer Steve Ward used the SLR approach (see his page). The cap I used in the Royer setup (6 uF @ 600 V) was not resonance matched for the flyback loaded with the tank cap. This can explain the poor results. But the flyback with gaped core (flyback A) worked very well, because the magnetic energy stocked in the gaps is proportionally with the initial energy in the 6 uF cap (~ C*U^2/2), so bigger the cap =>bigger energy in the flyback core => bigger voltage output. I suppose that I can find an appropriate cap to match for the flyback B, but I need more experiments and I want to go on easy way this time. I made more pics, using a film camera ( mode B, ASA 200 film, f = 5.6, 2-4 seconds exposure time). I had no tripod, so the pics are a bit shaken. Sumation pics can capture the maximum lenght of the streamers. |
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| STREAMER PICS 1 | ARCS TO GROUND | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| STREAMER PICS 2 | STREAMER PICS 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| WARNING Because the DC charging, the primary capacitor remains charged after the setup is turned off. Even after discharging the primary cap, the residual charges will build some high voltage which can shock you (from my painfull experience). So, pay attention, and if you want to modify the setup, use some clips to short the spark gap electrodes temporarly. |
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| STEP EIGHT I didn' t think that a small flyback can output such more power, so, I decided to upgrade a bit the primary cap to see how it behaves.. Though, if I would increase the primary cap, I have to use lesser turns on the primary, so more losses in the spark gap. Hmmm...I will use a bigger secondary this time: SETUP |
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| SECONDARY - white PVC pipe - total lenght = 27.2 cm - wound lenght = 24.5 cm (9.64 inches) - diameter = 7.5 cm (2.95 inches) - N = 980 turns - no varnish, end caps glued - calculated inductance (L) = 18930.296 uH - calculated self capacitance = 4.5119 pF - self resonant frequency (without topload) = 544.85 kHz - self resonant frequency (with toroid topload) = 348.5 kHz TOROID - cross diameter = 1.96 inches - outer diameter = 7.87 inches - calculated capacitance 8.6889 pF (6.5167 on secondary) PRIMARY CAP - MMC style with 7 x 100 nF @ 2 kV in serie for a total of 14 nF @ 14 kV PRIMARY COIL - 18 cm compact helica primary 7+3/4 turns SPARK GAP - simple, 2 Al heatsinks, 5 mm gap |
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| SETUP PICTURE | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| RESULTS: 3 cm streamers, 15-16 cm discharges to ground The streamers are very small because the BPS is very low (approx 1/sec) NOTE: a sphera topload would be better. For the same cross diameter, the sphera offers a smaller surface than a toroid lowering the potential lines distribution along the circumference. It would output only a few streamers that tend to unite. |
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| ARCS TO GROUNDED ELECTRODE | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Increasing the number of the primary turns is not possible (Lp-Ls breakdown). If we would lower the primary turns, we would need a bigger primary cap, but BPS is already too low. In an attempt to explore the primary cap values, I made a quickly 6 nF MMC with a 10 turns tunable primary. BPS was still low, no streamer output, 14-15 cm discharges to ground, | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| LITTLE MOVIE WITH SOME ARCS TO GROUND | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| So, for low BPS, the energy in the primary cap is the only thing it does matter (the maximum discharge lenght is achieved, from the begining, when the spark gap fire). For bigger secondaries (low BPS), we want a big primary cap. What is the upper limit? I dont know yet, it depends by the power output of the flyback. But it is not a TC anymore, it behaves more like an air core ignition coil, fired with a gap at low rate. After all these experiments, seems that a 5 cm diameter secondary, with 900-1000 turns wound with 0.2-0.25 mm magnet wire, with a spherical topload, a 4-5 nF primary cap with a high coupling helical primary, would be the best design. |
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| STEP NINE SINGLE STREAMER OUTPUT THE NEW SETUP: |
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| SECONDARY - grey PVC pipe, not varnish, plasticine ends - diameter = 1.96 inches - total lenght = 9.05 inches - wound lenght = 8.46 inches - N = 1075 turns with 0.2 mm diameter magnet wire - calculated inductance = 11880.35 microH - calculated self capacitance = 3.5022 pF - resonant frequency (without topload) = 780 kHz TOPLOAD 9 cm diameter plastic sphere covered with alu foil PRIMARY 6+3/4 turns compact helical primary wound with 2 mm diameter plastic insulated copper wire. Primary at 1 cm from the secondary bottom. PRIMARY CAP 3.6 nF @ 12 kV, MMC type |
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| SETUP PICTURE | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| PRIMARY TANK PICTURE | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| The idea for this experiment starts from a known formula: P = Ec * BPS where P is the power in the system (burned in the streamer), Ec = the energy in the primary cap (=Cp*(U)^2/2) and BPS = the number of bangs per second. The lenght of the streamer is proportional with the power (streamer lenght = k * sqrt(P), k = 1-1.5). So, we would have three possibilities: 1. increasing the cap value (but the high capacitance would decrease the BPS though) 2. increasing the voltage input 3. high BPS, making a compromise between chosen Cp and BPS. We have to keep in mind that BPS depends also by the current capabilities of the high voltage source (flyback transformer in our case). So my chois this time, was the third variant, because I wanted to get a special effect - unite all the streamers on topload in a single one (burning all the power in a single long streamer). This can not be done with high Cp and low BPS. Bigger primary caps give multiple branched streamers. The single streamer phenomenon can appear by itself, or been provocated by strong discharges to ground, which focus all the streamers in a single discharge channel. RESULTS: 20-21 cm single dancing streamers (like in a plasma ball but in free air) |
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| CAPTURE PICS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1 | 2 | 3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| RULER MEASUREMENT | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| It looks more awsome in this | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| MOVIE | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Many thanx go to ADRIAN TALPAU, my friend, who made these beautiful movies and captures with his camera. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| The other ways to get long streamers are to increase Cp, input voltage or more spark gap. The possibilities are: - bigger flyback, or modern DC flyback, which can output DC HV up to 20-30 kV - bigger primary cap (up to 5 nF), voltage overrated - larger spark gap (multigap for easy quenching), to get more charging voltage on the primary cap. Philer used this approach and got up to 20 cm streamers and 22 cm ground discharges. |
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| You can see his neat setup | HERE | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| I tryed different flyback drivers to charge the cap. The single transistor driver suxx, it can not even ignite the spark gap. The 555 based driver does not output sufficient current (load mismatch) and run hot. The single conclusion is that a flyback powered SGTC without a ZVS driver is proned to failure from start. I feed mine with 20-25 vac from a variac. Below 20 vac, the streamers don't form well. Above 25 vac the sparks tend to decrease, and the spark gap and flyback run hoter. |
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| STEP TEN Robert moved the things further. He used a huge primary cap and a big secondary to make 45 cm sparks. His setup: - secondary: 16 cm diameter, 45 cm wound lenght, 2000 turns with 0.2 mm magnet wire - flat primary, 10 turns, taped at last turn - toroid: 22 x 7 cm - primary cap: 50.3 nF |
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| HERE | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| His pictures | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| I was inspired and tryed myself this approach. Fortunately I aquired some good caps (50 nF @ 20 kV) and used them with my setup from | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 4 kV SGTC | RESULTS: 30 cm sparks | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| PRIMARY CAP PICTURE | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| SETUP PICTURE | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| RULER MEASUREMENT | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| SPARK MOVIE (increase britghness on your desktop) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| I will need a bigger inductance secondary, and have to make a new primary tank. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| STEP ELEVEN I used this system a bigger setup (my big DRSSTC secondary together with a new built primary). |
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| SECONDARY - total lenght = 21.65 inches - wound lenght = 20.98 inches - pipe diameter = 4.32 inches, D/L = 1/4.8 - 2665 turns with # 32 magnet wire - calculated inductance = 144547.81 microH - self capacitance = 8.3143 pF - resonant frequency (without topload) = 145.25 kHz TOPLOAD - medium toroid : 16.3 pF with a nail PRIMARY - big basket wound with 11 turns (2.5 mm solid copper wire) taped at turn 9 PRIMARY CAP = 100 nF @ 12 kV |
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| PRIMARY COIL PICTURES | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| SETUP PICTURES | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| RULER MEASUREMENT | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| RESULTS: 50 cm sparks | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| SPARK PICTURES | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 4 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1 | 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| The TC runs like my DRSSTC with a medium ON time and very low PRF. Because low BPS, it is possible that the spark gap to quench at the first notch (after trasfering all the energy from the primary to the secondary). For higher BPS (increasing the input voltage of the driver) the sparks are weaker and dont form well. For low BPS (even single shot TC), longer sparks are possible expected, using bigger primary caps (under a limit) and bigger inductance secondaries. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| STEP TWELWE I started increasing the primary capacitor in my last setup to 130-150 nF. The spark lenght didn't increase too much (only 52-53 cm), so I thought to use more secondary inductance to match the big Cp. |
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| THE NEW SETUP SECONDARY - white PVC pipe (my Royer SSTC secondary) - diameter = 14 cm - wound lenght = 47 cm - 3760 turns with 0.125 mm magnet wire - calculated inductance = 509728.72 microH - calculated self capacitance = 8.5494 pF - self resonant frequency without topload = 76.2 kHz TOPLOADS - three stacked toroids: little (8.75 pF), medium (11.77 pF) and big (16.3 pF) Total secondary capacitance = 45.36 pF 10 cm nail on the upper toroid PRIMARY - flat style, inner diameter = 30 cm, outer diameter = 35 cm - 11 turns wrapped together, taped at 8 turns PRIMARY CAP - 200 nF @ 12 kV SPARK GAP - simple gap between two massive alu heatsinks. The gap is set at 4 mm. If we consider the air breakdown at 30 kV/cm, that means 12 kV ignition voltage. Smaller gap will not use the entire charging capacity of the source. With the big heatsink electrodes the gap stay cool. BPS = 1-10. |
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| SETUP PICTURE | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| PRIMARY TANK PICTURE | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| WARNING Discharge the primary cap everytime you want to make system modifications, or use resistor bleeders. 200 nF @ 12 kV IS LETAL !! Even touching a single armature of the cap will produce a discharge at this voltage. Use a solid insulated cable to short the cap between run times. Protect your eyes, because shorting the cap/ spark gap runing will radiate much UV and intense light (acute retinite danger). |
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| Trying this setup with no topload, I got nice 30 cm streamers around the top turn. Adding the stacked toroids + nail, lowered the BPS but increased a lot the discharge. RESULTS: 60 cm sparks measured between two horisontal points, even up to 65 cm for angled discharges (but they were not measured). |
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| RULER MEASUREMENT | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2 | 4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1 | 3 | 5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| SPARK PICS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| The ZVS driver charge well the 200 nF cap at low BPS. I think that for more Cp, the charging process is not complet, so I have to close more the spark gap (the flyback will charge the cap at lower voltage for the same BPS). At 300 nF, the charging start to fail, with no much gain for the spark lenght. Anyway, the system has to be very well ballanced. Too much input voltage and the flyback would start to saturate. Too low BPS and the sparks would not fully develop. Too high BPS and the cap would not charge completely. Too small spark gap and the cap would not charge at the maximum possible voltage. With such weak source (flyback), you have to tincker a bit. So what can we do more? 1. Higher Q secondary (smaller inductance secondaries but with lower ohmic resistence)? Because the BPS will be still low, we have to increase the cap energy. That will require big primary cap, so more secondary impedance to match. Not much space to play with. 2. Bigger topload- trying to get the maximum topload capacitance for a given setup, for the maximum spark output - have to experiment 3. Very big secondaries but with lower ohmic resistence (thick wire)- maibe considering a distributed Ls and Cs (twin or magnifier-like setup). Why not? But I dont think I would achieve much more with the same input energy. |
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| The race never ends... Philer proved his skills with 73 +/- 1 cm cm sparks from a ZVS driven flyback powered SGTC His setup: Secondary: diameter = 16 cm, wound lenght = 64 cm, N = 1500 turns with 0.42 mm magnet wire Toroid: 16 x 60 cm Primary: cone type angled at 5 degrees, inner diameter = 24 cm, N = 12 turns, taped at 11 turns Primary cap: MMC type 66 nF Simple gap |
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| His pictures | HERE | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| STEP THIRTHEEN The TC devil bits again.... I rebuilt the last setup with a new flat primary (easier to tune) and a bigger topload. I observed that for my many turns secondary high BPS (lower Cp) simply doesn't turn well. So I tryed to get the maximum with a bigger cap. |
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| SETUP SECONDARY - the same secondary from "Step twelwe" TOPLOAD - stacked toroids: little (8.75 pF), medium (11.77 pF) and a big 11/57 cm one PRIMARY - 30 cm diameter glass base - outer diameter = 51.5 cm - inner diameter = 30 cm - N = 10+3/4 turns, taped at 9 turns, 4 mm bare copper wire 1 cm interturn distance, 2 cm above the glass base - total calculated inductance (at outer turn) = 92.79 microH PRIMARY CAP - 250 nF @ 12 kV SPARK GAP - single 4 mm gap, BPS = 1-10 |
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| PRIMARY COIL PICTURE | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| SETUP PICTURE | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| RESULTS: First try: 76 +/- 1 cm spark |
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| 1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2 | 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| SPARK PICS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| A little more tuning, better grounding ( alu foil).... FINAL RESULT: 80 CM SPARKS |
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| RULER MEASUREMENT | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1 | 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| SPARK PICTURES | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| STEP FOURTHEEN With some primary modifications Philer got 85 cm sparks. This is a good raison to move further. SETUP MODIFICATIONS - bigger primary cap: 294 nF @ 10.2 kV - MMC with 17 caps 5 uF @ 600 V in serie (a bit overvolted, I know) - because severe pri-sec breakdowns I had to rise the secondary a bit (1 cm) - primary taped at 8 turns - simple 4 mm gap, firing at a very low rate (BPS = 1-5) RESULTS: almost 89 cm sparks (this is just a rare event, I had a good one spark from 36 photo shots). |
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| CAP PICTURE | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| RULER MEASUREMENT | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| SPARK PICTURE | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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