Diseño de capacitor variable de alto voltaje

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Estoy construyendo una pequeña antena de bucle de transmisión magnética casera que, en última instancia, quiero operar hasta 1500 vatios en las bandas de radio de HF. Uno de los desafíos con estas antenas es el alto voltaje presente en el capacitor de sintonía variable, que varía de miles de voltios a 100W a decenas de miles (hasta 20kV) a 2KW y varía según la frecuencia, que puede variar de 1 MHz a 30 MHz.

Los diseños predominantes utilizan tapas variables de vacío, que son costosas y tapas variables de aire, que son bastante grandes. Necesito un condensador variable capaz de 10 pF a alrededor de 650 pF que pueda manejar 25 kV o más. Debe ser sintonizable a través de un motor paso a paso para ajustar rápidamente la antena a la resonancia.

Mi diseño consta de 5 placas de cobre de al menos 16 pulgadas cuadradas (4 "x 4") separadas por 0.06 ", utilizando una hoja de cobre de calibre 24 (0.025") con una lámina de plástico de gran tamaño, de 0.03 "de espesor (PET) como dieléctrico , produciendo un condensador variable con capacidad de hasta 669 pF a una resistencia dieléctrica de 22.5 kV. El diseño supone que las placas de plástico de gran tamaño se pegan a cada placa de cobre después de que las placas se unen a la base de la placa de cobre mediante soldadura fuerte y soldadura fuerte. Las láminas de plástico actúan como aislantes y material dieléctrico de condensador entre cada elemento de electrodo de placa de cobre. PET debe tener una constante dieléctrica entre 2.8 y 3.4 de las fuentes que he encontrado.

La idea es utilizar un motor paso a paso tipo impresora 3D con un actuador lineal de tornillo deslizante o equivalente para ajustar las placas de condensadores dentro y fuera. El supuesto es que las placas de cobre aisladas de plástico (PET) pueden rozar estrechamente unas contra otras y no deberían suponer un problema real. Creo que este diseño será más pequeño y menos costoso que las alternativas y proporcionará una calificación de voltaje mucho más alta en comparación con las tapas variables de vacío o aire en el mismo o menos espacio.

¿Este diseño cumplirá con los requisitos como se esperaba? ¿Estoy en un buen camino aquí?

    
pregunta rbraddy

1 respuesta

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Hice algunos bucles con el objetivo de lograr un costo lo más cercano posible a cero, para usar con potencias modestas. El lazo era de bambú grueso atado con goma de tubo de bicicleta, radios de tensión a una varilla del eje (piense en una rueda de bicicleta de centavo) y se envolvió con papel de aluminio.

Probé varios condensadores. Dos botellas de PET con mangas con papel de aluminio pegado a ellas como un condensador de trombón era una. Un condensador tubular de mariposa era otro (de nuevo lámina en botellas PET).

Una tapa más cara, pero mucho mejor, fue un capacitor de mariposa de una sola paleta (rotativo) que utiliza dos hojas de material PCB FR4 con el patrón de cobre de mariposa y la película de Kapton (utilizada para lechos de impresoras 3D) como dieléctrico. Para mi bucle tenía alrededor de 5 "de diámetro de la memoria, y puse una pequeña cantidad de precarga de dishing en él (empuje el disco del rotor en el disco del estator) (spray de silicona para mejorar el deslizamiento) (empuje y jale los cables del dial dyneema para girarlo )

El punto sobre los condensadores de mariposa es que no tiene una conexión eléctrica móvil al rotor.

Mientras el área sea simétrica entre las dos mitades (verdadero para rotativo, falso para lineal), entonces el voltaje se divide entre las dos mitades de la mariposa, a través de dos hojas de dieléctrico para voltaje doble.

En teoría, esto es más de 20kV para 2x 50um.

Quién sabe lo que logra la impresora 3D barata Kapton en la práctica. Si tiene dos agujeros en una sola hoja, y cada uno está en diferentes mitades de la mariposa, entonces tiene una falla dieléctrica. Si tiene dos hojas de Kapton (una en la PCB del rotor, una en la PCB del estator), es poco probable que los orificios se superpongan, y puede suponer que tiene 1 hoja de rigidez dieléctrica (x2 para una mariposa igual)

En un cálculo aproximado, una mariposa simple de 200 mm de diámetro tiene aproximadamente 5000 mm ^ 2 de área por mitad, y con una película Kapton de 2x50um, le proporciona aproximadamente 600pF

    
respondido por el Henry Crun

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