Introduzione
Il rocchetto di Ruhmkorff è stato pensato per generare picchi di alta tansione. Tutta
la bibliografia in merito, a disposizione sulla rete si riferisce a questo uso: generare
treni di oscillazioni o picchi di alta tensione.
In questo scritto vediamo,invece, come ottimizzare questo dispositivo come
convertitore DC/AC .
E’ ovvio che, oggi, usare un rocchetto di Ruhmkorff per ottenere una conversione
DC/AC , non sia il metodo migliore, ma all’inizio del ventesimo secolo era l’unico
mezzo conosciuto per realizzare tale conversione.
Descrizione classica del rocchetto di Ruhmkorff
(da Wikipedia)
Generalità
Un trasformatore ad induzione consiste di due solenoidi di filo di rame isolato avvolti attorno ad un
unico nucleo di ferro. Uno dei solenoidi, chiamato avvolgimento primario è costituito di decine o
centinaia di spire di filo smaltato, l'altro solenoide detto avvolgimento secondario consiste di
diverse migliaia di spire di filo sottile. Una corrente elettrica che percorre il primario crea un campo
magnetico, il secondario è accoppiato magneticamente attraverso il nucleo di ferro. Il primario
agisce da induttore, immagazzinando l'energia nel campo magnetico associato. Quando la corrente
elettrica viene interrotta improvvisamente, il campo magnetico cala rapidamente e questo causa un
impulso ad alta tensione attraverso il secondario per via dell'induzione elettromagnetica. Grazie
all'alto numero di spire dell'avvolgimento secondario, l'impulso generato ha una tensione di molte
migliaia di volt. Questa tensione è sufficiente a generare una scintilla o scarica elettrica attraverso
l'aria che separa i terminali del secondario.La dimensione del rocchetto spesso viene indicata in
base alla lunghezza della scintilla che può produrre.
L'interruttore
Per permettere il funzionamento del trasformatore, la corrente continua deve essere intermittente
per poter creare la variazione di campo magnetico necessaria per l'induzione. Il rocchetto di
Ruhmkorff utilizza una lamina metallica vibrante chiamata interruttore per aprire e chiudere
rapidamente il circuito primario. L'interruttore nei rocchetti di piccola dimensione era montato ad
una delle estremità del nucleo ferroso, il campo magnetico generato dal flusso di corrente nel
primario attirava la lamina (generalmente costituita da una molla) aprendo quindi il circuito.
All'apertura del circuito, si interrompeva anche il campo magnetico facendo sì che la molla
chiudesse nuovamente il circuito.
La tensione nel secondario è indotta sia quando il circuito si apre che quando si chiude, la
variazione della corrente è molto più rapida quando il circuito si apre così l'impulso nel secondario
all'apertura è maggiore. Un condensatore è posto in parallelo all'interruttore per smorzare l'arco
elettrico fra i contatti e permettere un'apertura più rapida e quindi una tensione maggiore. La forma
d'onda dell'uscita di un rocchetto ad induzione è costituita da una serie di impulsi positivi e negativi
ma una delle due polarità è molto più ampia dell'altra.
Le forme d'onda nella bobina di induzione senza
condensatore: i1 corrente primaria, v2 tensione secondaria
Con condensatore
Ottimizzazione del rocchetto di Ruhmkorff
come convertitore DA/AC
E’ appurato che la potenza RF in uscita dall’Ondina Campale fosse di circa 5W.
ipotizzando,conservativamente, il rendimento dell’oscillatore dell’Ondina Campale,
essere circa del 70%; prendendo atto che lo stesso Biagi aveva appuntato che la
corrente dell’amperometro era di 30 mA (RMS) ne consegue che la tensione di
uscita dal convertitore deve essere circa 250/300 V RMS.
La tensione al primario è 12/13.5 V DC fornita da accumulatore al piombo tipo
standard automobilistico.
A colpo d’occhio si intuisce che la forma d’onda generata da un rocchetto classico
(riportata in alto a destra) poco si addice al nostro scopo.
A noi non serve un treno di impulsi. Non serve un impulso di tensione elevato, al
contrario, serve una oscillazione poco smorzata e di valore il più possibile costane, in
modo da procurare una alimentazione di valore il più possibile costante.
Ciò si può ottenere variando opportunamente i valori dei parametri in gioco:
Frequenza di ripetizione dell’interruttore:
determinata dalle caratteristiche meccaniche della molla: lunghezza spessore,
lunghezza dell’arco percorso, ecc. deve essere ottimizzata in modo tale da
sincronizzarsi con i parametri elettrici del’intero dispositivo.
Valori della induttanza e della resistenza primaria (equivalente):
Poiché stiamo facendo delle considerazioni sugli ordini di grandezza, e non ancora un
progetto realizzativo, evitiamo di entrare nei dettagli degli schemi e del formulario.
E’ noto come sia possibile semplificare il circuito elettrico complessivo in un circuito
primario equivalente , composto dalla batteria di alimentazione, dall’interruttore, da
una induttanza equivalente e da una resistenza equivalente.
Bene, per ottenere la massima ottimizzazione, il tempo di chiusura del circuito dovrà
coincidere con il tempo che la corrente primaria impiega a raggiungere il 90% del suo
valore asintotico.
Il tempo di apertura non dovrebbe essere superiore al tempo che l’oscillazione al
secondario impiega a smorzarsi ad un valore di circa il 70%.
Inoltre la tensione massima di picco non dovrà mai superare la tensione massima
ammessa dall’anodo del tubo oscillatore. Nel nostro caso specifico dell’Ondina ciò
significa che non è consentito avere al secondario rapporti tra tensione massima e
minima superori al 50% circa.
Conclusioni
Queste considerazioni, insieme ai dati riportati nella bibliografia dei post precendti,
sono quelle che mi hanno indotto a fissare i dati iniziali della sperimentazione a quelli
suggeriti a Mario.
A tutto questo aggiungerei che per non complicarsi la vita, in fase sperimentale, sia
utile alimentare il rocchetto con un interruttore elettronico (2N3055 pilotato da un
NE555, dove sia facilmente possibile regolare i tempi di “on” ed “off” e determinare
quelli più idonei. Ciò fatto si potrà costruire un interruttore meccanico a vibrazione e
regolare la lunghezza della lamina, il suo spessore ed in ultimo la lunghezza della sua
corsa per avvicinarsi a quella stabilita con l’interruttore elettronico. Riuscire a
realizzare il tutto mantenendo le stesse dimensioni di quelle del vibratore inglese
usato nell’Ondina, presumo sia più difficile che vincere al superenalotto.
La strada è tracciata: vedremo chi arriverà per primo alla conclusione
