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Nächster Aufbau mit IGBTs

Jakob baut einen Teslatrafo. Als hätten wir nicht genug davon! Aber, es ist so, dass wir sehr kleine und sehr große in unserer Sammlung haben. Was fehlt, ist ein Mittleren der auch in einem Seminarraum mit entsprechender Leistung betrieben werden kann. Ein Thyratron für diese Leistungsklasse ist ein wenig überdimensioniert. Hier bietet sich ein Schaltungsaufbau mit IGBTs an. Eine Suche im Netz, nach einem Schaltbild hat eigentlich was sehr unerwartetes ergeben. Es ist mir nicht gelungen eine Schaltung zu finden (mit IGBTs), die sich Teslatrafo nennen darf.                                                                                                                                                                                                                         

Alle Schaltungen nutzen nicht den Effekt, den der Teslatrafo, zum Teslatrafo macht. Und zwar handelt sich um die Resonanzüberhöhung. Die Kapazitäten die im Primärkreis eingesetzt werden sind viel zu groß. Es sind einfach gesagt etwas größere Schaltnetzteile. Das lässt sich ganz einfach überprüfen, indem der Torus verändert wird. Bleibt die Funkenlänge gleich, laufen der Primärkreis und der Sekundärkreis nicht in Resonanz, und es wird nur der Trafoeffekt genutzt.

Wie jetzt unsere Schaltung aussieht, wird sich zeigen.

 

 

 

 

 

 

 

 


Wer den Vorschlag mit dem Übertrager eingebracht hat, ist leider nicht mehr nachvollziehbar, aber es handelt sich bei dieser Schaltung um einen Schwingkreis (Meißner Oszillator), und hier eine Induktivität einbauen ist keine gute Idee. Um den „Teslatrafo“ zu einem steuerbaren umzubauen, ist nur ein schneller Schalter nötig. Frequenzen bis 10 kHz sind nun kein Problem mehr und die Musik ist auch gut zu hören.

 

 

  

 

 

Aber, um höhere Spannung und somit eine größere Lautstärke zu erzielen, ist diese Schaltungsart an ihre Grenzen angelangt. Hier wird nicht wie bei der Teslabauart die Resonanzüberhöhung ausgenutzt, sondern überwiegend, der Trafoeffekt. Leicht nachvollziehbar, indem man den Torus austauscht, und dadurch keine Veränderung der Funkenlänge erreicht. Also doch mit mehr Leistung und IGBTs. Hoffentlich schießen wir nicht wieder übers Ziel hinaus.


 

Wir können auch „klein“. Es wurde immer mal der Wunsch geäußert, einen singenden Teslatrafo in Seminarräumen vorzuführen. Da aber unser „kleiner“ aber erst bei 10 kV anfängt zu leben und hierbei schon Blitze von 2 m produziert, muss etwas Kleineres her. Als Vorlage haben wir einen Bauvorschlag eines Artikel von Heise: https://www.heise.de/make/projekte/Ungefaehrliche-Mini-Teslaspule-von-der-Maker-Faire-2013-2119974.html    ausgewählt. Dies ist eine simple Schaltung mit einem Transistor, die schon mit einer Spannungsversorgung von 15 Volt funktionieren soll. Der Vorteil hierbei ist die ungefährliche Betriebsspannung und wo ein Transistor verbaut worden ist, besteht die Möglichkeit etwas zu steuern.

Bei 20 Volt Betriebsspannung ist es möglich, mit einem Schraubendreher einen Funken von 5 mm zu ziehen. Eine Sparlampe zeigt bei einem Abstand von 10 cm schon ein leichtes Leuchten. Nach dem Motto „da ist mehr drin“ erhöhen wir die Versorgungsspannung. Bitte nicht nachmachen. Es sei denn, der Tip 41C wird gegen ein BU 508 ausgetauscht. 80 Volt sollten kein Problem sein. Dabei liegt aber am Kollektor eine Wechselspannung von 600 – 800 Volt. Also Vorsicht! Höhere Betriebsspannungen sind möglich, aber mit Vorsicht zu genießen, zumal wenn beide Schwingkreise nicht sauber aufeinander abgestimmt sind. Dabei steigt der Strom, und das Ergebnis ist ein defekter Transistor. Funken können nun von 3 cm Länge (ca. 30 kV) gezogen werden und Sparlampen fangen bei einem Abstand von 1 m an zu leuchten.

 

Der nächste Schritt wäre den Basisstrom zu modulieren. Die einfachste Vorgehensweise ist, man nehme einen Audioübertrager und füge ihn in die Basisleitung ein. Schauen wir mal !!!!!

 


 

 

 

 

  • KondensatorKondensator
  • KondensatorKondensator
  • MessgerätMessgerät

Fertig!!!!! Aber dass es so schlimm wird, hätten wir uns nicht gedacht. Entladungen von sechs Metern führen uns an die Grenzen. Aber nicht nur uns, die 40kV Kondensatoren im Primärkreis verabschieden sich mit einem Rosa "leuchten" und platzen auseinander. (Bisher zwei).

 

Ach ja da war doch noch was. Die Sicherheit!!!!! In 4,5 Meter Entfernung lag ganz außen auf einem Tisch ein Messgerät, gelb war es. Ein Funktionstest zeigte nun, daß alle Messverfahren gleichzeitig durchgeführt werden können.

Im Startbild ist auch zu erkennen, dass eine Entladung in die zweite Sitzreihe einschlägt. Also, mit voller Leistung ist er aus diesen Gründen nicht mehr im Hörsaal zu betreiben. Es ist aber so wie mit vielen Dingen, etwas zu reduzieren ist einfacher, als es zu verstärken. Der einfachste Weg wird wohl ein Drehstrom Regel Trafo sein, um dieses Monster zu bändigen.

 

Da stellt sich natürlich die Frage: Warum baut man so etwas? Alle Teile sind aus ausgemusterten Impuls Leistungslasern (keine Kosten), und weil wir es können.

 

PS: Vielleicht bauen wir Ihn für eine Nacht der Wissenschaft im Außenbereich für eine Vorführung auf.

 

 

 

 

Wie befürchtet sind wir schon bei Entladungen von 4,5 Metern, obwohl Sven noch keine Feinabstimmung durchgeführt hat. Bisher ist auch nur der 3 kV Trafo verbaut, der 5 kV Trafo wartet noch. Ein weiter Umbau ist noch geplant, aber dazu später (Musik).
Die Bauweise dieses Teslatrafos weicht stark von üblichen Verschaltungen ab, einmal handelt es sich um eine Gleichspannung Schaltung und die Funkenstrecke schaltet die geladenen Primär Kondensator zu der Primär Induktivität parallel. Vorteil hierbei ist das keine Kurschluss Verluste für den Trafo auftreten, und somit die gesamte Energie genutzt werden kann.
Im letzten Teil des Videos ist eine Entladung direkt von der Sekundärwicklung in die Primärwicklung geschlagen, und hat ein Abschalten der Haupt Sicherungen bewirkt.   


 

 

Wir haben es getan. Ahhhh… Dennis hat es getan. Er hat seine E-Gitarre an den Teslatrafo angeschlossen. Dass es nicht so einfach war, kann man sich gut vorstellen, zumal der Sicherheitsaspekt eine große Rolle spielt. Diese Probleme haben wir durch eine galvanische (20-Meter-Glasfaserkabel) und eine örtliche Trennung gelöst, die uns weiter die Möglichkeit gibt, noch ein wenig mehr von Dennis Gitarrenspiel zu hören.

 


 

Und jetzt in Stereo


 

 

Hier sind Aufnahmen von unserer ersten umgebauten Teslaspule. Es ist jetzt ohne Probleme möglich auf eine Spannung von 20 KV zu gehen, und somit Blitze von 3 Metern zu erzeugen. Was wohl bei 30KV passiert?   

 


 

  

Üblicherweise werden singende Teslatrafos mit großem elektronischen Aufwand gebaut. Jeder der sich damit schon einmal auseinander gesetzt hat, weiß dass man nicht nur gute elektronische Kenntnisse besitzen muss. Auch der mechanische Aufbau spielt eine nicht unerhebliche Rolle. Aber das größte Problem sind die MOSFETs. Ein wenig zu viel Strom, ein Überschlag und 100 Euro oder mehr gehen in Rauch auf. Wir gehen einen andern Weg und steuern den Teslatrafo mit einem Wasserstoff-Thyratron (max. Anodenspannung 40KV---max. Anodenstrom 20000A), in Verbindung mit einem Hochleistungs-Lasernetzteil. Der erste Aufbau mit einer Zylinder-Primär Spule führte schon bei 12KV zu Überschlägen zwischen Primär und Sekundärspule. Alle Isolationsmaßnahmen führten zu keinem Erfolg.

 


 

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Großer Telslatrafo

 

Eines der nächsten Projekte ist unser großer Teslatrafo. Bisher wurde er mit einer rotierenden Funkenstrecke betrieben und ist somit nicht in seiner Leistung steuerbar. Aus einem dritten Laser ist noch ein komplettes Netzteil und Steuerung übrig geblieben.
Die Besonderheit dieser Lasernetzteile liegt ihrer Steuerbarkeit. Sobald das Thyratron durchgesteuert wird, bedeutet dass für das Netzteil, einen Kurzschluss. Dieses wird verhindert, dass in dem Moment des Durchsteuerns, das NT abgeschaltet wird. Der Vorgang ist sehr schnell und bei ca. bei 500 Hz begrenzt. Eine Überschreitung dieser Frequenz führt nur zu Überschneidungen von einschalt und Abschaltvorgängen und somit zu einer erhöhten Stromaufnahme.
Das hört sich alles logisch und einfach an, aber ein Teslatrafo ist etwas völlig anderes als ein Laser und der Weg zu einem Funktionieren Teslatrafo aus diesen Komponenten ist ein steiniger Weg.

 

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