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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Verhalten von Lichtbogen


Autor: Stephan S. (outsider)
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Ist zwar nicht gerade ein Mikrocontroller Thema aber vielleicht kann mir 
hier ja trotzdem jemand helfen...

Ich würde gerne wissen wie ich Lichtbögen berechnen kann. Bei Wikipedia 
steht dass sie eine nicht ohmsche Strom-Spannungskennlinie haben. Wie 
kann ich sowas berechnen oder einschätzen?

Hintergrund ist der: Ich würde gerne schnelle Entladungsversuche 
durchführen. Dazu habe ich Kondensatorpacks mit denen ich bis zu 7600 
Joule auf einmal entladen lassen kann. Ich würde gerne herausfinden wann 
es am lautesten knallt und dazu die Bedingungen variieren. Einmal 
Entladung uber einen dünnen Draht der dann wegschmilzt und einmal über 
eine Luftstrecke. Bei beidem würde ich dann die Längen variieren.

Um jetzt zu wissen wie ich die Kondensatoren verschalten (mehr in Reihe 
oder mehr parallel?) muss wäre der zu erwartende Widerstand des 
Lichtbogens interessant dass ich eine Leistungsanpassung vornehmen kann 
und wirklich die maximale Leistung im Lichtbogen hinbekomme.

Autor: Andreas W. (Gast)
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was du suchst gehört in den Bereich der Plasmaphysik. Da gibt es eine 
Menge Seiten im Internet, auch die Theorie der Leuchtstoffröhre ist 
nicht unintersant für dich.
Das ist aber alles nicht gerade leichte Mathematik. Eher sehr heftig das 
Zeug, aber spannend.
Ich hoffe du weist was DLGs sind. Ein Tipp noch um die Dicke des 
Lichtbogens zu berechnen benutze eine Form der Besselfunktion. :-)

Ich weiß das ist fieß.

Autor: Stephan S. (outsider)
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DLGs? Nein, sagt mir nichts. Oder meinst du Differentialgleichungen? 
Sagt mir schon was, aber ich bin nur bis zur zweiten Ordnung gekommen. 
Außerdem ist nicht das Lösen dieser das Problem, sondern sie richtig 
aufstellen mit Randbedingungen und so...

Falls du doch was anderes gemeint hast klär mich bitte auf!

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Stephan S. wrote:
>
> Hintergrund ist der: Ich würde gerne schnelle Entladungsversuche
> durchführen. Dazu habe ich Kondensatorpacks mit denen ich bis zu 7600
> Joule auf einmal entladen lassen kann. Ich würde gerne herausfinden wann
> es am lautesten knallt und dazu die Bedingungen variieren.

Ganz einfach: Wenn das Volumen der Druckänderung am größten ist. Dies 
läuft darauf hinaus, dass die Oberfläche und somit die Länge sehr groß 
werden muss. Ein dünner Draht wird daher immer lauter knallen als ein 
direkter Lichtbogen. (vorausgesetzt die Energie, Spannung usw. reicht 
für einen vollen Lichtbogen entlang des Drahtes aus).

Autor: Stephan S. (outsider)
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Hmm... Also ich denke dass wenn man nen Draht nimmt kann der Lichtbogen 
recht lange werden. Ist es nicht so dass wenn der Lichtbogen erstmal 
steht eine relativ geringe Spannung reicht um ihn stehen zu lassen? Ich 
dachte bisher immer dass ein dünnes Drähtchen sofort verdampft, aber für 
die Initiierung des Lichtbogens reicht.

Frag mich nur noch wie ich das ganze eigentlich schalte. Ich hätte zwar 
einen Thyristor der einen Sinusförmigen Stoßstrom von 50kA aushält, aber 
beim Sinus ist der Stromanstieg kleiner und vielleicht ginge der bei 
einem steilen Anstieg doch kaputt.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Stephan S. wrote:
> Ist es nicht so dass wenn der Lichtbogen erstmal
> steht eine relativ geringe Spannung reicht um ihn stehen zu lassen?

Ja. Aber die Energie muss ausreichend hoch sein, um eine entsprechende 
Temperatur für das Plasma aufrecht zu erhalten.

> Frag mich nur noch wie ich das ganze eigentlich schalte. Ich hätte zwar
> einen Thyristor der einen Sinusförmigen Stoßstrom von 50kA aushält, aber
> beim Sinus ist der Stromanstieg kleiner und vielleicht ginge der bei
> einem steilen Anstieg doch kaputt.

Ja, das könnte ein Problem sein. Häufig werden daher Spulen in Reihe zu 
den Thyristoren geschaltet, um den Stromanstieg zu verkleinern, wenn die 
Last eine zu geringe Induktivität hat.
Wenn die Spannung ausreichend hoch ist, würde ich eine Funkenstrecke 
verwenden, die durch einen zusätzlichen Hilflichtbogen gezündet wird 
(ähnlich einer Blitzröhre).

Autor: vielleicht so (Gast)
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Der Schalter der Wahl ist ein Thyratron. Oder etwas guenstiger, eine 
Funkenstrecke

Autor: Andreas W. (Gast)
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du kannst dafür auch eine Blitzröhre nehmen :-)
ach und DGLs 2. Ordnung reichen, aber leider nicht diese Dinger die man 
aus der Schule kennt.

schalte die Kondensatoren in Reihe. Der Grund ist ganz einfach, die sind 
so schneller alle. Das heist mehr Leistung. Das ist schließlich das was 
du möchtest.
Mach mich aber nicht verantwortlich wenn du plötzlich tot aufwachst oder 
noch schlimmer du dir große Teile deines Gehirns weggebrezelt hast :-)

Viel Spaß

Autor: Stephan S. (outsider)
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Naja, also eigentlich ist Induktivität ja unerwünscht. Die 
Zwischenkreise werden ja extra so aufgebaut dass sie so wenig wie 
möglich Induktivität haben. Ich glaube unsere liegen bei so 10-15 nH.

Funkenstrecke? Geht da nicht schon zu viel Energie verloren? Ich hab ja 
eh nicht so viel Spannung. Je nach Beschaltung 400-1200V. Wie zündet man 
die? Zündspule ausm Stroboskopblitzer? Piezoelement vom Feuerzeug?

Blitzröhre? Hab ich auch schon überlegt. Aber geht da nicht auch die 
Energie verloren und zerreißts die nicht wenn ich statt 20 Joule mal 
7600 drüber entlade? :-)

Mehr in Reihe und dadurch mehr Leistung? So einfach kann man das auch 
nicht sagen. Schonmal was von Leistungsanpassung gehört? Durch die 
Reihenschaltung addieren sich auch die Widerstände des Aufbaus und die 
ESR Widerstände. Somit kann nur ein geringerer Strom fließen. Die 
Entladung wird langsamer. Im Endeffekt müsste man wissen wie der 
Gesamtwiderstand der Schaltung (inkl Lichtbogen!) wird damit man den 
passenden Aufbau machen kann. Genau das war eigentlich auch der Grund 
für meinen ersten Post.

Keine Angst, ich pass schon auf dass nichts passiert. Ich durfte 
schonmal ein paarmal solche Entladungen aus nächster Nähe (30cm vor 
meiner Nase!) erleben. Ich weiß was das bedeutet. Gehörschutz allein ist 
da zu wenig. Meistens nehmen wir Oropax und Kopfhörer-Gehörschutz 
gleichzeitig. Allein die Druckwelle im Bauch war schon heftig. Wenn ich 
weiß wann sowas passiert geh ich nicht so nah hin, aber als das passiert 
ist hab ich nicht damit gerechnet. Ich werd auf jeden Fall 
Sicherheitsabstand einhalten und ne Plexiglasscheibe dazwischen stellen.

Autor: Dieter Werner (dds5)
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Schau dir mal diese Seite an

http://205.243.100.155/frames/shrinkergallery.html

da geht's richtig zur Sache.

Autor: Andreas W. (Gast)
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Ja du hast recht die Widerstände werden höher, aber die Widerstände sind 
egal in diesen Zusammenhang. Die Spannung die darüber Abfällt wird höher 
stimmt, aber dafür hast du auch sehr viel mehr Spannung zur Verfügung. 
Diese Spannung nutzt du um die Induktivität zu überwinden. Dies wird eh 
der größte Faktor sein.
Wenn du da weg möchtest musst du Plattenkondensatoren verwenden und 
keine gewickelten. Maxwell baut ganz nette, aus den Dingern haben wir 
die Laser gepumpt.

Autor: Stephan S. (outsider)
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Danke für den Link! Die Sache ist ja wirklich genial, endlich mal ne 
sinnvolle Anwendung für so hohe Leistungen :-)

Wenn man weiterdenkt macht die höhere Spannung natürlich Sinn. Wenn ich 
Elkos mit 15mOhm ESR hab dann ist der Wert natürlich immer viel kleiner 
als alles was ich extern anschließen kann. Also ist eine höhere Spannung 
sinnvoll.

Ich frage mich nur wie ich die Dinger aufladen soll. Normal sind da 
Symmetrierwiderstände drüber weil sonst die Innenwiderstände der Elkos 
die Spannungsaufteilung auf in Reihe geschaltete Elkos bestimmen würden 
und da die nie symmetrisch sind würde es zwangsläufig knallen wenn man 
Nennspannung anlegen will. Da müsste man dann schon die Kondensatoren 
einzeln zuvor aufladen und selbst da bin ich nicht so sicher ob dann 
beim Entladen nicht der gleiche Effekt auftritt.

Ich hab hier auch noch andere Kondensatoren, aber nicht so viele. Leider 
konnte ich noch nicht rausfinden was das für welche sind. Hat vielleicht 
jemand nen Tip? Bild ist im Anhang. Was bedeuten die 2 verschiedenen 
Spannungsangaben? Soweit ich das sehe sind die Kondensatoren ungepolt. 
Ich hab auch noch ein paar ähnliche aber kleinere, da blubberts drin 
wenn man sie schüttelt. Scheint mit Öl oder ähnlichem gefüllt zu sein.

Autor: vielleicht so (Gast)
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Die Kondensatoren sind genau richtig. Das normale Vorgehen ist die 
Dinger parallel zu laden und dann seriell zu entladen. Das macht man nit 
Funkenstrecken. Aber Vorsicht, diese Kondensatoren kann man entladen und 
ploetzlich haben sie wieder Ladung. Wenn man sicher sein will, dass sie 
entladen sind, muss man eine Stueck Metall ueber die Anschluesse haben 
und auch dort lassen. (!)

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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vielleicht so wrote:
> Aber Vorsicht, diese Kondensatoren kann man entladen und
> ploetzlich haben sie wieder Ladung.

Hä?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Simon K. wrote:
> vielleicht so wrote:
>> Aber Vorsicht, diese Kondensatoren kann man entladen und
>> ploetzlich haben sie wieder Ladung.
>
> Hä?

Ja, leere Kondensatoren laden sich von selbst wieder auf. Das liegt u.a. 
daran (und an anderen Effekten):
http://de.wikipedia.org/wiki/Kontaktelektrizit%C3%A4t

Autor: I_ H. (i_h)
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Sie entladen sich erst garnicht vollständig, liegt an chemischen 
Prozessen im Kondensator. Nimm mal einen 1000uF 63V Elko, aufladen auf 
63V, Multimeter dran, und ganz kurz mit einem Draht kurzschließen. Die 
Spannung geht danach wieder in die Höhe, weil sich der Elko 
"regeneriert".

Ähnlich ist es bei Batterien und Akkus. Eine Taschenlampe mit leeren 
Batterien leuchtet am anfang auch nochmal kurz auf, wird aber schnell 
dunkler.

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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> Aber Vorsicht, diese Kondensatoren kann man entladen und
> ploetzlich haben sie wieder Ladung.

Das ganze nennt man auch Dielektrische Absorption.

http://de.wikipedia.org/wiki/Dielektrische_Absorpt...

Gruss Helmi

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Ah! :-)

Autor: Stefan (Gast)
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Wenn du dich noch für die Theorie von Lichtbögen interessiert, kannst du 
im Buch Küchler: Hochspannungstechnik nachlesen.

Einfach als Suchbegriff bei http://books.google.de eingeben, Kapitel 
3.2: Gasentladungen.

Gruss,
Stefan

Autor: Armin D. (waybeach95)
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@ outsider :
OP
- Einmal Entladung uber einen dünnen Draht der dann wegschmilzt

Gegenfrage(n) :
- Wie willst Du etwas variiern was schon wegschmilzt ?
- Luftstrecke, von wo aus gemessen, und welches Elektrodenmaterial 
nimmst Du ?

Wär nicht schlecht ein Foto des Versuchaufbaus und ein Schema zu posten.

Gruss,
waybeach95

Autor: Stephan S. (outsider)
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Naja, also ich dachte ich würde eine richtig dicke Zuführung machen mit 
einigen mm² und dann ein sehr dünnes Drähtchen nehmen das dann komplett 
wegschmilzt und den Lichtbogen initiiert. Die Länge dieses dünnen 
Drähtchens würde ich dann variieren. Die Elektroden wären dann einfach 
die Enden der dicken Zuführung. Bin aber für Vorschläge völlig offen!

Bin auch noch nicht ganz sicher wie ich das am besten mache: Mehr in 
Reihe oder mehr parallel? Mittlerweile denke ich dass mehr in Reihe 
sinnvoller wäre weil ich mit einer höheren Spannung mehr Leistung 
umsetzen kann. Ich denke dass der Lichtbogen und die Leitungen einen 
deutlich größeren Widerstand haben als der Innenwiderstand der 
Kondensatoren. Frag sich nur wie ich es schaffe alle Elkos zu laden. So 
eine hohe Spannung kann ich nicht bereitstellen. So etwas wie ein Marx 
Generator wird aber bei so niedrigen Spannungen schlecht umsetzbar sein. 
Damit könnte ich dann die Elkos einzeln aufladen.

Vielleicht sollte ich doch mal über die Sache mit den Xenon Blitzröhren 
als Schalter nachdenken, was denkt ihr? Zerreißts die wenn zu viel 
Energie durchfließt?

Autor: Armin D. (waybeach95)
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@ outsider :

Immer noch kein Schema vom Versuchsaufbau.

Wie kommst Du auf die Idee mit dem "dünnen Draht", der noch variiert 
werden (kann), soll ?
Hab ich noch nie davon gehört.
Entladung geschieht doch, (Mann) möchte mich berichtigen, über eine 
isolierte Strecke die leitend wird, oder im Fachjargon, ionisiert wird, 
oder etwa nicht ?

Ich habe, abba abba sud sud, eher den Eindruck, eine fixe Idee soll 
unter Zuhilfenahme von Fachwissen versucht werden, ohne schädlche 
Nebenwirkungen für den Ausführenden, umgesetzt zu werden.
Allein schon das Statement .... wann es am lautesten knallt, lässt 
Zweifel am Grundlegenden aufkommen.

Du hast die Kondensatoren, Du hast eine Power Supply, lade sie auf, und 
lass es knallen so oft Du willst und finde alles selber heraus.

@ benedikt :
Deine Antwort ist korrekt.

Autor: Stephan S. (outsider)
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Warum muss eine Luftstrecke leitend gemacht werden? Wenn ich das nun 
aber garnicht will? Bei unseren Aufbauten knallen meistens Bauteile. Um 
es genau zu nehmen sind es Bonddrähte die hinterher fehlen. Es wird kein 
leitendes Gas gezündet, sondern Bonddrähte verdampft, was dann 
vermutlich eine Art Lichtbogen hinterlässt bis die 
Zwischenkreiskondensatoren annährend leer sind. Könnte sein dass es eine 
Art Lichtbogen nicht in Luft, sondern in verdampftem Aluminiumbond ist.

Verschiedene Module mit verschiedenen Bonddrahtlängen, verschiedener 
Anzahl an parallelen Bonddrähten und verschiedenen Aufbauten allgemein 
knallen verschieden. Eigentlich sollten die ja garnicht explodieren, 
aber es passiert nunmal ab und zu wenn man die Teile Kurzsschlüsse 
schalten lässt. Da es aber nicht Gegenstand meiner Arbeit ist, es mich 
aber trotzdem interessieren würde wann ich welchen Knall zu erwarten 
habe, würde ich eben gern Versuche privat machen um mich besser darauf 
einstellen zu können und meine Ohren zu schonen.

Autor: Thomas O. (kosmos)
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ganz pauschal würde ich sagen je länger die Funkenstrecke desto lauter 
der Knall.

Autor: Armin D. (waybeach95)
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@ outsider
Wenn Du nicht mal selber weisst was Du überhaupt fragst, ja was soll man 
Dir antworten ?
OP : Warum muss eine Luftstrecke leitend gemacht werden? Wenn ich das 
nun
aber garnicht will?
erstens : garnicht wird gar nicht zusammengeschrieben.
zweitens : Was Du nicht willst heisst nicht dass es passiert, es sei 
denn, in diesem Fall, Du hast Vakuum.
In deinem OP hat Du nichts gechrieben über Bonddrähte oder ähnlichem, 
erwartest aber kompetente Hilfe aus diesem Forum.
Und immer noch kein Layout vom Versuchsaufbau.

WAS WILLST DU WISSEN ?
DRÜCK DICH KLAR AUS.

Gruss,
waybeach95

Autor: samc (Gast)
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Hi,

schau dir doch das mal an, ist da einigermassen erklärt:

http://de.wikipedia.org/wiki/Marx-Generator

Das ist streng genommen ein Hochspannungsgenerator. Lärm macht der 
sicher.

Wenn du aus irgendeinem Grund nicht an hohen Spannungen, sondern Strömen 
interessiert bist:
leg eine sinnvolle Spannug fest, 1KV ist sicher nicht schlecht, hohe 
Kapazität, aufladen und über Funkenstrecke zünden.

Funkenstrecke mit variablem Abstand tut da gute Dienste, bei erreichen 
einer durch die Geometrie bestimmten Spannung wird autom. gezündet.
--> Aufladen über Widerstand nicht vergessen

Grüße

Autor: Andreas Riegebauer (blackpuma)
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@samc:
Ich hätte da eine Frage zum aufladen über den Widerstand. Wie wähle ich 
den Widerstand? Ich habe einen Sperrwandler und möchte meine 
Kondensatoren auf 400V laden.

Autor: S. C. (samc)
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So groß wie möglich, so klein wie nötig.

Er muss mindestens so groß sein, dass der max. Strom deiner 
Spannungsquelle nicht überschritten wird, das musst du rechnen.

Grüße

Autor: Alex (Gast)
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es knallt am lautesten, wenn man die elkos mit möglichst hoher Spannung 
auflädt (kapazität auch möglichst hoch) und dann mit einem Relais 
kurzschliesst.
es gibt SOOO einen Knall.. hast du im Leben noch nicht gesehen :)

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