Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Bau einer einstellbaren HV-Quelle 100kV/100µA - erste Fragen


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von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Hallo Hochspannungserfahrene!

Ich benötige für eine Idee zur speziellen Pulverbeschichtung eine 
Hochspannungsquelle mit folgenden Eckdaten:

1.) 0kV bis 100kV als (per Controller, RasPi etc.) einstellbare 
Hochspannung mit digitaler Ein/Aus-Möglichkeit

2.) Maximalstrom: 100µA -> Ausgangsleistung also maximal 10W

3.) Versorgungsspannung: 24V (wenn es gute Gründe gibt, gerne auch 
abweichend)

4.) Taktfrequenz: unhörbar und fix, also ab 30kHz aufwärts.

5.) Galvanische Trennung zur Kleinspannung nicht notwendig

6.) Experimentiergeeignet - es muss also nicht gespart werden, dafür 
sollten Änderungen insb. am Trafo einfach möglich sein

Die Schaltung kann ruhig träge reagieren: es wird wohl zu Beginn eines 
Beschichtungszyklus eine Spannung eingestellt werden und diese soll dann 
über einige Sekunden halbwegs konstant gehalten. Wenn die HV-Kaskade 
dann ein bis zwei Sekunden für die volle Spannung benötigt, reicht das 
aus. Auch an die Genauigkeit der Spannungsregelung werden keine großen 
Anforderungen gestellt. 5% vom eingestellten Wert wären durchaus ok.

Hier im Forum gibt es ja schon einige Schaltungen für diesen Bereich, 
allerdings mit anderen geforderten Eigenschaften (Blitzerzeugung mit 
deutlich höheren Leistungen). Die Rehrmann-Seite habe ich auch schon 
studiert.

Bevor ich mich auf dieses interessante Neuland begebe (Erfahrungen 
bisher mit üblichen Röhrenspannungen bis etwa 1000V), möchte ich grob 
skizzieren, was ich mir (bisher) schaltungstechnisch vorgestellt habe.

NV-Seite:
Vollbrücke (für eine möglichst einfache Primärwicklung), angesteuert per 
TL494 oder eventuell auch direkt per µC.

Trafo:
Gut zerlegbarer Ferritkern mit getrennten Schenkeln für Primär- und 
Sekundärwicklung (Wartbarkeit! Schnelle Änderung der Wicklungen etc.). 
Wohl lieber etwas größer als zu klein, um die Sekundärspannung auch ohne 
Verguss/Öl sicher im Griff zu behalten. Auf der Sekundärseite daher eine 
Mehrkammerwicklung mit vielleicht 10-15 Kammern. Der/die 
Kunststoff-Wickelkörper kann hier problemlos maßgenau per 
CNC-Drehautomat hergestellt werden. Aus anderen Threads dazu scheinen 
wohl 10kV so noch sauber machbar zu sein.

HV-Seite:
Direkt an den 10kV des Trafos ein passender Spannungsteiler mit 
Rückführung für die Regelung.
Dahinter folgt dann die übliche Spannungsvervielfacherschaltung als 
10-fach-Kaskade mit Strombegrenzungs- sowie Entladewiderstand. Mir ist 
klar, dass die Kaskadenspannung am Ende immer der Trafospannung etwas 
hinterherhinkt, aber das wäre ok. Die genauen C-Werte und Ladekurven 
müsste man sich wohl in der Simulation anschauen.

Nun die ersten Fragen dazu:

1.) Ist der Aufbau prinzipiell so für die Aufgabe geeignet, ohne 
exotische Bauteile oder Verguss? Das gilt wohl insbesondere für die 
Kaskade. Ist so etwas mit 10kV-Stufen noch per PCB handhabbar? Die Größe 
der Platine bei eventuell geforderten Abständen wäre kein Hindernis. 
Gibt es vielleicht schon Layouts mit Fräsungen etc-, die man als 
Grundlage verwenden könnte?

2.) Welche integrierte Vollbrücke wäre für die 10W geeignet? L298 haben 
wir noch ein paar, aber es darf auch gerne etwas Neues sein ;-)

3.) Welchen größeren Kern könnte man für Versuche nehmen?

4.) Wie sieht es mit der Sekundärwicklung aus? Wenn ich mir übliche 
Mehrkammerwicklungen anschaue, dann wird in den einzelnen Kammern eher 
chaotisch gewickelt. Die Anzahl der Kammern und Windungen pro Kammer und 
primärseitig bestimmen ja die maximale Spannungsdifferenz innerhalb 
einer Kammer. Mit welchen sicheren Spannungsfestigkeiten kann man denn 
bei dünnem CuL-Draht rechnen?

Weitere Fragen folgen ziemlich sicher ;-)

:
von Egon D. (egon_d)


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Chris D. schrieb:

> 1.) 0kV bis 100kV

Erstmal mit Zeilentrafos im Bereich bis 30kV
Erfahrungen sammeln ist keine Option?
Deine 100kV sind von der Anodenspannung von Farbbild-
röhren nur ca. Faktor 3 oder 4 entfernt...


> HV-Seite:
> Direkt an den 10kV des Trafos ein passender
> Spannungsteiler mit Rückführung für die Regelung.

Ohne Erfahrungen damit zu haben: Aus dem Bauch heraus
scheint mir das ungünstig. FETs bzw. IGBTs gibts bis
über 1kV; Faktor 100 sollte mit einem Sperrwandler
machbar sein.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Klein wird das nicht, weil Du für die 100kV einen Abstand von 50cm haben 
solltest zwischen den Anschlüssen.

von idk (Gast)


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Egon D. schrieb:
> sollte mit einem Sperrwandler machbar sein.

Das wäre der geringstmögliche Aufwand, weil man auch
eine unipolare Kaskade bevorzugt, um den Ausgang dann
einseitig erden zu können.

Ich würde (Ihr könnt gern lachen) sogar 2 Printtrafos
back to back oder halt einen handelsüblichen Micro-WR
von 24VDC gespeist vorschlagen, um die Zwischenrail
(vielleicht sogar deutlich unter 1000V - weil bei dem
hohen nötigen TV die Flybackspannung sehr hoch wird)
zu generieren dafür.

von idk (Gast)


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War ein Schnellschuß gewesen, wird verbessert.

Alleine schon der Gleichspannungswandler des WR würde
genügen. Und bei 2 Trafos könnte der 2. ja eine 400VAC
Primärwicklung haben. (Oder noch mehr?)

Rund 550VDC sind schon deutlich besser als rund 300VDC,
so niedrig (oder niedriger) muß man nicht gehen.

Es gibt (wenn man möchte) auch Schalter etwas oberhalb
der Standardklassen (IGBTs 1200V, Fets 800V oder evtl.
noch 1000V Sperrspannung) - nur nicht so extrem viele.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Eine andere Variante wäre ein Resonanzwandler. In dem Falle wäre der 
Schwingkreis auf der Primärseite. Der Vorteil der Schwingung wäre, das 
auf der Sekundärseite keine so steilen Flanken (mehr sinusähnliche 
Verläufe) sind. Das ist besser für die Dioden und Kondensatoren der 
Hochspannungskaskade auf der Sekundärseite.

von Pandur S. (jetztnicht)


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Ohne Verguss, oder Oelbad laeuft gar nichts. Ich wuerde ein Oelbad als 
bastelfreundlicher betrachten. Allerdings sollte das Oel kein Wasser 
aufnehmen. Also abgeschlossen sein.
Hohe Frequenzen werden schwierig sein, denn die Isolation wirkt 
kapazitiv, die Isolation muss umgeladen werden. Ich wuerd wahrscheinlich 
auf 1000V oder so transformieren und dann von dort mit einer 
Diodenkaskade bei niederen Frequenzen.
Oder von 1000V mit einer Push-Pull Stufe auf einen Trafo mit vielleicht 
10kHz oder so.

: Bearbeitet durch User
von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Egon D. schrieb:
> Chris D. schrieb:
>
>> 1.) 0kV bis 100kV
>
> Erstmal mit Zeilentrafos im Bereich bis 30kV
> Erfahrungen sammeln ist keine Option?
> Deine 100kV sind von der Anodenspannung von Farbbild-
> röhren nur ca. Faktor 3 oder 4 entfernt...

Ja, das hatte ich überlegt, aber bei vergossenen Spulen lernt man auch 
nicht wirklich viel.

>> HV-Seite:
>> Direkt an den 10kV des Trafos ein passender
>> Spannungsteiler mit Rückführung für die Regelung.
>
> Ohne Erfahrungen damit zu haben: Aus dem Bauch heraus
> scheint mir das ungünstig. FETs bzw. IGBTs gibts bis
> über 1kV; Faktor 100 sollte mit einem Sperrwandler
> machbar sein.

Sperrwandler hatte ich mir auch intensiv angeschaut - allerdings habe 
ich da direkt auf zwei Seiten HV-Bedingungen. Mit "meiner" Trafolösung 
wäre die Primärseite bzgl. Spannungsfestigkeit ganz unkritisch und die 
Wicklung wie angesprochen sehr einfach.

Dazu kommt: bei Faktor 100 wäre die Sekundärspule ohne Ölbad/Verguss 
nicht mehr machbar. Daher meine Überlegung, zumindest bis hinter den 
Trafo ohne so etwas auszukommen.

Dieter D. schrieb:
> Klein wird das nicht, weil Du für die 100kV einen Abstand von 50cm haben
> solltest zwischen den Anschlüssen.

Das wäre ok - wie geschrieben: die Größe ist erst einmal egal. Wenn das 
soweit läuft, kann man eine Kompaktversion vergießen.

idk schrieb:
> Das wäre der geringstmögliche Aufwand, weil man auch
> eine unipolare Kaskade bevorzugt, um den Ausgang dann
> einseitig erden zu können.

Auf das Thema kam ich beim Lesen auch schon öfter. Warum wäre eine 
Erdung auch bei einer galvanisch getrennten HV-Erzeugung günstig?

idk schrieb:
> Alleine schon der Gleichspannungswandler des WR würde
> genügen. Und bei 2 Trafos könnte der 2. ja eine 400VAC
> Primärwicklung haben. (Oder noch mehr?)

Langsam, langsam :-) Was ist ein "WR"?

Dieter D. schrieb:
> Eine andere Variante wäre ein Resonanzwandler. In dem Falle wäre der
> Schwingkreis auf der Primärseite. Der Vorteil der Schwingung wäre, das
> auf der Sekundärseite keine so steilen Flanken (mehr sinusähnliche
> Verläufe) sind. Das ist besser für die Dioden und Kondensatoren der
> Hochspannungskaskade auf der Sekundärseite.

Das ist ein Argument. Aber könnte man so etwas nicht sogar mit einem 
Steppertreiber erledigen? Immerhin haben die von Vollbrücke bis zur 
Sinusstromerzeugung durch Mikroschritte praktisch alles an Bord.

Pandur S. schrieb:
> Ohne Verguss, oder Oelbad laeuft gar nichts. Ich wuerde ein Oelbad als
> bastelfreundlicher betrachten. Allerdings sollte das Oel kein Wasser
> aufnehmen. Also abgeschlossen sein

Ist das auch nicht durch viel, viel Abstand abzufedern? Daher rührt ja 
meine Idee, in 10kV-Stufen zu vervielfachen. So wäre die Spannung 
zwischen den einzelnen Stufen noch handhabbar (dachte ich ...).

: Bearbeitet durch Moderator
von heute ohne meinen üblichen Nick (Gast)


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Chris D. schrieb:
> Hallo Hochspannungserfahrene!
>
> Ich benötige für eine Idee zur speziellen Pulverbeschichtung eine
> Hochspannungsquelle mit folgenden Eckdaten:
>

Wir haben das ein bischen anders als mit einer H-Brücke gelöst:

ein Royer, der von einer Stromquelle angespeist wird. Der Royer hat 
einen Trafo a la LCD-Backlight versorgt und an den wurde eine Kaskade 
drangehängt. Die geforderte Leistung war höher als die von Dir 
gewünschte, sollte daher kein Problem sein.

Regelung war von ca. 90V bis ca. 30kV möglich, darunter war dann der 
Royer nicht mehr wirklich willig. Der Royer hatte eine Hilfsspannung 
damit die Ugs der FETs keine Rolle spielt.

Bei 100kV wirst Du viel mehr als für die Schaltung für die Isolation 
bedenkten müssen, da spielt sich schon einiges nur über die Luft ab, 
Corona grüßt bläulich und es riecht nach Ozon.

Geschlitzte Platinen und andere Tricksereien um die Kriechpfade so 
unantraktiv wie möglich zu machen sind zwingend nötig. Ölbad könnte 
helfen wenn man weiß was man tut, wir haben es glücklicherweise nicht 
gebraucht.

Chris - wenn Du Interesse hast gib Bescheid, ich lese hier mit. Weitere 
Detail gebe ich nur per PM, ich hab kein Interesse das sich da wer 
anderer wg. geiler Ahnungslosigkeit die Finger verbrennt wenn die 
Unterlagen hier veröffentlicht werden.

Falls wer anderer als der TO wg. Unterlagen fragt: nein. In meiner Prosa 
ist für Wissende genug beschrieben.

von Andrew T. (marsufant)


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Chris D. schrieb:
> 1.) Ist der Aufbau prinzipiell so für die Aufgabe geeignet, ohne
> exotische Bauteile oder Verguss?

Die Dinge mußt Du vergießen oder ins Ölbad packen.

alles andere macht wegen Corona (nicht der Virus!!) Entladung keinen 
ernsthaften Sinn.


> Das gilt wohl insbesondere für die
> Kaskade. Ist so etwas mit 10kV-Stufen noch per PCB handhabbar?

PCB  && Verguß: ja.

> Die Größe
> der Platine bei eventuell geforderten Abständen wäre kein Hindernis.
> Gibt es vielleicht schon Layouts mit Fräsungen etc-, die man als
> Grundlage verwenden könnte?

Du könntest mal in ebay nach Leybold schauen, Teile für auger, 
Ionensputter- und Röntgenanlagen.
Da gibt es des öfteren ausgemusterte HV Netzteile.

Dies kann man als Grundlage nehemn.
Ströme sind da so zw. 0.1 bis 2mA, also durchaus in dem von Dir 
gesuchten Bereich.

von Andrew T. (marsufant)


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Chris D. schrieb:
> Auf das Thema kam ich beim Lesen auch schon öfter. Warum wäre eine
> Erdung auch bei einer galvanisch getrennten HV-Erzeugung günstig?

Vermeidet Isolationsüberschläge  durch kapazitiv bzw. influenz.
Kurz: Erleichtert wesentlich die Hardwareentwicklung .-)

von Peter D. (peda)


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Chris D. schrieb:
> per Controller, RasPi etc.

Das wird haarig, die werden Dir bei Überchlägen schnell abstürzen. 
Vermutlich wirst Du sie über Lichtleiter anschließen müssen.

von Peter D. (peda)


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Chris D. schrieb:
> 2.) Welche integrierte Vollbrücke wäre für die 10W geeignet? L298 haben
> wir noch ein paar

Wie willst Du damit die Spannung regeln?
Gute Erfahrungen habe ich mit Gegentaktwandlern gemacht, d.h. 
Primärseite mit Mittelanzapfung. Dann 2 MOSFETs als Zerhacker und ein 
Stepdown zur Erzeugung der Primärspannung.
Gegentaktwandler transformieren die Primärspannung ziemlich linear und 
laststabil. Da kann also nichts im Leerlauf unkontrolliert hochlaufen.
Der Stepdown sollte im Continuous Current Mode laufen, d.h. nicht 
lückend.
Diese Wandler haben statt der Diode einen 2. MOSFET.

von Dieter D (Gast)


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Chris D. schrieb:
> Aber könnte man so etwas nicht sogar mit einem Steppertreiber erledigen?

Natuerlich waere auch ein Sinusinverter moeglich zu verwenden. Mit der 
Frequenz muss man sich an der Schnelligkeit der Hochspannungsdioden 
ebenfalls orientieren.  Beim Durchbruch muss man auch daran denken, das 
eine Stufe nicht den Rest mit herunterreissen soll.

von mkn (Gast)


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Von Sperrwandler kann ich schon mal abraten.
Wir haben das mal mit 24V->20KV / 300W gemacht.
Man speist im wesentlichen die Wicklungskapazitäten und die 
Streuinduktivität ist sehr hoch.
Die Lagenisolation ist ein Graus und schnelle Schaltdioden mit 20KV 
haben wir uns aus 25* UF4007 gebastelt. Kein Ansatz den ich nochmal 
wählen würde.

Schon bei 20KV kamen wir nicht ohne Verguss / Öl aus.
Die Ionisation ist das Problem.
Schon bei 20KV kroch das Öl die Kabel hoch um sich gegen Erde zu 
entladen.
Sehr fest zugedrehte PG Verschraubungen helfen oder Vakuumverguss mit 
Silikongel. Dann kommt man da auch mal wieder ran.
Koax Kabel sind übrigens gute geschirmte HV Kabel.

Die direkte MCU Steuerung kannst Du vergessen.
Wir mussten einen erheblichen Aufwand betreiben damit nicht alles was 
MCU war bei jedem Überschlag in den Reset ging oder schlimmeres.
Konsequente galvanische Trennung ist nötig und irgendwas robustes 
analoges auf der Regelungsseite. Sollwertvorgabe per PWM / Optokoppler 
im einfachsten Fall.

Deine Idee mit der 10fach Kaskade am 10KV Trafo finde ich schon gut bei 
der Leistung.
Jetzt noch was resonantes mit 10KV Trafo dazu.
LLC würde ich denken.

Bei 20KV hatten wir schon nette Effekte.
Z.B. schwarzer Schrumpfschluch der nicht mehr isolierte wegen dem 
Rußanteil. Nicht leitende Ferritkerne, die leitend wurden, diverse 
Labornetzgeräte und ein Oszi das einer nicht näher zu identifizierenden 
Entladung zum Opfer fielen.
100KV mag im Schaltbild nicht kompliziert aussehen, ist es aber in der 
Realität in 100 Details.

Lemo hat tolle HV Stecker. Nur auch toll teuer.
Zündkerzen + Kabel sind die HV Stecker des armen Mannes.
Jede blanke Stelle die Du nicht in Öl tauchen kannst mit 
selbstverschweissenden Isolierband dick isolieren wirkt Wunder gegen 
Ozon und Ionisierung.

von Peter D. (peda)


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mkn schrieb:
> diverse
> Labornetzgeräte und ein Oszi das einer nicht näher zu identifizierenden
> Entladung zum Opfer fielen.

Nichts darf floaten, alles in der Nähe muß geerdet sein, d.h. mit dem 
Fußpunkt der HV verbunden sein. Was floatet, lädt sich durch das 
elektrische Feld auf, bis die Isolation durchschlägt.
Wenn möglich, kann man auch +/-50kV gegen Erde führen. Das verringert 
die nötigen Abstände und Überschläge haben nur noch 1/4 der Energie.

von Rote T. (tomate)


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So hohe Spannungen gehen doch am besten mittels LV (5-10kV) Flyback, am 
besten selber wicken, die schwarzen CRT Flybacks haben Diode drin, da 
funktioniert kein Multiplier mit. Und danach 5-15 Stufen Multiplier auf 
100kV. Sonst kriegt man das eh nicht gescheit gleichgerichtet.

Und dann zum Spannung regeln, dicken Folienkondensator an Ausgang vom 
Multiplier für gewisse Zeitkonstante und z.B. Flyback duty cycle mittels 
PWM regeln.

Das fertige Gedöns am besten in Paraffinwachs eingiessen, ist nich so ne 
Sauerei wie Öl, man kan es anfassen und bei Bedarf wieder mit dem 
Heissluftfön rausschmelzen.

: Bearbeitet durch User
von mkn (Gast)


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Alles richtig.
Manches davon habe wir auf die harte Tour gelernt.
Es gibt bei den Spannungen keine perfekten Isolatoren mehr, nur noch 
kleine Kapazitäten die sich über hohe Widerstände aufladen und trotz 
ihrer geringen Größe zerstörerische Karft entfalten können.

Peter D. schrieb:
> +/-50kV gegen Erde

Bei Pulverbeschichtung eher nicht möglich.
Da ist der zu lackierende Körper auf Erde und das Pulver aufgeladen.

@Chris:
Das die Hochspannung an der Pistole negativ sein soll, hast Du bedacht?

von Peter D. (peda)


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mkn schrieb:
> Es gibt bei den Spannungen keine perfekten Isolatoren mehr

Es gibt bei den Spannungen auch keine perfekten Leiter mehr, alles hat 
eine Induktivität. Daß an einem 10mm Leiterzug bei einem Überschlag 100V 
abfallen können, ist durchaus möglich. Also immer auf die Strompfade 
achten und eine Plane sinnvoll in Streifen aufteilen.

Wichtig sind spannungsfeste Reihenwiderstände, um die Energie aus einem 
Überschlag rausnehmen zu können. Gute Erfahrungen habe ich mit 4W 
Drahtwiderständen (Serie 206-8) gemacht, die halten bis zu 10kV Impuls 
aus.

Siebkondensatoren sind generell böse, da sie viel Zerstörungsenergie 
speichern und abgeben können. Daher nur so groß, wie unbedingt nötig.

von mkn (Gast)


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@Peter
Das war bei unsere Anwendung genau anders herum :-)
Wir haben im Betrieb 1uF mit 12KV aufgeladen und einen 1,2/50 Puls 
(1,2us anstiegszeit/ 50us Abfallzeit) an dem Prüfling geformt.
KA Pulse im Dauerbetrieb eines großen Bauteilherstellers.

Wir haben die gesamte Verkabelung Koaxial gemacht und Induktionsarme 
Kondensatoren + Hochlastwiderstände verwendet, um so einen Puls zu 
erhalten.
Alleine der Behlke Schalter hatte den Wert eines Kleinwagens.

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Oha, da kam ja jetzt einiges zusammen :-)

heute ohne meinen üblichen Nick schrieb:
> Chris - wenn Du Interesse hast gib Bescheid, ich lese hier mit. Weitere
> Detail gebe ich nur per PM, ich hab kein Interesse das sich da wer
> anderer wg. geiler Ahnungslosigkeit die Finger verbrennt wenn die
> Unterlagen hier veröffentlicht werden.

Sehr gerne, auch per PM. Eure Lösung wäre ja schon sehr viel von dem, 
was ich haben müsste. Insbesondere die Regelbarkeit würde mich 
interessieren.

Peter D. schrieb:
> Das wird haarig, die werden Dir bei Überchlägen schnell abstürzen.
> Vermutlich wirst Du sie über Lichtleiter anschließen müssen.

Eine gute Idee. Oder man baut sich einen Optokoppler mit etwas größerer 
Isolationsstrecke.

mkn schrieb:
> Schon bei 20KV kamen wir nicht ohne Verguss / Öl aus.
> Die Ionisation ist das Problem.
> Schon bei 20KV kroch das Öl die Kabel hoch um sich gegen Erde zu
> entladen.
> Sehr fest zugedrehte PG Verschraubungen helfen oder Vakuumverguss mit
> Silikongel. Dann kommt man da auch mal wieder ran.

Ja, das wäre ansonsten bei Verguss mein Problem: man vergiesst und 
stellt dann fest, dass man noch etwas ändern müsste...

Ok, ohne Öl bei der Kaskade also wohl keine Chance, wenn es wartbar 
bleiben soll.

In anderen Threads wurde Rapsöl genommen. In einem ging es damit wohl 
bis 200kV. Für Experimente sollte das doch genügen. Die Frage ist, wie 
schnell das Öl kriecht ;-) Mir reicht es für die Tests ja, wenn ich 
einige Sekunden HV habe.

> Koax Kabel sind übrigens gute geschirmte HV Kabel.

Guter Tipp - die Frage danach wäre eine der nächsten gewesen: wie 
bekomme ich die Hochspannung zum Beschichtungsaufbau?

Rote T. schrieb:
> Das fertige Gedöns am besten in Paraffinwachs eingiessen, ist nich so ne
> Sauerei wie Öl, man kan es anfassen und bei Bedarf wieder mit dem
> Heissluftfön rausschmelzen.

Was es nicht alles gibt - aber auch gut :-)

mkn schrieb:
> Bei Pulverbeschichtung eher nicht möglich.
> Da ist der zu lackierende Körper auf Erde und das Pulver aufgeladen.
> @Chris:
> Das die Hochspannung an der Pistole negativ sein soll, hast Du bedacht?

Es kommt auf das Verfahren an. Beim Coronaverfahren wird negativ 
geladen, beim Tribo-Verfahren üblicherweise positiv. Bei beiden 
Verfahren ist das Bauteil geerdet. Ich werde allerdings nicht mit 
Pistolen arbeiten.

Peter D. schrieb:
> Siebkondensatoren sind generell böse, da sie viel Zerstörungsenergie
> speichern und abgeben können. Daher nur so groß, wie unbedingt nötig.

Auf jeden Fall. In einem anderen Thread waren die Cs der Kaskade auch in 
der Kapazität abnehmend, was zu schnellerer Aufladung (und geringeren 
gespeicherten Energien) führte.

Vielleicht sollte ich die Kaskade hinten anstellen und mich darum 
kümmern, eine regelbare Wechselspannung von 1-10kV mit 1-2mA zu 
erzeugen. Das sollte noch ohne "Gematsche" möglich sein.

von Andrew T. (marsufant)


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Chris D. schrieb:
> Vielleicht sollte ich die Kaskade hinten anstellen und mich darum
> kümmern, eine regelbare Wechselspannung von 1-10kV mit 1-2mA zu
> erzeugen. Das sollte noch ohne "Gematsche" möglich sein.

AC stellbar:
Das geht sogar mit einem Neon- oder Ölbrennerzündtrafo, vorgeschaltet 
ein Stelltrafo.

Wenn Du dann damit fertig bist, kannst du die Kaskade angehen.

Alternativ Zeilentrafo mit AC Ausgang (siehe Oben), und diesen 
primärseitig stellbar ansteuern.

Unter www.mosfetkiller.de findest du viel derartige Anleitungen.

von Henrik V. (henrik_v)



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zur Inspiration ein paar Bilder einer kommerziellen 80kV Kaskade. Liegt 
hier schon ein paar Jahre auf dem Dachboden, daher hab ich mich mal 
getraut sie aufzuschrauben.  Scheint wohl auch für 100kV geeignet, 20% 
unbestückt ;)

Die andere Platine war wohl der Treiber.... lag in der gleichen 
Gitterbox ..

100 kV geht wohl auch ohne Öl oder Wachs. Der Anschluß ist jedoch 
beeindruckend

von Bernhard _. (Firma: dl1bg) (bernhard_)


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Ich würde nach einem gebrauchten Hochspannungstransformator für 
Röntgengeräte suchen. Damit hast du alle kritischen Komponenten wie 
Messteiler, Dämpfungswiderstände und den Trafo selbst mit seiner (meist) 
Ölpanscherei beieinander und kannst dich und die Niederspannungsseite 
kümmern.
Vorsicht: manche Röntgensysteme arbeiten bipolar, du musst nach einem 
unipolaren suchen.

von Hochspannung (Gast)


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Brauchst du nur ein Einzelstück für Versuche oder möchtest du das selbst 
produzieren?Lackieren mit Hochspannungsaufladung ist im industriellen 
Lackbereich nichts ungewöhnliches.

Hier Gebrauchtteile, auf Anfrage gibt es die Geräte aber auch direkt 
beim Hersteller (und auch neuere Modelle...):

Generator:
https://www.rgbautomatyka.pl/de/ecoht-g500-generator-e10110010-durr-id72946.html?gclid=Cj0KCQjwjPaCBhDkARIsAISZN7QhxFfuHtmeLBrQQAstiLToweZFgM52_uJl7KZ4tEupIITMkfTXLu8aAsF6EALw_wcB#

Controller:
https://www.rgbautomatyka.pl/de/e03240010-ecoht-g500-durr-power-supply-36v-2-2a-id72320.html?gclid=Cj0KCQjwjPaCBhDkARIsAISZN7S_VYAgH85_85PK4zspdtgW2h4GwVoi2VBAz0whsNpnamfXlN821UYaAgl2EALw_wcB

von Peter M. (r2d3)


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Hallo Chris D.,

wenn es noch nicht sofort funktioniert, einfach mal 'ne Pause machen und 
gucken, was die Jungs im Hochspannungsgebäude der PTB so am Tag der 
offenen Tür (2016) für die Besucher auf die Beine stellen:

Die Anzeige auf dem Monitor zeigt die Spannung in kV.

Bitte die Lautstärke einpegeln.
Wenn es unangenehm ist, aber noch keinen Hörsturz verursacht, ist es 
genau richtig. :)

https://www.youtube.com/watch?v=3I4mK970eA0

Viel Vergnügen!

: Bearbeitet durch User
von Wühlhase (Gast)


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Spannender Thread...


Meine Firma hat (kurz bevor ich kam :( ) mal mit Magnetronversorgungen 
experimentiert. Da ging es um "nur" 5kV DC, aber das war schon schwierig 
genug. Damals haben die auch erst mit Sperrwandlern gearbeitet, jedoch 
festgestellt daß das Mist ist und das wieder aufgegeben. Meinem Chef 
sind da ständig die Halbleiter gestorben. Den Trafo hat mein Chef da 
zwar nicht selber gewickelt, sondern wickeln und vergießen lassen. Die 
hat es aber auch gelegentlich zerhauen. Ein oder zwei Leiterkarten mit 
eingebrannten Tannenbäumen liegen auch noch irgendwo herum.

Auch wenn dich das deinem Vorhaben nicht direkt näher bringt: Eine 
kleine Mahnung, diese Spannungsbereiche nicht zu unterschätzen. ;)

von Peter M. (r2d3)


Angehängte Dateien:

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Hallo Chris,

anbei der passende 100kV-Teiler für Dich, gesehen auf der Maker Fair 
2016.
Die Zutatenliste gibt es bei Henrik.

von idk (Gast)


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Peter D. schrieb:
> Der Stepdown sollte im Continuous Current Mode laufen, d.h. nicht
> lückend.
> Diese Wandler haben statt der Diode einen 2. MOSFET.

"Forced Continuous" (was Du zu meinen scheinst) geht
nur mit Synchronem Step-Down. (= incl. Lowside-Mosfet)

Da muß man aber aufpassen:

Gibt genauso Synchrone Step-Down, die trotzdem ab ner
gewissen (versch. hohen, je nach Einzeltyp / bei ganz
bestimmten (LT?) iirc sogar einstellbar/programmierbar) 
Ausganggsstromuntergrenze

einfach auf "nicht- Synchrongleichrichtung" wechseln,
und zwar zwecks höherer sog. "Light-Load-Efficiency".


Stimme schon zu, daß diese doch höhere Dynamik solcher
(hier Vor-) Regler vorteilhaft sein könnte.

Hohe "Light Load Efficiency" ist hier wohl kein Thema.

Hohe Regeldynamik aber eventuell schon (...immer schön
die gleiche Spannung ((fast) wie mit HV-Teiler))).


P.S.: Mittels des Vorreglers könnte man sich doch sogar
      aussuchen, eine Push-Pull Stufe mit Spannung oder
      Strom zu speisen, oder als Kurzschlußschutz (weil
      sich die Stromregelung/-begrenzung nach sekundär
      übertragen würde). Manko evtl. mehr Teile (nicht
      nur der Meßshunt - Stromspeisung erfordert teils
      gewisse Anpassungen der Push-Pull-Leistungsstufe).

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Vielen Dank für die zahlreichen Antworten!

Andrew T. schrieb:
> AC stellbar:
> Das geht sogar mit einem Neon- oder Ölbrennerzündtrafo, vorgeschaltet
> ein Stelltrafo.

Gute Idee, in der Richtung hab ich noch nicht geschaut.

> Alternativ Zeilentrafo mit AC Ausgang (siehe Oben), und diesen
> primärseitig stellbar ansteuern.
>
> Unter www.mosfetkiller.de findest du viel derartige Anleitungen.

Ist notiert :-)

Henrik V. schrieb:
> zur Inspiration ein paar Bilder einer kommerziellen 80kV Kaskade. Liegt
> hier schon ein paar Jahre auf dem Dachboden, daher hab ich mich mal
> getraut sie aufzuschrauben.  Scheint wohl auch für 100kV geeignet, 20%
> unbestückt ;)
> Die andere Platine war wohl der Treiber.... lag in der gleichen
> Gitterbox ..

Wow, was für ein Gerät. 50mA bei 80kV sind 4kW - das ist schon ein 
ordentlicher Brummer. Auch wenn der mir wohl zu groß ist, so sind die 
Fotos doch äußerst interessant, denn offenbar:

> 100 kV geht wohl auch ohne Öl oder Wachs

Könntest Du vielleicht noch mehr Fotos insbesondere von der Kaskade 
machen?

Bernhard _. schrieb:
> Ich würde nach einem gebrauchten Hochspannungstransformator für
> Röntgengeräte suchen.

Wird in die Liste der zu suchenden Gebrauchtteile aufgenommen :-)

Hochspannung schrieb:
> Brauchst du nur ein Einzelstück für Versuche oder möchtest du das selbst
> produzieren?Lackieren mit Hochspannungsaufladung ist im industriellen
> Lackbereich nichts ungewöhnliches.

Eigentlich benötige ich nur ein Einzelstück. Das ist nur 
Nebenkriegsschauplatz. Die eigentliche Entwicklung ist die 
Beschichtungsanlage für unsere Zwecke. Aber wer weiss schon, welche 
Kunden sich dann melden? ;-)

> Hier Gebrauchtteile, auf Anfrage gibt es die Geräte aber auch direkt
> beim Hersteller (und auch neuere Modelle...):

Ja, da hab ich schon diverse Hersteller durchforstet - danke für den 
Link, das sieht durchaus bezahlbar aus. Andererseits würde ich mich 
gerne etwas in die HV-Problematik einarbeiten. Es interessiert mich 
einfach sehr :-)

Wühlhase schrieb:
> Eine kleine Mahnung, diese Spannungsbereiche nicht zu unterschätzen. ;)

Das auf keinen Fall. Ich werde das sehr vorsichtig angehen. Ich hab mal 
einen Schlag von einer Röhre (6146B?) erhalten, das hat gereicht ;-)

Vielleicht nochmal zum Wickeln, falls mir nichts Passendes über den Weg 
läuft:
CuL gibt es offenbar in verschiedenen Graden und durchaus hohen 
Durchschlagsfestigkeiten (bis 2kV). Wenn ich es richtig verstanden habe, 
gibt der Grad die Dicke der Isolierschicht an.

Würde ich mit 20 Kammern à 1,5mm Breite mit 0,5mm Steg planen, dann wäre 
ich bei 40,5mm Länge und unter voller Spannung bei 500V pro Kammer. 
Damit sollte ich doch in einem ziemlich sicheren Bereich sein.

Welcher Kunststoff wäre für den Spulenkörper empfehlenswert? Am besten 
Drehen und Einstechen lässt sich POM. Durchschlagsfestigkeit wäre sehr 
gut, aber bei höheren Frequenzen und Feldstärken verhalten sich ja 
diverse Materialien "seltsam" ;-)

: Bearbeitet durch Moderator
von ZF (Gast)


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Wahrscheinlich kennst Du es schon, falls nicht: Finger berichtet hier 
https://www.fingers-welt.de/gallerie/eigen/elektro/roentgen/roentgen.htm 
von seinen Erfolgen und Misserfolgen mit Isolation, Öl, Durchschlag und 
Messwiderstand.

Professionell geht das erstaunlich klein, hier ein in Spannung und Strom 
bis 50 kV und 1 mA einstellbares Netzgerät für Röntgenröhren 
(wissenschaftlich im Dauerbetrieb, nicht nur kurzer Puls wie in der 
Medizin): 
https://xray.oxinst.com/x-ray-tube-products/x-ray-tube-power-supply/shasta-series
Das Koax-Hochspannungskabel wird da angeschlossen, wo die rote 
Schutzkappe drauf ist. Das ist eine Art PL-Buchse, aber der Innenleiter 
des Kabels ragt samt Dielektrikum und Pin rund 20 cm aus der 
Überwurfverschraubung des Schirms raus und geht entsprechend tief in das 
Gerät rein. Gute Erdung des Netzteils ist Pflicht.

von MG (Gast)


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Schau mal hier: https://www.youtube.com/watch?v=x7onZGqrYyY
(Building Prototypes von Dan Gelbart)

von idk (Gast)


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Entschuldige bitte mein gesteigertes Interesse, Chris:

Henrik V. schrieb:
> zur Inspiration ein paar Bilder

Das Ding scheint mir unkaputtbar dimensioniert zu sein.
(Man betrachte die 4 großen Zeilentrafos, und trotz der
Betriebsfrequenz von evtl. 30kHz so große Kondensatoren.)
Was für ein Teil. Und (PC- oder µC-) fernsteuerbar. Wow.

Nach so etwas leckt sich vermutlich jeder Mosfetkiller
die Finger - eine Basis für diverse "Experimente".

Ich sehe doch richtig, daß ist praktisch ein "HV-LNG"
hoher Leistung von einem renommierten Hersteller?

Chris D. schrieb:
> Könntest Du vielleicht noch mehr Fotos insbesondere von der Kaskade
> machen?

Dieser Bitte kann ich mich nur anschließen. :-)

von Henrik V. (henrik_v)


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idk schrieb:
> Chris D. schrieb:
>
>> Könntest Du vielleicht noch mehr Fotos insbesondere von der Kaskade
>> machen?
>
> Dieser Bitte kann ich mich nur anschließen. :-)

Nach Ostern....
WIMRE. waren das 3 19" Einschübe , 3 Phasen Anschluss

Contoller + 800?V Netzteil

10kV Umrichter

HV Kaskade

: Bearbeitet durch User
von Christoph E. (stoppi)


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Ich habe auch schon experimentelle Erfahrungen gemacht mit 
unterschiedlichen HV-Quellen bis zu 200 kV. Hier kannst du ja 
nachschauen, wenn du magst:
https://stoppi-homemade-physics.de/hochspannungstarkstrom/

von Zeno (Gast)


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@TO
Schau Dir das mal hier an https://www.rapp-instruments.de/index6.htm 
Speziell was Deine Kaskade betrifft, kannst Du hier sehen wie man so 
etwas machen kann.
Hier https://www.rapp-instruments.de/index6.htm ist noch ein 50kV 
Netzgerät beschrieben. Vielleicht hilft die Beschreibung an der einen 
oder anderen Stelle weiter.

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Wieder viele nützliche Links - besten Dank!

ZF schrieb:
> Wahrscheinlich kennst Du es schon, falls nicht: Finger berichtet hier
> https://www.fingers-welt.de/gallerie/eigen/elektro/roentgen/roentgen.htm
> von seinen Erfolgen und Misserfolgen mit Isolation, Öl, Durchschlag und
> Messwiderstand.

Sehr humorvoll, der gute Mann - ich habe da gestern echt an vielen 
Stellen gelacht :-)

Christoph E. schrieb:
> Ich habe auch schon experimentelle Erfahrungen gemacht mit
> unterschiedlichen HV-Quellen bis zu 200 kV. Hier kannst du ja
> nachschauen, wenn du magst:
> https://stoppi-homemade-physics.de/hochspannungstarkstrom/

Hervorragend - das ist ja fast das, was ich suche. Nur mein 
Aussteuerbereich müsste noch größer sein.

Zeno schrieb:
> @TO
> Schau Dir das mal hier an https://www.rapp-instruments.de/index6.htm

Wird mit Spannung gelesen ;-)

---

Was ich noch nicht angesprochen habe: Wie sieht es mit der Sicherheit 
aus?

Wie geschrieben ist das nur für eine elektrostatische Aufladung mit 
maximal 100µA gedacht, nicht für lange Blitze (auch wenn das 
faszinierend ist)

Natürlich kann ich den Strom auf der Primärseite begrenzen, allerdings 
hilft das bei entsprechenden Cs in der Kaskade ja nicht wirklich. 
Glücklicherweise müssen die Cs bei mir ja nicht groß sein, weil ich fast 
keine Leistung abrufe.

Prinzipiell muss sich die Kaskade definiert entladen und der 
Maximalstrom begrenzt werden. Ein entsprechend gestalteter 
100MOhm-Widerstand vor dem Ausgang würde den Maximalstrom auf 1mA 
begrenzen. Ist das für solche Spannungen praktikabel oder gibt es dafür 
besseres? Und welche Ströme sind bei solchen Spannungen noch 
ungefährlich? Zwar wird während des Betriebs niemand Zugang zu den 
Elektroden haben, aber zu viel Sicherheit schadet nicht.

Entladen würde ich die Kondensatoren am liebsten jeden einzeln, weil da 
die Spannungsfestigkeit nicht so hoch sein müsste. Oder ist es besser, 
am Ausgang noch einen Widerstand parallel anzuschließen?

: Bearbeitet durch Moderator
von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:


> Vollbrücke (für eine möglichst einfache Primärwicklung), angesteuert per
> TL494 oder eventuell auch direkt per µC.

Kann man machen, wenn gleich das nicht optimal ist, vor allem bezüglich 
der EMV. Aber bei nur 10W Maximalleistung wird auch das laufen.

> Gut zerlegbarer Ferritkern mit getrennten Schenkeln für Primär- und
> Sekundärwicklung (Wartbarkeit!

Sicher. Schalenkern PM oder ähnlich. Für 10W + Verluste sollte ein P36 
oder wenig größer reichen.

> Schnelle Änderung der Wicklungen etc.).
> Wohl lieber etwas größer als zu klein, um die Sekundärspannung auch ohne
> Verguss/Öl sicher im Griff zu behalten.

Kriegt man hin.

> Auf der Sekundärseite daher eine
> Mehrkammerwicklung mit vielleicht 10-15 Kammern.

Man muss es nicht übertreiben. Du willst ja ca. 4-5kV Spitzenspannung, 
da reichen 5 Kammern. Der Kupferlackdraht hält ja auch einiges.

> CNC-Drehautomat hergestellt werden. Aus anderen Threads dazu scheinen
> wohl 10kV so noch sauber machbar zu sein.

Brauchst du nicht, ist auch nicht wirklich sinnvoll. Eine 
Greinacherkaskade hat 2*Up pro Stufe.

> Direkt an den 10kV des Trafos ein passender Spannungsteiler mit
> Rückführung für die Regelung.

Unsinn, du willst ja die DC-Ausgangsspannung regeln, nicht die 
AC-Speisespannung der Kaskade.

> Dahinter folgt dann die übliche Spannungsvervielfacherschaltung als
> 10-fach-Kaskade mit Strombegrenzungs- sowie Entladewiderstand.

Ja, aber da muss man auch überlegen, wie es sinnvoll ist. Der einfachste 
Ansatz wäre, den Strombegrenzungswiderstand so hoch zu wählen, daß der 
beim Kurzschluß am Ausgang deine 100uA erreicht. D.h. aber auch, daß die 
Ausgangsspannung schon bei kleinen Lasten einbricht. Ist vermutlich 
nicht optimal. Also braucht man eine elektronische Stromregelung.

> Mir ist
> klar, dass die Kaskadenspannung am Ende immer der Trafospannung etwas
> hinterherhinkt,

???

> 1.) Ist der Aufbau prinzipiell so für die Aufgabe geeignet, ohne
> exotische Bauteile oder Verguss?

Ja. Auch eine 100kV Kaskade kann man ohne Öl oder Feststoffverguss 
bauen, die wird dann halt etwas größer. Man muss dann halt die 
elektrischen verbindungspunkte möglichst kugelartig gestalten, z.B. mit 
kleinen Metallkugeln von vielleicht 10-20mm Durchmesser. Sonst sprüht 
das Zuviel.
Für 100kV würde ich mal 500-1000mm Länge der Kaskade ansetzen.

> Kaskade. Ist so etwas mit 10kV-Stufen noch per PCB handhabbar?

Ja.

> 3.) Welchen größeren Kern könnte man für Versuche nehmen?

PM50, PM62, das ist schon Grobmotorikerniveau, vor allem bei 10W.

> 4.) Wie sieht es mit der Sekundärwicklung aus? Wenn ich mir übliche
> Mehrkammerwicklungen anschaue, dann wird in den einzelnen Kammern eher
> chaotisch gewickelt.

Das sollte man nicht tun. HV+HF = anspruchsvoll. Also eine geordnete 
Wicklung in jeder Lage.

> Die Anzahl der Kammern und Windungen pro Kammer und
> primärseitig bestimmen ja die maximale Spannungsdifferenz innerhalb
> einer Kammer. Mit welchen sicheren Spannungsfestigkeiten kann man denn
> bei dünnem CuL-Draht rechnen?

Das allein ist nicht das Problem, sondern die parasitären Kapazitäten 
und daraus resultierenden Ströme. Der Trafo darf DEFINITIV nicht sprühen 
oder sonstige Dreckeffekte zeigen, denn dann ist er schnell kaputt.

Bei der Leistung kann man auch über einen primärgeregelten 
Royer-Converter nachdenken.

von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:
> Ist das auch nicht durch viel, viel Abstand abzufedern? Daher rührt ja
> meine Idee, in 10kV-Stufen zu vervielfachen.

Kann man machen, ist aber bei deinem Wissen und Erfahrung eher nicht die 
1. Wahl. Ich würde eher 5kV empfehlen. Das reicht.

> So wäre die Spannung
> zwischen den einzelnen Stufen noch handhabbar (dachte ich ...).

Das ist nebensächlich. Das Problem ist die Spannung gegen Erde.

von Falk B. (falk)


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Andrew T. schrieb:
> Chris D. schrieb:
>> 1.) Ist der Aufbau prinzipiell so für die Aufgabe geeignet, ohne
>> exotische Bauteile oder Verguss?
>
> Die Dinge mußt Du vergießen oder ins Ölbad packen.
>
> alles andere macht wegen Corona (nicht der Virus!!) Entladung keinen
> ernsthaften Sinn.

Das ist so allgemein nicht korrekt. Auch eine 100kV Kaskade kann man 
luftisoliert aufbauen. Denn sogar die ultrahohen Spannungserzeugen in 
HV-Labors sind das!

Du wesentliche Frage ist eher. Muss man sowas zwingen selber bauen? 
Jaja, der Basteltrieb und so, aber Chris will damit am Ende Geld 
verdienen. Da würde ich mir eher was kaufen. Das kann nicht soo teuer 
sein.

von Falk B. (falk)


Angehängte Dateien:

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Chris D. schrieb:
> Vielen Dank für die zahlreichen Antworten!
>
> Andrew T. schrieb:
>> AC stellbar:
>> Das geht sogar mit einem Neon- oder Ölbrennerzündtrafo, vorgeschaltet
>> ein Stelltrafo.
>
> Gute Idee, in der Richtung hab ich noch nicht geschaut.

Nicht wirklich. Neontrafos arbeiten mit 50Hz, das wird SEHR groß und 
schwer. Ölbrennertrafos haben AFAIK eingebaute INverter, da kann man von 
außen nix beeinflussen.

> Könntest Du vielleicht noch mehr Fotos insbesondere von der Kaskade
> machen?

Siehe Anhang. Ist von Spellman, eine 6kW Quelle vom Typ SR70N6, (70kV, 
6kW). Die gibt es jetzt als etwas neuere SRL-Baureihe.

https://www.spellmanhv.com/en/high-voltage-power-supplies/STR

> Würde ich mit 20 Kammern à 1,5mm Breite mit 0,5mm Steg planen, dann wäre
> ich bei 40,5mm Länge und unter voller Spannung bei 500V pro Kammer.
> Damit sollte ich doch in einem ziemlich sicheren Bereich sein.

Totaler Overkill. 5 Kammern reichen.

> Welcher Kunststoff wäre für den Spulenkörper empfehlenswert? Am besten
> Drehen und Einstechen lässt sich POM.

Kann man nehmen.

von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:

> Natürlich kann ich den Strom auf der Primärseite begrenzen,

Vergiss es. Diese Begrenzung dient bestenfalls dem Selbstschutz der 
Leistungsstufe.

> allerdings
> hilft das bei entsprechenden Cs in der Kaskade ja nicht wirklich.
> Glücklicherweise müssen die Cs bei mir ja nicht groß sein, weil ich fast
> keine Leistung abrufe.

Groß genug für ein ordentliches Britzeln.

> Prinzipiell muss sich die Kaskade definiert entladen

Das macht der Spannungsteiler am Ausgang. Das reicht hier.

> und der
> Maximalstrom begrenzt werden.

Das ist schon schwieriger.

> Ein entsprechend gestalteter
> 100MOhm-Widerstand vor dem Ausgang würde den Maximalstrom auf 1mA
> begrenzen.

Beim Kurzschluss. Dann sinkt aber auch deine Ausgangsspannung 
entsprechend, je nach Last.

> Ist das für solche Spannungen praktikabel

Kann man machen, wenn der Widerstand ausreichend spannungsfest ist.

> Entladen würde ich die Kondensatoren am liebsten jeden einzeln,

Das macht kein Mensch.

> die Spannungsfestigkeit nicht so hoch sein müsste. Oder ist es besser,
> am Ausgang noch einen Widerstand parallel anzuschließen?

Eben das ist der Spannungsteiler, zum regeln der Ausgangsspannung.

von Dieter D (Gast)


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Falk B. schrieb:
>> Entladen würde ich die Kondensatoren am liebsten jeden einzeln,
> Das macht kein Mensch.

... weil das uebernehmen haeufig die Leckstroeme der Dioden. Solange Du 
nur selbst damit hantierst und keine Dritten gefaehrdest, musst Du nich 
zwingend nachsehen in welcher Norm steht, das in xx Minuten, x Stunden 
die C entladen sein muessen.

von Wühlhase (Gast)


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Ich würde allerdings eine Kurzschlußklemme vorsehen, die du an einem 
langen Stab aus sicherer Entfernung anschließen kannst.

Sind alle möglicherweise gefährlichen Metallteile (am Besten deutlich 
sichtbar) geerdet und kurzgeschlossen, weißt und siehst du, in welchem 
Zustand sich dein Gerät befindet.

Im HV-Labor an der Hochschule gab es für sowas immer Kugelfestpunkte und 
eine lange Kunststoffstange mit Metallklemme und Erdungskabel zum 
Anstecken.

Und ich würde das mit geerdetem Maschendraht weiträumig einhausen, nicht 
daß du Gegenstände kapazitiv auflädst, die du gar nicht aufladen 
wolltest.

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Vielen Dank für die vielen Antworten, Falk!

Falk B. schrieb:
> Chris D. schrieb:
>
>> Vollbrücke (für eine möglichst einfache Primärwicklung), angesteuert per
>> TL494 oder eventuell auch direkt per µC.
>
> Kann man machen, wenn gleich das nicht optimal ist, vor allem bezüglich
> der EMV. Aber bei nur 10W Maximalleistung wird auch das laufen.

Weiter oben kam ja schon die Idee, das über Lichtleiter bzw. einen 
Optokoppler mit verlängerter Isolationsstrecke zu lösen.

>> Gut zerlegbarer Ferritkern mit getrennten Schenkeln für Primär- und
>> Sekundärwicklung (Wartbarkeit!
>
> Sicher. Schalenkern PM oder ähnlich. Für 10W + Verluste sollte ein P36
> oder wenig größer reichen.

Danke, die werde ich mir mal ansehen.

>> Auf der Sekundärseite daher eine
>> Mehrkammerwicklung mit vielleicht 10-15 Kammern.
>
> Man muss es nicht übertreiben. Du willst ja ca. 4-5kV Spitzenspannung,
> da reichen 5 Kammern. Der Kupferlackdraht hält ja auch einiges.

Ok, das würde auch die Kernauswahl einfacher gestalten :-)

>> Direkt an den 10kV des Trafos ein passender Spannungsteiler mit
>> Rückführung für die Regelung.
>
> Unsinn, du willst ja die DC-Ausgangsspannung regeln, nicht die
> AC-Speisespannung der Kaskade.

Schon klar - allerdings hatte ich auf der Rehrmannseite dieses gelesen:
"Sollen höhere Ausgangsspannungen über 1 kV erzeugt werden, sollte eine 
Kaskade verwendet werden. Diese kann auch nach dem Spannungsteiler für 
die Regelung angeschlossen werden. Da der Vervielfachungsfaktor einer 
Kaskade, wenn die Kondensatoren genügend groß sind, sehr genau 
eingehalten wird, ist es meistens ausreichend, wenn die Regelung nur die 
Spannung der ersten Stufe erfasst. Spannungsteiler an höheren Spannungen 
verursachen außerdem zusätzliche Verluste und erfordern spezielle 
hochspannungsbeständige Widerstände."

Letztendlich hängt es natürlich immer von der Art der Belastung ab. Ich 
lade ja im Prinzip nur etwas Pulver statisch auf.

Aber Du hast schon Recht - den Spannungsteiler am Ausgang kann man 
direkt als Entladeglied verwenden. Und man weiss dann sicher, was hinten 
ansteht.

>> Dahinter folgt dann die übliche Spannungsvervielfacherschaltung als
>> 10-fach-Kaskade mit Strombegrenzungs- sowie Entladewiderstand.
>
> Ja, aber da muss man auch überlegen, wie es sinnvoll ist. Der einfachste
> Ansatz wäre, den Strombegrenzungswiderstand so hoch zu wählen, daß der
> beim Kurzschluß am Ausgang deine 100uA erreicht. D.h. aber auch, daß die
> Ausgangsspannung schon bei kleinen Lasten einbricht. Ist vermutlich
> nicht optimal. Also braucht man eine elektronische Stromregelung.

Das ist eben die Frage und hängt natürlich extrem von dem ab, was dann 
hinter der Kaskade passiert (was ich leider bisher nicht wirklich 
abschätzen kann). Ich denke, ich werde es erstmal ohne Stromregelung 
probieren, einfach, weil ich nicht glaube, dass die 100µA wirklich nur 
den WC darstellen. Ich weiss aus erster Hand, dass professionelle 
Pistolen-Beschichtungssysteme mit 10µA arbeiten. Mein Verfahren wird 
etwas anders aber auch da geht es ja letztendlich nur um das Aufladen 
derselben Pulvermenge.

Kann man es nicht auch so machen, dass man den Spannungsteiler hinter 
dem Begrenzungswiderstand plant? Dann könnte ich den Spannungsabfall 
direkt kompensieren. Im Zweifel benötige ich dann natürlich mehr als 
100kV, wenn ich wirklich auf 100kV bei 100µA bestünde.

>> Mir ist
>> klar, dass die Kaskadenspannung am Ende immer der Trafospannung etwas
>> hinterherhinkt,
>
> ???

Sollte nur heißen, dass die Kaskade nach Spannungsänderung eine gewisse 
Zeit benötigt, um sich auf Vpp aufzuladen bzw. zu entladen.

>> 1.) Ist der Aufbau prinzipiell so für die Aufgabe geeignet, ohne
>> exotische Bauteile oder Verguss?
>
> Ja. Auch eine 100kV Kaskade kann man ohne Öl oder Feststoffverguss
> bauen, die wird dann halt etwas größer. Man muss dann halt die
> elektrischen verbindungspunkte möglichst kugelartig gestalten, z.B. mit
> kleinen Metallkugeln von vielleicht 10-20mm Durchmesser. Sonst sprüht
> das Zuviel.
> Für 100kV würde ich mal 500-1000mm Länge der Kaskade ansetzen.

Was mir noch eingefallen ist: wie sieht es mit dünnen 
Kunststoffbeschichtungen nach der Bestückung aus? Es gibt ja so etwas 
wie Sprühkunststoff. Das verwenden wir hier gerne für Platinen im 
feuchten Milieu. So eine Beschichtung hätte den Vorteil, dass man sie 
bei Bedarf wie eine Folie abziehen und nachlöten kann. Und die könnte 
man auch dicker gestalten (0,2-0,3mm)

>> 3.) Welchen größeren Kern könnte man für Versuche nehmen?
>
> PM50, PM62, das ist schon Grobmotorikerniveau, vor allem bei 10W.

Ok, bei fünf Kammern benötige ich die dann auch wohl nicht wirklich.

Ich hatte schon an so etwas gedacht:

Ebay-Artikel Nr. 313035982357

Ist natürlich für 10W auch viel zu fett, aber da hätte ich schön viel 
Platz. Streuverluste dürften mich bei den Leistungen ja auch nicht 
wirklich interessieren.

>> 4.) Wie sieht es mit der Sekundärwicklung aus? Wenn ich mir übliche
>> Mehrkammerwicklungen anschaue, dann wird in den einzelnen Kammern eher
>> chaotisch gewickelt.
>
> Das sollte man nicht tun. HV+HF = anspruchsvoll. Also eine geordnete
> Wicklung in jeder Lage.

Ist das wirklich so? Bei Mehrkammerwicklungen habe ich bisher nur Chaos 
gesehen - allerdings waren die auch nicht besonders anspruchsvoll.
Ich wollte das halt schön per Drehbank erledigen ;-)
Bei 10 Kammern für 5kV - meinst Du nicht, dass das auch ohne 
sorgfältigste Wicklung geht? Das ist bei den dünnen Drähten doch 
ziemlich filigran und schwierig.

Da fällt mir ein: welche Drahtstärken nimmt man bei 100µA?

> Das allein ist nicht das Problem, sondern die parasitären Kapazitäten
> und daraus resultierenden Ströme. Der Trafo darf DEFINITIV nicht sprühen
> oder sonstige Dreckeffekte zeigen, denn dann ist er schnell kaputt.

Ok.

> Bei der Leistung kann man auch über einen primärgeregelten
> Royer-Converter nachdenken.

Naja, wenn ich eh einen Entladewiderstand benötige, dann kann man da 
auch direkt eine "richtige" sekundärseitige Regelung anklemmen.

Falk B. schrieb:
> Du wesentliche Frage ist eher. Muss man sowas zwingen selber bauen?
> Jaja, der Basteltrieb und so, aber Chris will damit am Ende Geld
> verdienen. Da würde ich mir eher was kaufen. Das kann nicht soo teuer
> sein.

Ja, vermutlich wird damit irgendwann Geld verdient - aber Du weisst ja: 
der Lern- und Bastelfaktor ist bei mir immer ganz vorne mit dabei. Und 
die Zeiten, dass ich mit neuen Projekten Geld verdienen müsste, sind 
glücklicherweise länger vorbei. Also: ja, ich möchte mich zumindest 
etwas in HV einarbeiten :-)

Dieter D schrieb:
> ... weil das uebernehmen haeufig die Leckstroeme der Dioden. Solange Du
> nur selbst damit hantierst und keine Dritten gefaehrdest, musst Du nich
> zwingend nachsehen in welcher Norm steht, das in xx Minuten, x Stunden
> die C entladen sein muessen.

Stimmt, die Ströme gibt es ja auch noch. Muss ich mir mal in den 
Datenblättern genauer ansehen. Vielen Dank für den Hinweis!

P.S.: ich habe gestern noch einen kleinen China-HV-Generator gefunden, 
den ich vor Jahren mal über Aliexpress eher aus Jux mitbestellt hatte. 
Ich sehe gerade, den gibt es tatsächlich noch:

Ebay-Artikel Nr. 273248631629

Das Ding hat damals jedenfalls über mehr als 7mm Funken erzeugt. Da 10W 
ja nicht viel sind - sollte ich es nicht einfach mal mit der fertig 
gewickelten Sekundärseite und eigenen Primärwicklungen an einer 
vernünftigen Ansteuerung versuchen?

von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:

> Weiter oben kam ja schon die Idee, das über Lichtleiter bzw. einen
> Optokoppler mit verlängerter Isolationsstrecke zu lösen.

Weder sinnvoll noch notwendig. 99% aller HV-Generatoren brauchen das 
nicht. Warum also du?

>> Unsinn, du willst ja die DC-Ausgangsspannung regeln, nicht die
>> AC-Speisespannung der Kaskade.
>
> Schon klar - allerdings hatte ich auf der Rehrmannseite dieses gelesen:
> "Sollen höhere Ausgangsspannungen über 1 kV erzeugt werden, sollte eine
> Kaskade verwendet werden. Diese kann auch nach dem Spannungsteiler für
> die Regelung angeschlossen werden. Da der Vervielfachungsfaktor einer
> Kaskade, wenn die Kondensatoren genügend groß sind, sehr genau
> eingehalten wird, ist es meistens ausreichend, wenn die Regelung nur die
> Spannung der ersten Stufe erfasst. Spannungsteiler an höheren Spannungen
> verursachen außerdem zusätzliche Verluste und erfordern spezielle
> hochspannungsbeständige Widerstände."

Mag ja alles irgendwie richtig sein, ist aber eher die Ausnahme denn die 
Regel.

> Kann man es nicht auch so machen, dass man den Spannungsteiler hinter
> dem Begrenzungswiderstand plant?

Kann man machen, machen wir auch meistens so, wenn gleich aus anderen 
Gründen.

>>> klar, dass die Kaskadenspannung am Ende immer der Trafospannung etwas
>>> hinterherhinkt,
>>
>> ???
>
> Sollte nur heißen, dass die Kaskade nach Spannungsänderung eine gewisse
> Zeit benötigt, um sich auf Vpp aufzuladen bzw. zu entladen.

Das dauert je nach Kaskade und Belastung nur wenige Millisekunden bis 
bestenfalls ein paar Dutzend Millisekunden.

> Was mir noch eingefallen ist: wie sieht es mit dünnen
> Kunststoffbeschichtungen nach der Bestückung aus? Es gibt ja so etwas
> wie Sprühkunststoff. Das verwenden wir hier gerne für Platinen im
> feuchten Milieu. So eine Beschichtung hätte den Vorteil, dass man sie
> bei Bedarf wie eine Folie abziehen und nachlöten kann. Und die könnte
> man auch dicker gestalten (0,2-0,3mm)

Brauchst du nicht, macht nur Stress. Wenn man das Ganze auf reine 
Luftisolation mit ausreichend Kriechstrecken dimensioniert und das Ganze 
nicht in den Tropen bei 90% Luftfeuchte bettreibt, funktioniert das ohne 
Beschichtung prima.

>>> 4.) Wie sieht es mit der Sekundärwicklung aus? Wenn ich mir übliche
>>> Mehrkammerwicklungen anschaue, dann wird in den einzelnen Kammern eher
>>> chaotisch gewickelt.
>>
>> Das sollte man nicht tun. HV+HF = anspruchsvoll. Also eine geordnete
>> Wicklung in jeder Lage.
>
> Ist das wirklich so? Bei Mehrkammerwicklungen habe ich bisher nur Chaos
> gesehen - allerdings waren die auch nicht besonders anspruchsvoll.

Kommt drauf an. Bei kleineren Wicklungen geht das mit der geordneten 
Wicklung eher schlecht, ist da auch nicht ganz so kritisch. Wenn man die 
Kammern eher dünn und hoch macht, geht das (Viele Lagen, wenige 
Windungen nebeneinander)

> Ich wollte das halt schön per Drehbank erledigen ;-)
> Bei 10 Kammern für 5kV - meinst Du nicht, dass das auch ohne
> sorgfältigste Wicklung geht? Das ist bei den dünnen Drähten doch
> ziemlich filigran und schwierig.

Das geht schon. Ich hatte beim Schreiben wohl die diversen Probleme und 
Fehlschläge der Vergangenheit im Kopf, da ging es aber um andere Spulen 
und Größen (Luftspule mit ~1H für 100kV, zarte 70kg)

> Da fällt mir ein: welche Drahtstärken nimmt man bei 100µA?

Du hast keine 100uA AC, eher einige Dutzend mA. 0,2mm sollten reichen, 
die sind auch noch mechanisch handhabbar. Vielleicht auch 0,15mm. Weiter 
runter würde ich nicht gehen, das wird zu fummelig.

> Ebay-Artikel Nr. 273248631629
>
> Das Ding hat damals jedenfalls über mehr als 7mm Funken erzeugt. Da 10W
> ja nicht viel sind - sollte ich es nicht einfach mal mit der fertig
> gewickelten Sekundärseite und eigenen Primärwicklungen an einer
> vernünftigen Ansteuerung versuchen?

Probier's aus. Viel Spaß dabei.

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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So, ich habe mich nochmal weiter eingelesen und überlegt.

Vom Aufbau her gefällt mir der Stackaufbau der Kaskade von Spellman am 
besten, weil man da sehr einfach weitere Stufen anhängen oder wegnehmen 
kann.

Wenn ich das richtig sehe, dann wird die Spannung von Stufe zu Stufe per 
HV-Kabel weitergeleitet. Ich würde die Platinen dann einseitig kaschiert 
verwenden und - bis auf die zwei Durchgänge von der vorherigen Stufe - 
ohne Bohrungen arbeiten, also die Kondensatoren und Bauteile nur 
auflöten und nicht stecken. Damit wären die Stufen gegeneinander schon 
sehr gut isoliert. Was mir noch einfiel: möglich wäre eine Konstruktion 
der Halterung der Stufen und der Box aus unserem 3D-Drucker (Modelle bis 
450mm sind kein Problem). Damit hätte man weitere Freiheiten bei der 
HV-günstigen Konstruktion.

Desweiteren habe ich mal etwas mit LTSpice rumgespielt (ich bin da noch 
Anfänger, daher auch die Kombination zweier Spannungsquellen, um ein 
AC-Rechtecksignal zu erzeugen - k.A. wie man das "richtig" macht). Der 
Ladevorgang ist auch mit 1nF-Kondensatoren annehmbar schnell (in der 
Simulation allerdings noch ohne Sperrstöme) und die gespeicherte Energie 
hält sich in halbwegs ungefährlichen Grenzen - wobei da ja noch ein 
Begrenzungswiderstand vorm Ausgang sein soll. Interessant ist auch, dass 
der Innenwiderstand der Quellen (simuliert durch R1) nur wenig 
Auswirkungen auf die Maximalspannung (bei 100µA) hat. Offenbar überwiegt 
der Widerstand der Kaskade selbst bei weitem. Mit 10 Stufen und 5kV 
komme ich bei 100µA - natürlich nicht auf 100kV, also muss ich entweder 
noch eine Stufe anhängen oder mit höherer Sekundärspannung arbeiten, 
wobei letzteres natürlich leicht per Änderung der Primärwindungen 
machbar ist.

Ein Problem sind die Kondensatoren. Die guten gewickelten mit 
entsprechend Abstand der Anschlüsse wie bei Spellman kosten sehr viel 
Geld, ich würde es gerne mit den "chinesischen Blauen" probieren, die 
aber auch 1n/30kV nur knapp 12mm Pin-Abstand haben. Das ist bei 12-14kV 
doch etwas wenig. Christoph verwendet die hier:

Beitrag "200kV Kaskade"

Dort wurde mit Schrumpfschlauch (und natürlich Ölbad) gearbeitet. Ich 
dachte eventuell an Flüssiggummi, in die man die Kondensatoren bis zu 
den Enden der Anschlüsse eintaucht. Das ginge sehr schnell und wäre 
ziemlich "HV-dicht". Eine Alternative wäre die Reihenschaltung von zwei 
2,2n-Cs.

Als Dioden wollte ich wie Christoph 2CL2FM mit 20kV/100mA nehmen, dann 
auch mit Schrumpfschlauch oder ebenfalls getunkt. Damit habe ich bei der 
Spannungsfestigkeit auch genug Reserve für Erhöhungen.

Diverse Ferritkerne sind noch unterwegs. Als Ansteuerung per Vollbrücke 
kam mir noch der gute alte L6203 in den Sinn. Da fliegen hier noch ein 
Dutzend Stück rum. Die haben eine eingebaute Totzeit und vertragen auch 
48V bei 3A, so dass ich die Anzahl der Windungen reduzieren könnte. Es 
sind natürlich von der Verlustleistung her nicht die besten, aber bei 
48V und meiner benötigten Leistung sollte das ok sein. Und wie gesagt: 
die verstauben sonst in der Kiste :-)

Noch zum ersten Bild aus dem Spellman-Netzteil: Die ockerfarbenen 
Bauteile dürften Widerstände sein. die "HV470" sind offenbar gepolt, 
also die Dioden? Daten dazu habe ich auf die Schnelle leider nicht 
gefunden. Irgendwie sieht es aus, als wären die Gehäuse 
flexibel/gummiartig. Und was sind die braunen Zylinderchen mit den 
parallelen schwarzen Perlen? Vielleicht weiss Falk dazu ja noch Näheres.

Interessant ist auf jeden Fall auch das Gehäuse. Offenbar entsteht durch 
die doppelte Außenhülle zusammen mit dem Deckel ein Labyrinth - 
vermutlich, um den Weg nach draußen so lang wie möglich zu gestalten.

Auf jeden Fall nochmal Danke für die Bilder - schön, mal zu sehen, wie 
es Profis machen.

: Bearbeitet durch Moderator
von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:

> Wenn ich das richtig sehe, dann wird die Spannung von Stufe zu Stufe per
> HV-Kabel weitergeleitet.

Ja. Das kann man aber auch ohne machen, z.B. mit metallischen 
Stehbolzen.

> Ich würde die Platinen dann einseitig kaschiert
> verwenden und - bis auf die zwei Durchgänge von der vorherigen Stufe -
> ohne Bohrungen arbeiten, also die Kondensatoren und Bauteile nur
> auflöten und nicht stecken. Damit wären die Stufen gegeneinander schon
> sehr gut isoliert.

Kann man machen, ist aber nicht zwingend. Du brauchst ja so oder so 
Platz für die Bauteile. Man kann die Stufen auch über Kunststoffbolzen 
auf Abstand halten. Die Platte an sich isoliert nicht gegen die nächste 
Stufe.

> Was mir noch einfiel: möglich wäre eine Konstruktion
> der Halterung der Stufen und der Box aus unserem 3D-Drucker (Modelle bis
> 450mm sind kein Problem). Damit hätte man weitere Freiheiten bei der
> HV-günstigen Konstruktion.

Kann man machen. Ob das aber sooo viele Vorteile bringt, besonders für 
einen Testaufbau, wage ich zu bezweifeln. Das klingt eher nach 
3D-Drucker Spieltrieb.

> Desweiteren habe ich mal etwas mit LTSpice rumgespielt (ich bin da noch
> Anfänger, daher auch die Kombination zweier Spannungsquellen, um ein
> AC-Rechtecksignal zu erzeugen - k.A. wie man das "richtig" macht).

Mit einer normalen Quelle. Da kann man Sinus oder Puls oder diverse 
andere Signalformen einstellen. Für AC-Rechteck nimmt man für die beiden 
Spannungen logischerweise negative und positive Spannungen.

PULSE(-7000 7000 0 1u 1u 20u 40u)

Die Anstiegs- und Abfallzeiten sollte man NICHT auf 0 setzen, dann 
werden komische Standardwerte durch LTspice eingesetzt.

> Der
> Ladevorgang ist auch mit 1nF-Kondensatoren annehmbar schnell (in der
> Simulation allerdings noch ohne Sperrstöme)

Die sind nebensächlich.

> und die gespeicherte Energie
> hält sich in halbwegs ungefährlichen Grenzen - wobei da ja noch ein
> Begrenzungswiderstand vorm Ausgang sein soll. Interessant ist auch, dass
> der Innenwiderstand der Quellen (simuliert durch R1) nur wenig
> Auswirkungen auf die Maximalspannung (bei 100µA) hat.

Naja, deine 10-stufige Kaskade müßte bei 14kVpp eigentlich 140kV 
Ausgangsspannung bringen . . .

> Offenbar überwiegt
> der Widerstand der Kaskade selbst bei weitem.

Nein.

> Ein Problem sind die Kondensatoren. Die guten gewickelten mit
> entsprechend Abstand der Anschlüsse wie bei Spellman kosten sehr viel
> Geld,

Die sind auch für deine Anwendung maximal überdimensioniert! Das ist 
eine 6kW (KILOWATT) Quelle!

> ich würde es gerne mit den "chinesischen Blauen" probieren, die
> aber auch 1n/30kV nur knapp 12mm Pin-Abstand haben.

Das glaube ich keine Sekunde. Schon gar nicht bei 12mm Pinabstand. Das 
schafft man bestenfalls mit Öl oder Feststoffverguss!

> Beitrag "200kV Kaskade"
>
> Dort wurde mit Schrumpfschlauch (und natürlich Ölbad) gearbeitet. Ich
> dachte eventuell an Flüssiggummi, in die man die Kondensatoren bis zu
> den Enden der Anschlüsse eintaucht. Das ginge sehr schnell und wäre
> ziemlich "HV-dicht". Eine Alternative wäre die Reihenschaltung von zwei
> 2,2n-Cs.

Meine Empfehlung. Lass die Panscherei mit dem Gummi, Öl und sonstwas und 
bau das erstmal luftisoliert auf. Auch mit Schrumpfschlaub würde ich 
hier nicht anfangen wollen.

> dann
> auch mit Schrumpfschlauch oder ebenfalls getunkt.

Kann man machen.

> Damit habe ich bei der
> Spannungsfestigkeit auch genug Reserve für Erhöhungen.

Naja. Ich empfehle 10kV als Nennspannung pro Stufe, das reicht.

> Diverse Ferritkerne sind noch unterwegs. Als Ansteuerung per Vollbrücke
> kam mir noch der gute alte L6203 in den Sinn. Da fliegen hier noch ein
> Dutzend Stück rum. Die haben eine eingebaute Totzeit und vertragen auch
> 48V bei 3A, so dass ich die Anzahl der Windungen reduzieren könnte.

Die ist sicher nicht das Problem.

> Noch zum ersten Bild aus dem Spellman-Netzteil: Die ockerfarbenen
> Bauteile dürften Widerstände sein.

Ja.

> die "HV470" sind offenbar gepolt,
> also die Dioden?

Das sind vergossene Diodenketten.

> Daten dazu habe ich auf die Schnelle leider nicht
> gefunden. Irgendwie sieht es aus, als wären die Gehäuse
> flexibel/gummiartig.

Richtig.

> Und was sind die braunen Zylinderchen mit den
> parallelen schwarzen Perlen? Vielleicht weiss Falk dazu ja noch Näheres.

Das sind Widerstände, welche die Dioden im Fall eines harten 
Durchschlags am Ausgang der Kaskade schützen. Die Perle ist vermutlich 
eine Ferritperle.

> Interessant ist auf jeden Fall auch das Gehäuse. Offenbar entsteht durch
> die doppelte Außenhülle zusammen mit dem Deckel ein Labyrinth -
> vermutlich, um den Weg nach draußen so lang wie möglich zu gestalten.

Richtig, Kriechwegverlängerung. Die Hüllen sind ca. 6mm dick 
(Wahrscheinlich 1/4 Inch, Ami halt) und mittels Tiefziehen geformt, die 
Seiten sind dünner.

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Falk B. schrieb:
> Chris D. schrieb:
>
>> Wenn ich das richtig sehe, dann wird die Spannung von Stufe zu Stufe per
>> HV-Kabel weitergeleitet.
>
> Ja. Das kann man aber auch ohne machen, z.B. mit metallischen
> Stehbolzen.

Auch eine gute Idee - allerdings habe ich jetzt hier eh eine Rolle 
20kV-Kabel, das werde ich erstmal nehmen.

> Kann man machen, ist aber nicht zwingend. Du brauchst ja so oder so
> Platz für die Bauteile. Man kann die Stufen auch über Kunststoffbolzen
> auf Abstand halten. Die Platte an sich isoliert nicht gegen die nächste
> Stufe.

Hmmm, ich dachte, dass bei einseitiger Verwendung die 
Durchschlagsfestigkeit des Materials für eine gute Isolierung 
ausreichend ist  (zusätzlich zur Luftstecke). Ich finde etwa 20kV/mm bei 
Epoxyd. Mit 1,5mm Stärke sollte ich da doch im grünen Bereich liegen, 
oder?

>> Was mir noch einfiel: möglich wäre eine Konstruktion
>> der Halterung der Stufen und der Box aus unserem 3D-Drucker (Modelle bis
>> 450mm sind kein Problem). Damit hätte man weitere Freiheiten bei der
>> HV-günstigen Konstruktion.
>
> Kann man machen. Ob das aber sooo viele Vorteile bringt, besonders für
> einen Testaufbau, wage ich zu bezweifeln. Das klingt eher nach
> 3D-Drucker Spieltrieb.

Ja klar - würde aber die mechanische Arbeit beim fertigen Gerät 
vereinfachen :-)

>> Desweiteren habe ich mal etwas mit LTSpice rumgespielt (ich bin da noch
>> Anfänger, daher auch die Kombination zweier Spannungsquellen, um ein
>> AC-Rechtecksignal zu erzeugen - k.A. wie man das "richtig" macht).
>
> Mit einer normalen Quelle. Da kann man Sinus oder Puls oder diverse
> andere Signalformen einstellen. Für AC-Rechteck nimmt man für die beiden
> Spannungen logischerweise negative und positive Spannungen.
>
> PULSE(-7000 7000 0 1u 1u 20u 40u)
>
> Die Anstiegs- und Abfallzeiten sollte man NICHT auf 0 setzen, dann
> werden komische Standardwerte durch LTspice eingesetzt.

Ahh, ok. Danke :-)

>> Der
>> Ladevorgang ist auch mit 1nF-Kondensatoren annehmbar schnell (in der
>> Simulation allerdings noch ohne Sperrstöme)
>
> Die sind nebensächlich.

Das wäre erfreulich :-)

>> und die gespeicherte Energie
>> hält sich in halbwegs ungefährlichen Grenzen - wobei da ja noch ein
>> Begrenzungswiderstand vorm Ausgang sein soll. Interessant ist auch, dass
>> der Innenwiderstand der Quellen (simuliert durch R1) nur wenig
>> Auswirkungen auf die Maximalspannung (bei 100µA) hat.
>
> Naja, deine 10-stufige Kaskade müßte bei 14kVpp eigentlich 140kV
> Ausgangsspannung bringen . . .

Tut sie - aber eben nur im Leerlauf. Mit 100µA Strom knickt die Spannung 
schon ordentlich ein.

>> Offenbar überwiegt
>> der Widerstand der Kaskade selbst bei weitem.
>
> Nein.

Hmmm, dafür bricht die Spannung aber doch extrem ein.

>> Ein Problem sind die Kondensatoren. Die guten gewickelten mit
>> entsprechend Abstand der Anschlüsse wie bei Spellman kosten sehr viel
>> Geld,
>
> Die sind auch für deine Anwendung maximal überdimensioniert! Das ist
> eine 6kW (KILOWATT) Quelle!

Das ist schon klar - aber auch die kleinen Kapazitätswerte dieser Bauart 
habe ich noch nicht wirklich günstig gefunden.

>> ich würde es gerne mit den "chinesischen Blauen" probieren, die
>> aber auch 1n/30kV nur knapp 12mm Pin-Abstand haben.
>
> Das glaube ich keine Sekunde. Schon gar nicht bei 12mm Pinabstand. Das
> schafft man bestenfalls mit Öl oder Feststoffverguss!

Ja klar - so reicht das keinesfalls.

>> Beitrag "200kV Kaskade"
>>
>> Dort wurde mit Schrumpfschlauch (und natürlich Ölbad) gearbeitet. Ich
>> dachte eventuell an Flüssiggummi, in die man die Kondensatoren bis zu
>> den Enden der Anschlüsse eintaucht. Das ginge sehr schnell und wäre
>> ziemlich "HV-dicht". Eine Alternative wäre die Reihenschaltung von zwei
>> 2,2n-Cs.
>
> Meine Empfehlung. Lass die Panscherei mit dem Gummi, Öl und sonstwas und
> bau das erstmal luftisoliert auf. Auch mit Schrumpfschlaub würde ich
> hier nicht anfangen wollen.

Das wäre optimal. Aber dann brauche ich eine Baureihe, bei der die 
Anschlussdrähte ausreichenden Abstand haben. Ich bin offen für 
Vorschläge. Vielleicht suche ich auch einfach nach den falschen 
Begriffen dazu.

>> dann
>> auch mit Schrumpfschlauch oder ebenfalls getunkt.
>
> Kann man machen.
>
>> Damit habe ich bei der
>> Spannungsfestigkeit auch genug Reserve für Erhöhungen.
>
> Naja. Ich empfehle 10kV als Nennspannung pro Stufe, das reicht.

Ok, also ggf. noch ein oder zwei Stufen mehr, um sicher 100kV zu 
erreichen.

>> Noch zum ersten Bild aus dem Spellman-Netzteil: Die ockerfarbenen
>> Bauteile dürften Widerstände sein.
>
> Ja.
>
>> die "HV470" sind offenbar gepolt,
>> also die Dioden?
>
> Das sind vergossene Diodenketten.
>
>> Daten dazu habe ich auf die Schnelle leider nicht
>> gefunden. Irgendwie sieht es aus, als wären die Gehäuse
>> flexibel/gummiartig.
>
> Richtig.
>
>> Und was sind die braunen Zylinderchen mit den
>> parallelen schwarzen Perlen? Vielleicht weiss Falk dazu ja noch Näheres.
>
> Das sind Widerstände, welche die Dioden im Fall eines harten
> Durchschlags am Ausgang der Kaskade schützen. Die Perle ist vermutlich
> eine Ferritperle.

Ah, Danke für die Erklärungen.

Beim Durchschlag (Kurzschluss am Ausgang?) entladen sich die Cs 
schlagartig und ich hätte doch danach quasi die Kaskade im 
Einschaltzustand. Was genau schadet denn dabei den Dioden?

Wenn es für mich notwendig wäre: den harten Durchschlag könnte ich ja 
mit einem passenden Ausgangswiderstand verhindern - dann natürlich auf 
Kosten der Ausgangsspannung bei Last.

> Richtig, Kriechwegverlängerung. Die Hüllen sind ca. 6mm dick
> (Wahrscheinlich 1/4 Inch, Ami halt) und mittels Tiefziehen geformt, die
> Seiten sind dünner.

Ok, damit bekommt das Ganze dann doch einen etwas größeren Maßstab :-D
Ich hätte auf 1-2mm Dicke des PEs(?) getippt.
Aber stimmt: wenn man sich die PCB-Dicken mit vermutlich 1,5mm anschaut. 
Das ist schon ein ordentlicher Klotz.

von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:
>> Kann man machen, ist aber nicht zwingend. Du brauchst ja so oder so
>> Platz für die Bauteile. Man kann die Stufen auch über Kunststoffbolzen
>> auf Abstand halten. Die Platte an sich isoliert nicht gegen die nächste
>> Stufe.
>
> Hmmm, ich dachte, dass bei einseitiger Verwendung die
> Durchschlagsfestigkeit des Materials für eine gute Isolierung
> ausreichend ist  (zusätzlich zur Luftstecke).

Da muss man erstmal genau hinschauen, wo die Gegenelektrode ist. Die ist 
im Normalfall NICHT auf der Unterseite der Platte sondern deutlich 
weiter weg.

> Ich finde etwa 20kV/mm bei
> Epoxyd. Mit 1,5mm Stärke sollte ich da doch im grünen Bereich liegen,
> oder?

Ja, aber die meiste Spannung fällt woanders ab, nämlich in der Luft. 
Denn die Luftstrecke zum nächsten Zwischenpotential ist lang, außerdem 
das Epsilon-R von FR4 recht hoch (~4).

>> einen Testaufbau, wage ich zu bezweifeln. Das klingt eher nach
>> 3D-Drucker Spieltrieb.
>
> Ja klar - würde aber die mechanische Arbeit beim fertigen Gerät
> vereinfachen :-)

Noch hast du nicht mal einen Entwurf.

>> Naja, deine 10-stufige Kaskade müßte bei 14kVpp eigentlich 140kV
>> Ausgangsspannung bringen . . .
>
> Tut sie - aber eben nur im Leerlauf. Mit 100µA Strom knickt die Spannung
> schon ordentlich ein.

Was an deinen 100k liegt. Mach den weg, den braucht man weder in der 
Simulation noch in der Realität. Dort kommt bestenfalls ne Drossel rein, 
vielleicht um die 100uH. Damit wird der Strom halbwegs rund und das 
dI/dt wird auf sinnvolle Werte begrenzt. Die EMV wird es dir danken.

>>> Offenbar überwiegt
>>> der Widerstand der Kaskade selbst bei weitem.
>>
>> Nein.
>
> Hmmm, dafür bricht die Spannung aber doch extrem ein.

Das liegt aber an R1

> Das ist schon klar - aber auch die kleinen Kapazitätswerte dieser Bauart
> habe ich noch nicht wirklich günstig gefunden.

Was ist "günstig"? HV-Kondensatoren sind keine Bonbons.
Wir nutzen viel von der Firma.

https://www.electel.de/index.php/de/

Ob und wo man deren Teile auch als kleiner Bastler bekommt, weiß ich 
nicht.

>> Meine Empfehlung. Lass die Panscherei mit dem Gummi, Öl und sonstwas und
>> bau das erstmal luftisoliert auf. Auch mit Schrumpfschlaub würde ich
>> hier nicht anfangen wollen.
>
> Das wäre optimal. Aber dann brauche ich eine Baureihe, bei der die
> Anschlussdrähte ausreichenden Abstand haben. Ich bin offen für
> Vorschläge. Vielleicht suche ich auch einfach nach den falschen
> Begriffen dazu.

Keramische Scheibenkondensatoren mit bis zu 3kV gibt es relativ günstig. 
Davon 4 in Reihe reichen für 10kV/Stufe.

> Ok, also ggf. noch ein oder zwei Stufen mehr, um sicher 100kV zu
> erreichen.

Braucht man nicht, schon gar nicht bei 100uA. R1 raus!

> Beim Durchschlag (Kurzschluss am Ausgang?) entladen sich die Cs
> schlagartig und ich hätte doch danach quasi die Kaskade im
> Einschaltzustand. Was genau schadet denn dabei den Dioden?

Der Pulsstrom aus den Kondensatoren.

> Wenn es für mich notwendig wäre: den harten Durchschlag könnte ich ja
> mit einem passenden Ausgangswiderstand verhindern - dann natürlich auf
> Kosten der Ausgangsspannung bei Last.

In deinem Fall, ja.

>> Richtig, Kriechwegverlängerung. Die Hüllen sind ca. 6mm dick
>> (Wahrscheinlich 1/4 Inch, Ami halt) und mittels Tiefziehen geformt, die
>> Seiten sind dünner.
>
> Ok, damit bekommt das Ganze dann doch einen etwas größeren Maßstab :-D
> Ich hätte auf 1-2mm Dicke des PEs(?) getippt.

Naja, mit 6mm meinte ich die Grundfläche, die man nicht sieht. Die 
Seiten, die man von oben sieht sind ca. 2mm.

von Joachim B. (jar)


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Henrik V. schrieb:
> zur Inspiration ein paar Bilder einer kommerziellen 80kV Kaskade.

Chris D. schrieb:
> Ok, damit bekommt das Ganze dann doch einen etwas größeren Maßstab

absolut, ich hatte "nur" mal eine 30kV Kaskade selber (nach)gebaut

Das ist natürlich auch auf 100kV erweiterbar:

die ernsthafte Kaskade:
http://www.serious-technology.de/Ernsthafte%20Kaskade.htm

dazu braucht man noch:
http://www.serious-technology.de/ernsthafter_wandler.htm

und viel Platz und reichlich Bauteile die aber so ausgewählt nicht so 
teuer sind!

mit 3x diese 30kV landest du ja bei 100kV und da du DC möchtest musst du 
für die Einstellung Rückführung "nur" noch genug hochohmige Teiler 
Widerstände

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Falk B. schrieb:
>>> Naja, deine 10-stufige Kaskade müßte bei 14kVpp eigentlich 140kV
>>> Ausgangsspannung bringen . . .
>>
>> Tut sie - aber eben nur im Leerlauf. Mit 100µA Strom knickt die Spannung
>> schon ordentlich ein.
>
> Was an deinen 100k liegt. Mach den weg, den braucht man weder in der
> Simulation noch in der Realität.

Der sollte einen gewissen Innenwiderstand der Quelle simulieren, aber

> Dort kommt bestenfalls ne Drossel rein,
> vielleicht um die 100uH. Damit wird der Strom halbwegs rund und das
> dI/dt wird auf sinnvolle Werte begrenzt. Die EMV wird es dir danken.

das ist eine gute Idee. Im Prinzip hätte ich ja dann auch die 
Kondensator-/Diodenbelastung durch die Rechteckimpulse im Griff.

> Was ist "günstig"? HV-Kondensatoren sind keine Bonbons.
> Wir nutzen viel von der Firma.
>
> https://www.electel.de/index.php/de/

Danke für den Link - leider bauen die gerade ihre Seite um.

> Keramische Scheibenkondensatoren mit bis zu 3kV gibt es relativ günstig.
> Davon 4 in Reihe reichen für 10kV/Stufe.

Das hört sich gut an. Da reichen dann wohl auch die Pinabstände. Mache 
ich so.
Die Cs dann freischwebend mit Schrumpfschlauch verdrahten oder immer 
wieder auf die Platine mit Schlitzen dazwischen?

>> Ok, also ggf. noch ein oder zwei Stufen mehr, um sicher 100kV zu
>> erreichen.
>
> Braucht man nicht, schon gar nicht bei 100uA. R1 raus!

Sir, yes, Sir! :-}

>> Ok, damit bekommt das Ganze dann doch einen etwas größeren Maßstab :-D
>> Ich hätte auf 1-2mm Dicke des PEs(?) getippt.
>
> Naja, mit 6mm meinte ich die Grundfläche, die man nicht sieht. Die
> Seiten, die man von oben sieht sind ca. 2mm.

Ok. Dann ist das doch nicht so riesig. Aber woher kommen dann die 
63,5kg, die die laut Datenblatt zumindest für die Geräte der neuen Serie 
aufrufen? Das ist schon heftig.

Was mir eben beim Strahlen noch bzgl. Isolation für Prototypen 
eingefallen ist:
Hat es eigentlich schon mal jemand mit Glas-/Keramikperlen anstatt Öl 
etc. versucht? Die Dinger gibt es fein wie Mehl. Platine in den Kasten, 
dann die Perlen drauf und schön lange einrütteln/stopfen. Glas isoliert 
ja nicht soooo schlecht und zumindest wird der Weg durch die dann noch 
vorhandene Luft deutlich größer. Damit gäbe es auch keine große Sauerei 
bei Wartung etc.

Wäre eventuell mal einen Versuch wert.

von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:

>> Was an deinen 100k liegt. Mach den weg, den braucht man weder in der
>> Simulation noch in der Realität.
>
> Der sollte einen gewissen Innenwiderstand der Quelle simulieren, aber

Aber doch nicht 100k auf der Niederspannungsseite bei 25kHz!
Da kannst du auch einen Bindfaden als Kabel nehmen!

> das ist eine gute Idee. Im Prinzip hätte ich ja dann auch die
> Kondensator-/Diodenbelastung durch die Rechteckimpulse im Griff.

Eben.

> Das hört sich gut an. Da reichen dann wohl auch die Pinabstände. Mache
> ich so.
> Die Cs dann freischwebend mit Schrumpfschlauch verdrahten

Wie meinst du das konkret?

> oder immer
> wieder auf die Platine mit Schlitzen dazwischen?

Wenn du auf der Platine genug Platz hast, brauchst du keine Schlitze zur 
Kriechwegverlängerung.

> Ok. Dann ist das doch nicht so riesig. Aber woher kommen dann die
> 63,5kg, die die laut Datenblatt zumindest für die Geräte der neuen Serie
> aufrufen? Das ist schon heftig.

Die Wechselrichterelektronik mit Trafo und PiPaPo.

> Was mir eben beim Strahlen noch bzgl. Isolation für Prototypen
> eingefallen ist:
> Hat es eigentlich schon mal jemand mit Glas-/Keramikperlen anstatt Öl
> etc. versucht? Die Dinger gibt es fein wie Mehl. Platine in den Kasten,
> dann die Perlen drauf und schön lange einrütteln/stopfen. Glas isoliert
> ja nicht soooo schlecht und zumindest wird der Weg durch die dann noch
> vorhandene Luft deutlich größer. Damit gäbe es auch keine große Sauerei
> bei Wartung etc.

Kreativ, aber ich glaube das funktioniert nicht. Der Strom ist "dünner" 
als die Luftschlitze im Glasstaub.

von ztrewq (Gast)


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Schon über Vaseline nachgedacht? Das wird in manchen HS-Anwendungen 
eingesetzt und ist leichter zu handeln als Öl

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Falk B. schrieb:
> Aber doch nicht 100k auf der Niederspannungsseite bei 25kHz!
> Da kannst du auch einen Bindfaden als Kabel nehmen!

Ok :-}

>> das ist eine gute Idee. Im Prinzip hätte ich ja dann auch die
>> Kondensator-/Diodenbelastung durch die Rechteckimpulse im Griff.
>
> Eben.
>
>> Das hört sich gut an. Da reichen dann wohl auch die Pinabstände. Mache
>> ich so.
>> Die Cs dann freischwebend mit Schrumpfschlauch verdrahten
>
> Wie meinst du das konkret?
1
Lötpunkt --- C1 +++ C2 +++ C3 +++ C4 --- Lötpunkt

"+++" hätte dann keine Verbindung zur Platine, die Anschlussdrähte wären 
direkt in der Luft verlötet. GGf. würde ich über die Anschlüsse oder 
gesamten vier Cs einen Schlauch ziehen.

>> oder immer
>> wieder auf die Platine mit Schlitzen dazwischen?
>
> Wenn du auf der Platine genug Platz hast, brauchst du keine Schlitze zur
> Kriechwegverlängerung.

Hmm, ich dachte, dass man durch die Schlitzung das ganze kompakter 
machen kann.

Welche reine PCB-Strecke zwischen den Anschlüssen eines dieser 
3kV-Scheibenkondensatoren ist denn empfehlenswert? Hilft dabei 
Lötstopplack oder schadet der eher?

>> Ok. Dann ist das doch nicht so riesig. Aber woher kommen dann die
>> 63,5kg, die die laut Datenblatt zumindest für die Geräte der neuen Serie
>> aufrufen? Das ist schon heftig.
>
> Die Wechselrichterelektronik mit Trafo und PiPaPo.

Ist auf jeden Fall etwas Robustes :-)

>> Was mir eben beim Strahlen noch bzgl. Isolation für Prototypen
>> eingefallen ist:
>> Hat es eigentlich schon mal jemand mit Glas-/Keramikperlen anstatt Öl
>> etc. versucht? Die Dinger gibt es fein wie Mehl. Platine in den Kasten,
>> dann die Perlen drauf und schön lange einrütteln/stopfen. Glas isoliert
>> ja nicht soooo schlecht und zumindest wird der Weg durch die dann noch
>> vorhandene Luft deutlich größer. Damit gäbe es auch keine große Sauerei
>> bei Wartung etc.
>
> Kreativ, aber ich glaube das funktioniert nicht. Der Strom ist "dünner"
> als die Luftschlitze im Glasstaub.

Davon gehe ich aus - aber man hätte immerhin die Wegverlängerung, weil 
überall Glas "die freie Sicht versperrt".

Wäre auf jeden Fall mal einen Versuch wert. Glasperlen habe ich hier. 
Wenn der 5kV-Generator steht, dann kann ich ja mal testen, wie sich das 
auf eine Funkenstrecke auswirkt.

ztrewq schrieb:
> Schon über Vaseline nachgedacht? Das wird in manchen HS-Anwendungen
> eingesetzt und ist leichter zu handeln als Öl

Ja, weiter oben wurde schon von Wachs berichtet, den man in der Tat 
"schnell" (bzw. überhaupt) ausschmelzen kann. Glasperlen wären natürlich 
noch komfortabler, dürften aber auch weniger durchschlagsfest sein.

: Bearbeitet durch Moderator
von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:
>>> Die Cs dann freischwebend mit Schrumpfschlauch verdrahten
>>
>> Wie meinst du das konkret?
> Lötpunkt --- C1 +++ C2 +++ C3 +++ C4 --- Lötpunkt

Kann man machen, würde ich aber nicht empfehlen. Das erhöht nur die 
Schwupdizität ;-)

> "+++" hätte dann keine Verbindung zur Platine, die Anschlussdrähte wären
> direkt in der Luft verlötet. GGf. würde ich über die Anschlüsse oder
> gesamten vier Cs einen Schlauch ziehen.

Wäre mir zuviel Gefummel.

> Hmm, ich dachte, dass man durch die Schlitzung das ganze kompakter
> machen kann.

Kann man.

> Welche reine PCB-Strecke zwischen den Anschlüssen eines dieser
> 3kV-Scheibenkondensatoren ist denn empfehlenswert?

4mm/kV. Das ist bei uns der Standardwert für Kriechstrecken mit 
Luftkontakt.

> Hilft dabei
> Lötstopplack

Nein.

>oder schadet der eher?

Jain. In Luft brint er nix, im öl oder Feststoff bringt er eher 
Nachteile (schlechtere Anhaftung als blankes FR4)

>>> Ok. Dann ist das doch nicht so riesig. Aber woher kommen dann die
>>> 63,5kg, die die laut Datenblatt zumindest für die Geräte der neuen Serie
>>> aufrufen? Das ist schon heftig.
>>
>> Die Wechselrichterelektronik mit Trafo und PiPaPo.
>
> Ist auf jeden Fall etwas Robustes :-)

Russische, ähhh, amerikanische Technik.

> Davon gehe ich aus - aber man hätte immerhin die Wegverlängerung, weil
> überall Glas "die freie Sicht versperrt".

Lass es. Entweder sind deine Luftstrecken in Luft groß genug oder nicht. 
Du willst ja nicht miniaturisieren und Rekorde brechen.

> Ja, weiter oben wurde schon von Wachs berichtet, den man in der Tat
> "schnell" (bzw. überhaupt) ausschmelzen kann. Glasperlen wären natürlich
> noch komfortabler, dürften aber auch weniger durchschlagsfest sein.

Nimm Luft. Die ist kostenlos und macht keine Sauerei.
Vorzeitige Optimierung ist die Würzel vielen Übels.

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Falk B. schrieb:
>> Hmm, ich dachte, dass man durch die Schlitzung das ganze kompakter
>> machen kann.
>
> Kann man.

Dann sind die doch durchaus sinnvoll - immerhin kosten die bei der 
Fertigung praktisch nichts.

>> Welche reine PCB-Strecke zwischen den Anschlüssen eines dieser
>> 3kV-Scheibenkondensatoren ist denn empfehlenswert?
>
> 4mm/kV. Das ist bei uns der Standardwert für Kriechstrecken mit
> Luftkontakt.

Ok, das hieße dann bei 2,5kV pro Kondensator 10mm Kriechstrecke über 
Platine - das wird bei parallelen Anschlussbeinchen und diesen 
Kondensatorentypen eng. Ich müsste also die Anschlüsse auseinanderbiegen 
und erst dann verlöten oder ich schlitze eben unterhalb der Cs.

> Jain. In Luft brint er nix, im öl oder Feststoff bringt er eher
> Nachteile (schlechtere Anhaftung als blankes FR4)

Guter Hinweis - also beim Entwurf weglassen.

>> Ist auf jeden Fall etwas Robustes :-)
>
> Russische, ähhh, amerikanische Technik.

Was wird für so ein Schätzchen eigentlich aufgerufen?

>> Davon gehe ich aus - aber man hätte immerhin die Wegverlängerung, weil
>> überall Glas "die freie Sicht versperrt".
>
> Lass es. Entweder sind deine Luftstrecken in Luft groß genug oder nicht.
> Du willst ja nicht miniaturisieren und Rekorde brechen.

Nein, bei diesem Projekt will ich das eh nicht verwenden. Aber ich 
könnte mal ein paar Tests damit machen um zu sehen, ob und wie viel es 
bringt. Könnte einigen HV-affinen Bastlern zumindest in der 
Experimentierphase helfen da man keine Sauerei hat.

>> Ja, weiter oben wurde schon von Wachs berichtet, den man in der Tat
>> "schnell" (bzw. überhaupt) ausschmelzen kann. Glasperlen wären natürlich
>> noch komfortabler, dürften aber auch weniger durchschlagsfest sein.
>
> Nimm Luft. Die ist kostenlos und macht keine Sauerei.

Und ich habe so schöne Tauchlacke :-/
Aber hast ja Recht.

> Vorzeitige Optimierung ist die Würzel vielen Übels.

Sowieso. Ich wollte nur abklopfen, was man so machen kann. Nicht, dass 
ich dann die Bauteile hier habe und es heisst: "Viel zu kompliziert!".

Die großen U-Ferritkerne sind eben angekommen: Ferroxcube UR57/28/16, 
Material ist 3C30 und müsste passen.

Sind natürlich ziemlich überdimensioniert, aber ich habe viel Platz zum 
Wickeln. Morgen drehe ich die Spulenkörper aus POM und baue mal die 
Ansteuerung über einen L6203 auf.

Da die Kerne Nuten für Drahtklammern haben (sind leider nicht dabei): 
gibt es dabei irgendetwas zu beachten oder kann ich mir einen passenden 
Schweißdraht zurechtbiegen?

von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:

>> 4mm/kV. Das ist bei uns der Standardwert für Kriechstrecken mit
>> Luftkontakt.
>
> Ok, das hieße dann bei 2,5kV pro Kondensator 10mm Kriechstrecke über
> Platine - das wird bei parallelen Anschlussbeinchen und diesen
> Kondensatorentypen eng. Ich müsste also die Anschlüsse auseinanderbiegen
> und erst dann verlöten

Nein.

>oder ich schlitze eben unterhalb der Cs.

JA!

>> Russische, ähhh, amerikanische Technik.
>
> Was wird für so ein Schätzchen eigentlich aufgerufen?

Ich bin mir nicht sicher, meine aber mal was von 15.000$ gehört zu 
haben.

> Da die Kerne Nuten für Drahtklammern haben (sind leider nicht dabei):
> gibt es dabei irgendetwas zu beachten

Eigentlich nicht. Wir haben dort sogar Metallgewindestangen drin und 
oben quer eine Metallplatte. Die Wirbelströme sind verschmerzbar.

> oder kann ich mir einen passenden
> Schweißdraht zurechtbiegen?

Kann man.

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Falk B. schrieb:
>> Ok, das hieße dann bei 2,5kV pro Kondensator 10mm Kriechstrecke über
>> Platine - das wird bei parallelen Anschlussbeinchen und diesen
>> Kondensatorentypen eng. Ich müsste also die Anschlüsse auseinanderbiegen
>> und erst dann verlöten
>
> Nein.
>
>>oder ich schlitze eben unterhalb der Cs.
>
> JA!

Ok, das wäre mir auch am liebsten. Beim Biegen bekommt der Überzug ja 
gerne mal Risse.

>>> Russische, ähhh, amerikanische Technik.
>>
>> Was wird für so ein Schätzchen eigentlich aufgerufen?
>
> Ich bin mir nicht sicher, meine aber mal was von 15.000$ gehört zu
> haben.

Oh, das geht ja noch. Ich hätte auf das Doppelte geschätzt.

> Eigentlich nicht. Wir haben dort sogar Metallgewindestangen drin und
> oben quer eine Metallplatte. Die Wirbelströme sind verschmerzbar.

Sehr gut! Damit habe ich dann ja direkt die Montagemöglichkeit mit zwei 
M4 auf der Platine. Sonst hätte ich mir noch eine passende Aufnahme 
drucken müssen.
Ein Foto vom Kern hab ich mal angehängt, damit man in Zukunft weiss, 
worüber man spricht. Die maximale Länge der Spulenkörper darf 32mm 
betragen.

>> oder kann ich mir einen passenden
>> Schweißdraht zurechtbiegen?
>
> Kann man.

Das fällt dann ja weg. Mit den Gewindestangen wird es deutlich einfacher 
mit der Befestigung und der Trafo ist auch noch leichter zerlegbar.

Ok, also dann drehe ich einen Spulenkörper für 5kV mit fünf breiteren 
Kammern und zwei schmalen Kammern rechts und links, um dort die 
verlöteten Enden per Epoxyd einzukleben. So wird es zumindest bei den 
HV-Spulen gemacht, die ich beim Stöbern entdeckt habe (siehe Foto).

Damit ich auch bald etwas messen kann, noch Fragen zum Aufbau des 
Spannungsteilers zur HV-Regelung/-Entladung:

Bei 100kV dachte ich an der Messstelle an 5V, also ein 
Teilungsverhältnis von 100000:5 = 20000. Um den Ausgang nicht mehr als 
nötig zu belasten, würde ich 1µA Strom vorschlagen, das wären dann 
100GOhm Gesamtwiderstand.

Aufbauen wollte ich den Teiler mit 3,5kV-Widerständen. Es gibt von 
Vishay entsprechende HV-Reihen, deren Widerstände 10mm breit sind. Ich 
würde von 3kV Maximalspannung pro Widerstand ausgehen, dann ist noch 
etwas Luft. Benötigen würde ich dann 33 Widerstände, die ich im Zickzack 
(damit das Ding nicht zu lang wird) verlöten würde. Diese Kette würde 
ich dann in ein 20mm-PVC-Rohr mit Wachs/Vaseline eingießen. Der letzte 
Widerstand vom Messpunkt nach Masse bestimmt ja dann das genaue 
Teilungsverhältnis und den könnte ich dann direkt auf der Platine, 
eventuell auch mit Abgleichtrimmer, einsetzen.

Vermutlich ist es am besten, das HV-Kabel am heißen Ende nicht irgendwie 
zu montieren, sondern direkt anzulöten und mit zu vergießen, oder?

Ist die Vorstellung so realistisch, insbesondere auch die 100GOhm und 
1µA? Mit so hohen Widerständen und Spannungen hatte ich noch nicht zu 
tun und ich kann das schlecht einschätzen. Gibt es bei dem Aufbau 
Probleme mit Parallelströmen, einfach weil die Isolation der Umgebung 
schlicht nicht so hoch ist?

: Bearbeitet durch Moderator
von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:
> Ok, also dann drehe ich einen Spulenkörper für 5kV mit fünf breiteren
> Kammern und zwei schmalen Kammern rechts und links, um dort die
> verlöteten Enden per Epoxyd einzukleben. So wird es zumindest bei den
> HV-Spulen gemacht, die ich beim Stöbern entdeckt habe (siehe Foto).

Ist OK. Wenn gleich man da die Kriechwege bis zum Kern beachten muss. 
Der sollte geerdet sein. GGf. sollte man die äußeren Kammern als größere 
Scheiben ausführen und somit den offenen HV-Punkt vom Kern fernhalten.
Du hast ja eine asymmetrische Wicklung, sprich, ein Ende ist "kalt", das 
wird mit GND verbunden. Da gibt es keine Probleme mit Kriechwegen. Nur 
das "heiße" Ende muss gut isoliert geführt werden.

> Bei 100kV dachte ich an der Messstelle an 5V, also ein
> Teilungsverhältnis von 100000:5 = 20000.

Ich würde eher 10V nehmen, da hat man direkt eine Anzeige der Spannung. 
Man muss nur das Komma verschieben. 10k:1 Teiler

> Um den Ausgang nicht mehr als
> nötig zu belasten, würde ich 1µA Strom vorschlagen, das wären dann
> 100GOhm Gesamtwiderstand.

Ufff! Das ist schon ARG wenig Strom.

> Aufbauen wollte ich den Teiler mit 3,5kV-Widerständen. Es gibt von
> Vishay entsprechende HV-Reihen, deren Widerstände 10mm breit sind.

Welche? Ich kann die VR68 von Vishay empfehlen. Das sind THT-Typen mit 
1W und bis zu 10kV. Laut Datenblatt gibt es die nur bis 68M, aber in 
unseren Schubladen liegen auch welche bis 220M. Hmmm, vielleicht von 
früher, als die noch nicht zu Vishay gehörten?

> Ich
> würde von 3kV Maximalspannung pro Widerstand ausgehen, dann ist noch
> etwas Luft. Benötigen würde ich dann 33 Widerstände, die ich im Zickzack
> (damit das Ding nicht zu lang wird) verlöten würde.

Kriechwege beachten. Oder sind das bedrahtete?

> Diese Kette würde
> ich dann in ein 20mm-PVC-Rohr mit Wachs/Vaseline eingießen.

Naja, das allein löst das Problem der Coronaentladung nicht. Bei 100kV 
will man keine dünnen, leitfähigen Strukturen. Nur möglichst große, 
runde Oberflächen. Das kann man ggf. mit Hilfe der Widerstände 
hinkriegen, wenn die dick genug sind, dann wirkt deren Körper als 
Feldsteuerelektrode und sprüht nicht. Dann dürfen aber die 
Anschlußdrähte nicht nach außen stehen, sondern müssen mit minimaler 
Länge zwischen den Widerständen liegen. Siehe Skizze (jaja, häßlich und 
grobmotorisch ;-).
Wenn man die Widerstände dennoch mäanderförmig legen will, muss man die 
Verbindungsstelle durch eine kleine Metallkugel oder ähnliches 
vergrößern.
10mm Durchmesser sollten reichen.

Such mal auf Youtube nach Electroboom und sein Video "Celebrating 4M 
Subs, electric wand", da sieht man die Kugeln und viel Blödsinn ;-)

> Der letzte
> Widerstand vom Messpunkt nach Masse bestimmt ja dann das genaue
> Teilungsverhältnis und den könnte ich dann direkt auf der Platine,
> eventuell auch mit Abgleichtrimmer, einsetzen.

Kann man machen, aber Vorsicht! Wenn dein Meßteiler dort nicht 
angeschlossen ist oder abfällt, hast du, wenn gleich sehr hochohmig, 
deine Hochspannung am Ausgang anliegen und es wird, wenn gleich 
schwache, Überschläge geben. Wir haben da meist eine leckstromarme 
Suppressordiode und einen Erdanschluß, alles direkt im Meßteiler. Der 
Fußpunktwiderstand liegt dann auf der Steuerung. Oder einfach jeweils 
den doppelten Widerstand im Meßteiler und auf deiner Steuerung.

> Vermutlich ist es am besten, das HV-Kabel am heißen Ende nicht irgendwie
> zu montieren, sondern direkt anzulöten und mit zu vergießen, oder?

Das kommt auf deinen Aufbau an. Wenn es kompakt werden soll, dann ja. 
Wenn du eher noch experimentieren willst, dann nein.

> Ist die Vorstellung so realistisch, insbesondere auch die 100GOhm und
> 1µA?

Eher nicht. Das ist SEHR wenig, da kommst du schon langsam in die Region 
der Leckströme über Oberflächen. Ich würde mindestens 20uA, besser 50uA 
nehmen. Unsere Meßteiler arbeiten mit 100-450uA, je nach Anlage.

von mkn (Gast)


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Chris D. schrieb:
> Diese Kette würde
> ich dann in ein 20mm-PVC-Rohr mit Wachs/Vaseline eingießen.

Hast Du Dir mal überlegt ob es für Dich nicht einfacher ist die 
komplette Schaltung ohne jede Zusatzisolation aufzubauen und statt 
dessen das ganze Geraffel unter Öl zu betreiben?

Das hört sich wilder an als es ist.
Dicht schliessende Tupperdose reicht schon.
Ein paar Stunden bei 60-80°C einkochen wenn man auch jeden Rest von 
Wasser und Luftblasen raus haben will.

Bei der Rep spült man das kurz mit Waschbenzin, läßt es trocknen und 
kann an allem arbeiten ohne erstmal die ganze Isolation runterzupopeln.

Nehme bloß kein Silikonöl dafür.
Den Mist findest Du dann im ganzen Haus auf jeder Oberfläche und das ist 
kaum wieder loszuwerden.

SF6 Isolationsgas geht auch, aber da entstehen beim Überschlag Stoffe 
die Du nicht einatmen solltest (Flusssäure).
Ausserdem ist ein gasdichtes Gehäuse nochmal ein anderer Schnack.

Wirklich jede HV führende Verbindung perfekt zu isolieren hört sich am 
grünen Tisch einfacher an als es dann ist. Öl nimmt Dir vieles ab.

von atzem (Gast)


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Hallo,

habe mir jetzt den Thread nicht durchgelesen, nur angelesen, bei

https://www.rapp-instruments.de/

gibt es vielleicht Insprirationen zur HV-Bereitstellung... 
Marx-Generator/TeslaSpulen... etc

von mkn (Gast)


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Nachtrag:
Wir haben damals hohe Pulsströme bei 20KV über eine Relaismatrix 
schalten müssen.
Die HV Leistungsrelais waren riesig und enorm teuer, deswegen haben wir 
bei Leistungsrelais das Gehäuse entfernt und die unter Öl betrieben.

Die werden zwar recht träge, aber der Ölfilm drückt sich beim Schliessen 
weg.
Wir haben allerding auch nicht unter Leistung geschaltet.
Das hat dann der Behlke HV Schalter getan der schon zum Preis eines 
Kleinwagens erhältlich ist :-|

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Falk B. schrieb:
> Chris D. schrieb:
>> Ok, also dann drehe ich einen Spulenkörper für 5kV mit fünf breiteren
>> Kammern und zwei schmalen Kammern rechts und links, um dort die
>> verlöteten Enden per Epoxyd einzukleben. So wird es zumindest bei den
>> HV-Spulen gemacht, die ich beim Stöbern entdeckt habe (siehe Foto).
>
> Ist OK. Wenn gleich man da die Kriechwege bis zum Kern beachten muss.
> Der sollte geerdet sein. GGf. sollte man die äußeren Kammern als größere
> Scheiben ausführen und somit den offenen HV-Punkt vom Kern fernhalten.
> Du hast ja eine asymmetrische Wicklung, sprich, ein Ende ist "kalt", das
> wird mit GND verbunden. Da gibt es keine Probleme mit Kriechwegen. Nur
> das "heiße" Ende muss gut isoliert geführt werden.

Ja, ich habe den Spulenkörper jetzt 35mm groß gemacht - vom Grund der 
äußeren Kammern sind es da knapp 9mm bis zum Rand. Prinzipiell könnte 
ich die noch größer machen. Eine andere Möglichkeit wäre doch eine 
zusätzliche Umwicklung des oberen Spulenkerns im kritischen Bereich mit 
Teflonband. Dann wird der Weg zur Erde ordentlich lang.

Wie erdet man den Kern am besten? Eine Art Kupferband über den unteren 
Schenkel und das direkt an PE? Oder reicht es, den auf das 
kupferkaschierte PCB zu drücken?

>> Bei 100kV dachte ich an der Messstelle an 5V, also ein
>> Teilungsverhältnis von 100000:5 = 20000.
>
> Ich würde eher 10V nehmen, da hat man direkt eine Anzeige der Spannung.
> Man muss nur das Komma verschieben. 10k:1 Teiler

Das soll eh ein Controller auswerten, daher die 5V.

>> Um den Ausgang nicht mehr als
>> nötig zu belasten, würde ich 1µA Strom vorschlagen, das wären dann
>> 100GOhm Gesamtwiderstand.
>
> Ufff! Das ist schon ARG wenig Strom.

Habe ich mir fast schon gedacht :-/

>> Aufbauen wollte ich den Teiler mit 3,5kV-Widerständen. Es gibt von
>> Vishay entsprechende HV-Reihen, deren Widerstände 10mm breit sind.
>
> Welche? Ich kann die VR68 von Vishay empfehlen. Das sind THT-Typen mit
> 1W und bis zu 10kV. Laut Datenblatt gibt es die nur bis 68M, aber in
> unseren Schubladen liegen auch welche bis 220M. Hmmm, vielleicht von
> früher, als die noch nicht zu Vishay gehörten?

Ich werde nochmal in deren Datenblättern wühlen. 10kV wären natürlich 
auch angenehm.

>> Ich
>> würde von 3kV Maximalspannung pro Widerstand ausgehen, dann ist noch
>> etwas Luft. Benötigen würde ich dann 33 Widerstände, die ich im Zickzack
>> (damit das Ding nicht zu lang wird) verlöten würde.
>
> Kriechwege beachten. Oder sind das bedrahtete?

Ja, das sind bedrahtete Dinger.

>> Diese Kette würde
>> ich dann in ein 20mm-PVC-Rohr mit Wachs/Vaseline eingießen.
>
> Naja, das allein löst das Problem der Coronaentladung nicht. Bei 100kV
> will man keine dünnen, leitfähigen Strukturen. Nur möglichst große,
> runde Oberflächen. Das kann man ggf. mit Hilfe der Widerstände
> hinkriegen, wenn die dick genug sind, dann wirkt deren Körper als
> Feldsteuerelektrode und sprüht nicht. Dann dürfen aber die
> Anschlußdrähte nicht nach außen stehen, sondern müssen mit minimaler
> Länge zwischen den Widerständen liegen. Siehe Skizze (jaja, häßlich und
> grobmotorisch ;-).

Ist doch eine sehr gute Skizze. Ich wünschte, alle Skizzen wären halb so 
aussagekräftig :-)

> Wenn man die Widerstände dennoch mäanderförmig legen will, muss man die
> Verbindungsstelle durch eine kleine Metallkugel oder ähnliches
> vergrößern.
> 10mm Durchmesser sollten reichen.

Hmmm, ich hoffte, dass beim Vergießen bei den Potenzialdifferenzen 
zwischen den einzelnen Widerständen (jeder Widerstand "sieht" ja in 
seiner Umgebung maximal 3kV) einfache Lotkugeln reichen :-/

Alle hintereinander, da wird der Teiler schon unhandlich lang (1,5x33 = 
ca. 50cm).

> Such mal auf Youtube nach Electroboom und sein Video "Celebrating 4M
> Subs, electric wand", da sieht man die Kugeln und viel Blödsinn ;-)

Hehe, sehr schönes Video. Ein verrückter Kerl :-D

>> Der letzte
>> Widerstand vom Messpunkt nach Masse bestimmt ja dann das genaue
>> Teilungsverhältnis und den könnte ich dann direkt auf der Platine,
>> eventuell auch mit Abgleichtrimmer, einsetzen.
>
> Kann man machen, aber Vorsicht! Wenn dein Meßteiler dort nicht
> angeschlossen ist oder abfällt, hast du, wenn gleich sehr hochohmig,
> deine Hochspannung am Ausgang anliegen und es wird, wenn gleich
> schwache, Überschläge geben. Wir haben da meist eine leckstromarme
> Suppressordiode und einen Erdanschluß, alles direkt im Meßteiler. Der
> Fußpunktwiderstand liegt dann auf der Steuerung. Oder einfach jeweils
> den doppelten Widerstand im Meßteiler und auf deiner Steuerung.

Ein guter Hinweis - das werde ich wohl auch so umsetzen.

>> Vermutlich ist es am besten, das HV-Kabel am heißen Ende nicht irgendwie
>> zu montieren, sondern direkt anzulöten und mit zu vergießen, oder?
>
> Das kommt auf deinen Aufbau an. Wenn es kompakt werden soll, dann ja.
> Wenn du eher noch experimentieren willst, dann nein.

Ist richtig - wobei ich dann ja am Ende, das in die Kaskade geht, immer 
noch anschließen kann.

>> Ist die Vorstellung so realistisch, insbesondere auch die 100GOhm und
>> 1µA?
>
> Eher nicht. Das ist SEHR wenig, da kommst du schon langsam in die Region
> der Leckströme über Oberflächen. Ich würde mindestens 20uA, besser 50uA
> nehmen. Unsere Meßteiler arbeiten mit 100-450uA, je nach Anlage.

:-O
Ich hab doch nur 100µA Ausgangsstrom. 150µA wären dann schon 15W. Und 
ich hätte natürlich schon im Leerlauf im Begrenzungswiderstand 
ordentlichen Spannungsabfall. Der Meßteiler sollte ja noch dahinter, um 
diesen Abfall ausregeln zu können. Dann muss ich vielleicht doch noch 
ein oder zwei Stufen in der Kaskade anhängen, wenn ich wirklich auf 
100kV kommen will, oder?

Muss ich mal simulieren :-D

mkn schrieb:
> Hast Du Dir mal überlegt ob es für Dich nicht einfacher ist die
> komplette Schaltung ohne jede Zusatzisolation aufzubauen und statt
> dessen das ganze Geraffel unter Öl zu betreiben?

Ja, das hatten wir weiter oben schon diskutiert - letztendlich haben 
mich die Fotos von professionellen Lösungen davon überzeugt, dass es 
durchaus möglich ist, das ohne Eingießen oder Öl zu bauen. Und das ist 
schon ein ziemliches Gesuppe, gerade wenn dann doch mal nachgelötet oder 
Bauteile getauscht werden sollen.

atzem schrieb:
> https://www.rapp-instruments.de/

Ja, die Seite hatte ich schon mit Interesse gelesen - trotzdem Danke!

von Egal (Gast)


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Kennste ElectroBOOM ? Der langt für die Kamera in den HV-Generator!
https://www.youtube.com/watch?v=dje7uhyW23o

Und hier langt er an Netzspannung:
https://www.youtube.com/watch?v=lIK1jnYr0yw

von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:

> Wie erdet man den Kern am besten? Eine Art Kupferband über den unteren
> Schenkel und das direkt an PE? Oder reicht es, den auf das
> kupferkaschierte PCB zu drücken?

Geht beides.

>> Ich würde eher 10V nehmen, da hat man direkt eine Anzeige der Spannung.
>> Man muss nur das Komma verschieben. 10k:1 Teiler
>
> Das soll eh ein Controller auswerten, daher die 5V.

Ja, aber für die ersten Test willst du wohl eher erstmal ein Multimeter 
dranhängen.

> Hmmm, ich hoffte, dass beim Vergießen bei den Potenzialdifferenzen
> zwischen den einzelnen Widerständen (jeder Widerstand "sieht" ja in
> seiner Umgebung maximal 3kV) einfache Lotkugeln reichen :-/

Probiers aus.

> Alle hintereinander, da wird der Teiler schon unhandlich lang (1,5x33 =
> ca. 50cm).

Hallo? Du willst 100kV als HV-Anfänger machen! Da sind 50cm NICHT zu 
lang!

> Ich hab doch nur 100µA Ausgangsstrom. 150µA wären dann schon 15W.

Ja und? Willst das Weltklima retten?

> Und
> ich hätte natürlich schon im Leerlauf im Begrenzungswiderstand
> ordentlichen Spannungsabfall. Der Meßteiler sollte ja noch dahinter, um
> diesen Abfall ausregeln zu können. Dann muss ich vielleicht doch noch
> ein oder zwei Stufen in der Kaskade anhängen, wenn ich wirklich auf
> 100kV kommen will, oder?

Oder. Man muss den Schutzwiderstand nicht so groß machen. Wenn du immer 
konstante Spannung haben willst, muss du nachregeln. Dann reicht ein 
relativ kleiner Widerstand, bei dem beim Kurzschlußstrom vielleicht 
einen handvoll kV anfallen. Dann braucht man aber eine elektronische 
Stromreglung. Ist aber nicht schwer.

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Falk B. schrieb:
> Chris D. schrieb:
>
>> Wie erdet man den Kern am besten? Eine Art Kupferband über den unteren
>> Schenkel und das direkt an PE? Oder reicht es, den auf das
>> kupferkaschierte PCB zu drücken?
>
> Geht beides.

Ok, dann versuche ich es erstmal mit der Schelle direkt auf dem 
Gehäuseboden. Den Trafo muss man ja nicht auf der Steuerplatine 
montieren.

>>> Ich würde eher 10V nehmen, da hat man direkt eine Anzeige der Spannung.
>>> Man muss nur das Komma verschieben. 10k:1 Teiler
>>
>> Das soll eh ein Controller auswerten, daher die 5V.
>
> Ja, aber für die ersten Test willst du wohl eher erstmal ein Multimeter
> dranhängen.

Ja, aber mit zwei zu multiplizieren, das schaffe ich noch ;-)

>> Hmmm, ich hoffte, dass beim Vergießen bei den Potenzialdifferenzen
>> zwischen den einzelnen Widerständen (jeder Widerstand "sieht" ja in
>> seiner Umgebung maximal 3kV) einfache Lotkugeln reichen :-/
>
> Probiers aus.

Ich denke auch - Versuch macht klug. Aber erst, wenn der "Lange" 
funktioniert.

>> Alle hintereinander, da wird der Teiler schon unhandlich lang (1,5x33 =
>> ca. 50cm).
>
> Hallo? Du willst 100kV als HV-Anfänger machen! Da sind 50cm NICHT zu
> lang!

Das stimmt. Ich werde den also erstmal linear zusammenlöten und 
eingießen.

>> Ich hab doch nur 100µA Ausgangsstrom. 150µA wären dann schon 15W.
>
> Ja und? Willst das Weltklima retten?

Genaues Messen ist wichtiger ;-)
Also max. 50µA bei 5W Verlustleistung - sollte bei 50cm kein Problem 
darstellen. Das wären dann 2GOhm insgesamt. Mal sehen, wie ich mir das 
mit den Vishay-Typen zusammenstellen kann.

Der "hohe" Messstrom hat natürlich auch den Vorteil, dass sich die 
Kaskade sehr schnell entläd, was für Regelung und "Anfasssicherheit" 
günstig ist.

> Oder. Man muss den Schutzwiderstand nicht so groß machen.

Mir geht es bei dem Schutzwiderstand auch darum, im schlimmsten Fall 
mich zu schützen, weniger die Kaskade ;-)

Ich habe jetzt 10nF/3kV-Kondensatoren bestellt. Davon je vier in Reihe 
gibt 2,5nF. Wenn ich das richtig verstanden habe, sieht der Ausgang 
einer Kaskade sämtliche Cs in Reihe geschaltet, das wären also maximal 
100kV bei 2,5nF/20=0,125nF. Die gespeicherte Energie ist dann 
1/2*C*U²=0,625J.
Wirklich viel ist das ja nicht. Es würde dann reichen, den maximalen 
Entladestrom auf ungefährliche Werte zu begrenzen.

> Wenn du immer
> konstante Spannung haben willst, muss du nachregeln.

Hmmm. Das hoffte ich durch den Spannungsteiler hinter dem 
Schutzwiderstand zu erreichen. Und dann eben Spannungsregelung.

> Dann reicht ein
> relativ kleiner Widerstand, bei dem beim Kurzschlußstrom vielleicht
> einen handvoll kV anfallen. Dann braucht man aber eine elektronische
> Stromreglung. Ist aber nicht schwer.

Nur interessehalber: Wie würde so etwas aussehen?
Ich würde sagen: der Strom, der in die Kaskade reinfliesst, muss auch 
wieder raus. Daher wäre eine - dann deutlich einfachere - Messung am 
Eingang sinnvoll, oder?

Heute wird die Endstufe fertig und ich schreibe die PWM sowie den 
Regelteil der Spannungsregelung.

0,2mm-CuL ist auch geordert. Jetzt geht es noch darum, die richtigen 
Windungszahlen zu ermitteln. Das Wicklungsverhältnis errechne ich bei 
5kV zu

N2/N1 = 5000V/48V = 104

Nun geht es um die Anzahl der Primärwicklungen und dazu muss ich ja 
einiges beachten. Mit so etwas hab ich noch nicht zu tun gehabt, daher 
muss ich mich da erstmal einlesen (komplexe Permeabilitäten, usw.). Ich 
möchte das auch gerne einmal richtig durchrechnen. Ich will ja auch 
etwas lernen :-)

Egal schrieb:
> Kennste ElectroBOOM ?

Den hatte Falk kurz vorher schon erwähnt :-)

: Bearbeitet durch Moderator
von Henrik V. (henrik_v)


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Von dem oben schon gezeigten 100kV Vorwiderstand/Spannungsteiler hab ich 
mal zwei Detailbilder gemacht. Der Erbauer ist unbekannt, und es muss 
nicht der Weisheit letzter Schluss sein ;)  (Vermutlich von Fa. 
Heinzinger, sicher bin ich aber da nicht.)
Links unten mit der großen Kugel endet die HV-Buchse.

Der lag halt gerade im Regal hinter mir :)
Ist in Silikon(?) eingegossen, sicher mit Vakuum um Luftblasen 
rauszuziehen.
Auf den Lötkugeln ist aber noch Flussmittel zu vermuten, da hätte ich 
vorher auf peinliche Sauberkeit geachtet ... hauptsache die Widerstände 
sind sauber.


Gruß Henrik

: Bearbeitet durch User
von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:

> Ok, dann versuche ich es erstmal mit der Schelle direkt auf dem
> Gehäuseboden. Den Trafo muss man ja nicht auf der Steuerplatine
> montieren.

Noch ein Tipp. Durch deinen Kern und die getrennten Wicklungen auf den 
beiden Schenkeln hast du schon ausreichend Streuinduktivität, d.h. 
deinen R1 muss du nicht durch eine diskrete Drossel ersetzen. Bei dem 
Kern kommt man auf ca. 100uH. Das kann man leicht messen. 
Sekundärwicklung kurzschließen und Primärinduktivität messen.

http://www.wolfgang-wippermann.de/koppelfa.htm

> Der "hohe" Messstrom hat natürlich auch den Vorteil, dass sich die
> Kaskade sehr schnell entläd, was für Regelung und "Anfasssicherheit"
> günstig ist.

Eben, das ist gleichzeitig der Entladewiderstand.

> Ich habe jetzt 10nF/3kV-Kondensatoren bestellt. Davon je vier in Reihe
> gibt 2,5nF.

Wahrscheinlich viel zuviel, du brauchst ja nur 15W! Außerdem sind deine 
25kHz zu niedrig. Unsere HV-Kaskaden laufen mit 80-100kHz, das ist ein 
brauchbarer Wert. Simulier das mal mit 0,5nF pro Kondensator OHNE R1 und 
50 oder 100kHz.

> Wenn ich das richtig verstanden habe, sieht der Ausgang
> einer Kaskade sämtliche Cs in Reihe geschaltet, das wären also maximal
> 100kV bei 2,5nF/20=0,125nF.

Nicht ganz. Schub- und Glättungskondensator liegen parallel, macht 
5nF/Stufe bzw. bei 10 Stufen 0,5nF.

> Die gespeicherte Energie ist dann
> 1/2*C*U²=0,625J.

Das sind dann 2,4J, das zwickt schon ORDENTLICH!

> Wirklich viel ist das ja nicht. Es würde dann reichen, den maximalen
> Entladestrom auf ungefährliche Werte zu begrenzen.

Ja, etwas um die 1mA, ggf. etwas höher.

>> Wenn du immer
>> konstante Spannung haben willst, muss du nachregeln.
>
> Hmmm. Das hoffte ich durch den Spannungsteiler hinter dem
> Schutzwiderstand zu erreichen. Und dann eben Spannungsregelung.

Du brauchst trotzdem eine Stromreglung, denn dein HV-Generator soll/muss 
ja kurzschlußfest sein.

>> Dann reicht ein
>> relativ kleiner Widerstand, bei dem beim Kurzschlußstrom vielleicht
>> einen handvoll kV anfallen. Dann braucht man aber eine elektronische
>> Stromreglung. Ist aber nicht schwer.
>
> Nur interessehalber: Wie würde so etwas aussehen?
> Ich würde sagen: der Strom, der in die Kaskade reinfliesst, muss auch
> wieder raus. Daher wäre eine - dann deutlich einfachere - Messung am
> Eingang sinnvoll, oder?

Oder. Regle den Ausgangsstrom. Dazu misst man den im Fußpunkt der 
Kaskade.

> Heute wird die Endstufe fertig und ich schreibe die PWM sowie den
> Regelteil der Spannungsregelung.

Lass die Reglung erstmal weg und betreib das Ding manuell geregelt im 
Stellbetrieb mit Vorgabe des Tastverhältnisses. Wenn das alles läuft und 
auch ein paar Lasttest funktionieren, kannst du an die Regelung gehen.

> 0,2mm-CuL ist auch geordert. Jetzt geht es noch darum, die richtigen
> Windungszahlen zu ermitteln. Das Wicklungsverhältnis errechne ich bei
> 5kV zu
>
> N2/N1 = 5000V/48V = 104

Das ist leicht.

> Nun geht es um die Anzahl der Primärwicklungen und dazu muss ich ja
> einiges beachten. Mit so etwas hab ich noch nicht zu tun gehabt, daher
> muss ich mich da erstmal einlesen (komplexe Permeabilitäten, usw.). Ich
> möchte das auch gerne einmal richtig durchrechnen. Ich will ja auch
> etwas lernen :-)

Ist auch nicht wirklich schwer, wenn man weiß wo es steht.

Transformatoren und Spulen

Da du einen HF-Trafo hast, ist die Flußdichteänderung das entscheidende 
Kriterium. Bei dem Kernmaterial und 25kHz kannst du mal 200mT ansetzen, 
bei 100kHz eher 50-100mT. Aber du hast Glück, du brauchst nur ein 
Dutzend Windungen, deine Spannung ist niedrig. Wir haben so einen Trafo 
mit dem Kern, der hat 23 Windungen primärseitig bei 200V und 100kHz.

https://www.mikrocontroller.net/articles/Transformatoren_und_Spulen#HF-Breitband.C3.BCbertrager

von Falk B. (falk)


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Henrik V. schrieb:
> Von dem oben schon gezeigten 100kV Vorwiderstand/Spannungsteiler hab ich
> mal zwei Detailbilder gemacht. Der Erbauer ist unbekannt, und es muss
> nicht der Weisheit letzter Schluss sein ;)

Naja, die Widerstände am HV-Ausgang als Notbremse /Strombegrenzung beim 
Durchschlag sind auch Wunschdenken. Die müssen die VOLLE 
Kaskadenspannung kurzzeitig aushalten. Das schafft der Aufbau und die 
Isolation nicht, zumindest nicht lange.

> Ist in Silikon(?) eingegossen,

Oder Aspik mit Schweinzkopfsülze ;-)

> Auf den Lötkugeln ist aber noch Flussmittel zu vermuten, da hätte ich
> vorher auf peinliche Sauberkeit geachtet

Dort ist es eigentlich egal, wie gut der VErguß anhaftet, denn die Kugel 
hat überall das gleiche Potential.

> ... hauptsache die Widerstände
> sind sauber.

Das auf jeden Fall, denn sonst gibt es Oberflächenüberschläge und der 
ganze Verguß ist sinnlos.

von Henrik V. (henrik_v)


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Ich habe eher die Vermutung, dass mit den Widerständen ein Abgleich 
stattgefunden hat. (aber warum nicht am Messgerät/unterem Ende des 
Teilers?)
Die Kiste hat nur den einen HV-Eingang und ein Stück NF-Strippe am 
anderen Ende des Vorwiderstandes. WIMRE hing da mal ein 4,5 Stellen 
Panelmeter dran.

Aspik im Schlauch und über das Salz den Widerstand einstellen?

: Bearbeitet durch User
von Falk B. (falk)


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Henrik V. schrieb:
> Ich habe eher die Vermutung, dass mit den Widerständen ein Abgleich
> stattgefunden hat.

Nein.

> (aber warum nicht am Messgerät/unterem Ende des
> Teilers?)

Eben.

> Aspik im Schlauch und über das Salz den Widerstand einstellen?

;-)

von Henrik V. (henrik_v)


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Wenn der Messstrom bei 25-100µA liegt, würde ich über ein zusätzliches 
analoges Messwerk nachdenken. Das funktioniert auch ohne Versorgung und 
die 1-2kOhm in Serie fallen auch nicht auf.

von mkn (Gast)


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Chris D. schrieb:
> dass es
> durchaus möglich ist, das ohne Eingießen oder Öl zu bauen. Und das ist
> schon ein ziemliches Gesuppe, gerade wenn dann doch mal nachgelötet oder
> Bauteile getauscht werden sollen.

Klar kann man das ohne Eingiessen bauen.
Dann muss man aber jeden Fitzel luftdicht isolieren.
Bei 20KV war bei uns Schluss und mir tun heute noch die Finger weh wenn 
ich an die 1000 Teile denke die ich händisch isolieren musste.

Natürlich ist das Ölgesuppe nicht schön.
Im Vergleich dazu erst ein dutzend Teile von jeder Isolation befreien zu 
müssen, bis man sehen kann wo es gefunkelt hat, ist mir Öl allerdings 
lieber.
Wenn man das richtig macht ist das garnicht so schlimm.
Das Innenleben wird aus der Ölwanne gehoben und darüber aufgebockt oder 
aufgehängt bis es abgetropft isr.
Dannach kommt es in die Waschwanne deren Füllung viele Waschvorgänge 
hält.
Dann Trocknen und schon kommst Du alle Teile heran, ohne irgendwas 
abpopeln zu müssen.
In einem durchsichtigen Gehäuse kannst Du oft sogar die Überschläge im 
Betrieb sehen.
Das Öl kriecht in jede Ritze, die eine Feststoffisolation nicht abdecken 
könnte und Hotspots werden effektiv gekühlt.

Naja, ich bin auch alter Motorradschrauber (Ölfingergarantie) und habe 
bei einem medizintechnik Unternehmen Kühlschrankgroße, in Öl eingekochte 
Hochspannungserzeuger mitgebaut und später eben diese 300W 20KV 
Blitzkiste für einen Bauteilhersteller.

Ich bin der Meinung das Du die 100KV gnadenlos unterschätzt.
Du wirst Effekte erleben die Du lange nicht verstehen wirst, bis es Dich 
genug Zeit und Messinstrumente gekostet hat alles mit 3facher Sicherheit 
und DAU sicher aufzubauen.
Messung von Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Verschmutzungsgard und 
Betriebsdauer über Anzahl der Defekte ist nicht so freudvoll.
Ein leises 'tick' Geräusch und die Arbeit von Tagen ist dahin.
Oder das spektakuläre 'BANG' wenn sich Ladung in zerberstende Bauteile 
verwandelt.

Das schöne Konzept vom grünen Tisch ist am Ende eine dick mit Plastic 70 
durchsuppte PCB und jede Reparatur beginnt und endet damit einen 
erstschlagssicheren Isolierstoff erst mühsam zu entfernen, um ihn nach 
2min löten wieder aufzubringen und 24h zu warten bis der durchgehärtet 
ist.

100KV Puls ist was völlig anderes als 100KV dauer.
Mit Heißkleber, Vaseline etc. wirst Du absolut keine Freude haben.
Epoxy, Silkon, PTFE und selbstverschweissendes Isolierband werden Freund 
und Feind für Dich.
Bauteile mit Parafinresten willst Du auch nicht löten.
Dann lieber weiches Silikongel runterbrechen, das geht ganz leicht und 
die Reste qualmen auch nicht bestialisch beim Löten.
Gel ist aber nur für Verguss zu gebrauchen.
Epoxy zunterzuholen geht fast nur mit Lötkolben und ist sehr sehr 
unangenehm und Gesundheistschädlich. Auch wenn 5min Epoxy für die 
schnelle Rep manchmal die einzige Wahl ist.
Besorg Dir weiche Silikonschläuche. Ist ne prima Isolation für selbst 
gebaute HV Kabel. Das fertig gekaufte Zeug ist teuer und starr.
PTFE Druckschläuche sind z.B. gut für Widerstandskaskaden.
Durchsichtige Schrumpfschläuche sind zuverlässiger als die 
Rußgeschwärzten und man sieht ggf. die Überschläge was die Fehlersuche 
vereinfacht.
WENN Du Teile vergiesst nehme was dünnflüssiges und Vakuumiere, weil Dir 
sonst die Lufteinschlüsse das Leben schwer machen.

Du kennst ja die unzähligen Threads hier in der jemand ohne Erfahrung in 
dem Gebiet die selbst gestellte Aufgabe unterschätzt und Warnungen als 
völlig überzogen abtut und wirst sicher angemessene Entscheidungen 
treffen.

Brauchbare HV Tastköpfe baut man sich übrigens lieber selbst.
Das was bezahlbar ist taugt nur fürs Multimeter und das was fürs Oszi 
taugt will man nicht bezahlen.

Ich drück Dir die Daumen und bin gespannt an welchen 
Projektfortschritten Du uns teilhaben läßt.

von Joachim B. (jar)


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Chris D. schrieb:
> Ich habe jetzt 10nF/3kV-Kondensatoren bestellt.

noch mal zur Erinnerung, wenn du selber lötest!
achte darauf das du schöne Zinnkugeln baust und keine Spitze weil du den 
Lötkolben weggezogen hast!

In diesen Spannungsbereichen will man keine spitzen Enden!

: Bearbeitet durch User
von mkn (Gast)


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Joachim B. schrieb:
> In diesen Spannungsbereichen will man keine spitzen Enden!

Durchlötbarer Schutzlack ist auch immer eine gute Investition.

Spitze Enten ...
Wie ein Buchstabe doch den Sinn verändern kann :)

Spätestens wenn die Bude nach Ozon riecht und das Gerät im Dunkeln 
leicht violett leuchtet, fängt man dann an es richtig zu isolieren.

von mkn (Gast)


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https://www.heinzinger.de/netzgeraete/hochspannung/hochspannungsmodule-und-hochspannungskassetten/

Bezahlbar und man kann sich auf die eigentliche Aufgabe konzentrieren.

von Falk B. (falk)


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mkn schrieb:
> 
https://www.heinzinger.de/netzgeraete/hochspannung/hochspannungsmodule-und-hochspannungskassetten/
>
> Bezahlbar und man kann sich auf die eigentliche Aufgabe konzentrieren.

Der OP will 100kV, dort gibt es nur bis 30kV.

von Falk B. (falk)


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mkn schrieb:
>> durchaus möglich ist, das ohne Eingießen oder Öl zu bauen. Und das ist
>> schon ein ziemliches Gesuppe, gerade wenn dann doch mal nachgelötet oder
>> Bauteile getauscht werden sollen.
>
> Klar kann man das ohne Eingiessen bauen.
> Dann muss man aber jeden Fitzel luftdicht isolieren.

????

> Bei 20KV war bei uns Schluss

Was rein gar nichts sagt. Denn nur allzuoft bauen Leute mit Technologien 
rum, von denen sie nur wenig Ahnung haben.

> und mir tun heute noch die Finger weh wenn
> ich an die 1000 Teile denke die ich händisch isolieren musste.

Selber Schuld.

> Natürlich ist das Ölgesuppe nicht schön.
> Im Vergleich dazu erst ein dutzend Teile von jeder Isolation befreien zu
> müssen,

Wovon redest du?

> Das Öl kriecht in jede Ritze, die eine Feststoffisolation nicht abdecken
> könnte und Hotspots werden effektiv gekühlt.

Quark. Du hast keine Ahnung, wie kriechfähig die RICHTIGEN 
Festsoffvergüsse sind. Wir vergießen u.a. mit Polyurethan, da kann man 
beim Zerlegen sogar die Laserbeschriftung von Bauteilen im Verguß lesen!

> Ich bin der Meinung das Du die 100KV gnadenlos unterschätzt.
> Du wirst Effekte erleben die Du lange nicht verstehen wirst, bis es Dich
> genug Zeit und Messinstrumente gekostet hat alles mit 3facher Sicherheit
> und DAU sicher aufzubauen.
> Messung von Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Verschmutzungsgard und
> Betriebsdauer über Anzahl der Defekte ist nicht so freudvoll.

Das ist ein VERSUCHSAUFBAU, kein Serienprodukt. Wenn das alles sauber 
ist und nicht gerade 80% Luftfeuchte im Hochsommer, ist das alles halb 
so wild.

> Oder das spektakuläre 'BANG' wenn sich Ladung in zerberstende Bauteile
> verwandelt.

Soviel BANG ist bei den Kapazitäten gar nicht drin.

> Das schöne Konzept vom grünen Tisch ist am Ende eine dick mit Plastic 70
> durchsuppte PCB und jede Reparatur beginnt und endet damit einen
> erstschlagssicheren Isolierstoff erst mühsam zu entfernen, um ihn nach
> 2min löten wieder aufzubringen und 24h zu warten bis der durchgehärtet
> ist.

Schön daß du uns erzählst, wie man es mal sicher NICHT machen sollte.

> 100KV Puls ist was völlig anderes als 100KV dauer.

Eben. Er will gar keine 100kV Puls erzeugen sondern Gleichspannung.

> WENN Du Teile vergiesst nehme was dünnflüssiges und Vakuumiere, weil Dir
> sonst die Lufteinschlüsse das Leben schwer machen.

Oder gleich GAR NICHT vergießen! Luft ist kostenlos und sehr preiswert, 
macht auch keine Sauerei! Man braucht nur etwas mehr Platz. Und da es 
kein 100kV iPhone werden soll, ist das voll OK. Ein 80er PVC Rohr mit 
500mm Länge könnte die Kaskade aufnehmen.

> Brauchbare HV Tastköpfe baut man sich übrigens lieber selbst.
> Das was bezahlbar ist taugt nur fürs Multimeter und das was fürs Oszi
> taugt will man nicht bezahlen.

Quark. Schon mal eine Rechnung gemacht, was deine professionelle 
Arbeitszeit kostet? Und was ein fertiges, PROFESSIONEL gefertiges 
Produkt, hier HV-Tastköpfe kostet? Außerdem hat man beim Eigenbau immer 
ein Henne-Ei Problem. Wie kann ich meine Eigenkonstruktion prüfen bzw. 
kalibrieren? Wär schon doof wenn ich glaube, 100kV zu messen, in 
Wahrheit aber nur 30kV habe.

Außerdem will der OP nur Gleichspannung erzeugen, also reicht ein 
billiger DC Tastkopf.

[Edit Mod: Unnötige Schärfe entfernt]

: Bearbeitet durch Moderator
von Henrik V. (henrik_v)


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Falk B. schrieb:
> mkn schrieb:
>>
> 
https://www.heinzinger.de/netzgeraete/hochspannung/hochspannungsmodule-und-hochspannungskassetten/
>>
>> Bezahlbar und man kann sich auf die eigentliche Aufgabe konzentrieren.
>
> Der OP will 100kV, dort gibt es nur bis 30kV.

So schlecht ist der Tip nicht, nur weil es nicht auf der Webseite steht, 
die Kompetenz haben die.
Anfragen ist sicher eine Option.... wenn man es nicht selber 
machen/probieren und Erfahrung sammeln will/darf.

Eine Tek 6015A Probe für den AC Teil ist sicher nett. Wenn Chris nicht 
schon Zugriff auf eine hat, kann er ja mal fragen ;)

: Bearbeitet durch User
von Falk B. (falk)


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Henrik V. schrieb:

> Anfragen ist sicher eine Option.... wenn man es nicht selber
> machen/probieren und Erfahrung sammeln will/darf.

Das will der OP aber.

"Also: ja, ich möchte mich zumindest etwas in HV einarbeiten :-)"

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Vielen Dank für die vielen Infos, Jungs.

Ich hab heute morgen noch überraschend Material für unsere CNC bekommen, 
das muss noch verarbeitet werden, daher wurde es heute noch nix mit der 
Vollbrücke..

Gegen halb sechs bin ich wieder im Büro und antworte dann ausführlich.

@Henrik: Ich schreibe Dir nachher per PN.

Und nicht die Köppe einschlagen, bitte!

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Falk B. schrieb:
> Noch ein Tipp. Durch deinen Kern und die getrennten Wicklungen auf den
> beiden Schenkeln hast du schon ausreichend Streuinduktivität, d.h.
> deinen R1 muss du nicht durch eine diskrete Drossel ersetzen. Bei dem
> Kern kommt man auf ca. 100uH. Das kann man leicht messen.
> Sekundärwicklung kurzschließen und Primärinduktivität messen.
>
> http://www.wolfgang-wippermann.de/koppelfa.htm

Ja, ich hatte gelesen, dass getrennte Wicklungen bzgl. der Kopplung 
suboptimal sind, aber so ist es einfach zu wickeln und ich habe Primär- 
und Sekundärkreis sauber getrennt.

Vielen Dank für den Hinweis. D.H., das Rechteck wird sekundärseitig 
durch die Streuverluste eh verschliffen, weil die Kopplung weicher ist?

>> Ich habe jetzt 10nF/3kV-Kondensatoren bestellt. Davon je vier in Reihe
>> gibt 2,5nF.
>
> Wahrscheinlich viel zuviel, du brauchst ja nur 15W! Außerdem sind deine
> 25kHz zu niedrig. Unsere HV-Kaskaden laufen mit 80-100kHz, das ist ein
> brauchbarer Wert. Simulier das mal mit 0,5nF pro Kondensator OHNE R1 und
> 50 oder 100kHz.

Jetzt hab ich die schon im Zulauf :-/
Ich wollte erstmal mit unteren Frequenzen anfangen und dann steigern. 
Optimieren kann man dann ja immer noch.

>> Wenn ich das richtig verstanden habe, sieht der Ausgang
>> einer Kaskade sämtliche Cs in Reihe geschaltet, das wären also maximal
>> 100kV bei 2,5nF/20=0,125nF.
>
> Nicht ganz. Schub- und Glättungskondensator liegen parallel, macht
> 5nF/Stufe bzw. bei 10 Stufen 0,5nF.
>> Die gespeicherte Energie ist dann
>> 1/2*C*U²=0,625J.
>
> Das sind dann 2,4J, das zwickt schon ORDENTLICH!

Ok, das ist schon etwas mehr :-/

>> Wirklich viel ist das ja nicht. Es würde dann reichen, den maximalen
>> Entladestrom auf ungefährliche Werte zu begrenzen.
>
> Ja, etwas um die 1mA, ggf. etwas höher.

Ok, dann werde ich den Widerstand danach planen.

>>> Wenn du immer
>>> konstante Spannung haben willst, muss du nachregeln.
>>
>> Hmmm. Das hoffte ich durch den Spannungsteiler hinter dem
>> Schutzwiderstand zu erreichen. Und dann eben Spannungsregelung.
>
> Du brauchst trotzdem eine Stromreglung, denn dein HV-Generator soll/muss
> ja kurzschlußfest sein.

Könnte ich das nicht durch eine intelligente Spannungserkennung 
erreichen? Wenn die Spannung extrem einbricht (vielleicht noch mit 
deutlich erhöhtem Primärstrom) wird ein Kurzer vermutet und 
abgeschaltet?
War vielleicht missverständlich: ich benötige keine 
Dauerkurzschlussfestigkeit, es reicht mir die Fehlererkennung.

>>> Dann reicht ein
>>> relativ kleiner Widerstand, bei dem beim Kurzschlußstrom vielleicht
>>> einen handvoll kV anfallen. Dann braucht man aber eine elektronische
>>> Stromreglung. Ist aber nicht schwer.
>>
>> Nur interessehalber: Wie würde so etwas aussehen?
>> Ich würde sagen: der Strom, der in die Kaskade reinfliesst, muss auch
>> wieder raus. Daher wäre eine - dann deutlich einfachere - Messung am
>> Eingang sinnvoll, oder?
>
> Oder. Regle den Ausgangsstrom. Dazu misst man den im Fußpunkt der
> Kaskade.

Stimmt :-/

>> Heute wird die Endstufe fertig und ich schreibe die PWM sowie den
>> Regelteil der Spannungsregelung.
>
> Lass die Reglung erstmal weg und betreib das Ding manuell geregelt im
> Stellbetrieb mit Vorgabe des Tastverhältnisses. Wenn das alles läuft und
> auch ein paar Lasttest funktionieren, kannst du an die Regelung gehen.

Ja, so war es geplant. Ich wollte nur schonmal die ADC-Teile usw. 
schreiben.

Da fällt mir ein:
Wie sollte das Umschaltverhalten der Vollbrücke aussehen?
Ist es sinnvoller, direkt an eine positive Halbwelle die negative zu 
setzen oder die Halbwellen symmetrisch über die Zeit zu verteilen?

Also so ("+" kennzeichnet jeweils den Beginn eines neuen 40µs-Abschnitts 
(25 kHz), "-" ist die 0V-Linie):
1
   _____              _____
2
   |   |              |   |
3
   |   |              |   |
4
---+------------------+-------------------
5
       |   |              |   |
6
       |___|              |___|

oder so
1
   _____              _____
2
   |   |              |   |
3
   |   |              |   |
4
---+------------------+-------------------
5
            |   |              |   |
6
            |___|              |___|

Was wäre günstiger (bspw. für die Kernmagnetisierung) und wenn, warum?


>> Nun geht es um die Anzahl der Primärwicklungen und dazu muss ich ja
>> einiges beachten. Mit so etwas hab ich noch nicht zu tun gehabt, daher
>> muss ich mich da erstmal einlesen (komplexe Permeabilitäten, usw.). Ich
>> möchte das auch gerne einmal richtig durchrechnen. Ich will ja auch
>> etwas lernen :-)
>
> Ist auch nicht wirklich schwer, wenn man weiß wo es steht.
>
> Transformatoren und Spulen

Ja, das hatte ich mir schon vorgemerkt. Ich ziehe mir das heute Abend 
mal zusammen mit dem 3C30-Datenblatt rein.

> Da du einen HF-Trafo hast, ist die Flußdichteänderung das entscheidende
> Kriterium. Bei dem Kernmaterial und 25kHz kannst du mal 200mT ansetzen,
> bei 100kHz eher 50-100mT. Aber du hast Glück, du brauchst nur ein
> Dutzend Windungen, deine Spannung ist niedrig. Wir haben so einen Trafo
> mit dem Kern, der hat 23 Windungen primärseitig bei 200V und 100kHz.
>
> 
https://www.mikrocontroller.net/articles/Transformatoren_und_Spulen#HF-Breitband.C3.BCbertrager

Danke, auch da schaue ich rein :-)

Noch zum Tastkopf:
Reicht da nicht mein 50cm-Teiler für meine Art von Messungen aus?
Oder empfiehltl es sich nicht, den so ans Oszi zu klemmen?

Gut finde ich auch den Tipp mit dem analogen Messgerät - das ganze ist 
dann recht robust und man kann nur recht wenig zerstören :-}

mkn schrieb:
> Ich bin der Meinung das Du die 100KV gnadenlos unterschätzt.

Wie Falk schon schrieb: es ist erstmal nur ein Versuchsaufbau und die 
Geräte von Falk und Henrik zeigen ja, dass es auch professionell und mit 
um Zehnerpotenzen höheren Leistungen in Luft machbar ist - und das sieht 
mir nicht nach unerreichbarem Voodoo aus. Dazu kommt, dass die Bauteile 
jetzt nicht wirklich teuer sind - alles zusammen deutlich unter einem 
Hunderter. Wenn es also mal knallt, dann ist das kein Drama.

Und schau Dir mal die Aufbauten von Christoph an:
Beitrag "200kV Kaskade"

Das ist ein loser Aufbau, auch wenn die Kaskade in Öl eingelegt ist. 
Aber bis zur Kaskade geht er schon mit 28kV. Und bei den fast 30cm 
Blitzlänge dürften die 200kV mindestens in Reichweite sein. Auch das 
sind einfachste, preiswerte Bauelemente, teilweise mit Schrumpfschlauch 
usw.

Und auch da geht es um ganz andere Leistungen als bei mir. Ich benötige 
die 100kV für statische Aufladung und vermutlich sogar deutlich weniger 
als die 100uA.

Ich werde erstmal mit Luft arbeiten - ins Frittenfett schmeißen kann ich 
das Ding immer noch, wenn gar nichts geht :-)

Falk B. schrieb:
> Das will der OP aber.
> "Also: ja, ich möchte mich zumindest etwas in HV einarbeiten :-)"

Eben. Klar könnte ich Geld in die Hand nehmen und mir etwas kaufen - 
will ich aber nicht. Ich möchte lernen :-)

Joachim B. schrieb:
> noch mal zur Erinnerung, wenn du selber lötest!
> achte darauf das du schöne Zinnkugeln baust und keine Spitze weil du den
> Lötkolben weggezogen hast!

Ja, habe ich ganz fest im Kopf verankert - trotzdem Danke für die 
Erinnerung :-)

: Bearbeitet durch Moderator
von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:
> Vielen Dank für den Hinweis. D.H., das Rechteck wird sekundärseitig
> durch die Streuverluste eh verschliffen, weil die Kopplung weicher ist?

Ja.

>>> Ich habe jetzt 10nF/3kV-Kondensatoren bestellt. Davon je vier in Reihe
>>> gibt 2,5nF.
>>
>> Wahrscheinlich viel zuviel, du brauchst ja nur 15W! Außerdem sind deine
>> 25kHz zu niedrig. Unsere HV-Kaskaden laufen mit 80-100kHz, das ist ein
>> brauchbarer Wert. Simulier das mal mit 0,5nF pro Kondensator OHNE R1 und
>> 50 oder 100kHz.
>
> Jetzt hab ich die schon im Zulauf :-/
> Ich wollte erstmal mit unteren Frequenzen anfangen und dann steigern.
> Optimieren kann man dann ja immer noch.

Aber 10nF Kondensatoren sind deutlich größer als 1 oder 2,2nF, also auch 
mechanisch.

>> Du brauchst trotzdem eine Stromreglung, denn dein HV-Generator soll/muss
>> ja kurzschlußfest sein.
>
> Könnte ich das nicht durch eine intelligente Spannungserkennung
> erreichen? Wenn die Spannung extrem einbricht (vielleicht noch mit
> deutlich erhöhtem Primärstrom) wird ein Kurzer vermutet und
> abgeschaltet?
> War vielleicht missverständlich: ich benötige keine
> Dauerkurzschlussfestigkeit, es reicht mir die Fehlererkennung.

Das willst du in der Praxis nicht wirklich, schon gar nicht bei der 
Anwendung. Bau ne Strom- und Spannungsreglung und gut. Ist ja nicht der 
Riesenaufwand.

> Ist es sinnvoller, direkt an eine positive Halbwelle die negative zu
> setzen

Nein.

> oder die Halbwellen symmetrisch über die Zeit zu verteilen?

Ja. Das ist eine übliche Ansteuervariante.

> Was wäre günstiger (bspw. für die Kernmagnetisierung) und wenn, warum?

Keine Ahnung. Dem Kern ist es egal.

> Noch zum Tastkopf:
> Reicht da nicht mein 50cm-Teiler für meine Art von Messungen aus?

Naja, vielleicht. Dein rein ohmscher Teiler hat nicht viel Bandbreite, 
vielleicht 1-2kHz, wenn nicht alles schief läuft. Für die Regelung 
reicht es, um häßliche, komische Sachen zu sehen eher nicht.

> Oder empfiehltl es sich nicht, den so ans Oszi zu klemmen?

Kann man schon machen. GGf. mittels 10:1 Tastkopf, damit die parasitäre 
Kapazität im Fußpunkt minimiert wird.

Denk aber bei deinem Trafo nochmal GENAU nach. Welche Spannung soll 
deinen L6203 speisen? 48V? Das ist aber die obere Grenze für einen 
L6203.

von Bernd (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Der OP will 100kV, dort gibt es nur bis 30kV.
Bis 100 kV gibt es z.B. hier:
https://iseg-hv.com/de/products/ac-dc

mkn schrieb:
> Brauchbare HV Tastköpfe baut man sich übrigens lieber selbst.
> Das was bezahlbar ist taugt nur fürs Multimeter und das was fürs Oszi
> taugt will man nicht bezahlen.
Ja, vermutlich. Aber gucken ist erlaubt:
https://www.testec.de/products/product-categories/highvoltage-probes/

von Falk B. (falk)


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Bernd schrieb:
> Falk B. schrieb:
>> Der OP will 100kV, dort gibt es nur bis 30kV.
> Bis 100 kV gibt es z.B. hier:
> https://iseg-hv.com/de/products/ac-dc

Stimmt, die sitzen gar nicht so weit von uns entfernt. Die bauen aber 
keine 100uA Sprühquellen. Und Aldipreise gibt es dort auch nicht.

>> Brauchbare HV Tastköpfe baut man sich übrigens lieber selbst.
>> Das was bezahlbar ist taugt nur fürs Multimeter und das was fürs Oszi
>> taugt will man nicht bezahlen.
> Ja, vermutlich. Aber gucken ist erlaubt:
> https://www.testec.de/products/product-categories/highvoltage-probes/

Oder hier. Ist aber Profimeßtechnik, die kostet ORDENTLICH!

https://www.highvoltageprobes.com/

Der PVM5 kostet 5000$, der VD300 16.000$. Beide haben wir in der Firma.
Brauchen wir auch.

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Falk B. schrieb:
> Aber 10nF Kondensatoren sind deutlich größer als 1 oder 2,2nF, also auch
> mechanisch.

Ja, allerdings sollte das von der Größe her noch handhabbar sein. Und 
Pinabstand ist ja nicht das schlechteste. Miniaturisieren kann ich 
später ja immer noch.

>>> Du brauchst trotzdem eine Stromreglung, denn dein HV-Generator soll/muss
>>> ja kurzschlußfest sein.
>>
>> Könnte ich das nicht durch eine intelligente Spannungserkennung
>> erreichen? Wenn die Spannung extrem einbricht (vielleicht noch mit
>> deutlich erhöhtem Primärstrom) wird ein Kurzer vermutet und
>> abgeschaltet?
>> War vielleicht missverständlich: ich benötige keine
>> Dauerkurzschlussfestigkeit, es reicht mir die Fehlererkennung.
>
> Das willst du in der Praxis nicht wirklich, schon gar nicht bei der
> Anwendung.

Fand ich naheliegend. Das Pulver wird sich anfangs langsam aufladen und 
die Ladung wegtragen. Wenn die Spannung plötzlich stärker einbricht, 
dürfte da etwas nicht stimmen.

> Bau ne Strom- und Spannungsreglung und gut. Ist ja nicht der
> Riesenaufwand.

Praktisch ist mir das noch nicht ganz klar - ich kann doch immer nur auf 
eine Größe regeln.

>> Ist es sinnvoller, direkt an eine positive Halbwelle die negative zu
>> setzen
>
> Nein.
>
>> oder die Halbwellen symmetrisch über die Zeit zu verteilen?
>
> Ja. Das ist eine übliche Ansteuervariante.

Alles klar, habe ich jetzt so umgesetzt. Die Anstauerung des L6203 (mit 
Poti) steht jetzt. Allerdings noch mit Widerstand als Verbraucher ;-)

>> Noch zum Tastkopf:
>> Reicht da nicht mein 50cm-Teiler für meine Art von Messungen aus?
>
> Naja, vielleicht. Dein rein ohmscher Teiler hat nicht viel Bandbreite,
> vielleicht 1-2kHz, wenn nicht alles schief läuft. Für die Regelung
> reicht es, um häßliche, komische Sachen zu sehen eher nicht.
>
>> Oder empfiehltl es sich nicht, den so ans Oszi zu klemmen?
>
> Kann man schon machen. GGf. mittels 10:1 Tastkopf, damit die parasitäre
> Kapazität im Fußpunkt minimiert wird.

Ich versuche es erstmal damit. Und ich bin ja nicht auf extrem saubere 
HV angewiesen. Ich möchte nur Pulver aufladen :-)

> Denk aber bei deinem Trafo nochmal GENAU nach. Welche Spannung soll
> deinen L6203 speisen? 48V? Das ist aber die obere Grenze für einen
> L6203.

Ja, 52V ist die absolute Grenze. 48V ist schon etwas knapp. Ich wollte 
halt sekundärseitig so wenig wie möglich wickeln. Als Quelle nehme ich 
ein Meanwell mit 48V, an dem man bis auf 45V reduzieren könnte. Bei 36V 
gingen maximal 39V.

Letztlich hätte ich ja auch bei der Primärwicklung mit vielleicht 10-20 
Wicklungen noch etwas Spielraum, wenn ich eine Windung wegnehme oder 
hinzufüge. Das wäre dann einfacher, als an der Sekundärwicklung zu 
schrauben und ich könnte die Primärspannung reduzieren.

So dachte ich wenigstens ;-)

: Bearbeitet durch Moderator
von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:
>> Bau ne Strom- und Spannungsreglung und gut. Ist ja nicht der
>> Riesenaufwand.
>
> Praktisch ist mir das noch nicht ganz klar - ich kann doch immer nur auf
> eine Größe regeln.

Dein Labornetzteil kann das auch. Strombegrenzung und Spannungsreglung. 
Es sind 2 parallele Regler, die auf eine gemeinsame Stellgröße 
(Pulsbreite) zugreifen. Dabei gewinnt der Kleinere.

Pulsbreite = Min(U-Regler, I-Regler).

> Ja, 52V ist die absolute Grenze. 48V ist schon etwas knapp. Ich wollte
> halt sekundärseitig so wenig wie möglich wickeln. Als Quelle nehme ich
> ein Meanwell mit 48V, an dem man bis auf 45V reduzieren könnte. Bei 36V
> gingen maximal 39V.

Das klingt OK.

Beitrag #6657656 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Ich habe jetzt Falks Beitrag mal "entschärft" und die Replik von mkn 
darauf gelöscht (die war nun wirklich unterirdisch und komplett ohne 
Bezug zum Thema).

So, und nun kommt Ihr beide wieder runter, holt Luft und dann geht es in 
einem vernünftigen Ton weiter. Man kann auch Differenzen im vernünftigen 
Ton diskutieren.

Der Thread war bisher (hoffentlich auch für die stillen Mitleser) 
richtig interessant und ich habe schon sehr viel gelernt.

Mein Aufbau wird ja dann zeigen, ob der Aufbau per Luft funktioniert 
oder auch nicht.

Und das Schöne: Ihr müsst nichts investieren außer Tipps :-)

Also, macht Euch locker!

----

So, nun weiter:

Ich werde jetzt mit den 36V arbeiten. Damit hat der L6203 genug Luft 
nach oben und von der Anzahl der Windungen her ist das im Rahmen. Der 
CuL (0,2mm und 1mm) ist heute angekommen, laut Datenblatt 8,5kV 
Durchschlagsfestigkeit und zweifach beschichtet - damit sollte man 
beruhigt wickeln können.

Morgen früh wird dann gerechnet :-O

: Bearbeitet durch Moderator
von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Also, wir haben:

Kerndaten (für beide Schenkel zusammen):
1
Typ: Ferroxcube UR57/28/16-3C30
2
Querschnitt: 171mm² = 0,000171m²
3
Masse: 140g

Kernmaterial: 3C30
"A low frequency, high Bsat power material optimized
for use in line output transformers at frequencies up to
0.2 MHz." Hörte sich gut an ;-)
1
Bei 10 kHz:
2
µi = 2100 +/-20%
3
µa = 5000 +/-25%
4
B = 500mT
5
Pv = <= 80kW/m³
6
rho = 2 Ohm*m
7
Tc >= 240°C
8
Dichte = 4,8g/cm³

Falk hatte ja zu 200mT Flussdichte bei 25kHz geraten. Den Wert habe ich 
auch in einigen weiteren Dokumenten gefunden.

Damit ergibt sich für meine Sekundärwicklung aus
https://www.mikrocontroller.net/articles/Transformatoren_und_Spulen:

N2 = 5000V / (4 * 0,000171m²  25000Hz  0,2T) = 1462 Windungen

Bei 4mm breiten Kammern und 292 Wdg. pro Kammer sind das grob 
überschlagen (CuL mit 0,2mm -> 0,25mm Außendurchmesser) 18 Lagen, etwa 
maximal 4,6mm Höhe. Passt also in meinen sekundären Spulenkörper :-O

Für die Primärwicklung N1 folgt daraus:

N1 = 1462 * 36V / 5000V = ~11 Windungen

Aus dem Materialdatenblatt zum 3C30 entnehme ich für 25kHz (bei 100°C, 
hab ich ja eh nicht) und 200mT Magnetisierungsverluste von 10kW pro m³.

Bei 140g/(4,8g/cm³) = 29cm³ sind das dann 10000W*0,000029m³/1m³ = 0,29W 
Kernverluste.

Offenbar ist der Kern komplett überdimensioniert - aber das war ja klar 
und auch gewollt.

Stimmen die Überlegungen soweit?

Was mir auch noch einfiel:
Ich habe ja eine enge Kopplung beim Trafo. Nun pumpe ich per Rechteck 
mit jeder Halbwelle ordentlich Energie in den Kern, die dann auf der 
Sekundärseite abgenommen wird. Habe ich keine Sekundärseite bzw. nimmt 
die Sekundärseite keine Energie ab, ist das Ding eine normale Spule und 
beim Nulldurchgang müsste die gespeicherte Energie als Induktionsspitze 
wie bei einem Sperrwandler auch wieder im Primärkreislauf auftauchen.

Ich sollte also tunlichst vermeiden, die Brücke ohne angeschlossene 
Sekundärseite plus Regelung oder Widerstand zum Verbraten der Energie zu 
betreiben (oder ich benötige Freilaufdioden).

Sehe ich das soweit richtig?

: Bearbeitet durch Moderator
von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:

> Typ: Ferroxcube UR57/28/16-3C30
> Querschnitt: 171mm² = 0,000171m²

Der Inschenör schreibt da lieber 171e-6m^2.

> Bei 10 kHz:
> µi = 2100 +/-20%
> µa = 5000 +/-25%
> B = 500mT
> Pv = <= 80kW/m³

Vorsicht! Da gibt es Diagramme! Die spezifische Verlustleitung hängt 
STARK von der Frequenz, Flußdichte und Temperatur ab! Siehe Datenblatt.

> Damit ergibt sich für meine Sekundärwicklung aus
> https://www.mikrocontroller.net/articles/Transformatoren_und_Spulen:
> N=URMS4⋅A⋅f⋅B\quad N = \frac{U_{RMS}}{4 \cdot A \cdot f \cdot B}
> N2 = 5000V / (4 * 0,000171m²  25000Hz  0,2T) = 1462 Windungen

Naja, man kann es auch über die Sekundärwicklung rechnen, da kommt das 
Gleiche raus. Aber der Magnetisierungsstrom fließ auf der Primärseite, 
also rechnet man das meistens eher dort.

> Bei 4mm breiten Kammern und 292 Wdg. pro Kammer sind das grob
> überschlagen (CuL mit 0,2mm -> 0,25mm Außendurchmesser) 18 Lagen, etwa
> maximal 4,6mm Höhe. Passt also in meinen sekundären Spulenkörper :-O
>
> Für die Primärwicklung N1 folgt daraus:
>
> N1 = 1462 * 36V / 5000V = ~11 Windungen

Ich hatte ein Dutzend geschätzt ;-)

> Aus dem Materialdatenblatt zum 3C30 entnehme ich für 25kHz (bei 100°C,
> hab ich ja eh nicht) und 200mT Magnetisierungsverluste von 10kW pro m³.

Ich lese da eher 80kW/m^3 = 80 uW/mm^3, siehe Anhang.

> Bei 140g/(4,8g/cm³) = 29cm³ sind das dann 10000W*0,000029m³/1m³ = 0,29W
> Kernverluste.

Im Datenblatt stehen 27900mm^3, macht 2,2W pro Kernhälfte.
Die 10kW/m^3 hat man bei 25kHz/100mT.

> Offenbar ist der Kern komplett überdimensioniert

Das ist er, aber wenn man die Magnetisierung ausreizt, wird er auch hier 
warm.

> Was mir auch noch einfiel:
> Ich habe ja eine enge Kopplung beim Trafo.

So eng ist die nicht. Miss nach. Du hast gut 100uH Streuinduktivität.

> Nun pumpe ich per Rechteck
> mit jeder Halbwelle ordentlich Energie in den Kern, die dann auf der
> Sekundärseite abgenommen wird. Habe ich keine Sekundärseite bzw. nimmt
> die Sekundärseite keine Energie ab, ist das Ding eine normale Spule und
> beim Nulldurchgang müsste die gespeicherte Energie als Induktionsspitze
> wie bei einem Sperrwandler auch wieder im Primärkreislauf auftauchen.

Nein. Das ist KEIN Speichertrafo, wenn gleich auch dieser Trafo ein 
wenig Energie speichert. Mach dir keine Sorgen, da paßt schon. Deine 
H-brücke ist immer aktiv, also gibt es immer einen Strompfad. Und selbst 
während der Totzeit, wenn die Halbbrücken schalten (ca. 400ns) wirken 
die Bodydioden der MOSFETs als Freilaufdioden.

> Ich sollte also tunlichst vermeiden, die Brücke ohne angeschlossene
> Sekundärseite plus Regelung oder Widerstand zum Verbraten der Energie zu
> betreiben (oder ich benötige Freilaufdioden).

Diese Befürchtung ist unbegründet. Der Trafo läuft auch im Leerlauf.

> Sehe ich das soweit richtig?

Nein.

von Peter F. (toto)


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Andrew T. schrieb:
> Die Dinge mußt Du vergießen oder ins Ölbad packen.
>
> alles andere macht wegen Corona (nicht der Virus!!) Entladung keinen
> ernsthaften Sinn.

Man kann mit sogenannten Coronaringen arbeiten.
https://de.qaz.wiki/wiki/Corona_ring

Also den Potentialgradienten verringern, vielleicht sogar abgestuft mir 
mehreren Ringen.

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Falk B. schrieb:
> Chris D. schrieb:
>
>> Typ: Ferroxcube UR57/28/16-3C30
>> Querschnitt: 171mm² = 0,000171m²
>
> Der Inschenör schreibt da lieber 171e-6m^2.
>
>> Bei 10 kHz:
>> µi = 2100 +/-20%
>> µa = 5000 +/-25%
>> B = 500mT
>> Pv = <= 80kW/m³
>
> Vorsicht! Da gibt es Diagramme! Die spezifische Verlustleitung hängt
> STARK von der Frequenz, Flußdichte und Temperatur ab! Siehe Datenblatt.

Ja, Ferrit ist schon ein seltsames Zeug und verhält sich auf jeden Fall 
ziemlich nichtlinear. Die Permeabilität hat abhängig von der Flussdichte 
ein Maximum. Zusätzlich sinken die Verluste bis etwa 100°C und steigen 
dann wieder an. Schön geht anders ;-)

>> Damit ergibt sich für meine Sekundärwicklung aus
>> https://www.mikrocontroller.net/articles/Transformatoren_und_Spulen:
>> N=URMS4⋅A⋅f⋅B\quad N = \frac{U_{RMS}}{4 \cdot A \cdot f \cdot B}
>> N2 = 5000V / (4 * 0,000171m²  25000Hz  0,2T) = 1462 Windungen
>
> Naja, man kann es auch über die Sekundärwicklung rechnen, da kommt das
> Gleiche raus. Aber der Magnetisierungsstrom fließ auf der Primärseite,
> also rechnet man das meistens eher dort.

Ja, das hatte ich mir nachher auch überlegt :-D
Aber passt ja soweit.

>> Bei 4mm breiten Kammern und 292 Wdg. pro Kammer sind das grob
>> überschlagen (CuL mit 0,2mm -> 0,25mm Außendurchmesser) 18 Lagen, etwa
>> maximal 4,6mm Höhe. Passt also in meinen sekundären Spulenkörper :-O
>>
>> Für die Primärwicklung N1 folgt daraus:
>>
>> N1 = 1462 * 36V / 5000V = ~11 Windungen
>
> Ich hatte ein Dutzend geschätzt ;-)

Ein Profi zeichnet sich auch dadurch aus, dass er gut schätzen kann :-)

>> Aus dem Materialdatenblatt zum 3C30 entnehme ich für 25kHz (bei 100°C,
>> hab ich ja eh nicht) und 200mT Magnetisierungsverluste von 10kW pro m³.
>
> Ich lese da eher 80kW/m^3 = 80 uW/mm^3, siehe Anhang.

Ja, stimmt, ich war eine Linie zu weit links.

>> Bei 140g/(4,8g/cm³) = 29cm³ sind das dann 10000W*0,000029m³/1m³ = 0,29W
>> Kernverluste.
>
> Im Datenblatt stehen 27900mm^3, macht 2,2W pro Kernhälfte.
> Die 10kW/m^3 hat man bei 25kHz/100mT.

Da war mir im Datenblatt noch aufgefallen, dass das (gesamte) 
Kernvolumen mit 27,9cm³, die Masse (70g, nachgewogen) aber für einen 
Schenkel angegeben ist. Fand ich seltsam. Denn ich komme mit Wiegen und 
der angegebenen Dichte auf 2,2W für den gesamten Kern.

>> Offenbar ist der Kern komplett überdimensioniert
>
> Das ist er, aber wenn man die Magnetisierung ausreizt, wird er auch hier
> warm.

Ja, ob nun 2,2W oder 4,4W, das sollte man auch schon fühlen können. Ist 
aber natürlich irrelevant.

> Nein. Das ist KEIN Speichertrafo, wenn gleich auch dieser Trafo ein
> wenig Energie speichert. Mach dir keine Sorgen, da paßt schon. Deine
> H-brücke ist immer aktiv, also gibt es immer einen Strompfad. Und selbst
> während der Totzeit, wenn die Halbbrücken schalten (ca. 400ns) wirken
> die Bodydioden der MOSFETs als Freilaufdioden.

Ok, so hatte ich es auch gelesen. Allerdings habe ich gestern beim 
ersten Test (nur 10 Windungen primär) mit nur 15V (so dass die FETs 
gerade sauber durchschalten) und 100% Ansteuerung ziemliche Peaks beim 
Umschalten - bis über 40V. Dabei zog er etwa 200mA. Und da dachte ich 
daran, dass das kein idealer Trafo ist und irgendwo etwas gespeichert 
werden muss. Die Schenkel hab ich mit Tesa fest verbunden. Da dürfte 
also kein Luftspalt sein. Bleibt ja nur das Bindemittel, oder?

Aber ich hab eh noch zu viel Jitter durch den AVR drin, das gefällt mir 
alles noch nicht.

Edit:
Ich sehe gerade, dass in Fig.7 ja die Kurve für 25kHz und 200mT 
angegeben ist. Bei Zimmertemperatur wären das dann 200kW/m³, also dann 
5,5W für den Kern.

: Bearbeitet durch Moderator
von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:
> Aber ich hab eh noch zu viel Jitter durch den AVR drin, das gefällt mir
> alles noch nicht.

Mit passender PWM ist das jitterfrei.

von Falk B. (falk)


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Falk B. schrieb:
>> Aus dem Materialdatenblatt zum 3C30 entnehme ich für 25kHz (bei 100°C,
>> hab ich ja eh nicht) und 200mT Magnetisierungsverluste von 10kW pro m³.
>
> Ich lese da eher 80kW/m^3 = 80 uW/mm^3, siehe Anhang.
>
>> Bei 140g/(4,8g/cm³) = 29cm³ sind das dann 10000W*0,000029m³/1m³ = 0,29W
>> Kernverluste.
>
> Im Datenblatt stehen 27900mm^3, macht 2,2W pro Kernhälfte.
> Die 10kW/m^3 hat man bei 25kHz/100mT.

Naja, wenn man die Frequenz auf 100kHz erhöht, vermindert sich die 
Flußdichte um Faktor 4 auf 50mT bei konstanter Windungszahl. Damit kommt 
man auf ca. 15uW/mm^3, also ~Faktor 5 weniger. Allerdings ist man dann 
durch den L6203 wieder in der Auflösung der Pulsbreite begrenzt, denn 
der schaltet nicht unendlich schnell. Hmmm.

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Falk B. schrieb:
> Chris D. schrieb:
>> Aber ich hab eh noch zu viel Jitter durch den AVR drin, das gefällt mir
>> alles noch nicht.
>
> Mit passender PWM ist das jitterfrei.

Ja. Ich hatte bei der PWM-Konfiguration vom AVR einen Modus übersehen. 
Jetzt ist alles auf einen Timer ausgelagert und es läuft sauber. 
ADC-Wandlung und Watchdog laufen, ebenso die Ansteuerung/Fehlerabfrage 
über SPI durch einen Raspi (allerdings hab ich da doch lieber 
Optokoppler zwischengeschaltet :-)

Ich überlege, auch noch den Primärstrom durch die Brücke zu messen. 
Damit könnte man zusammen mit der Ausgangsspannung und Ausgangsstrom 
noch einige Fehler mehr erkennen (Windungsschlüsse etc.).
Sinnvoll?

> Naja, wenn man die Frequenz auf 100kHz erhöht, vermindert sich die
> Flußdichte um Faktor 4 auf 50mT bei konstanter Windungszahl. Damit kommt
> man auf ca. 15uW/mm^3, also ~Faktor 5 weniger. Allerdings ist man dann
> durch den L6203 wieder in der Auflösung der Pulsbreite begrenzt, denn
> der schaltet nicht unendlich schnell. Hmmm.

Alles richtig, aber erstmal sollte es laufen, dann wird verbessert. Ich 
bleibe erstmal schön bei meinen 25kHz :-}

So, Trafo ist (bis auf die Anschlüsse) fertig. Mit der provisorischen 
Wickelmaschine ging das besser als gedacht. Die Papprolle mit dem CuL 
saß etwas fester auf dem Dorn, so dass es immer einen leichten Zug auf 
den Draht gab. Dank der Zählfunktion meiner ELS musste ich auch nicht 
mitzählen.

Und wieviel Grad 292 Vollkreise sind, weiss man jetzt auch ;-)

Als zusätzliche Isolation hab ich den Schenkel am heißen Ende nochmal 
mit Kapton umklebt. Damit und den mehr als 20mm Kriechweg sollte es bei 
5000V keine Probleme geben.

Morgen werde ich ihn anschließen, dann allerdings erstmal nur mit einer 
Primärwindung. 500V kann man noch mit schnell gebasteltem 
Spannungsteiler messen. Ich bin sehr gespannt.

: Bearbeitet durch Moderator
von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:
> Morgen werde ich ihn anschließen, dann allerdings erstmal nur mit einer
> Primärwindung.

Nö. Denn damit jagst du deinen Kern ratz fatz in die Sättigung, das 
macht viel Primärstrom und sinnlose Verlustwärme, vor allem in deinem 
Treiber.

Wenn du schon sachte starten willt, musst du die Versorgungsspannung vom 
Leistungsteiber senken und die PWM auf ein Minimum einstellen, sagen wir 
5%, das sind 2us bei 25kHz, das macht der L6203 noch mit.

> 500V kann man noch mit schnell gebasteltem
> Spannungsteiler messen. Ich bin sehr gespannt.

Und du bist SICHER, daß der richtig mißt?

von Falk B. (falk)


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Auf allen Bildern der Sekundärspule vermisse ich die Querschlitze in den 
Zwischenwänden der kammern. Die braucht man, wenn man es richtig wickeln 
will. Denn nur dort kann der Draht von einer Kammer vom Oben auf der 
Wicklung nach unten in die nächste Kammer tauchen, ohne ohne an den 
Windungen der nächsten Kammer anzuliegen, was die Isolationsfestigkeit 
des Wickels reduzieren würde und die ganze Geschichte der Kammern 
sinnlos machen würde.

Hier sieht man das ansatzweise. Aber anscheinend sind die nicht tief 
genug. Die müssen bis zum Kern runter gehen.

Beitrag "HV Trafo Verhalten"

https://www.mikrocontroller.net/attachment/388745/D22D0639-4F98-4B77-97DF-95812D960FAC.jpeg

Im Idealfall werden die Schlitze sehr schräg geschnitten, und natürlich 
in Richtung des Wicklungssinns!

Hier sieht man es besser.

https://forum.mosfetkiller.de/viewtopic.php?t=63287

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Falk B. schrieb:
> Chris D. schrieb:
>> Morgen werde ich ihn anschließen, dann allerdings erstmal nur mit einer
>> Primärwindung.
>
> Nö. Denn damit jagst du deinen Kern ratz fatz in die Sättigung, das
> macht viel Primärstrom und sinnlose Verlustwärme, vor allem in deinem
> Treiber.

Ja, ich habe auch Unsinn geschrieben :-/
Natürlich muss ich primär mehr aufwickeln, wenn ich hinten weniger 
Spannung raushaben möchte. Bei einer Windung wäre ich bei über 50kV :-O
Ich werde also 55 Windungen aufbringen, das wären dann 1000V sekundär 
bei 36V.

> Wenn du schon sachte starten willt, musst du die Versorgungsspannung vom
> Leistungsteiber senken und die PWM auf ein Minimum einstellen, sagen wir
> 5%, das sind 2us bei 25kHz, das macht der L6203 noch mit.

Genau, das war auch mein Plan. Niedriger als 12V geht leider nicht, weil 
dann die Durchsteuerung der DMOSfets des L6203 nicht mehr sauber 
funktioniert.

>> 500V kann man noch mit schnell gebasteltem
>> Spannungsteiler messen. Ich bin sehr gespannt.
>
> Und du bist SICHER, daß der richtig mißt?

Meinst Du, dass das ein Problem wird? 500V kann ich mir noch gut an 
einem Spannungsteiler mit 4+1 Widerständen vorstellen, auch bei 25kHz.

Die Eingänge am Hameg vertragen mit 10x maximal 400V. Ich möchte die 
ungern direkt auf den Ausgang legen.

Andere Möglichkeit: 10 UF4007 hintereinander und dann mit 
Ladekondensator arbeiten. Damit hätte ich dann die Scheitelspannung, die 
sich auch gut per Tischmultimeter (bis 1000V) messen lässt.

Falk B. schrieb:
> Auf allen Bildern der Sekundärspule vermisse ich die Querschlitze in den
> Zwischenwänden der kammern. Die braucht man, wenn man es richtig wickeln
> will. Denn nur dort kann der Draht von einer Kammer vom Oben auf der
> Wicklung nach unten in die nächste Kammer tauchen, ohne ohne an den
> Windungen der nächsten Kammer anzuliegen

Ja, so habe ich es auch gemacht - ist auf den Bildern nur nicht zu sehen 
bzw. war auf denen davor noch nicht eingefräst :-)

>, was die Isolationsfestigkeit
> des Wickels reduzieren würde und die ganze Geschichte der Kammern
> sinnlos machen würde.

Naja, nicht ganz sinnlos, weil die Kammern ja trotzdem noch dafür 
sorgen, dass die Spannung bei sich berührenden Drähten selbst im 
schlimmsten Fall nicht mehr als 2000V beträgt. Aber natürlich ist es mit 
den Schlitzen nochmal deutlich besser. Aber die Drähte sind mit 3kV 
Durchschlagspannung spezifiziert. Also hoffen wir mal :-o

: Bearbeitet durch Moderator
von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:

> Ich werde also 55 Windungen aufbringen, das wären dann 1000V sekundär
> bei 36V.

Das sieht schon eher nach einem Plan aus ;-)

>>> 500V kann man noch mit schnell gebasteltem
>>> Spannungsteiler messen. Ich bin sehr gespannt.
>>
>> Und du bist SICHER, daß der richtig mißt?
>
> Meinst Du, dass das ein Problem wird? 500V kann ich mir noch gut an
> einem Spannungsteiler mit 4+1 Widerständen vorstellen, auch bei 25kHz.

Ich nicht ;-)
Für alles über ein paar Dutzend Hz (HERTZ) würde ich keinen rein 
ohmschen Teiler mehr nehmen, sondern IMMER einen ohmsch-kapazitiv 
kompensierten. Sonst mißt man Fahrkarten ohne Ende.

Oben in der Diskussion gibt es ein paar Links dazu. Es muss ja nicht 
gleich die S-Klasse der HV-Tastköpfe sein.

https://de.farnell.com/w/c/messtechnik/messleitungen-tastkopfe/spannungstastkopfe-frequenztastkopfe-fur-oszilloskope/prl/ergebnisse?eingangsspannung-max-=5kv|7kv|7.5kv|8kv|10kv|15kv|18kv|20kv|30kv|39kv&min_max=f1002492&sort=P_PRICE

Besorg dir einen um die 200-400 Euro mit 10kV oder mehr, die haben auch 
ausreichend Bandbreite. Damit kann man MESSEN und muss nicht GLAUBEN!

Der erscheint verdammt günstig!

https://de.farnell.com/testec/15010/hochspannungstastkopf-40mhz-oszilloskop/dp/3373859

Wir haben den hier im Einsatz, der hat ein ziemlich gutes 
Preis/Leistungsverhältnis.

https://de.farnell.com/elditest/ge3830/hochspannungstastkopf-1-1000-3mhz/dp/2474801?ost=ge3830

Vielleicht gibt es den noch woanders oder einen Nachfolger.

Man kann auch erstmal ohne Messung der Sekundärspannung anfangen, die 
wird schon halbwegs so aussehen wie die Primärspannung. Die 
Ausgangsspannung der Kaskade mißt du ja mit deinem ohmschen Teiler, das 
ist kein Problem.

> Die Eingänge am Hameg vertragen mit 10x maximal 400V. Ich möchte die
> ungern direkt auf den Ausgang legen.

Davon war ja auch nie die Rede!

> Andere Möglichkeit: 10 UF4007 hintereinander und dann mit
> Ladekondensator arbeiten. Damit hätte ich dann die Scheitelspannung, die
> sich auch gut per Tischmultimeter (bis 1000V) messen lässt.

OMG! Lebst du im tiefsten Rußland und bist eingeschneit?

> Naja, nicht ganz sinnlos, weil die Kammern ja trotzdem noch dafür
> sorgen, dass die Spannung bei sich berührenden Drähten selbst im
> schlimmsten Fall nicht mehr als 2000V beträgt.

Nö. Der Draht, der von der einen Kammer in die nächste springt liegt 
direkt an ALLEN anderen Windungen an, damit liegt die volle Spannung 
dieser Kammer zwischen der Anfangs- und Endwindung. Das ist sinnlos.

> Aber natürlich ist es mit
> den Schlitzen nochmal deutlich besser.

Erst damit wird es sinnvoll! Ein HV-Spulenkörper mit Kammern ohne die 
Schlitze ist wie ein Auto ohne Kupplung!

von Henrik V. (henrik_v)


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Na Chris,
Ist zwar schon schlimmer als Bohrer verleihen, aber das Leih-Angebot mit 
der P6015A Probe steht noch.  :D

Und 'nen Wickelarbeitsplatz wär hier auch noch zum Abholen... siehe 
Markt.

: Bearbeitet durch User
von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Falk B. schrieb:
> Das sieht schon eher nach einem Plan aus ;-)

Danke ;-)

> Ich nicht ;-)
> Für alles über ein paar Dutzend Hz (HERTZ) würde ich keinen rein
> ohmschen Teiler mehr nehmen, sondern IMMER einen ohmsch-kapazitiv
> kompensierten. Sonst mißt man Fahrkarten ohne Ende.

Eine Idee kam mir noch: ich könnte den Teiler an meinen 
Frequenzgenerator hängen und schauen, ob und wie stark die Verzerrungen 
sind.

> Besorg dir einen um die 200-400 Euro mit 10kV oder mehr, die haben auch
> ausreichend Bandbreite. Damit kann man MESSEN und muss nicht GLAUBEN!
>
> Der erscheint verdammt günstig!

Sicherlich. Allerdings ist es die Frage, ob ich mir für eventuell nur 
ein einziges Gerät so etwas zulegen muss. Ich hab kein Problem, viel für 
Messtechnik auszugeben, aber nur für ein paar Messungen? :-/

> Man kann auch erstmal ohne Messung der Sekundärspannung anfangen, die
> wird schon halbwegs so aussehen wie die Primärspannung. Die
> Ausgangsspannung der Kaskade mißt du ja mit deinem ohmschen Teiler, das
> ist kein Problem.

Das wäre natürlich auch eine Option. Aber ich würde natürlich gerne 
schon vorher messen.

>> Andere Möglichkeit: 10 UF4007 hintereinander und dann mit
>> Ladekondensator arbeiten. Damit hätte ich dann die Scheitelspannung, die
>> sich auch gut per Tischmultimeter (bis 1000V) messen lässt.
>
> OMG! Lebst du im tiefsten Rußland und bist eingeschneit?

Die hätte ich aber da und könnte so zumindest sofort bestimmen, ob die 
Wicklungsverhältnisse auch passen. Und da hätte ich eben wenig Probleme 
mit Frequenzkompensation.

>> Naja, nicht ganz sinnlos, weil die Kammern ja trotzdem noch dafür
>> sorgen, dass die Spannung bei sich berührenden Drähten selbst im
>> schlimmsten Fall nicht mehr als 2000V beträgt.
>
> Nö. Der Draht, der von der einen Kammer in die nächste springt liegt
> direkt an ALLEN anderen Windungen an, damit liegt die volle Spannung
> dieser Kammer zwischen der Anfangs- und Endwindung. Das ist sinnlos.

Das sind dann aber in meinem Fall eben nur 2kV anstatt 5kV, wenn ich 
alles einfach auf eine Kammer gespult hätte.

Ist aber auch egal, ich hab's ja so gemacht wie man es machen soll :-)

> Erst damit wird es sinnvoll! Ein HV-Spulenkörper mit Kammern ohne die
> Schlitze ist wie ein Auto ohne Kupplung!

Du musst auf E-Autos umsteigen ;-)

Henrik V. schrieb:
> Na Chris,
> Ist zwar schon schlimmer als Bohrer verleihen, aber das Leih-Angebot mit
> der P6015A Probe steht noch.  :D

Ja, ich glaube, ich werde Dein Angebot annehmen.
Pack sie einfach dazu. Dann ist Falk auch zufrieden ;-)

Das ist echt nett von Dir - so ein Teil kostet ja doch einiges.

Gab es die Köpfe nicht auch mit Ölfüllung?

> Und 'nen Wickelarbeitsplatz wär hier auch noch zum Abholen... siehe
> Markt.

Ja, hatte ich schon gesehen - wollte Dich aus Spaß mal drauf ansprechen 
:-}

Aber den stell ich mir nicht auch noch hin. Wenn das in Serie gehen 
sollte, dann lasse ich wickeln ;-)

Edit: mal sehen, ob ich heute Abend dazu komme - eben kam noch eine 
Lieferung, die verarbeitet werden muss. Aber dank Steuerungsrechner B 
lese ich mit (siehe Bild ;-)

: Bearbeitet durch Moderator
von Henrik V. (henrik_v)


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Chris D. schrieb:
> Gab es die Köpfe nicht auch mit Ölfüllung?

Nein, nicht mit Öl, das war
https://en.wikipedia.org/wiki/1,2-Dichlorotetrafluoroethane

war aber für die alten Probes P6015, Was ich Dir leihe(!) ;) ist der 
Nachfolger P6015A, die keine Füllung braucht. Meine Version hat längeres 
Kabel, daher ist die Bandbreite geringer (20MHz?)

Gruß Henrik

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Henrik V. schrieb:
> Nein, nicht mit Öl, das war
> https://en.wikipedia.org/wiki/1,2-Dichlorotetrafluoroethane
>
> war aber für die alten Probes P6015

Ah, das macht es einfacher :-)

> Was ich Dir leihe(!)

Schon klar :-D

> Nachfolger P6015A, die keine Füllung braucht. Meine Version hat längeres
> Kabel, daher ist die Bandbreite geringer (20MHz?)

Das sollte für mich reichen ;-)

Ich habe mich etwas durch die Angebote von HV-Tastköpfen gewühlt. Bei 
den meisten (so wie bei Deinem auch) ist die Dauerspannungsfestigkeit 
deutlich niedriger als die kurzfristige. Liegt das nur an der Erwärmung 
oder gibt es dafür noch andere Ursachen wie irreversiblen 
Materialveränderungen/Ionenwanderungen wg. extremer Hochspannung?

---

So, heute habe ich das erste Mal die komplette Schaltung getestet.

Die Primärwicklung hatte 70 Wdg., Brückenspannung war 12V, Frequenz 
25kHz.
Das Tastverhältnis kann ich im Moment von 0-100% in 80 Schritten 
einstellen. Eine Tastverh./Spannungskurve habe ich jetzt nicht 
aufgenommen, aber das ist schon recht nichtlinear: bei kleinen 
Einschaltzeiten steigt die Spannung pro Schritt stärker an.

Das Bild zeigt die Ausgangsspannung bei 25% Einschaltzeit sowie die 
Schaltspannungen an der Brücke. Mich würde interessieren, woher der 
Spannungsverlauf resultiert, insbesondere auch der Einbruch kurz vor dem 
jeweiligen Maximum. Dieser Einbruch verschwindet umso mehr, je größer 
das Tastverhältnis wird, bis die Spannung zu einer Dreieckschwingung 
wird. Ganz auf 100% hatte ich die Spannung noch nicht, da sie dann über 
400V gestiegen wäre. Mehr geben die Tastköpfe nicht her und der 
5kV-Spannungsteiler wird erst morgen gebaut :-)

Laststrom bei offenen Ausgängen lag nach einer Spitze beim Start bei 
7mA, also alles gut.

: Bearbeitet durch Moderator
von Henrik V. (henrik_v)


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Chris, die Probe etc ist gerade abgeholt worden.

Zur Messung ... wenn kein Puls anliegt schwingt der Trafo ja frei..  ist 
der Belastet? Könnten Eigenresonazen der Grund sein?

von Falk B. (falk)


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Henrik V. schrieb:
> Zur Messung ... wenn kein Puls anliegt schwingt der Trafo ja frei..  ist
> der Belastet? Könnten Eigenresonazen der Grund sein?

Das sind Resonanzen, denn die Sekundärwicklung hat einiges an 
Eigenkapazität, welche mit Ü^2(!) auf die Primärseite transformiert 
wird. Das ist ein Schwingkreis hoher Güte mit sehr wenig Dämpfung.

von Falk B. (falk)


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Das mit der Schwingkreisgüte kann man mal messen, indem man Einzelpulse 
drauf gibt.

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Henrik V. schrieb:
> Chris, die Probe etc ist gerade abgeholt worden.

Ja, wurde mir bereits mitgeteilt ;-)
Vielen Dank schon mal soweit, Henrik!

> Zur Messung ... wenn kein Puls anliegt schwingt der Trafo ja frei..  ist
> der Belastet? Könnten Eigenresonazen der Grund sein?

Ja, ich gehe davon aus.

Falk B. schrieb:
> Das sind Resonanzen, denn die Sekundärwicklung hat einiges an
> Eigenkapazität, welche mit Ü^2(!) auf die Primärseite transformiert
> wird. Das ist ein Schwingkreis hoher Güte mit sehr wenig Dämpfung.

Ich gehe auch davon aus. Lege ich meinen Finger auf den Kern, dann 
bricht die "Extraschwingung" auch direkt zusammen und das Ganze wird zu 
einer relativ normalen Schwingung (immer noch nicht "schön", aber nur 
ein Maximum pro Halbwelle).

Falk B. schrieb:
> Das mit der Schwingkreisgüte kann man mal messen, indem man Einzelpulse
> drauf gibt.

Ja, das werde ich morgen mal testen.

Könnte man nicht auch die Frequenz langsam erhöhen? Wenn die 
Periodendauer der vermuteten Eigenresonanz gleich bleibt, sollte man das 
ja auf dem Oszillogramm sehen können, oder?

Wie wird das Problem gelöst? Gar nicht, weil die Kaskade für die nötige 
Last sorgen wird?

: Bearbeitet durch Moderator
von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:
> Wie wird das Problem gelöst? Gar nicht, weil die Kaskade für die nötige
> Last sorgen wird?

Genau so. Man kann und muss damit leben.

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Falk B. schrieb:
> Chris D. schrieb:
>> Wie wird das Problem gelöst? Gar nicht, weil die Kaskade für die nötige
>> Last sorgen wird?
>
> Genau so. Man kann und muss damit leben.

Ok, dann beachte ich das erstmal nicht weiter :-)

Mittlerweile sind auch die Kondensatoren (10nF/3kV) und Dioden (2CL2FM) 
eingetroffen und ich wollte bis zum Eintreffen der restlichen Dinge 
(Widerstände und HV-Kabel) schon das Layout für die 10kV-Elemente des 
10-fach-Kaskadenstacks fertigstellen.

Einen ersten Versuch kann man auf dem Foto sehen.

Vorstellen muss man sich es so, dass zehn dieser 100x100mm-Platinen mit 
jeweils vier 25mm(?) langen Kunststoffbolzen M6 verschraubt werden. Die 
Platinen sollen in 1,6mm/FR4 einseitig und ohne Lötstopplack, 
Bestückungsdruck und Padbohrungen gefertigt werden. Von den großen 
8mm-Pads "Ausgang" und "Ausgang HV" gehen zwei aufgelötete 
20kV-Silikonkabel ab, die an der darüberliegenden Platine durch die 
beiden kleinen Bohrungen links gesteckt und von oben auf die 
Eingangspads der nächsten Stufe gelötet werden usw.

Zwischen jeweils vier Cs, die zusammen einen 2,5nF/12kV-Kondensator 
bilden, habe ich entsprechende Schlitze (4mm breit) zur 3kV-Isolation 
vorgesehen.

Die Kondensatoren sind nicht so hoch, wie ich dachte. Bei 7,5mm 
Rastermaß sollten die Abstände passen.

Die Diodenkörper sind 12mm lang und 3mm im Durchmesser. Die Frage ist, 
ob dieser Abstand ausreichend ist, um Überschläge zu verhindern, oder ob 
ich die einschrumpfen/tauchgummieren sollte. Die 2CL2FM ist aber nur bis 
20kV ausgelegt, eventuell werde ich sowieso zwei pro Strang nehmen. 
Unterhalb der Dioden habe ich weitere Schlitze eingesetzt, um 
Kriechströme zu verhindern.

Geroutet habe ich noch nichts, weil es sicherlich noch Änderungen geben 
wird.

Gelötet wird natürlich mit schönen Zinnhalbkugeln ;-)

Ist das so in Ordnung oder gibt es (vermutlich) Verbesserungspotential?

: Bearbeitet durch Moderator
von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:

> Vorstellen muss man sich es so, dass zehn dieser 100x100mm-Platinen mit
> jeweils vier 25mm(?) langen Kunststoffbolzen M6 verschraubt werden. Die
> Platinen sollen in 1,6mm/FR4 einseitig und ohne Lötstopplack,
> Bestückungsdruck und Padbohrungen gefertigt werden. Von den großen
> 8mm-Pads "Ausgang" und "Ausgang HV" gehen zwei aufgelötete
> 20kV-Silikonkabel ab, die an der darüberliegenden Platine durch die
> beiden kleinen Bohrungen links gesteckt und von oben auf die
> Eingangspads der nächsten Stufe gelötet werden usw.

Kann man machen. Man kann aber auch die beiden rechten Bohrungen mit 
Kreisringen ausführen und mittels Metallbolzen die Spannung zur nächsten 
Stufe führen. Die Stufen müssen dann wechselseitig verdreht montiert 
werden, nicht in gleicher Ausrichtung übereinander. Macht die Sache 
kompakter und einfacher. Kleiner Nachteil ist, die Kunststoffbolzen dann 
die doppelte Stufenspannung isolieren. Hier braucht man theoretisch 
2x10kV*4mm/kV=80mm Kriechweg . . . Im Labor bei guten Bedingungen (keine 
kondensierende Luftfeuchte, saubere Oberflächen) kommt man mit der 
Hälfte aus. Aber 10x40mm sind auch nur 400mm, für eine 100kV Kaskade 
nicht zu klein.

> Zwischen jeweils vier Cs, die zusammen einen 2,5nF/12kV-Kondensator
> bilden, habe ich entsprechende Schlitze (4mm breit) zur 3kV-Isolation
> vorgesehen.

Das ist OK.

> Die Diodenkörper sind 12mm lang und 3mm im Durchmesser. Die Frage ist,
> ob dieser Abstand ausreichend ist, um Überschläge zu verhindern, oder ob
> ich die einschrumpfen/tauchgummieren sollte.

Naja, für 10kV ist das SEHR sportlich. Ich hätte die Dioden nicht 
genommen, sondern besser welche mit halber Sperrspannung, dafür 2 in 
Reihe. Das geht ohne weitere Symmetrierung, wenn es echte 
Avalanchedioden sind. Das Datenblatt sag nix dazu. Das Überschrumpfen 
der Dioden ist an sich OK, denn es verlängert den Kriechweg zwischen den 
Elektroden. Die innere Kriechstrecke auf der Gehäuseseite wird dadurch 
vor Verschmutzung geschützt. Ich sag mal 20-30mm Länge Schrumpfschlauch 
reichen.

> Die 2CL2FM ist aber nur bis
> 20kV ausgelegt,

Welche sie nur unter Öl oder Feststoffverguß sicher erreicht.

 eventuell werde ich sowieso zwei pro Strang nehmen.
> Unterhalb der Dioden habe ich weitere Schlitze eingesetzt, um
> Kriechströme zu verhindern.

Brauchst du nicht, die Pads sind weit genug auseinander. Die Dioden 
müssen ja nicht aufliegen sondern werden schwebend eingelötet, so wie 
die Kondensatoren.

> Geroutet habe ich noch nichts, weil es sicherlich noch Änderungen geben
> wird.

Deine Platine ist riesengroß! Wenn gleich man hier nicht krampfhaft 
miniaturisieren soll und muss, kann man das noch um einiges verkleinern, 
so in Richtung 70x70 oder gar 50x50. Die Kondensatoren kann man 
verschachteln, sprich, nicht einfach linear anordnen sondern 
wechselseitig versetzt, sodaß die Anschlüsse nebeneinander liegen.

> Ist das so in Ordnung oder gibt es (vermutlich) Verbesserungspotential?

Mach die Platine kleiner, dann kannst du auch die langen Fräßschlitze in 
der Mitte weglassen. Je 2 Dioden in Reihe, überschrumpfen und schwebend 
einlöten. Deine Anschlüsse würde ich mit Eingang AC bzw. DC sowie 
Ausgang AC und DC bezeichnen.

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Super, ich danke für die Tipps :-)

Ja, 100x100 ist sehr groß, aber die Fertigung kostet kaum mehr. Daher 
dachte ich, dass ordentlich Weg/Luft nicht schadet. Und Platzprobleme 
habe ich im Moment keine. Aber ich werde das trotzdem mal auf 70x70 
umstricken.

Ich werde je zwei Dioden in Reihe verwenden (laut meinem Datenblatt sind 
es Avalanche-Dioden), dann bin ich auf der sicheren Seite. Dazu werden 
die dann eingeschrumpft.

Irgendwo hier im Thread tauchte der Einwand auf, dass schwarzer 
Schrumpfschlauch ja ordentlich Ruß enthält, und das Zeug daher durchaus 
eher Leiter werden kann als ungefärbter. Gibt es damit damit 
Erfahrungen? Ansonsten besorge ich noch klaren.

Abstandsbolzen werden dann 40mm werden. M6 habe ich gar nicht gefunden, 
nur M4 in Nylon. Aber die reichen ja auch locker. Eventuell werfe ich 
auch meinen Automaten an und dreh mir die Dinger selbst aus POM. Also 
dann: knapp unter 40cm Länge der reinen 10-fach-Kaskade.

Die Kabel sind natürlich nicht so schön wie direkte Verbindungsbolzen, 
aber isolationstechnisch sicher eine gute Wahl und natürlich bzgl. des 
Platinenabstands flexibel.

Eine andere Möglichkeit wäre der Bau eines robusten PVC-Gehäuses 
(8mm-Wände) mit 4mm-Schlitzen in den seitlichen Platten in 40mm-Abstand, 
in die man dann die Platinen einfach einsteckt (so wie Objektträger 
hier: 
https://www.medicalexpo.de/prod/bio-optica-milano/product-98281-944476.html) 
und dann den Deckel aufschraubt. Damit hätte man nochmal mehr 
Kriechstrecke - die HV müsste dann "außen rum", der Platz für die Bolzen 
fiele weg. Und ein Gehäuse benötige ich ja sowieso. Ist aber natürlich 
nicht so flexibel, wenn ich vielleicht später noch 1-2 Stufen mehr haben 
möchte...

Schauen wir mal, jetzt werden erstmal die Vorschläge ins Layout 
eingearbeitet.

von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:

> Irgendwo hier im Thread tauchte der Einwand auf, dass schwarzer
> Schrumpfschlauch ja ordentlich Ruß enthält, und das Zeug daher durchaus
> eher Leiter werden kann als ungefärbter.

Das kann man so allgemein nicht sagen. Wir verwenden hier auch mehrere 
Sorten schwarzen Schrumpfschlauch, auch für Hochspannungskabel und 
Aufbauten und der ist gut isolierend.

> Abstandsbolzen werden dann 40mm werden. M6 habe ich gar nicht gefunden,
> nur M4 in Nylon. Aber die reichen ja auch locker.

Richtig, M6 ist schon ein Längsträger für ein Hochhaus.

> nicht so flexibel, wenn ich vielleicht später noch 1-2 Stufen mehr haben
> möchte...

Eben.

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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So, hier ist die erste verkleinerte 70x70mm-Version.

Ich habe mir nochmal die Bilder der prof. Kaskaden angesehen. Dort 
laufen die Bauteile fast immer alle auf einer gemeinsame Insel (Pad) 
zusammen, das ganze Konstrukt kommst also praktisch ganz ohne 
Leiterbahnen aus.

Ist es hier HV-mäßig nicht auch sinnvoller, bei "Eingang Erde" alle drei 
Anschlüsse auf einem runden Pad zusammenzufassen, als drei Halbkugeln 
mit einem Stück Leiterbahn zu haben?

So könnte man auch je zwei Pads der Cs zusammenfassen und diese dann 
wieder hintereinander (und nochmal kompakter) aufreihen.

Zusätzlich würden die Abstände zwischen den Pads nochmal anwachsen.

Das HV-Kabel ist heute auch angekommen: 20kV Spannungsfestigkeit - 
Silikon mit 3mm Durchmesser und AWG28-Litze. Das Zeug ist extrem 
flexibel, kommt mir wohl beim "Durchfädeln" und umgedrehten Anlöten 
entgegen :-)

von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:
> So, hier ist die erste verkleinerte 70x70mm-Version.
>
> Ich habe mir nochmal die Bilder der prof. Kaskaden angesehen. Dort
> laufen die Bauteile fast immer alle auf einer gemeinsame Insel (Pad)
> zusammen, das ganze Konstrukt kommst also praktisch ganz ohne
> Leiterbahnen aus.

Ja. Diese Insel sollte man möglichst groß und rund ohne Spitzen machen.

> Ist es hier HV-mäßig nicht auch sinnvoller, bei "Eingang Erde" alle drei
> Anschlüsse auf einem runden Pad zusammenzufassen,

Nein.

> als drei Halbkugeln
> mit einem Stück Leiterbahn zu haben?

Nimm ein Polygon und umschließe die Pads, sinnvollerweise mit 
Wärmefallen zum leichteren Löten.

> So könnte man auch je zwei Pads der Cs zusammenfassen und diese dann
> wieder hintereinander (und nochmal kompakter) aufreihen.

Nein, so ist es schon gut. Du kannst sie aber als ein langes Pad mittel 
Polygon zeichnen.

> Das HV-Kabel ist heute auch angekommen: 20kV Spannungsfestigkeit -
> Silikon mit 3mm Durchmesser und AWG28-Litze. Das Zeug ist extrem
> flexibel, kommt mir wohl beim "Durchfädeln" und umgedrehten Anlöten
> entgegen :-)

Was sagt das über die Aussage meines "Kritikers", alle HV-Kabel wären 
super steif?

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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So, hier ist der dritte Entwurf.

Wärmefallen habe ich weggelassen - so groß sind die Flächen nicht, sie 
sind nur einseitig und die Anschlussdrähte dünn. Das kriege ich hier 
problemlos gelötet.

Kann das so in die Produktion? :-O

Falk B. schrieb:
> Ja. Diese Insel sollte man möglichst groß und rund ohne Spitzen machen.

Rund ist mir klar - aber warum besonders groß? Ist dann die Feldstärke 
am Rand nochmal geringer?

> Nein, so ist es schon gut. Du kannst sie aber als ein langes Pad mittel
> Polygon zeichnen.

Ok, hab ich gemacht.

Eine horizontale mittige Fräsung, um die Kriechstrecken zu verlängern, 
ist unnötig? Ich habe jetzt im Minimum 27mm zwischen den Eingängen und 
27mm zwischen den Ausgängen. Reicht das wirklich?

> Was sagt das über die Aussage meines "Kritikers", alle HV-Kabel wären
> super steif?

Das 20kV-Kabel hier ist jedenfalls wie Spaghetti al dente :-)

Da fällt mir ein: wie gehe ich aus der Kaskade am besten raus? So ein 
150kV-Kabel hat jedenfalls schon 10mm Durchmesser und ist nicht mehr 
ganz so flexibel. Wie kontaktiert man da auf dem letzten Kaskadenelement 
und bekommt vor allem das Kabel HV-günstig aus dem umgebenden Gehäuse 
rausgeführt?

: Bearbeitet durch Moderator
von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:
> So, hier ist der dritte Entwurf.
>
> Wärmefallen habe ich weggelassen - so groß sind die Flächen nicht, sie
> sind nur einseitig und die Anschlussdrähte dünn. Das kriege ich hier
> problemlos gelötet.
>
> Kann das so in die Produktion? :-O

Sieht gut aus.

> Falk B. schrieb:
>> Ja. Diese Insel sollte man möglichst groß und rund ohne Spitzen machen.
>
> Rund ist mir klar - aber warum besonders groß? Ist dann die Feldstärke
> am Rand nochmal geringer?

Jain. Je größer die Radien, umso kleiner die Feldstärke. Funktioniert 
bei so einer Fläche zwar nur bedingt, denn von der Seit sieht das immer 
noch wie eine Rasierklinge aus. Aber besser als ein Dünne Leitung und 
ein kleines Pad allemal.

> Eine horizontale mittige Fräsung, um die Kriechstrecken zu verlängern,
> ist unnötig? Ich habe jetzt im Minimum 27mm zwischen den Eingängen und
> 27mm zwischen den Ausgängen. Reicht das wirklich?

Hmm, bissel knapp für 10kV. Mach mal doch lieber wieder welche rein. die 
40mm Kriechweg sollte man schon grob haben, mehr schadet nicht, muss 
aber nicht exorbintant sein.

> Da fällt mir ein: wie gehe ich aus der Kaskade am besten raus? So ein
> 150kV-Kabel hat jedenfalls schon 10mm Durchmesser und ist nicht mehr
> ganz so flexibel. Wie kontaktiert man da auf dem letzten Kaskadenelement
> und bekommt vor allem das Kabel HV-günstig aus dem umgebenden Gehäuse
> rausgeführt?

Puhhh, kommt drauf an. Man könnte oben einfach eine Kopfelektrode setzen 
und dann mit einer 2. Elektrode per Kontakt anzapfen. Das ist aber nur 
was für einen einfachen Testaufbau auf dem Tisch. Für eine praktische 
Sprühquelle unpraktisch. Es gibt aber Silikonkabel bzw. Gummikabel für 
die Spannungsebene, wenn gleich die schon deutlich dicker sind.
Keine Anung wie das von den Profigeräten gemacht wird. Vermutlich ist 
die Kaskade clever in die Sprühpistole integriert? Quasi als 
Griff/Haltestange und oben einfach die Pistole angesetzt. Dann hat man 
auch keine Probleme mit der Isolation. Die Druckluft führt man über 
einen Kunststoffschlauch hoch und schaltet die am Fuß der Kaskade.
Unsere HV-Quellen haben passende Kabel mit langen Steckern, aber das ist 
alles starres Zeug (ja, hier schon, ist meist PE-Isolation).

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Falk B. schrieb:
>> Kann das so in die Produktion? :-O
>
> Sieht gut aus.

Sehr schön. Dann bestelle ich nachher direkt 30 Platinen. Kaskaden kann 
man ja nie genug haben :-)

> Jain. Je größer die Radien, umso kleiner die Feldstärke. Funktioniert
> bei so einer Fläche zwar nur bedingt, denn von der Seit sieht das immer
> noch wie eine Rasierklinge aus. Aber besser als ein Dünne Leitung und
> ein kleines Pad allemal.

Ok, das dachte ich mir.

>> Eine horizontale mittige Fräsung, um die Kriechstrecken zu verlängern,
>> ist unnötig? Ich habe jetzt im Minimum 27mm zwischen den Eingängen und
>> 27mm zwischen den Ausgängen. Reicht das wirklich?
>
> Hmm, bissel knapp für 10kV. Mach mal doch lieber wieder welche rein. die
> 40mm Kriechweg sollte man schon grob haben, mehr schadet nicht, muss
> aber nicht exorbintant sein.

Dachte ich mir schon. Ok, sind jetzt wieder drin. Allerdings musste ich 
die Fräsungen auf der jetzt deutlich kleineren Platine seitlich hoch- 
und runterziehen, um über 40mm zu kommen. Ist kein Drama, die 
mechanische Belastung ist ja gleich Null.

Dabei fiel mir auf: eine Echtzeitberechnung der Kriechstrecken zwischen 
zwei Pads unter Einbeziehung des Fräslayers durch KiCad wäre für 
HV-Menschen sicherlich schön. Gibt es so etwas in der gehobeneren 
EDA-Klasse?

> Puhhh, kommt drauf an. Man könnte oben einfach eine Kopfelektrode setzen
> und dann mit einer 2. Elektrode per Kontakt anzapfen. Das ist aber nur
> was für einen einfachen Testaufbau auf dem Tisch. Für eine praktische
> Sprühquelle unpraktisch. Es gibt aber Silikonkabel bzw. Gummikabel für
> die Spannungsebene, wenn gleich die schon deutlich dicker sind.

Ja. Die ich bei einer kurzen Suche gesehen habe, sind schon 10mm dick 
(für 150kV).

> Keine Anung wie das von den Profigeräten gemacht wird. Vermutlich ist
> die Kaskade clever in die Sprühpistole integriert? Quasi als
> Griff/Haltestange und oben einfach die Pistole angesetzt. Dann hat man
> auch keine Probleme mit der Isolation. Die Druckluft führt man über
> einen Kunststoffschlauch hoch und schaltet die am Fuß der Kaskade.

Ja, das wäre eine gute Idee, um "teures" HV-Kabel zu sparen. Wobei die 
Handpistolen üblicherweise nur mit 30-60kV arbeiten. Da könnte es noch 
normales, preiswertes Zündkerzenkabel tun.

Aber ich will ja keine Pistole. Bei mir wird das ähnlich wie in einer 
Beflockungsanlage in einer geschlossenen PVC-Kiste laufen, in die dann 
Plus und Erde münden. Unten drunter dann die HV-Erzeugung. Daher muss 
das Kabel auch nicht sonderlich flexibel sein. Aber die 100kV müssen 
halt irgendwie von der Kaskade zum Kasten.

> Unsere HV-Quellen haben passende Kabel mit langen Steckern, aber das ist
> alles starres Zeug (ja, hier schon, ist meist PE-Isolation).

Ja, Stecker benötige ich nicht - da wird nichts gewechselt ;-)
Ich habe schon an einen kleinen Mäander (aus PVC-Wänden) von 40-50cm 
Länge gedacht, durch das das Kabel dann nach draußen geführt wird.

Oder ich vergiesse das Kabel an der Durchführung großzügig. Wobei ich 
nicht weiss, wie gut das bei flexiblem Kabel funktioniert. Müsste man 
dann vermutlich mit Flüssigsilikon machen. Das könnte man im Notfall 
dann auch wieder recht gut vom PVC lösen.

Was mir noch eingefallen ist: HV erfordert ja eine große Sauberkeit der 
Baugruppen. Wie macht man das am besten nach dem Verlöten? Alles mit 
Isopropanol waschen?

von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:

> Dachte ich mir schon. Ok, sind jetzt wieder drin. Allerdings musste ich
> die Fräsungen auf der jetzt deutlich kleineren Platine seitlich hoch-
> und runterziehen, um über 40mm zu kommen. Ist kein Drama, die
> mechanische Belastung ist ja gleich Null.

Sieht gut aus, so machen es die Profis auch.

> Dabei fiel mir auf: eine Echtzeitberechnung der Kriechstrecken zwischen
> zwei Pads unter Einbeziehung des Fräslayers durch KiCad wäre für
> HV-Menschen sicherlich schön. Gibt es so etwas in der gehobeneren
> EDA-Klasse?

Keine Ahnung.

> Aber ich will ja keine Pistole. Bei mir wird das ähnlich wie in einer
> Beflockungsanlage in einer geschlossenen PVC-Kiste laufen, in die dann
> Plus und Erde münden. Unten drunter dann die HV-Erzeugung. Daher muss
> das Kabel auch nicht sonderlich flexibel sein. Aber die 100kV müssen
> halt irgendwie von der Kaskade zum Kasten.

Kaskade darunter stellen?

> Was mir noch eingefallen ist: HV erfordert ja eine große Sauberkeit der
> Baugruppen. Wie macht man das am besten nach dem Verlöten? Alles mit
> Isopropanol waschen?

Ja.

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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So, Platinen für die Kaskade sind unterwegs. Abstandsbolzen sind auch 
schon da. Schaltplan für die Ansteuerung ist in Arbeit.

Da ich noch bis nächste Woche auf Henriks Tastkopf warten muss, habe ich 
als Test mal einige Widerstände von 3,3k bis 33k als Last angeschlossen.

Die gute Nachricht: die Eigenschwingung war sofort komplett weg, egal 
bei welchem Widerstand, es blieb nur noch die 25kHz-Schwingung (siehe 
Foto).
1
Daten zum Bild:
2
Brückenspannung: 12V (später dann 36V)
3
Tastverhältnis: 10%
4
Anzahl Sekundärwindungen: 1500 mit 0,2mm Draht bei 55 Ohm
5
Anzahl Primärwindungen: 55 (später denn 11), ohmscher Widerstand dürfte deutlich unter 1 Ohm sein.

Das hat mit einer Rechteckschwingung ja nicht mehr allzu viel zu tun. 
Liegt das nur an den Streuverlusten? Denn in der Sättigung kann der Kern 
doch eigentlich nicht sein.

Auf der Primärseite ist alles gut - sehr saubere Rechtecksignale mit 
entsprechendem Tastverhältnis direkt am Trafo,

Was mich etwas wundert, ist, dass ich irgendwie nur wenig Leistung 
transformiert bekomme. Die Widerstände sehen offenbar einen recht hohen 
Innenwiderstand. Bei 3,3k brach die Ausgangsspannung von 150V im 
Leerlauf auf ziemlich mickrige 4V ein, dazu gab es primär nur wenige 
Milliampere an Strom.

Bei 27k entstand das Oszi-Bild. Aber auch da gibt es nur 35Vp.

Natürlich sind das jetzt noch sehr vorsichtige Test-Parameter (geringe 
Brückenspannung, kleines Tastverhältnis, deutlich mehr Primärwindungen), 
und 35V * 3 (12V => 36V) * 10 (10% Tastverhältnis) * 5 (55:11 Wdg.) gibt 
ja 5250V, aber ich hätte gedacht, dass sekundär zumindest ein wenig mehr 
Leistung sichtbar wird bzw. der Innenwiderstand nicht so groß ist.

Frequenzerhöhung auf 50kHz hat übrigens auch nichts gebracht, da bricht 
die Spannung noch viel stärker ein.

Wo liegt mein Denkfehler?

: Bearbeitet durch Moderator
von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:

> Die gute Nachricht: die Eigenschwingung war sofort komplett weg, egal
> bei welchem Widerstand, es blieb nur noch die 25kHz-Schwingung (siehe
> Foto).
> 1Daten zum Bild:
> 2Brückenspannung: 12V (später dann 36V)
> 3Tastverhältnis: 10%
> 4Anzahl Sekundärwindungen: 1500 mit 0,2mm Draht bei 55 Ohm
> 5Anzahl Primärwindungen: 55 (später denn 11), ohmscher Widerstand dürfte
> deutlich unter 1 Ohm sein.
>
> Das hat mit einer Rechteckschwingung ja nicht mehr allzu viel zu tun.

In der Tat. Sehr merkwürdig.

> Liegt das nur an den Streuverlusten? Denn in der Sättigung kann der Kern
> doch eigentlich nicht sein.

Nein. Oder doch? Zeig mal deine Primärspannung.

> Auf der Primärseite ist alles gut - sehr saubere Rechtecksignale mit
> entsprechendem Tastverhältnis direkt am Trafo,

Wie sieht dein Schaltplan aus?

> Was mich etwas wundert, ist, dass ich irgendwie nur wenig Leistung
> transformiert bekomme. Die Widerstände sehen offenbar einen recht hohen
> Innenwiderstand. Bei 3,3k brach die Ausgangsspannung von 150V im
> Leerlauf auf ziemlich mickrige 4V ein, dazu gab es primär nur wenige
> Milliampere an Strom.

Klingt nach hoher Streuinduktivität. Merkwürdig? Vielleicht stimmt was 
nicht mit deine Ansteuerung und der Trafo hängt doch massiv in der 
Sättigung.

> Bei 27k entstand das Oszi-Bild. Aber auch da gibt es nur 35Vp.

Dein Trafo hat Ü = 1500/50 = 30. Da muss bei 12V am Eingang ~360V am 
Ausgang ankommen.

> Natürlich sind das jetzt noch sehr vorsichtige Test-Parameter (geringe
> Brückenspannung, kleines Tastverhältnis, deutlich mehr Primärwindungen),
> und 35V * 3 (12V => 36V) * 10 (10% Tastverhältnis) * 5 (55:11 Wdg.) gibt
> ja 5250V, aber ich hätte gedacht, dass sekundär zumindest ein wenig mehr
> Leistung sichtbar wird bzw. der Innenwiderstand nicht so groß ist.

Vor allem, warum ist das Tastverhältnis am Ausgang nahe 50%?

> Frequenzerhöhung auf 50kHz hat übrigens auch nichts gebracht, da bricht
> die Spannung noch viel stärker ein.
>
> Wo liegt mein Denkfehler?

Gute Frage!

Wie es scheint, treibt irgendwas den Trafo in die Sättigung. D.h. dein 
Eingangssignal ist nicht gleichspannungsfrei. Schalte mal 1uF in Reihe 
zur Primärwicklung.

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Falk B. schrieb:
>> Liegt das nur an den Streuverlusten? Denn in der Sättigung kann der Kern
>> doch eigentlich nicht sein.
>
> Nein. Oder doch? Zeig mal deine Primärspannung.

Siehe Foto. Sieht für mich ziemlich sauber aus. Bei invertierten 
Signalen ändert sich auch nichts (sollte ja auch nicht).

>> Auf der Primärseite ist alles gut - sehr saubere Rechtecksignale mit
>> entsprechendem Tastverhältnis direkt am Trafo,
>
> Wie sieht dein Schaltplan aus?

Normale Standardschaltung aus dem L6203-Datenblatt mit je zwei 15nF 
Bootstrap-Cs, Sense liegt direkt auf Masse (Strommessung ist ja noch 
unnötig). VRef über 220nF an Masse, Enable/IN1/IN2 am AVR. 
Tastverhältnis usw. lässt sich auch wunderbar einstellen. Die 12V sind 
mit 1000µF gepuffert, aber bei den jetzigen Strömchen wären die fast 
egal ;-)

> Klingt nach hoher Streuinduktivität. Merkwürdig? Vielleicht stimmt was
> nicht mit deine Ansteuerung und der Trafo hängt doch massiv in der
> Sättigung.

Hmm, ich sehe im Moment keinen Fehler.
Und wenn er in der Sättigung hängt, dann sollten doch primärseitig 
ordentliche Ströme fliessen oder? Aber nix, das sind gerade mal 3mA bei 
den 12V - und da ist der L6203 noch mit versorgt. Es wird so natürlich 
auch nichts warm, weder Kern noch Brücke.

>> Bei 27k entstand das Oszi-Bild. Aber auch da gibt es nur 35Vp.
>
> Dein Trafo hat Ü = 1500/50 = 30. Da muss bei 12V am Eingang ~360V am
> Ausgang ankommen.

Ist das auch bei kleinen Tastverhältnissen so?
Ich weiss zwar, dass man beim Gegentaktflusswandler eigentlich noch eine 
Ladespule am Ausgang benötigt, aber das Einstellen der Spannung 
funktioniert ja: Kleines Tastverhältnis -> wenig Spannung - großes 
Tastverhältnis -> höhere Spannung

>> Natürlich sind das jetzt noch sehr vorsichtige Test-Parameter (geringe
>> Brückenspannung, kleines Tastverhältnis, deutlich mehr Primärwindungen),
>> und 35V * 3 (12V => 36V) * 10 (10% Tastverhältnis) * 5 (55:11 Wdg.) gibt
>> ja 5250V, aber ich hätte gedacht, dass sekundär zumindest ein wenig mehr
>> Leistung sichtbar wird bzw. der Innenwiderstand nicht so groß ist.
>
> Vor allem, warum ist das Tastverhältnis am Ausgang nahe 50%?

Die Ansteuerung ist ja symmetrisch - da sollte schon eine symmetrische 
Ausgangsspannung rauskommen, oder?

> Wie es scheint, treibt irgendwas den Trafo in die Sättigung. D.h. dein
> Eingangssignal ist nicht gleichspannungsfrei. Schalte mal 1uF in Reihe
> zur Primärwicklung.

Der Screenshot ist mit seriellen 10uF an der Primärspule gemacht. 
Änderung: keine - alle Spannungen und Ströme bleiben praktisch 
identisch.

Was müsste man denn sekundärseitig sehen? Ein sauberes Rechteck 
hattest Du ja schon wegen der doch recht losen Kopplung ausgeschlossen.

: Bearbeitet durch Moderator
von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:

>> Nein. Oder doch? Zeig mal deine Primärspannung.
>
> Siehe Foto. Sieht für mich ziemlich sauber aus. Bei invertierten
> Signalen ändert sich auch nichts (sollte ja auch nicht).

Ist OK, auch wenn der Kontrast deines Screenshots nicht sonderlich gut 
ist.
Man sieht das Gitter nicht. Meistens sollte man Screenshots invertiert 
speichern, sprich, weißer Hintergrund.

>> Klingt nach hoher Streuinduktivität. Merkwürdig? Vielleicht stimmt was
>> nicht mit deine Ansteuerung und der Trafo hängt doch massiv in der
>> Sättigung.
>
> Hmm, ich sehe im Moment keinen Fehler.
> Und wenn er in der Sättigung hängt, dann sollten doch primärseitig
> ordentliche Ströme fliessen oder?

Zumindest mehr als erwartet.

> Aber nix, das sind gerade mal 3mA bei
> den 12V - und da ist der L6203 noch mit versorgt. Es wird auch nichts
> warm, weder Kern noch Brücke

3mA sind schon fast wieder zu wenig ;-)

>>> Bei 27k entstand das Oszi-Bild. Aber auch da gibt es nur 35Vp.
>>
>> Dein Trafo hat Ü = 1500/50 = 30. Da muss bei 12V am Eingang ~360V am
>> Ausgang ankommen.
>
> Ist das auch bei kleinen Tastverhältnissen so?

Ja, wenn nicht die Wicklungskapazität das alles tierisch verschleift. 
Aber soooo viel kann das doch fast nicht sein.

>> Vor allem, warum ist das Tastverhältnis am Ausgang nahe 50%?
>
> Die Ansteuerung ist ja symmetrisch. da sollte schon eine symmetrische
> Ausgangsspannung rauskommen, oder?

Ja, aber nicht mit 50%. Das klingt nach einer Filterwirkung des Trafos. 
Du hast nicht zufällig ein paar Kondensatoren mit eingewickelt? ;-)

> Hab ich gemacht, der Screenshot ist mit seriellen 10uF an der
> Primärspule gemacht. Änderung: keine - alle Spannungen und Ströme
> bleiben praktidch identisch.

Hmmm.

> Was müsste man denn sekundärseitig sehen?

Schon grob das, was am Eingang anliegt.

> Ein sauberes Rechteck
> hattest Du ja schon wegen der doch recht losen Kopplung ausgeschlossen.

Ja, die Flanken werden rundgelutscht, aber ansonsten sollte das nicht 
sooo komisch aussehen.

Mach mal einen Einzelpuls und zeig das Ergebnis. Nimm mal 50% 
Tastverhältnis, sprich 20us Pulsbreite.

Hast du ein LC-Meter? Wenn ja, miß mal den Koppelfaktor. 
Primärinduktivität mit offener und kurzgeschlossener Sekundärwicklung 
messen.

https://www.wolfgang-wippermann.de/koppelfa.htm

Die Induktivität für Primär- und Sekundärwicklung wäre auch mal 
interessant.

Als Test, wenn alles komisch ist, kann man eine 2. Sekundärwicklung 
nehmen, die identisch zur Primärwicklung ist. Dann sollte der 1:1 Trafo 
auch als solcher arbeiten. Das kann man messen.

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Falk B. schrieb:
> Ist OK, auch wenn der Kontrast deines Screenshots nicht sonderlich gut
> ist.
> Man sieht das Gitter nicht. Meistens sollte man Screenshots invertiert
> speichern, sprich, weißer Hintergrund.

Stimmt, habe ich beim Siglent übersehen. Das Hameg macht das automatisch 
:-/

>> Aber nix, das sind gerade mal 3mA bei
>> den 12V - und da ist der L6203 noch mit versorgt. Es wird auch nichts
>> warm, weder Kern noch Brücke
>
> 3mA sind schon fast wieder zu wenig ;-)

Ja, eben :-D

>> Ist das auch bei kleinen Tastverhältnissen so?
>
> Ja, wenn nicht die Wicklungskapazität das alles tierisch verschleift.
> Aber soooo viel kann das doch fast nicht sein.

Ich habe mal gemessen:
Sekundär: ohne Kern 9,4pF, mit Kern 16,8pF

> Ja, aber nicht mit 50%. Das klingt nach einer Filterwirkung des Trafos.
> Du hast nicht zufällig ein paar Kondensatoren mit eingewickelt? ;-)

;-)

> Ja, die Flanken werden rundgelutscht, aber ansonsten sollte das nicht
> sooo komisch aussehen.

Ich habe mal je 10 Windungen auf den Kern gewickelt und angeschlossen 
(siehe Bild). Sekundär (hellblau) sieht das doch ganz vernünftig aus. 
Nicht ganz 12V, aber das kann auch an den Abgängen der Wicklungen 
liegen, sind sek. vielleicht nur 9,5 Wdg. gewesen.

Die sek. Überschwinger kommen von der Kapazität des Kerns?.

> Hast du ein LC-Meter? Wenn ja, miß mal den Koppelfaktor.
> Primärinduktivität mit offener und kurzgeschlossener Sekundärwicklung
> messen.
>
> https://www.wolfgang-wippermann.de/koppelfa.htm

Ich habe meinen selbstgebauten 1:1 Trafo vermessen:

Primär mit Sek. offen: 205µH, primär mit Sek. kurzgeschlossen: 16,5µH

k = sqr(1-16,5/205) = 0,96

Das ist mMn ein fast zu guter Wert. Allerdings bin ich mir nicht sicher, 
mit welchen Frequenzen mein LC-Messgerät arbeitet.

> Die Induktivität für Primär- und Sekundärwicklung wäre auch mal
> interessant.

Primär: 21µH (ohne Kern), 2,22mH (mit Kern)

Sekundär 25,56mH (ohne Kern), mit Kern -> Overrange

> Als Test, wenn alles komisch ist, kann man eine 2. Sekundärwicklung
> nehmen, die identisch zur Primärwicklung ist. Dann sollte der 1:1 Trafo
> auch als solcher arbeiten. Das kann man messen.

Hab ich gemacht. Ergebnis siehe oben.

> Mach mal einen Einzelpuls und zeig das Ergebnis. Nimm mal 50%
> Tastverhältnis, sprich 20us Pulsbreite.

Mache ich morgen.

: Bearbeitet durch Moderator
von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:

>>> Ist das auch bei kleinen Tastverhältnissen so?
>>
>> Ja, wenn nicht die Wicklungskapazität das alles tierisch verschleift.
>> Aber soooo viel kann das doch fast nicht sein.
>
> Ich habe mal gemessen:
> Sekundär: ohne Kern 9,4pF, mit Kern 16,8pF

Wie hast du das genau gemessen? Das ist nicht ganz trivial.

> Ich habe mal je 10 Windungen auf den Kern gewickelt und angeschlossen
> (siehe Bild). Sekundär (hellblau) sieht das doch ganz vernünftig aus.
> Nicht ganz 12V, aber das kann auch an den Abgängen der Wicklungen
> liegen, sind sek. vielleicht nur 9,5 Wdg. gewesen.
>
> Die sek. Überschwinger kommen von der Kapazität des Kerns?.

Nein, die ist bei 10 Wingungen vernachlässigbar, das ist die 
Streuinduktivität. (Jaja, nur mit L allein schwingt nix, da ist auch 
noch ne Kapazität im Spiel)

>> Hast du ein LC-Meter? Wenn ja, miß mal den Koppelfaktor.
>> Primärinduktivität mit offener und kurzgeschlossener Sekundärwicklung
>> messen.
>>
>> https://www.wolfgang-wippermann.de/koppelfa.htm
>
> Ich habe meinen selbstgebauten 1:1 Trafo vermessen:
>
> Primär mit Sek. offen: 205µH, primär mit Sek. kurzgeschlossen: 16,5µH
>
> k = sqr(1-16,5/205) = 0,96
>
> Das ist mMn ein fast zu guter Wert.

Klingt gut. Aber es muss sqrt () heißen, auch wenn du richtig gerechnet 
hast.

> Primär: 21µH (ohne Kern), 2,22mH (mit Kern)
>
> Sekundär 25,56mH (ohne Kern), mit Kern -> Overrange

Klingt auch OK. Theoretisch sollte bei Ü=30 ein L von ca.

Ls = Ü^2 * Lp = 30^2 * 2,2mH ~2H rauskommen. Bei der Windungzahl ist das 
normal.

> Hab ich gemacht. Ergebnis siehe oben.

Ist OK.

von Joachim B. (jar)


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Chris D. schrieb:
> Ist dann die Feldstärke
> am Rand nochmal geringer?

bin nicht falk, aber JA große Runde ist weniger spitz als kleine Runde

Falk B. schrieb:
> Jain. Je größer die Radien, umso kleiner die Feldstärke.

opps wurde ja schon geschrieben, also lasse ich falk den Vortritt

Chris D. schrieb:
> Ja, das wäre eine gute Idee, um "teures" HV-Kabel zu sparen

keine gute Idee, Studenten hatte mal AV Kabel genommen weil die ISO 
Dicke und das Material Poyirgendwas rechnerisch reichen sollte, trotzdem 
ballerte die 60kV durch ich wechselte dann doch lieber zur teuren 100kV 
Leitung!

: Bearbeitet durch User
von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Joachim B. schrieb:
> Chris D. schrieb:
>> Ja, das wäre eine gute Idee, um "teures" HV-Kabel zu sparen
>
> keine gute Idee, Studenten hatte mal AV Kabel genommen weil die ISO
> Dicke und das Material Poyirgendwas rechnerisch reichen sollte, trotzdem
> ballerte die 60kV durch ich wechselte dann doch lieber zur teuren 100kV
> Leitung!

Das war schon klar - Falk meinte aber, dass es durchaus so sein könnte, 
dass eine kleine (es ist ja kaum Leistung gefragt), vergossene Kaskade 
bspw. im Pistolengriff dazu führt, dass man eben nur noch 5kV-Leitungen 
bis zur Pistole benötigt. Und das würde den Kabelkauf natürlich deutlich 
einfacher und preiswerter gestalten.

P.S.:
Zum Test meiner "Strecke" mit der Impulsantwort komme ich erst am späten 
Vormittag. Ein chin. Großkunde hat geordert und ich muss die Frachtraten 
abklären. Dank Suez-Blockade und Containerengpass variieren die 
Spot-Preise jetzt täglich :-O
Aber in China brummt's - keine Frage.

: Bearbeitet durch Moderator
von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:
> Aber in China brummt's - keine Frage.

Hier auch, nur aus anderen Gründen . . .

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Falk B. schrieb:
>> Ich habe mal gemessen:
>> Sekundär: ohne Kern 9,4pF, mit Kern 16,8pF
> Wie hast du das genau gemessen? Das ist nicht ganz trivial.

Einfach mit meinem einfachen LC-Messgerät. Ist vermutlich falsch :-o

---

So, eben hab ich mal die Impulsantwort aufgenommen. Fotos sind wieder 
dunkel, weil die mit hellem Hintergrund noch andersfarbige Störpixel in 
den Kurven hatten. Ich hab das Raster heller gestellt, jetzt sollte es 
gut erkennbar sein.

Ohne Last:
Hier konnte ich den Impuls nicht allzu lang machen, um die 
Maximalspannung nicht zu groß werden zu lassen. Auf jeden Fall ist das 
ein schöner, wenig gedämpfter Schwingkreis mit 39,6kHz Eigenfrequenz. 
Ich bin mir jetzt auch ziemlich sicher, dass diese Frequenz als der 
Einbruch bei den ersten Bildern zu sehen ist, denn das passt ziemlich 
genau mit den Maxima und Minima überein.

Mit 3k3 und 20µs-Impuls:
Die Eigenschwingung ist komplett weg, die Dämpfung wohl hoch genug. Die 
Spannung steigt schön auf über 60V. Mit 20µs (=50% Tastverhältnis), nur 
12V und 55 Primärwindungen sieht das doch nicht so schlecht aus, oder?

Vielleicht ist doch alles ok?

Ich werde mal auf den 20kV-Tastkopf warten, dann kann ich auch voll mit 
36V, 100% Tastverhältnis und 11 Windungen testen. Einen simplen 1:1000 
Spannungsteiler aus 40 Widerständen habe ich schon zusammengelötet.

: Bearbeitet durch Moderator
von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:

> Ohne Last:
> Hier konnte ich den Impuls nicht allzu lang machen, um die
> Maximalspannung nicht zu groß werden zu lassen.

Wieso? Da müssen ca. 360V rauskommen. Die kann ein normaler 10:1 
Tastkopf noch messen.

> Auf jeden Fall ist das
> ein schöner, wenig gedämpfter Schwingkreis mit 39,6kHz Eigenfrequenz.

Das Ding ist näher am Oszillator als an einem Trafo. Da spuckt die 
Eigenkapazität mächtig rein 8-0

> Mit 3k3 und 20µs-Impuls:
> Die Eigenschwingung ist komplett weg, die Dämpfung wohl hoch genug. Die
> Spannung steigt schön auf über 60V. Mit 20µs (=50% Tastverhältnis), nur
> 12V und 55 Primärwindungen sieht das doch nicht so schlecht aus, oder?

Oder. 12*30=360. Wenn da nur 60V rauskommen, fehlt da ein Faktor 6! Das 
ist ein "normaler" Trafo, nicht irgendwelcher Voodoo.

> Vielleicht ist doch alles ok?

Irgendwie nicht. Deine 3k3 / Ü^2 = 3k3 / 30^2 = 3,6R Die kann ein L6203 
treiben. Aber die Eigenkapazität im Zusamenspiel mit der 
Streuinduktivität bilden hier einen ziemlich guten Schwingkreis.

von Henrik V. (henrik_v)


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Wenn's so schön schwingt... evtl doch mit Royer treiben?
Oder ist das zu analog? :)

von Bernd (Gast)


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Chris D. schrieb:
> Mit 3k3 und 20µs-Impuls:
> Die Eigenschwingung ist komplett weg, die Dämpfung wohl hoch genug. Die
> Spannung steigt schön auf über 60V. Mit 20µs (=50% Tastverhältnis), nur
> 12V und 55 Primärwindungen sieht das doch nicht so schlecht aus, oder?

Steigt die Spannung auf 90V, wenn du den Puls auf 30 µs verlängerst?

von Werner H. (werner45)


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So groß ist die Güte aber doch nicht.

Anzahl der Schwingungen bis zur halben Amplitude der Hüllkurve = 7
Güte = 7 x 4,5 = 32
Irgendwas dämpft da ziemlich stark; der Kern selbst?

Ich mein ja nur - Werner

: Bearbeitet durch User
von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Falk B. schrieb:
> Chris D. schrieb:
>
>> Ohne Last:
>> Hier konnte ich den Impuls nicht allzu lang machen, um die
>> Maximalspannung nicht zu groß werden zu lassen.
>
> Wieso? Da müssen ca. 360V rauskommen. Die kann ein normaler 10:1
> Tastkopf noch messen.

Müssten, ja. Aber wie man sieht, geht die Spannung schon bei sehr 
kleinem Tastverhältnis durch die Decke und erreicht die 360V.
Ich möchte ohne Henriks Tastkopf lieber nicht testen, ob es bei den 360V 
bleibt ;-)

>> Auf jeden Fall ist das
>> ein schöner, wenig gedämpfter Schwingkreis mit 39,6kHz Eigenfrequenz.
>
> Das Ding ist näher am Oszillator als an einem Trafo. Da spuckt die
> Eigenkapazität mächtig rein 8-0

Tja, es sieht so aus :-/
Die Frage ist: was tun?
Erste und einfachste Maßnahme wäre wohl, das Streufeld deutlich zu 
verringern, also beide Wicklungen untereinander. Wenn das kalte Ende an 
der Primärspule liegt, sollte das machbar sein.

Wie verringert man denn die Kapazität der Wicklung selbst ohne die 
übliche  Wicklungstechnik (= Primärdraht und Sekundärdraht direkt 
nebeneinander aufwickeln)? Das ist ja bei 5kV eher suboptimal :-o

>> Mit 3k3 und 20µs-Impuls:
>> Die Eigenschwingung ist komplett weg, die Dämpfung wohl hoch genug. Die
>> Spannung steigt schön auf über 60V. Mit 20µs (=50% Tastverhältnis), nur
>> 12V und 55 Primärwindungen sieht das doch nicht so schlecht aus, oder?
>
> Oder. 12*30=360. Wenn da nur 60V rauskommen, fehlt da ein Faktor 6! Das
> ist ein "normaler" Trafo, nicht irgendwelcher Voodoo.

Tja, offenbar fehlt da zum normalen Trafo noch einiges.

Henrik V. schrieb:
> Wenn's so schön schwingt... evtl doch mit Royer treiben?
> Oder ist das zu analog? :)

Das war ja nicht das Ziel der Übung :-/

Aber ich hab "meinen Royer" mal mit seiner Eigenfrequenz angesteuert. Im 
Leerlauf ist das schon fast perfekt sinusförmig (siehe Foto). Und unter 
3k3 Last erfolgt schon mit 3% Tastverhältnis eine deutlich sichtbare 
Energieübertragung.

Ist nur leider nicht das, was ich wollte: einen ganz normalen Trafo 
bauen.

Bernd schrieb:
> Steigt die Spannung auf 90V, wenn du den Puls auf 30 µs verlängerst?

Ja, das passt ziemlich gut. Das Foto zeigt die knapp 120V bei 40µs.

Werner H. schrieb:
> So groß ist die Güte aber doch nicht.

Zumindest scheint es ein recht guter Sperrkreis für 25kHz zu sein :-D

: Bearbeitet durch Moderator
von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:

>> Das Ding ist näher am Oszillator als an einem Trafo. Da spuckt die
>> Eigenkapazität mächtig rein 8-0
>
> Tja, es sieht so aus :-/
> Die Frage ist: was tun?

Für's Erste. Damit leben. Klemm eine Kaskade an und schau was raus 
kommt.
Da du keine großen Leitungen brauchst, wird es möglicherweise reichen.
Bei unseren Trafos waren nie so hohe Windungszahlen und damit auch nie 
so hohe Eigenkapazitäten.

> Erste und einfachste Maßnahme wäre wohl, das Streufeld deutlich zu
> verringern, also beide Wicklungen untereinander. Wenn das kalte Ende an
> der Primärspule liegt, sollte das machbar sein.

Jain. Deine Messungen, bzw. deren Kommunikation waren reichlich konfus. 
Ich weiß nicht wirklich, welcher Wert zu welchem Aufbau gehört. Das ist 
ziemlicher Mist. Denk dran, ich sehe nicht was du siehst!
Die Werte ohne Kern sind nutzlos.

> Wie verringert man denn die Kapazität der Wicklung selbst ohne die
> übliche  Wicklungstechnik (= Primärdraht und Sekundärdraht direkt
> nebeneinander aufwickeln)? Das ist ja bei 5kV eher suboptimal :-o

Das ist im Moment nicht das Thema.

> Tja, offenbar fehlt da zum normalen Trafo noch einiges.

Das ist ein "normaler" Trafo. Allerdings mit ungünstiger 
Dimensionierung.

>> Wenn's so schön schwingt... evtl doch mit Royer treiben?
>> Oder ist das zu analog? :)
>
> Das war ja nicht das Ziel der Übung :-/

Das löst das Problem der hohen Sekundärkapazität auch nicht.

> Ist nur leider nicht das, was ich wollte: einen ganz normalen Trafo
> bauen.

Trafos in dieser Liga (HF+HV) sind nicht "normal", schon gar nicht für 
jemanden, der sowas noch nie gemacht hat und weder das Wissen noch die 
Erfahrung hat. Aber du wolltest es ja.

> Ja, das passt ziemlich gut. Das Foto zeigt die knapp 120V bei 40µs.

Ja. Aber das ist doch wieder mit 3k3 Last, richtig?

von StummerMitleser (Gast)


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Hallo an alle,

ich habe hier etwas stumm mitgelesen, falls es dem TE etwas hilft, ich 
habe hier noch insgesamt 4 Stück (2x Positiv, 2x Negativ) HV 
Einschubnetzteile von F.u.G. Elektronik (HCE 35-35 000) rumliegen. Jedes 
macht einstellbar (Standalone oder über Analoganschluss) 0-35 kV positiv 
oder negativ, 0-1 mA, CC und CV, Kurzschlussfest, etc. (Alle Goodies von 
hochwertigen Netzteilen):

https://www.fug-elektronik.de/wp-content/uploads/pdf/Datasheets/DE/HCE_Datenblatt.pdf

Also kombinierbar zu 70 kV mit 70 Watt. Die passenden HV-Stecker, 
allerdings mit abgeschnittenem Kabel ca. 20 cm lang, sind dabei. Falls 
es für die Pulverbeschichtung reicht, könnt ihr ja was sagen,

MfG,
Gast

von Falk B. (falk)


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StummerMitleser schrieb:
> Hallo an alle,
>
> ich habe hier etwas stumm mitgelesen, falls es dem TE etwas hilft,

tut es nicht, denn

> Also kombinierbar zu 70 kV mit 70 Watt.

Naja, das sind aber eher +/-35kV gegen Erde. Die 70kV erreicht man nur, 
wenn man sowohl das Sprühobjekt als auch die Sprühpistole auf HV legt. 
Das will aber keiner.

von StummerMitleser (Gast)


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Okay schade, trotzdem danke für die Antwort Falk B.,

MfG

von Peter D. (peda)


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Chris D. schrieb:
> Praktisch ist mir das noch nicht ganz klar - ich kann doch immer nur auf
> eine Größe regeln.

Jedes Labornetzteil zeigt Dir, wie es geht. Du hast 2 OPVs, die über 
Dioden den Leistungs-MOSFET steuern. Wer zuerst begrenzt, der übernimmt 
die Regelung.

Beitrag #6678069 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #6678129 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Werner H. (werner45)


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@ Chris D.:
Vorschlag: Schalte einen guten Kondensator (Styro o.ä.) parallel zur 
Spule, damit Du auf 16 kHz kommst. Dann messe die Impulsantwort ohne 
Last nochmal. Wenn die Güte dabei >80 wird, ist der Kern für 40 KHz 
ungeeignet.
Gruß - Werner

von Falk B. (falk)


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Werner H. schrieb:
> Vorschlag: Schalte einen guten Kondensator (Styro o.ä.) parallel zur
> Spule, damit Du auf 16 kHz kommst. Dann messe die Impulsantwort ohne
> Last nochmal. Wenn die Güte dabei >80 wird, ist der Kern für 40 KHz
> ungeeignet.

Und Chris kann sich vor Anfragen von Amateuerfunkern aus aller Welt 
nicht mehr retten! Spulen bzw. normale LC-Schwingkreise mit einer Güte 
>80 sind arg selten. Die hier schafft das mal sicher NICHT! Dafür ist 
die Dämpfung selbst im Leerlauf zu hoch.

Die vorhandene Resonanz wirkt eher positiv, auch wenn das bei den 
bisherigen Messungen nicht zum Tragen kam. Den damit kann man die 
Ausgangsspannung des Trafos erhöhen, ohne das Windungsverhältnis zu 
erhöhen. Allerding muss man da ein paar Randbedingungen beachten.

von Werner H. (werner45)


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Bei der Leerlaufgüte ist das leicht erreichbar, bei der Betriebsgüte 
natürlich nicht. Deshalb die Messung im Leerlauf ohne Last.

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Falk B. schrieb:
> Für's Erste. Damit leben. Klemm eine Kaskade an und schau was raus
> kommt.

Ja, das werde ich auf jeden Fall machen.

> Da du keine großen Leitungen brauchst, wird es möglicherweise reichen.
> Bei unseren Trafos waren nie so hohe Windungszahlen und damit auch nie
> so hohe Eigenkapazitäten.

Weiter oben schriebst Du, es wäre nicht so einfach, die Kapazitäten zu 
messen. Wie misst man denn korrekt eine Spulenkapazität mit/ohne Kern?
Ich nehme an, die Kapazität ist auch noch frequenzabhängig?

>> Erste und einfachste Maßnahme wäre wohl, das Streufeld deutlich zu
>> verringern, also beide Wicklungen untereinander. Wenn das kalte Ende an
>> der Primärspule liegt, sollte das machbar sein.
>
> Jain. Deine Messungen, bzw. deren Kommunikation waren reichlich konfus.
> Ich weiß nicht wirklich, welcher Wert zu welchem Aufbau gehört. Das ist
> ziemlicher Mist. Denk dran, ich sehe nicht was du siehst!

Daran wurde nichts geändert außer der Windungszahl der Primärspule, die 
liegt aber auch schon "ewig" bei 50. Den Aufbau des Trafos selbst hast 
Du ja auf Bildern gesehen.

Ansonsten habe ich nur das gemacht, was aufgetragen wurde 
(Sprungantwort, AC-Kopplung usw.)

> Die Werte ohne Kern sind nutzlos.
>
>> Wie verringert man denn die Kapazität der Wicklung selbst ohne die
>> übliche  Wicklungstechnik (= Primärdraht und Sekundärdraht direkt
>> nebeneinander aufwickeln)? Das ist ja bei 5kV eher suboptimal :-o
>
> Das ist im Moment nicht das Thema.

Nicht? Ich dachte, die Kapazität der Spule ist das größte Problem?

>> Tja, offenbar fehlt da zum normalen Trafo noch einiges.
>
> Das ist ein "normaler" Trafo. Allerdings mit ungünstiger
> Dimensionierung.

Vom Aufbau her sicherlich - aber er verhält sich ja nicht wirklich so.

>>> Wenn's so schön schwingt... evtl doch mit Royer treiben?
>>> Oder ist das zu analog? :)
>>
>> Das war ja nicht das Ziel der Übung :-/
>
> Das löst das Problem der hohen Sekundärkapazität auch nicht.


>> Ist nur leider nicht das, was ich wollte: einen ganz normalen Trafo
>> bauen.
>
> Trafos in dieser Liga (HF+HV) sind nicht "normal", schon gar nicht für
> jemanden, der sowas noch nie gemacht hat und weder das Wissen noch die
> Erfahrung hat. Aber du wolltest es ja.

Ja :-)

Ist auch nicht schlimm, dass es Probleme gibt. Nur dadurch lernt man. Es 
hätte mich ehrlich gesagt auch gewundert, wenn es direkt funktioniert 
hätte.

>> Ja, das passt ziemlich gut. Das Foto zeigt die knapp 120V bei 40µs.
>
> Ja. Aber das ist doch wieder mit 3k3 Last, richtig?

Ja. Das war nur die Info für Bernd.

StummerMitleser schrieb:
> ich habe hier etwas stumm mitgelesen, falls es dem TE etwas hilft, ich
> habe hier noch insgesamt 4 Stück (2x Positiv, 2x Negativ) HV
> Einschubnetzteile von F.u.G. Elektronik (HCE 35-35 000) rumliegen

Vielen Dank für das Angebot! Aber ich möchte bei dem Projekt ja 
möglichst viel über HV-Erzeugung und Verwendung lernen.

Peter D. schrieb:
> Jedes Labornetzteil zeigt Dir, wie es geht. Du hast 2 OPVs, die über
> Dioden den Leistungs-MOSFET steuern. Wer zuerst begrenzt, der übernimmt
> die Regelung.

Ja, so kenne ich das von meinen Selbstbaunetzteilen auch. Ich vermutete 
irgendeinen besonderen Trick - den es nicht gibt ;-)

Werner H. schrieb:
> @ Chris D.:
> Vorschlag: Schalte einen guten Kondensator (Styro o.ä.) parallel zur
> Spule, damit Du auf 16 kHz kommst. Dann messe die Impulsantwort ohne
> Last nochmal. Wenn die Güte dabei >80 wird, ist der Kern für 40 KHz
> ungeeignet.

Spielt da die Kerngeometrie so eine große Rolle? Denn das Kernmaterial 
selbst hat laut Datenblatt (Falk hat die für Material und Kerngeometrie 
weiter oben verlinkt) mit den Frequenzen gar kein Problem. Das ist ein 
Ferroxcube UR57/28/16, Material ist 3C30.

Falk B. schrieb:
> Die vorhandene Resonanz wirkt eher positiv, auch wenn das bei den
> bisherigen Messungen nicht zum Tragen kam. Den damit kann man die
> Ausgangsspannung des Trafos erhöhen, ohne das Windungsverhältnis zu
> erhöhen. Allerding muss man da ein paar Randbedingungen beachten.

Ich habe gestern einfach mal versucht, den Trafo auf dieser 
Resonanzfrequenz zu betreiben, also auf maximalen Stromfluss 
abzustimmen. Das funktioniert durchaus und es fließen primärseitig auch 
nennenswerte Ströme. Ich musste dann leider abbrechen, weil jetzt 
offenbar auch das Inland brummt. Heisst also: gestern, heute und morgen 
CNC.

---

Aber mal den Fall angenommen, dass das alles nicht wirklich sauber 
läuft, die Sekundärkapazität so groß bleibt und man das Ü-Verhältnis 
ändern muss:

Im einfachsten Fall erhöht man ja die Primärspannung. Mein L6203 wäre 
dann raus. Ich würde dann zu zwei Primärspulen und Halbbrückenschaltung 
tendieren und das Ganze mit vielleicht 500-600 Volt ansteuern, bspw. 
durch einen umgedrehten 230V/115V Trafo. Damit würde die 
Sekundärwicklung auf vielleicht 100 Wdg. mit entsprechend geringerer 
Kapazität schrumpfen.

Ist das ein gangbarer Weg?

: Bearbeitet durch Moderator
von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:

> Weiter oben schriebst Du, es wäre nicht so einfach, die Kapazitäten zu
> messen. Wie misst man denn korrekt eine Spulenkapazität mit/ohne Kern?

Man kann die Resonanzfrequenz messen. Entweder mit einem besseren 
LC-Meter mit variabler Frequenz oder mit dem Leerlauftest mit 
Einzelpulsen. Die Induktivität (mit oder ohne Kern) kann man bei einer 
möglichst niedrigen Frequenz messen, sagen wir 1kHz. Damit kann man über 
die Schwingkreisformel die Kapazität bestimmen.

> Ich nehme an, die Kapazität ist auch noch frequenzabhängig?

Eher nicht.

>>> Wie verringert man denn die Kapazität der Wicklung selbst ohne die
>>> übliche  Wicklungstechnik (= Primärdraht und Sekundärdraht direkt
>>> nebeneinander aufwickeln)? Das ist ja bei 5kV eher suboptimal :-o
>>
>> Das ist im Moment nicht das Thema.
>
> Nicht? Ich dachte, die Kapazität der Spule ist das größte Problem?

Du musst jetzt aber nicht Zeit und Energie für ein Thema verschwenden, 
wo du noch gar nicht weißt, wie groß der Einfluß real ist.

> Werner H. schrieb:
>> @ Chris D.:
>> Vorschlag: Schalte einen guten Kondensator (Styro o.ä.) parallel zur
>> Spule, damit Du auf 16 kHz kommst. Dann messe die Impulsantwort ohne
>> Last nochmal. Wenn die Güte dabei >80 wird, ist der Kern für 40 KHz
>> ungeeignet.
>
> Spielt da die Kerngeometrie so eine große Rolle? Denn das Kernmaterial
> selbst hat laut Datenblatt (Falk hat die für Material und Kerngeometrie
> weiter oben verlinkt) mit den Frequenzen gar kein Problem. Das ist ein
> Ferroxcube UR57/28/16, Material ist 3C30.

Man darf nicht jeden Kommentar von jedem ernst nehmen. Die 
"Expertentips" häufen sich auch in diesem Forum, die aus nix weiter als 
Plattitüden bestehen . . . 8-(
Halbwissen ist meistens DEUTLICH schlimmer als Nichtwissen!

> Aber mal den Fall angenommen, dass das alles nicht wirklich sauber
> läuft, die Sekundärkapazität so groß bleibt und man das Ü-Verhältnis
> ändern muss:

Jain. Du hast schon 1500 Windungen.

> Im einfachsten Fall erhöht man ja die Primärspannung. Mein L6203 wäre
> dann raus. Ich würde dann zu zwei Primärspulen und Halbbrückenschaltung
> tendieren und das Ganze mit vielleicht 500-600 Volt ansteuern, bspw.
> durch einen umgedrehten 230V/115V Trafo. Damit würde die
> Sekundärwicklung auf vielleicht 100 Wdg. mit entsprechend geringerer
> Kapazität schrumpfen.
>
> Ist das ein gangbarer Weg?

Es ist der Panikmodus! Mensch Chris, du brauchst lausige 15W DC oben 
raus, das sind vielleicht 20W AC an der Einspeisung. Da muss man nicht 
so einen Aufwand treiben sondern eher mal nachdenken und ein paar Sachen 
testen bzw. messen. Der Rest der Welt schafft sowas auch einfacher und 
kompakter.

von Henrik V. (henrik_v)


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Falk B. schrieb:
> Man kann die Resonanzfrequenz messen. Entweder mit einem besseren
> LC-Meter mit variabler Frequenz oder mit dem Leerlauftest mit
> Einzelpulsen. Die Induktivität (mit oder ohne Kern) kann man bei einer
> möglichst niedrigen Frequenz messen, sagen wir 1kHz. Damit kann man über
> die Schwingkreisformel die Kapazität bestimmen.

Oder einen NICOS bauen ?  :)
Beitrag "NICOS – der Negative Impedance Converter - Oszillator"

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Falk B. schrieb:
> Man kann die Resonanzfrequenz messen. Entweder mit einem besseren
> LC-Meter mit variabler Frequenz oder mit dem Leerlauftest mit
> Einzelpulsen. Die Induktivität (mit oder ohne Kern) kann man bei einer
> möglichst niedrigen Frequenz messen, sagen wir 1kHz. Damit kann man über
> die Schwingkreisformel die Kapazität bestimmen.

Ok, das ist hier machbar - werde ich heute Abend durchführen.

>> Nicht? Ich dachte, die Kapazität der Spule ist das größte Problem?
>
> Du musst jetzt aber nicht Zeit und Energie für ein Thema verschwenden,
> wo du noch gar nicht weißt, wie groß der Einfluß real ist.

Das stimmt. Mich würde einfach interessieren, mit welchen Methoden man 
die parasitären Kapazitäten in der Praxis senkt.

>> Ist das ein gangbarer Weg?
>
> Es ist der Panikmodus! Mensch Chris, du brauchst lausige 15W DC oben
> raus, das sind vielleicht 20W AC an der Einspeisung. Da muss man nicht
> so einen Aufwand treiben sondern eher mal nachdenken und ein paar Sachen
> testen bzw. messen. Der Rest der Welt schafft sowas auch einfacher und
> kompakter.

Ruhig, ruhig :-) Das war zum jetzigen Zeitpunkt nur eine theoretische 
Überlegung.

Henrik V. schrieb:
> Oder einen NICOS bauen ?  :)
> Beitrag "NICOS – der Negative Impedance Converter - Oszillator"

Und ich hatte noch überlegt, ob man das Ding nicht einfach an ein 
"Oszillatorgrundgerüst" anschließen und gucken kann, welche Frequenz 
ausgeworfen wird. Besten Dank für den Tipp!

P.S.: Platinen für die Kaskade kommen wohl diese Woche - das wird dann 
ja eher eine mechanische als eine Lötaufgabe :-)

von Falk B. (falk)


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Chris D. schrieb:
> P.S.: Platinen für die Kaskade kommen wohl diese Woche - das wird dann
> ja eher eine mechanische als eine Lötaufgabe :-)

Denk aber vorher mal nach, ob du positive oder negative Hochspannung 
brauchst. Dementsprechend musst du die Dioden einlöten.

Beitrag #6679350 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Carsten W. (eagle38106)


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Hi,
mit Feld-, Wald- und Wiesentransistoren geht das auch.
Carsten

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Falk B. schrieb:
> Chris D. schrieb:
>> P.S.: Platinen für die Kaskade kommen wohl diese Woche - das wird dann
>> ja eher eine mechanische als eine Lötaufgabe :-)
>
> Denk aber vorher mal nach, ob du positive oder negative Hochspannung
> brauchst. Dementsprechend musst du die Dioden einlöten.

Ja, da bin ich mir noch unsicher. Das, was ich mir bisher an 
Fachliteratur durchgelesen habe, ist widersprüchlich. Bei Triboverfahren 
lädt man wohl positiv auf, beim Corona-Verfahren negativ :-/
Beide Verfahren haben ihre Vor- und Nachteile, daher würde ich gerne 
beide Arten mit meiner Versuchsanordnung testen. Eventuell baue ich die 
Kaskade einfach zweimal auf, 30 Platinen sind ja unterwegs und Cs und 
Dioden hab ich auch bald mehr als genug.

Ich habe jetzt mal die Kapazität der Sekundärspule alleine ermittelt. 
Einmal einen Sinus angehängt und das Maximum gesucht (was nicht ganz 
einfach war, weil der Schwingkreis sehr breitbandig ist) und dann die 
Induktivität der Spule gemessen (mein Gerät hier arbeitet wohl mit 3kHz, 
das sollte also noch gehen).

Ergebnis: 25,5mH und 220kHz für f0 => 20pF

Morgen sollten Henriks Sachen ankommen, dann kann ich endlich vernünftig 
messen - und schauen, ob der Trafo hält :-O

P.S.: Nachdem wir uns nach 10 Jahren für einen neuen TV entschieden 
haben, wurde der alte Plasmafernseher geschlachtet, um an das Gehäuse zu 
kommen (komplett Edelstahl/Aluminium, nicht zu vergleichen mit der 
heutigen Klavierlackoptik in Pastik). Dabei fiel als Nebeneffekt eine 
schöne Schaltnetzteilplatine mit vielen sehr großen Trafos, Drosseln und 
Schalttransistoren inkl. Kühlkörper ab. Ich hoffe, dass ich die Trafos 
gut zerlegen kann, um zumindest die Kerne für weitere Experimente 
verwenden zu können.

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