Hochspannung


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Ausgangssituation

 

  Hochspannung war schon immer faszinierend.  

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So faszinierend, dass die Jugend davor unbedingt gewarnt werden musste:  

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  Leider ist der alte Aushang schlecht lesbar, aber voller guter Ideen!  

  Nun will ich aber nicht die Überlandleitungen anzapfen, sondern nur ein wenig Hochspannung im Labor erzeugen. Wenn die Leistungen, die dabei verbraten werden, sehr gering sind, besteht auch keine akute Lebensgefahr.
Aber anfassen sollte man davon besser nix - sonst sind die Finger schnell mal verbrannt!
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Wie machen es die Profis?

 

  Als erstes nehme ich mal eine HF-Zündung aus der Schweißtechnik.  

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Die macht mit einem WIG-Brenner schon schöne Funken! Unter Argon-Schutzgas bringen es die 9KV schon auf 2cm Funkenstrecke.  

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Als Film (104K)  

 
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Selbstbau

 

  Das muss man doch auch selber machen können. Auf der Internetseite von Mosfetkiller findet man unter Zeilentrafo 1 einen total simplen Schaltplan zur Ansteuerung eines Zeilentrafos.  

  Wo doch der Azubi in weiser Voraussicht grade eine Zehnerpackung solcher Trafos bei Pollin ergattert hat, wird es Zeit, die Schaltung in die Tat umzusetzen.
Da ich eine etwas höhere Eingangsspannungen verwenden will, habe ich statt der 240 Ohm drei mal 100 Ohm in Reihe verwendet und statt der 27 Ohm dann 33 genommen. Der 2N3055 ruht auf einem ordentlichen Kühlkörper und treibt die 5 Windungen aus 2.5qmm Litze.  

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Der Zeilentrafo hängt absichtlich in dem alten CD-Spindel-Deckel. So kann man das Gebilde mit Argon füllen, um einen schöneren Lichtbogen zu bekommen. Das Ergebnis kann sich sehen lassen:  

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Als Film (415K)
Betrieben wurde die Schaltung mit 15V. Die Frequenz lag bei 76KHz!  

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45mm Lichtbogen sind schon ganz ordentlich!  

  In Luft sind die Funkenstrecken leider erheblich kleiner. Aber eine niedliche Jakobsleiter lässt sich mit 30V Betriebsspannung schon hinbekommen:  

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Hier die Jakobsleiter in Aktion (964K)
Dabei habe ich eine kleine Schutzschaltung, bestehend aus schneller Diode, Kondensator und Widerstand, an die Spule angeschlossen, damit der Transistor nicht jedes Mal einen drauf kriegt, wenn der Funke nicht überspringt.  

  Der Schaltplan meiner simplen Ansteuerung sieht so aus:  

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Modulierter Lichtbogen

 

  Wenn man einen permanent brennenden Lichtbogen hinbekommt, kann man durch Änderung der Stromstärke die Dicke des Plasmakanals nahezu trägheitslos verändern. Das gibt einen idealen Lautsprecher!  

  Das ist genau das richtige Betätigungsfeld für Azubis.
Hier seine wirklich schöne Testschaltung - alles ist steckbar ausgeführt, damit man schön einfach experimentieren kann.  

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Das Teil ist ein Taktgeber mit Pulsweitenmodulation, wobei die Pulsweite durch ein Eingangssignal moduliert wird. Dadurch haut jeder Puls mehr oder weniger Energie in den Lichtbogen - und die Luft schwingt analog zur Modulationsspannung. Das bedeutet: man hört den Lichtbogen!  

  Aber bis dahin ist es noch ein ordentliches Stück Arbeit...  

  Die Steckbarkeit ist ein weiser Entschluss - denn der Elko hätte anders 'rum reingehört.  

  Strom angeschlossen - ein lautes Plopp ertönt - und schon hat man eine ordentliche Sauerei!  

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Alles halb so schlimm. Ist ja alles steckbar.
Und damit die Spule kein Unheil anrichtet: auch hier wieder eine Schutzschaltung. Meiner Meinung nach gnadenlos überdimensioniert...  

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Den Schaltplan zu dem Gebilde liefere ich vielleicht irgendwann mal nach, wenn der Kram so halbwegs vorzeigbar läuft. Bisher ist die Funkenstrecke nur etwa 2mm lang und es hängt bloß ein Funktionsgenerator am Eingang, der den Lichtbogen etwas jaulen lässt. Irgendwie ist das noch nicht ganz dass, was ich erwartet habe...  

  Der Vollständigkeit halber hier ein Video vom jaulenden Lichtbogen. Ok, zu sehen ist da fast nix. Zu hören aber auch nicht viel...
(Film 195K)

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Mehr Leistung bitte!

 

  In Fingers Forum bin ich gefragt worden, warum ich so einen Aufwand treibe, statt einfach einen NE555 und einen FET zu nehmen und fertig.
Nun, vielleicht gibt es ja ein Leben jenseits vom NE555. Und das muss ja nicht unbedingt komplizierter sein. Oder der Azubi, welcher die Schaltung aufbaut, will noch weiter hinaus!  

  Beim NE555 ist es doof, dass bei der Pulsweitenmodulation sich neben dem Tastverhältnis auch immer die Frequenz ändert, wenn man Pin 5 als Modulationseingang nimmt. Das muss aber nicht sein! Und eine Gegentaktstufe mit Totzeit wird dann echt aufwändig...  

  Für rund 'nen Euro kriegt man einen UC3526. Das ist ein Pulsweitenmodulator mit jeder Menge nützlichem Kleinkram drum rum (Eingangsverstärker, Referenzspannungsquelle, Strombegrenzung, Softstart, Gegentakt Endstufe mit einstellbarer Totzeit, Temperaturüberwachung und so'n Zeugs).  

  Im Inneren sieht der so aus:  

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Das sieht zwar höllisch kompliziert aus, aber wenn man den Chip mit einigen Kondensatoren und ein paar Widerständen beschaltet, hat man schon eine ziemlich komplette Lichtbogen-Musikmodulation-Power-Ansteuerung.  

  Hier eine Skizze vom ersten Aufbau, die ich beim Azubi habe rumliegen sehen:  

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Da unser FET ein wenig mehr Power aufs Gate bekommen soll (der Chip liefert nur 100mA), kommen außer dem FET noch 2 Transistoren dran, die eine 1A Treiberstufe bilden.
Zunächst ist nur 1 FET bestückt. Mit dem Gegentakt hätten wir zwar doppelte Leistung, müssten bei Betriebsstörungen aber auch 2 FETs wechseln.  

  Solche Störungen sind dann natürlich auch aufgetreten. Der FET hat sich im Betrieb ein paar mal selbst die Anschlussdrähte abgelötet - und diese haben dann unter knackiger Geräuschentwicklung die Sicherung geschmissen. Oder er hat auch mal ein Bein abgesprengt um sich vor der Arbeit zu drücken.
Das kommt immer dann vor, wenn man am Tastverhältnis oder der Versorgungsspannung dreht und dabei verzückt auf den Lichtbogen linst statt das Amperemeter zu beobachten!  

  Wie das sein kann?  

  Nun ja, statt mit mädchenhaften 20-30V haben wir der Spule mal richtig eingeheizt. Der FET verträgt viel höhere Spannungen. Und der Stelltrafo kann die problemlos liefern!
Also warum nicht mit 300V auf die 5 Windungen ballern?
Das sollte theoretisch gehen, wenn man die Pulse nur kurz genug macht!  

  Die Realität sieht etwas anders aus. Und zwei bis drei FET-Wechsel später bin ich der Ansicht, 90V reichen auch. Dann muss man mit dem Trimmpoti für das Tastverhältnis nicht so höllisch vorsichtig sein...  

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Wenn man den Zeilentrafo versehentlich in die Sättigung treibt, verbrät die Schaltung plötzlich ein bis zwei KW. Dann ist der Spaß verdammt schnell zu Ende! Vielleicht hätten wir die Strombegrenzung doch nicht mit 'nem Draht totlegen sollen...  

 
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  Der Lichtbogen hat nun ein eigenes Zuhause. Mit Lüfter zur Ozonabsaugung - oder wofür auch immer.  

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In der Kiste lässt sich der Kontaktabstand zwischen den Aluplatten (8cm Abstand) schön variieren. Den Lüfter haben wir aber erstmal nicht benutzt.  

  Das Ergebnis kann sich jetzt schon sehen lassen:  

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Ein in Luft schön ruhig brennender Lichtbogen.
Mit etwas mehr Dampf wird der ganz schön nervös:  

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Und fängt dann irgendwann an, wild umher zu tanzen.  

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Und er ist natürlich wieder nett moduliert. Das kann man auch hören und sehen (jetzt ist er auch viel, viel lauter).
(Video, 248K)
Ja, das ist wirklich der Lichtbogen, welcher die Geräusche von sich gibt, während er vor lauter Freude über so viel Power wild in der Gegend rumspringt!  

 
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  Bei solchen Lichtbogenweiten fällt einem doch die gute alte Plasmakugel ein. Also mal eben eine alte durchgebrannte Glühbirne mit 'nem Kabelbinder an einer der Schrauben in den Aluplatten festgezurrt, die andere Platte an Erde geklemmt und schon hat man eine irre Funzel!  

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Es macht schon Spaß, mit einem geerdeten Kabel um die Birne herumzufuchteln und ordentliche Lichtbögen zu ziehen. (Birne-Video, 1430K)
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