Richi´s Lab

 

Teslaspule / Hochspannungsversorgung

 

Nach wenig erfolgreichen Versuchen mit einer KFZ-Zündspule, bestand die erste ordentliche Hochspannungsversorgung aus den Hochspannungstransformatoren von Mikrowellenöfen, den so genannten MOTs.

Die Sekundärspulen dieser Transformatoren waren üblicherweise einseitig geerdet. Zwei Transformatoren in Reihe lieferten ca. 300mA bei 4kV. Die Primärwicklungen waren entsprechend antiparallel verschaltet. Da MOTs nicht kurzschlussfest sind, verwendete ich den dritten Transformator als Ballast (mit kurzgeschlossener Sekundärwicklung).

In dem Metallkästchen rechts befand sich ein Netzfilter. Ganz rechts sieht man eine Modifikation meiner ersten Funkenstrecke. Diese hatte ich ursprünglich für die Leistung einer Zündspule konstruiert. Die kleinen Stahlnägel, die ich dafür eingeplant hatte, schmolzen bei der hohen Leistung der MOTs in kürzester Zeit zusammen. Die massiven Stahlwinkel hielten etwas länger.

 

Da die relativ geringe Spannung und der verhältnismäßig hohe Strom der Mikrowellentransformatoren nicht ideal für den Betrieb einer Teslaspule waren, baute ich einen Spannungsverdoppler, genauer eine Einpulsverdopplerschaltung, auf.

In der Holzkiste befanden sich vier 1µF/2kV-Kondensatoren in Serienschaltung. Die resultierenden 0,25µF waren etwas zu klein dimensioniert. Dieses Problem erledigte sich von selbst nachdem einer der Kondensatoren ausgefallen war.
In dem schwarzen Röhrchen befanden sich 12 1N4007-Dioden in Reihenschaltung, was zu "einer" 12kV-Diode mit einer Stromtragfähigkeit von 1A führte.

 

Der Ausfall eines weiteren Kondensators führte dazu, dass ich auf zwei Kondensatoren umstieg, die üblicherweise in der Spannungsverdopplerstufe von Mikrowellenherden arbeiteten. Sie sind mit 0,85µF 2,3kV~ angegeben. Diese Kondensatoren funktionierten tadellos.

 

Nachdem ich die Probleme mit den Kondensatoren behoben hatte, fielen immer wieder Dioden der Diodenkette aus.

Eine leichte Verbesserung brachten drei der alten, ramponierten Keramikkondensatoren (zusammen 330pF), die ich als provisorischen Filter einsetzte um die Diodenkette vor hochfrequenten Strömen aus dem Primärkreis zu schützen.

 

Für den Spannungsverdoppler hatte ich mit verschiedenen Hochspannungsdioden experimentiert (10kV/100mA, 4kV/1A). Die besten Ergebnisse lieferte allerdings die einfache 1N4007.

Nach dem Motto "viel hilft viel" ersetzte ich die 12 Dioden durch 25, die zur besseren Spannungsverteilung mit je einem 10MOhm-Widerstand überbrückt waren. Danach hatte ich mit dem Spannungsverdoppler keine Probleme mehr.

 

Das provisorische "Steuerpult" bestand aus einem Hauptschalter, einem eigenen Schalter zur Aktivierung der Hochspannungs, einem Hochfrequenzfilter, einer Anlaufstrombegrenzung, einer Phasenanschnittsteuerung für die rotierende Funkenstrecke, Spannungs- und Strommessung.

 

Zum Schutz der Hochspannungsversorgung vor hochfrequenten Strömen baute ich einen RCR-Filter auf, der das Provisorium aus den alten Keramikkondensatoren ersetzte.
Der Filter bestand aus viermal 235Ohm und zweimal 2,35nF. Der Filter bescherte 7,5% Verlust bei 8kV/300mA.

 

Mit drei zusätzlichen Mikrowellentransformatoren baute ich meine Hochspannungsversorgung auf vier MOTs in Serie aus.
Dazu musste bei den äußeren Transformatoren die Erdung der Sekundärwicklung vom Gehäuse isoliert werden. Das führte dazu, dass die Isolation der äußeren Transformatoren mit 2kV mehr belastet wurde. Die Gehäuse der MOTs waren zwar nicht geerdet, die Primärspulen waren aber etwas mehr gefährdet. Dies war ein Grund warum ich die größeren und hoffentlich robusteren Transformatoren auf die Außenseiten der Reihe gestellt hatte.

Während die kleinen Transformatoren auf eine Leistung von je 600W ausgelegt wurden, konnten die größeren Typen 1300 bzw. 1400W abgeben.
Als Ballast verwendete ich nun zwei parallel geschaltete MOTs mit kurzgeschlossener Sekundärwicklung. Im Betrieb mit der Teslaspule nahm der Aufbau ca. 3,6kVA auf.
Die Hochspannungsversorgung lieferte bei 221V Eingangsspannung 8,6kV (12kVs), der Kurzschlussstrom betrug ca. 350mA.

Auch eine Schutzfunkenstrecke hatte ich mittlerweile ergänzt (im Hintergrund zu erkennen).

 

Der aus den Mikrowellentransformatoren bestehende Ballast wurde bei längerem Betrieb sehr warm, weswegen ich einen neuen Ballast auf einen alten, großen Transformatorkern wickelte.

Die Transformatoren waren mit dem neuen Aufbau ähnlich leistungsfähig, aber der Ballasttransformator erwärmte sich bedeutend weniger.

 

Ich hatte das Glück an zwei 20kV-Messwandlertransformatoren heranzukommen.
Mit diesen Transformatoren wurden die Spannungen im Mittelspannungsnetz umgewandelt um sie mit normaler Messtechnik messen zu können. Bei 20kV wurden 100V ausgegeben. Man konnte den Leistungsfluss natürlich auch umkehren. Verschaltete man zwei Messwandler primärseitig seriell, so konnte man sie recht gut an 230V betreiben. Auch diese Transformatoren benötigten einen Ballast zur Strombegrenzung.

Auf dem Typenschild waren 180VA angegeben. Das war allerdings nur die Leistung bei der die Messgenauigkeit eingehalten würde. Wenn man den Erfahrungsberichten im Netz glauben wollte, lag die thermische Dauergrenzleistung beim 7-10fachen der angegebenen Nennleistung. Im Kurzzeitbetrieb sollte angeblich noch einmal das 3-4fache der thermischen Dauergrenzleistung möglich. Das würde bedeuten, dass jeder Transformator 3-5kW liefern könnte.

 

Sekundärseitig arbeiteten die Transformatoren parallel. 20kV sollten mehr als ausreichend sein.

 

Mit ein paar Modifikationen konnte ich den Ballast auch für die Messwandlertransformatoren nutzen.

Bei Tests mit einer Jakobsleiter nahm der Aufbau bis zu 6,6kW auf. Die normale Schuko-Steckdose lies diese Leistung durchaus für kurze Zeiten zu.

Eigenartigerweise funktionierte die Teslaspule nur sehr schlecht mit dem neuen Ballast. Mit dem mittlerweile stark überlasteten MOT-Ballast waren die Ergebnisse um einiges überzeugender.
Ich würde wohl doch noch einen ordentlichen Ballast berechnen und aufbauen müssen. Bis dahin würde ich weiter den überlasteten MOT-Ballast nutzen.

 

Auch den RCR-Filter passte ich an die neue Hochspannungsversorgung an.

 

Beim Filter musste ich feststellen, dass 20kV schon einer anderen Kategorie entsprachen. Vom Filter aus gab es Überschläge in den Pflasterboden.

Ich hatte noch ein paar alte Isolatoren im Lager, mit denen habe ich den Filter etwas anheben und so besser isolieren konnte.

 

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