Teslatrafo 2

Bei diesem Teslatrafo handelt es sich um den größten und leistungsstärksten, den ich bisher konstruiert habe. Mit dem Bau begann ich Anfang 2013. Aus Zeit- und Motivationsmangel stand das Projekt lange Zeit still. Etwa ein Jahr später habe ich den Primärteil fast komplett neu aufgebaut. Mit der Anordnung sind Entladungslängen von über einem Meter erreichbar.

Nenndaten

Bezeichnung Wert Einheit
Primärkreis    
Resonanzfrequenz 241,0 kHz
Primärkapazität 50,0 nF
Primärinduktivität 8,7 uH
Sekundärkreis    
Resonanzfrequenz 227.2 kHz
Sekundärkapazität 22,3 pF
Sekundärinduktivität 22,0 mH
Sekundärspule    
Radius 55 mm
Wicklungslänge 500 mm
Ratio 4,5  
Drahtstärke 0,5 mm
Windungszahl 1000  
Parasit. Kapazität 8,5 pF
Topload    
Radius 100 mm
Kapazität 13,9 pF
Primärspule    
Radius [innen] 90 mm
Radius [außen] 144 mm
Drahtstärke 6 mm
Wicklungsabstand 6 mm
Windungszahl 5  
Speisetrafo    
Spannung(eff) <6,3 kV
Strom ~250 mA
Leistung ~1,5 kVA

Die Primärfrequenz wird über verstellbare Abgriffe an der Primärspule genau auf die Sekundärfrequenz eingestellt.

Aufbau

Die Anordnung wird von einem 6.3kV / 80mA (Dauerstrom) Streufeldtransformator gespeist. Durch den Ausbau des Shunts wurde der Kurzschlussstrom von 120 auf etwa 250mA gesteigert. Durch die Modifikation ist der Trafo nicht mehr für den Dauerbetrieb geeignet, die Geräuschkulisse der Anlage möchte man glaube ich aber auch nicht viel länger ertragen :P. Primär genehmigt sich der Trafo nach dem Umbau auch einiges (gemessen ~12A im Kurzschluss), ich vermute mal dass dieser Wert durch Sättigungseffekte zu Stande kommt.

Der Primärkondensator ist als MMC realisiert und besteht aus 3 Kondensatorsträngen mit jeweils 12 Kondis. Verbaut sind 36 der üblichen WIMA FKP-1 220nF / 1,25kV- Impulskondensatoren. Insgesamt macht das ca. 55nF Primärkapazität. Über jedem Kondensator ist ein 1M-Widerstand platziert um eine möglichst gleichmäßige Ladungsverteilung zu erreichen. Zudem sorgt dies für einen schnellen Abbau eventueller Restladungen. Spätere Tests belegten wieder mal wie wichtig gute und sorgfältige Lötstellen sind - an einer Stelle habe ich offenbar eine kalte Lötstelle fabriziert. Durch die hohe Spannung gab es natürlich sofort Überschläge sodass die kalte Lötstelle schnell alles andere als kalt war und sich die komplette Brücke selbst ausgelötet hat. Über der entstandenen Lücke zündete wieder ein Lichtbogen und hat die Lochrasterplatte an dieser Stelle verbrannt.

Die Primärspule besteht aus 6 Windungen 6mm Kupferrohr. Gehalten wird diese durch 4 Kunststoffwinkel. Die Sekundärspule wird über einen Stecksockel montiert und kann ohne Werkzeug einfach abgezogen werden.

Anmerkung: Bei den vorherigen Sekundärpulen kam ich auf die gloreiche Idee innerhalb der Sekundärspule einen ringförmigen Kontakt aus Aluflexband einzukleben. Das ist natürlich eine ganz schlechte Idee, da dieser Ring eine geschlossene Wicklung darstellt, welche voll im von der Primärspule erzeugten Magnetfeld liegt. Folglich wird in dieser Windung ein recht ordentlicher Strom induziert. Bei den beiden kleineren Teslatrafos hielt das Aluflexband diesem offenbar noch stand (oder die Kopplung war durch die etwas andere Anordnung niedrig genug). Bei diesem Projekt sind jedoch Teile des Aluflexbands unter umfangreicher Karbonisierung der Sekundärspuleninnenseite in den gasförmigen Zustand gewechselt bis ich zu dieser Einsicht kam. Die Karbonisierung blieb zum Glück recht oberflächlich, sodass die Sekundärspule ohne größeren Aufwand zu retten war.

 

Die Sekundärspule ist auf ein 110er-Kunststoffrohr gewickelt und hat eine Wicklungslänge von 50cm. Den Topload bildet eine 25cm Edelstahlkugel. In die Kugel wurde ein Stück Stahlblech zum kontern eingesetzt. Über eine Gewindestange wird die Kugel gegen eine in der Sekundärspule montierte PS-Platte gezogen, sodass diese optimal mit dem Wickelkörper abschließt.

Der Aufbau findet auf 2 Buchen-Leimholzplatten Platz, welche durch M12er Gewindestangen verbunden werden. Ich kam auf die Idee dabei Vierkantprofil als Abstandshalter zu verwenden, optisch sieht das finde ich ganz nett aus, macht das Tragen des recht schweren Primärteils jedoch nicht gerade angenehmer.

Die Hochspannungsführenden Bauteile wurden mit 5mm Polystyrolplatten von der Grundplatte isoliert. Beim ursprünglichen Aufbau kam ich auf die Idee die Kanten mit Hitze (in Form eines kleinen Propanbrenners) zu "polieren" - das war eine schlechte Idee, da sich die Platten dadurch verzogen haben und Spannrisse bekamen. Es ist wesentlich einfacher die Platten einfach komplett von Hand zu polieren. Die Platten lassen sich gut mit dem Naßschleifstein vorschleifen. Diese 0815-Teile aus dem Baumarkt eignen sich ganz gut dafür und man geht nicht das Risiko ein einen hochwertigen Schleifstein zu ruinieren falls das Zeugs mal schmiert (und das tut es bei unzureichendem Kühlwasser umgehend). Danach noch ein paar Minuten mit 1000er-Naßschleifpapier nacharbeiten und mit 2000er polieren.

Zum Schutz des Trafos habe ich die übliche Kombination aus einer Schutzdrossel für jede Sekundärwicklung und einer Schutzfunkenstrecke mit Mittelpunktserdung verbaut. Die Drosseln sind mit Ferritstäben versehen, um eine höhere Induktivität und somit einen höheren Blindwiderstand zu erreichen.

Die Anordnung der Komponenten hätte man eventuell etwas besser gestalten können - die Kabelwege sind teils nicht optimal, eine neue Platte ist mir das aber nicht wiklich wert. Der Anschluss erfolgt über ein kleines Anschlussblech aus Aluminiun, die Hochspannung wird per Fernauslöser zugeschaltet. 

Betrieb

Einschlag in geerdete Elektrode:

Streamer:

 

Schwebender "Rest" kurz nach dem Abschalten (der Topload ist ca. 20cm entfernt):

 

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