stoppi's mittelgroßer 150kV Marx-Generator

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stoppi
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stoppi's mittelgroßer 150kV Marx-Generator

#1 Beitrag von stoppi »

Hallo!

Mein experimenteller Tatendrang ebbt gottseidank schön langsam ab. Ein mittelgroßer Marx stand/steht aber noch auf der Agenda. Die Bauteile sind eigentlich so gut wie alle bereits eingetroffen. Lediglich auf M3-Distanzbolzen warte ich seit mehr als 3 Monate :aufsmaul:

Fertigstellen werde ich ihn aber in naher Zukunft wohl nicht. Dieser Beitrag soll mich primär nur daran erinnern, dass da noch eine Baustelle auf mich wartet. Also bitte nicht ungeduldig werden. ;)

Nun zum Marx-Generator: Angesteuert wird er von einem Diodensplittrafo, den ich über einen einfachen Zerhacker ansteuere. Dieser Schaltung gab ich gegenüber dem bekannten ZVS-Royer den Vorzug, da sie unkomplizierter ist und sich mMn leichter regeln lässt (über Frequenz und Betriebsspannung). Ich werde damit noch Messungen machen, um die Ausgangsspannung des DST in Abhängigkeit von zumindest der Betriebsspannung zu ermitteln.

Als Kondensatoren kommen 2000pF/30kV Folienkondensatoren zum Einsatz: https://www.ebay.com/itm/2000pF-30KV-DC ... SwEVZclcJx

Davon habe ich 12 Stück gekauft. Ich plane einen 10-stufigen Marx damit zu bauen.

Widerstände sind es diese hier (1 MOhm, 10kV) geworden: https://www.ebay.com/itm/2Watts-1M-Ohm- ... 2749.l2649

Die Funkenstrecken werde ich aus einer stärkeren Kupferlitze formen. Fixiert werden sie eben mittels Distanzbolzen (https://de.aliexpress.com/item/33040722 ... 4c4dqFeqSH) und M3 Ringschuhen (https://de.aliexpress.com/item/40000608 ... 4c4dqFeqSH).

"Bewundern" könnt ihr ja inzwischen meinen 10-stufigen Mega-Marx bestehend aus 2.2nF/3kV Kondensatoren und jeweils zwei 1MOhm/0.25W Widerständen in Serie. :mrgreen:
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Alexander470815
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Re: stoppi's mittelgroßer Marx-Generator

#2 Beitrag von Alexander470815 »

Warum genau hast du da einen 7809 verbaut und einen 220R Gate Widerstand?
Das trägt nicht gerade zum schnellen effizienten Schalten bei :mrgreen:

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stoppi
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Re: stoppi's mittelgroßer Marx-Generator

#3 Beitrag von stoppi »

Hallo Alexander!

Danke für deine Einwände/Hinweise. Die Zerhackerschaltung ist noch die originale von Paul: viewtopic.php?f=1&t=25492
Also wenn trägt er eigentlich Schuld daran :D

Nein, Spaß beiseite: Wie gesagt, das ist noch der alte, nicht abgeänderte Schaltplan. Jetzt verwende ich eh einen 7812, dann müsste der Ausgang des NE555 so um die 10V haben, was denke ich mir für den IRFP460 gut passt.

Den Gate-Widerstand werde ich noch verkleinern. Laut Datenblatt liefert der NE555 maximal 225mA. Für den Stromverlauf I(t) zum Laden der Gate-Kapazität (rund 4 nF) müsste eigentlich gelten: I(t) = (Ug/R) * exp(-t/RC). Bei Ug = 10V und I_max = 225mA müsste der Gatewiderstand R also 44 Ohm betragen. Werde es daher mit einem 50 Ohm Widerstand anstelle der 220 Ohm probieren...
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kilovolt
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Re: stoppi's mittelgroßer Marx-Generator

#4 Beitrag von kilovolt »

Schönes Projekt, stoppi! Knallt sicher ganz hübsch mit den hohen Kapazitäten ;-) Aber sag mal, die Kondensatoren, sind das nicht so Polystyrol/Styroflex-Dinger? Sind die impulsfest bei den schnellen dv/dt?

Beste Grüsse
kilovolt
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Paul
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Re: stoppi's mittelgroßer Marx-Generator

#5 Beitrag von Paul »

stoppi hat geschrieben:
Fr 29. Mai 2020, 11:59
Die Zerhackerschaltung ist noch die originale von Paul: viewtopic.php?f=1&t=25492
Also wenn trägt er eigentlich Schuld daran :D
Ja, das ist seeehr lang her. :hehe: :D

Du kannst im Grunde auch nur einen 10R-Widerstand benutzen, um die Reflektionen (das “Klingeln“) am Gate etwas zu dämpfen.
Der IRFP460 ist auch komplett überdimensioniert, funktioniert aber natürlich auch. :)
Wusste allerdings gar nicht, dass die von dir verwendeten 555er so viel Strom sourcen/sinken können! :shock: Sind das die guten alten in Bipolar-Technologie? Ich nehm immer nur CMOS, da ist der Output dann jedenfalls auch Rail-to-rail.

Schönes Projekt, bin auf die Entladungen gespannt! :mrgreen:
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stoppi
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Re: stoppi's mittelgroßer Marx-Generator

#6 Beitrag von stoppi »

Ob die Kondensatoren impulsfest sind, kann ich nicht beurteilen (habe noch kein Datenblatt dazu gefunden). Die Praxis wird es zeigen... ;)

Ja Paul, ist noch die alte BJT-Version, also der NE555. Der kann deutlich mehr Strom ab, hat aber auch einige Nachteile. So zieht er beim Schalten deutlich mehr Strom als die CMOS-Version und belastet dadurch ggf. die Spannungsversorgung. Ich habe dann bei meinem Koinzidenzzähler auf den TLC555 gewechselt, nachdem sie sich dadurch gegenseitig gestört haben.

Bin gerade am Überlegen, wie ich die einzelnen Stufen positioniere. Vom Platz her schenken sie sich nicht viel. Bei der versetzten Version müsste ich die Funkenstrecken nicht noch zusätzlich knicken, allerdings könnte ich dort wohl den Abstand der Funkenstrecke etwas einfacher einstellen... :gruebel:

Nachtrag: Ich werde es doch auf diese dritte Art (siehe ganz unten) machen mit senkrecht verlaufender Funkenstrecke, dafür schräg postierten Kondensatoren.
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Re: stoppi's mittelgroßer Marx-Generator

#7 Beitrag von stoppi »

So, gleich die äußerst gute Nachricht vorweg: Die M3-Distanzbolzen, welche ich am 22.2 bestellt habe, sind endlich eingetroffen. :mrgreen:

Dann habe ich einmal die Ausgangsspannung der Zerhackerschaltung in Abhängigkeit von der Eingangsspannung bestimmt. Steigere ich bei f = 38 kHz und 11 Primärwicklungen die Eingangsspannung auf knapp 32V, erhalte ich am Ausgang um die 15kV DC.

Dies ist noch deutlich unter der Belastbarkeit der Kondensatoren (2000pF, 30kV). Deshalb werde ich die Primärwicklungen auf 8 reduzieren, damit ich so um die 18kV DC für den Marx zur Verfügung habe. Das müsste eigentlich noch ohne Probleme gut gehen.

Man sieht auch deutlich wie der ripple der Ausgangsspannung zunimmt, wenn die Zerhackerfrequenz sinkt (vgl. 7 kHz gegenüber den dann verwendeten 38 kHz).
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Re: stoppi's mittelgroßer Marx-Generator

#8 Beitrag von stoppi »

Habe gestern noch die Primärwicklungen auf 9 bzw. 7 reduziert. Bei n = 7 erhalte ich nun bei U_in = 30V eine Ausgangsspannung im Bereich zwischen 16-24kV (schwankt recht stark). Das Netzteil liefert eine maximale Spannung von 31.7V. W. Damit bliebe ich also im gesamten Steuerbereich immer noch unter der Grenzspannung von 30kV der Kondensatoren. Ausreizen werde ich das Ganze aber nicht, daher bleibe ich bei maximal 30V.
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Re: stoppi's mittelgroßer Marx-Generator

#9 Beitrag von Paul »

Hey stoppi,

das schaut gut aus! :)

Du könntest aber die Zuleitungen noch etwas dicker machen, und einen schön dicken Elko spendieren... dann verschwindet ggf. auch der Ripple auf der Versorgung! :gruebel:

Viele Grüße
Paul!
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Re: stoppi's mittelgroßer Marx-Generator

#10 Beitrag von kilovolt »

Ja, sieht definitiv gut aus, gefällt mir auch ;-)

Ich würde mir aber überlegen, ob es wirklich 38kHz sein müssen. So, wie ich es sehe, würde der Trafo bei der halben Frequenz wohl wesentlich effizienter laufen. Oder was ist der Grund, dass Du 38kHz anstrebst? Etwa wegen dem Rippel?

Gruss kilovolt
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Re: stoppi's mittelgroßer Marx-Generator

#11 Beitrag von stoppi »

@Paul: Meinst du die Zuleitungen vom Netzgerät zum zerhacker? Die könnten in der Tat dicker sein, kann ich aber ohne Probleme austauschen...
Elko am Netzteil? Das ist ein 0-30V/30A Brummer, der dürfte eigentlich keine Probleme mit der schaltung haben, schon gar nicht im bisherigen Testbetrieb mit 20 MOhm am Ausgang des Diodensplittrafos.

@kilovolt: Ja, der Grund für die gewählten 38 kHz war der extreme ripple bei niedrigen Frequenzen (fast 100% Zuwachs durch ihn). Die dann auftretenden Spannungsspitzen wären mMn nicht gerade ideal als Speisung für den Marx und dessen Kondensatoren.
Zuletzt geändert von stoppi am Sa 6. Jun 2020, 10:53, insgesamt 1-mal geändert.

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Re: stoppi's mittelgroßer Marx-Generator

#12 Beitrag von stoppi »

Habe gestern die Plexiglasplatte (5mm stark, 100 x 12 cm) besorgt und einmal die erste Stufe aufgebaut. Ist dann für maximal 12 Stufen ausgelegt.

Durch die Ringkabelschuhe (M3) bin ich sehr flexibel bei einem Defekt/Austausch...
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Re: stoppi's mittelgroßer Marx-Generator

#13 Beitrag von Bastl_r »

Die Marx die ich in dieser Größe schon gesehen habe haben an den Enden der elektrischen Elemente immer alles mit Kugeln o.ä. abgeschlossen.
Wäre es daher nicht sinnvoĺl die Funkenstrecken an den gegenüberliegenden Enden auch mit Kabelschuhen zu versehen?
Aus diesen Beobachtungen heraus hätte ich auch die Gewindebolzen in Kunststoff ausgeführt um keine zusätzlichen Spitzen zu erzeugen.
Aber dennoch Respekt über die Dimension deines Vorhabens. ;)

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Re: stoppi's mittelgroßer Marx-Generator

#14 Beitrag von stoppi »

@Bastl_r: Die Funkenstrecken waren ja noch nicht gebogen. Ich werde aber die Enden des Kupferdrahts jeweils durch eine Lötkugel abrunden...
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kilovolt
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Re: stoppi's mittelgroßer Marx-Generator

#15 Beitrag von kilovolt »

Der Aufbau ist super geworden, stoppi! Ich nehme mal an, Du wirst ihn später senkrecht betreiben, oder?
Was mir nicht so gefällt sind die Funkenstrecken. Besser wären Hutmuttern an Schrauben gewesen, denn diese lassen sich sehr fein einstellen und sie verbiegen sich auch nicht. Ausserdem nutzen sie sich weniger ab als gebogene Kupferdrähte. Der Marx sieht aber gut aus, bin gespannt auf den ersten Betrieb! Achja und vergiss nicht, den Fusspunkt zu erden ;)

Gruss kilovolt
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