AES – Atomic Emission Spectroscope

Für HV-Trafos, Kaskaden, Coilguns, Induktionsheizer und Ähnliches.

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andreas1984
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Re: AES – Atomic Emission Spectroscope

#16 Beitrag von andreas1984 »

Hallo,

hatte mal wieder etwas Zeit weiter zu basteln...

Hier ein paar Bilder und Videos zum MOT Stack für das AES...

Im Endausbau sollen 18 Trafos sein.

Zur Zeit habe ich nur eine Phase von den drei Phasen umgesetzt - also pro Phase 6 Trafos - immer 2 in Serie und 3 Garnituren parallel.

Daher eine Phase liefert mir etwa 1,5A Ausgangsstrom bei 5000V - im Endausbau dann 4,5A bei 5kV...

Video:
VID-20210916-WA0006.mp4
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Re: AES – Atomic Emission Spectroscope

#17 Beitrag von andreas1984 »

Hallo und guten Morgen,

ein Thema beschäftigt mich bezüglich dem MOT Stack noch ziemlich arg...

RESONANZKONDENSATOREN....

Meines Wissens dient es ja dazu, dass eben noch mehr Leistung übertragen werden kann.

Zur Zeit gilt für den Innenwiederstand ja R + XL...

Durch die Reihenresonanz also R + XL + XC (wenn XL und XC) gleich groß sind, heben sich diese auf und es bleibt nur der Ohmsche Wiederstand über...

Wenn ich also L messen würde (Am Ausgang des gesamtem Mot Stacks - also vor dem Gleichrichter), könnte ich mir mit der Formel f0 = 1 / ( 2 * PI * SQRT(L * C) ) das benötigte C ausrechnen ... f0 ist ja bekannt -> 50Hz, L sollte messbar sein...

Ich weis allerdings nicht, wie sich das System mit Resonanzkondensatoren mit Gleichrichter verhalten würde... Wenn plötzlich aus der AC eine DC generiert wird, welchen Einfluss hat dass dann auf die LC Resonanz... gefühlt keine - wissen tue ich es aber nicht...

Ein anderes Thema ist die Spannungserhöhung die bei einem LC Serienschwingkreis auftritt...

Spannungserhöhung ist ja an sich was gutes :-) allerdings weis ich eben nicht ob das nicht die Dioden beschädigen könnte...

Der Gleichrichter besteht aus 40 Standard Mikrowellen Dioden - immer 2 in Serie und 5 Parallel...

Lg Andreas

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Re: AES – Atomic Emission Spectroscope

#18 Beitrag von andreas1984 »

Hallo,

habe heute auf der Sekundärseite ein Voltmeter und ein Amperemeter installiert.

Die Spannung im Leerlauf wird mit etwa 4kV angegeben - was recht sicher stimmt.

Beim Strom war ich doch sehr überrascht - beim Lichtbogen fließen 4-5A !! Und das nur mit 6 MOTs...

Dafür bricht die Spannung aber auch auf 500V ein wenn der Lichtbogen fackelt.

Leider werden die Transformatoren extremst schnell heiß - Ein Betrieb von etwa 1 Minute ist ohne Strombegrenzung nicht möglich - leider....

Wie ich den Strom von im Endausbau 18 MOTs begrenzen soll ist nochmal eine andere Frage...

PS: Hat jemand eine Ahnung wie viel mH ein MOT auf der Sekundärseite in etwa hat - mein Messgerät für Induktivitäten hat das Zeitliche gesegnet....


Lg Andreas


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V-Troxi
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Re: AES – Atomic Emission Spectroscope

#19 Beitrag von V-Troxi »

Guten Abend Andreas,

ich hätte ein paar Ideen bzgl. deiner Fragen:
andreas1984 hat geschrieben:
Fr 17. Sep 2021, 09:47
Ich weis allerdings nicht, wie sich das System mit Resonanzkondensatoren mit Gleichrichter verhalten würde... Wenn plötzlich aus der AC eine DC generiert wird, welchen Einfluss hat dass dann auf die LC Resonanz... gefühlt keine - wissen tue ich es aber nicht...
Ich würde sagen, der Gleichrichter hat keine Auswirkungen auf die Resonanz zwischen MOT und Kondensator, wenn er ein Brückengleichrichter ist (einfache Diode würde nicht gehen).
Der Kondensator würde mit Brückengleichrichter immer abwechselnde Polaritäten sehen (pro Netzhalbwelle), also wie als wäre der Gleichrichter nicht vorhanden. Daher sollte auch das LC-Resonanzverhalten bei 50Hz nicht gestört werden.

Allerdings würden sich die Trafos in Resonanz noch viel stärker erhitzen als du es eh schon bemerkt hast, es kann sogar vorkommen, dass die Windungen dabei kaputt gehen bzw. die Isolierung verbrennt (schonmal passiert :D).
andreas1984 hat geschrieben:
Fr 17. Sep 2021, 21:32
Wie ich den Strom von im Endausbau 18 MOTs begrenzen soll ist nochmal eine andere Frage...
Du könntest eine große Induktivität als Ballast in Serie zu dem Aufbau schalten, um den Strom zu begrenzen (z.B. weitere MOTs oder andere große Trafos - am besten Sekundärseitig kurzgeschlossen).

Allerdings erschließt sich mir das noch nicht ganz: Du möchtest die MOTs in Resonanz betreiben, um die Leistung zu erhöhen und gleichzeitig einen Ballast nutzen, um die Leistung zu begrenzen...
Du könntest das mit der Resonanz doch auch erstmal vergessen und die MOTs einfach so betreiben, vielleicht reichts ja trotzdem ;) - Das würde auch die Laufzeit des Systems verbessern.
Beachte auch, dass MOTs für ihre Leistung relativ unterdimensioniert und billig gebaut sind. Sie werden wegen ihres kleinen Kernes sogar in der mag. Sättigung betrieben (daher ziehen sie auch schon im Leerlauf vergleichsweise hohe Ströme und erhitzen sich generell recht schnell).
Daher würde ich generell keine wunder von den kleinen Trafos erwarten, wenn es um die Verlässlichkeit geht :moep:
andreas1984 hat geschrieben:
Fr 17. Sep 2021, 21:32
Hat jemand eine Ahnung wie viel mH ein MOT auf der Sekundärseite in etwa hat - mein Messgerät für Induktivitäten hat das Zeitliche gesegnet....
Hast du ein Oszilloskop und einen Frequenzgenerator?
Wenn ja, kannst du die Induktivität relativ einfach bestimmen:

1. Einen Kondensator C bekannter größe mit der Trafowicklung als Schwingkreis Verbinden.
2. Den Schwingkreis über einen Widerstand (z.B. 10kOhm) mit dem Frequenzgenerator speisen.
3. Mit dem Oszilloskop die Spannungsüberhöhung bei verschiedenen Frequenzen messen und den höchsten Peak finden.

Und schlussendlich bei der Peak-Frequenz mit L = 1 / (4π^2 * f^2 * C) die Induktivität errechnen.

Ich hoffe das hat dir etwas geholfen.

Viel Erfolg bei dem Projekt
LG

V-Troxi


axonf
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Re: AES – Atomic Emission Spectroscope

#20 Beitrag von axonf »

Hallo und einen schönen Samstag, hallo Andreas 1984 leider habe ich von Hochspannung keine Ahnung, aber neben dem primären Ballast kann man sicherlich auch auf der Sekundärseite den Strom mit hilfe von Luftdrosseln begrenzen, bei der Demontage der Stromversorgung einer Sputteranlage habe ich bemerkt, das neben dem Gleichrichter auch ne Menge an sehr großen Luftspulen verbaut waren, war alles in Öl eingelegt. Viele Grüße von axonf.

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Re: AES – Atomic Emission Spectroscope

#21 Beitrag von andreas1984 »

Hallo!

Erstmal vielen Dank für eure Kommentare!

kommentiere dann noch einzeln - bin aber heute schon zu fertig - war 12 Stunden in der Werkstatt an dem AES weiter bauen...

Habe folgende Probleme festgestellt:

1) Ich komme nur bis etwa 0,2 bar runter - es kann nun sein, dass meine Vakuum Pumpen schon ziemlich im Eimer sind bzw. neues Öl brauchen oder dass ich irgendwo ein Leck habe.

mögliche Lösung:

- Leck suchen.
- Neue Vakuum Pumpe kaufen.

2) Ich kann den Mot Stack (zur Zeit ja nur mit 2 Phasen betrieben) nur etwa 10 Sekunden sicher betreiben, dann sind die Spulen brenn heiß.

mögliche Lösung:

- Drossel bauen (baue mir gerade einen Leistungswiederstand)

3) Im Vakuum tritt der Elektronenstrahl nicht wie gewollt am Graphitstab aus sondern oben wo der Stab in der Edelstahl Buchse steckt.

Elektronen scheinen also nicht sonderlich gerne aus dem Graphit emittieren zu wollen.

Hierbei ist nur die Kathode betroffen - in der Anode schlagen die schön wie gewollt ein...

mögliche Lösung:

Kugelelektrode aus Wolfram machen.

_____________________________________________________________________________________________

Möglicherweise ist ein Betrieb im Vakuum / Hochvakuum auch gar nicht notwendig...

Möglicherweise wäre es besser das System mit Argon zu fluten und nur bei verringerten Druck zu arbeiten...

Vielleicht könnte ich auch einen niederspannungs Hochstrom Trafo in Serie mit den MOTs schalten ...
1.png
An dem Bild sieht man schön wie die Elektronen dem Graphit was pfeifen und aus dem Metall weiter oben austreten...
VID-20210918-WA0002.mp4
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Bastl_r
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Re: AES – Atomic Emission Spectroscope

#22 Beitrag von Bastl_r »

Hi

Man sieht es nicht richtig, aber es sieht so aus als hättest Du solche kupferummantelten Kohleelektroden und der Lichrbogen hat so nach und nach das Kupfer weggeschmolzen.
Wenn es so wäre, eine Erklärung hätte ich dafür nicht.

bastl_r


axonf
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Re: AES – Atomic Emission Spectroscope

#23 Beitrag von axonf »

Hallo und einen schönen guten Sonntagmorgen, hallo Andres 1984 , bei undichtigkeiten würde ich mal alle nicht bearbeitenden Flächen schön mit Hochvakuumfett leicht einschmieren, besonders auch die O Ringe an den Durchführungen. Meine Versuche flutte ich gerne nach dem Abpumpen mit 700 mbar Argon absolut, da habe ich somit auch keine Probleme mit ionisierender Strahlung. So eine Graphitelektrode hat ja auch einen bestimmten Widerstand je nach Zusammensetzung und Binder. Welche nimmst du denn, diese zum Lichtbogen Fugenhobeln?.Viele Grüße von axonf.

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andreas1984
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Re: AES – Atomic Emission Spectroscope

#24 Beitrag von andreas1984 »

Hi V-Troxi!

Danke für deine Kommentare!
Ich würde sagen, der Gleichrichter hat keine Auswirkungen auf die Resonanz zwischen MOT und Kondensator, wenn er ein Brückengleichrichter ist (einfache Diode würde nicht gehen).
Der Kondensator würde mit Brückengleichrichter immer abwechselnde Polaritäten sehen (pro Netzhalbwelle), also wie als wäre der Gleichrichter nicht vorhanden. Daher sollte auch das LC-Resonanzverhalten bei 50Hz nicht gestört werden.

Allerdings würden sich die Trafos in Resonanz noch viel stärker erhitzen als du es eh schon bemerkt hast, es kann sogar vorkommen, dass die Windungen dabei kaputt gehen bzw. die Isolierung verbrennt (schonmal passiert :D).
Ja es handelt sich um einen Brückengleichrichter - 4 Dioden...

Nachdem ich mit massiver und sehr schneller Überwärmung zu kämpfen habe, lasse ich die Idee mit den Resonanzkondensatoren vielleicht doch bleiben.

Rein zum Lichtbogen ziehen und herumspielen wäre es natürlich schon interessant - aber das ist ja nicht die eigentliche Anwendung...
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Allerdings erschließt sich mir das noch nicht ganz: Du möchtest die MOTs in Resonanz betreiben, um die Leistung zu erhöhen und gleichzeitig einen Ballast nutzen, um die Leistung zu begrenzen...
Du könntest das mit der Resonanz doch auch erstmal vergessen und die MOTs einfach so betreiben, vielleicht reichts ja trotzdem ;) - Das würde auch die Laufzeit des Systems verbessern.
Beachte auch, dass MOTs für ihre Leistung relativ unterdimensioniert und billig gebaut sind. Sie werden wegen ihres kleinen Kernes sogar in der mag. Sättigung betrieben (daher ziehen sie auch schon im Leerlauf vergleichsweise hohe Ströme und erhitzen sich generell recht schnell).
Daher würde ich generell keine wunder von den kleinen Trafos erwarten, wenn es um die Verlässlichkeit geht :moep:
Das mit den MOT als Ballast habe ich auch schon dran gedacht - Im Endausbau habe ich aber 18 MOTs - wenn da dann nochmal 18 MOTs als Ballast notwendig wären, dann wär das eine ziemliche Materialschlacht...

Ja die Resonanzkondensatoren werde ich erstmal vergessen - das war eh nur so ein "mein Lichtbogen ist zu klein" Syndrom...

Du hast recht, die MOTs sind recht miese Teile wenn es um längeren Betrieb geht...

Habe mir schon gedacht selbst einen 50 Hz Hochspannungstrafo zu wickeln...

Wickelmaschiene hätte ich - weis nur nicht wo ich einen richtig großen Eisenkern und die passenden Spulenkörper her bekomme - hatte vor etlichen Jahren mal versucht einen Hochspannungstrafo selbst zu wickeln. Der hat aber im Leerlauf schon massiv Strom gezogen - hätte mich vorher mit Grundlagen des Trafowickelns auseinandersetzen sollen.

Hast du ein Oszilloskop und einen Frequenzgenerator?
Wenn ja, kannst du die Induktivität relativ einfach bestimmen:

1. Einen Kondensator C bekannter größe mit der Trafowicklung als Schwingkreis Verbinden.
2. Den Schwingkreis über einen Widerstand (z.B. 10kOhm) mit dem Frequenzgenerator speisen.
3. Mit dem Oszilloskop die Spannungsüberhöhung bei verschiedenen Frequenzen messen und den höchsten Peak finden.

Und schlussendlich bei der Peak-Frequenz mit L = 1 / (4π^2 * f^2 * C) die Induktivität errechnen.
Ja habe beides - vielen Dank für den Tipp!



Lg Andreas

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Re: AES – Atomic Emission Spectroscope

#25 Beitrag von andreas1984 »

Hi axonf!

Danke für deine Kommentare!
Hallo und einen schönen Samstag, hallo Andreas 1984 leider habe ich von Hochspannung keine Ahnung, aber neben dem primären Ballast kann man sicherlich auch auf der Sekundärseite den Strom mit hilfe von Luftdrosseln begrenzen, bei der Demontage der Stromversorgung einer Sputteranlage habe ich bemerkt, das neben dem Gleichrichter auch ne Menge an sehr großen Luftspulen verbaut waren, war alles in Öl eingelegt. Viele Grüße von axonf.

Hmm also meines Wissens nach sind Lufspulen gute Drosseln für HF aber im 50Hz bzw. DC Bereich wäre es mir neu dass da die Drosseln drosseln..

Würde eher vermuten, dass die Luftspulen in deiner Sputteranlage im HF Zweig waren.

Lg Andreas

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Re: AES – Atomic Emission Spectroscope

#26 Beitrag von andreas1984 »

Hi bastl_r!

Danke für deinen Kommentar!
Man sieht es nicht richtig, aber es sieht so aus als hättest Du solche kupferummantelten Kohleelektroden und der Lichrbogen hat so nach und nach das Kupfer weggeschmolzen.
Wenn es so wäre, eine Erklärung hätte ich dafür nicht.
Es sind hochreine Graphit Elektroden.

Kein Kupfer drum herum - hatte es ziemlich schräg gefunden, dass die Elektronen nicht aus dem Graphit austreten wollen und anstatt dessen von weiter oben aus dem Edelstahl emittieren...

Hängt aber auch vom Druck ab, welcher Entladungstyp gerade vorherrscht...

Lg Andreas

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Re: AES – Atomic Emission Spectroscope

#27 Beitrag von andreas1984 »

Hallo,

habe heute versucht einen verstellbaren Wiederstand zu bauen.

Im Prinzip ist mir das auch gelungen - das Prinzip ist einfach:

Man hat zwei Elektroden, dazwischen ist eine leitende Flüssigkeit (Wasser + etwas NaOH), den Abstand der beiden Elektroden kann man einstellen...

Hier die mechanische Umsetzung:
scariac1.jpeg
Der Boden des Edelstahlzylinders ist die erste Elektrode - das PVC Rohr macht es den Ionen nur möglich von unten nach oben zu fließen bzw. umgekehrt.
scariac2.jpeg
Zweite Elektrode - wird in der Mitte eingeführt - je weiter diese Elektrode vom Boden entfernt ist, desto höher ist der Wiederstand.

Mit dem Gewinde lässt sich der Wiederstand fein einstellen.
scariac3.jpeg
eskocht.png
Fertig zusammengebautes Teil - bei Dingen die wenig Leistung ziehen wie z.B. einer Bohrmaschine funktioniert es super - man kann damit regeln wie mit einem Variac.

Nur bei dem MOT Stack geht die Regelung gerade mal 20 Sekunden, dann kocht das Elektrolyt.

Um die Leistung des MOT Stacks zu regeln habe ich also 2 Möglichkeiten:

a) Einen 3 Phasen Variac

b) Einen 3 Phasen Wasserkocher

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Bastl_r
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Re: AES – Atomic Emission Spectroscope

#28 Beitrag von Bastl_r »

Hallo Andreas

Interessante Konstruktion mit dem Wasserwiderstand! :headbang:
Dein Problem ist, dass Du mit den 18 Mot Leistungen im fast zweistelligen Kilowattbereich verheizen musst um eine Wirkung zu erzielen. Damit ist dann auch Klar warum das Wasser so schnell heiß ist.
Der angedachte Ballast muss, um den notwendigen induktiven Widerstand aufzubringen bei 50Hz natürlich auch sehr groß werden.
Nicht umsonst haben Schweißgeräte Drosseln mit vielen Windungen und Eisenkern.

Mal eine generelle Überlegung:
Wenn Du überhaupt so viel Energie verheizen bzw vedrosseln musst, macht es dann nicht Sinn mit der Spannung runter zu gehen?

bastl-r


gunni
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Re: AES – Atomic Emission Spectroscope

#29 Beitrag von gunni »

Hallo Andreas,

Super Projekt! Ich habe mal eine Frage zur Spektroskopie. Wie verhinderst du, dass das Spektrometer durch die sehr helle Entladung komplett "geblendet" wird?

In welchem Wellenlängenbereich emittieren die Elememte, die du Nachweisen möchtest?

Hattest du an ein Spektrometer wie das "Ocean Insight" oder "Aseq LR1" gedacht?

Grüße


axonf
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Re: AES – Atomic Emission Spectroscope

#30 Beitrag von axonf »

Hallo und einen schönen Morgen, hallo Andreas 1984 das mit der Drosselspule war vielleicht doch HF, aber es sind trotzdem 2 große Kränze mit Dioden verbaut. Bei einer Elektronenstrahl Beschichtungsanlage haste immer ein Ablenksystem das dir den Strahl bündelt und auf den Ingot führt, habe mal so eines repariert, ähnlich wie beim Oszi, alter Fernseher. Hast du vielleicht auch mal an ein GF AAS Spektrometer gedacht, eigentlich willst du ja so wenig ionisierte Atome wie möglich haben. Welche Lichtquelle möchtest du eigentlich verwenden, und wie willst du diese Kalibrieren. Vor einigen Jahren habe ich mal einen Tammanofen gebaut, der ging auch fast bis 1800 Grad Celsius. Viele Grüße von axonf.
Zuletzt geändert von axonf am Di 21. Sep 2021, 19:34, insgesamt 2-mal geändert.

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