kilovolts neue Ultra-HV-Kaskade

[oglbi]

Bei Hochspannung und hohen Frequenzen gibt es komische parasitaere Effekte und auf Potentiale ist nicht immer Verlass.
Ich verfolge das mit Hochachtung auch wenn ich keine Kommentare abgebe. Drangetraut habe ich mich an dieses Hexenwerk noch nicht.
Ich hatte gefragt weil es haette sein koennen dass bestimmte Leitungen kurz oder bestimme Abstaende gross sein sollen.

[Multi-kv]

Nach meinem (zugegebenermaßen sehr bescheidenen) Verständnis der Materie kommt es hier ja nicht darauf an, das die beiden Röntgentrafos im Takt schwingen - vermutlich sind auch kleine Frequenzunterschiede nicht kritisch. Die Ausgangsspannung wird ja dann noch gleichgerichtet und in der Kaskade hoch"transformiert". Wenn sie leicht zeitversetzt schwingen wäre das für die Belastung der Diodenketten und Widerstände wohl nur günstig. Aber durch die div. parasitären Effekte könnte sich eine Schwingung evtl. unschön aufschaukeln oder die Verluste ansteigen, nehme ich an.

[kilovolt]

Hallo oglbi

Danke für dein Interesse. Hochachtung brauchst Du nicht zu haben.
Der Punkt ist der, es braucht für solche Sachen viel Erfahrung und meist auch spezielles Material. Weil fast niemand diese praktische Erfahrung einfach so mit sich bringt (woher auch?), muss man seine Projekte step by step angehen, sich also zuerst mit kleineren HV-Aufbauten beschäftigen und sich auch erlauben, den einen oder anderen Halbleiter abzuschiessen, danach kann man immer mehr extenden und grösseres in Angriff nehmen. Fängt man gleich bei 100% an, endet es meist im Frust. Wenn man dann bereit ist, grössere Sachen zu bauen, lohnt es sich aber immer noch, diese in kleinere Teilschritte zu zerlegen. Man kann dann einerseits Teilziele stecken, andererseits aber auch ganz praktisch einzelne Schaltungsteile für sich testen und schauen, ob es im Kleinen so funktioniert, wie man sich dies vorstellt. Solche Teilbereiche helfen enorm bei der Fehlersuche, weil normalerweise nie alles auf Anhieb einfach so läuft. Wenn man dann in einem riesigen Dschungel Fehler suchen muss, dann hat man verloren. Wenn man jedoch zuvor einzelne Komponenten bereits getestet hat, weiss man auch gleich, wieviel man bereits eingrenzen kann.

Heute habe ich einen Teil der HV-komponenten verkabelt und einen dreiphasigen 32A Leitungsschutzschalter bestellt. Was nun noch zu tun ist: Verkabelungen fertigstellen, beide Brücken einbauen, einen Röntgentrafo sekundärseitig umkonfigurieren von Parallelschaltung auf Serieschaltung mit Mittelpunkterdung, dann den Anschluss an den Zweiphasenvariac vornehmen, verschiedenes Messequipment einschlaufen, alles noch sieben Mal überprüfen und ... einschalten, resp. langsam rauffahren

EDIT @Multikv:
Danke für Deinen Kommentar.
Habe mir diese Sache auch überlegt. Denke eher nicht, dass es irgendeine erhebliche Rolle spielt, wie phasengenau die beiden Transformatoren arbeiten. Da jedoch beide vom gleichen Oszillator angesteuert werden, dürfte dies gar nicht mal so schlecht gegeben sein, sofern ich nicht irgendwo eine 180° Drehung drin habe. Ehrlich gesagt denke ich sogar, dass selbst eine um 180° versetzte Ansteuerung der Trafos kein Problem darstellen würde, da die Kaskade ja schlussendlich gepuffert wird durch die vielen Kondensatoren.

Beste Grüsse
kilovolt

[kilovolt]

Guten Abend Gentlemen

Mittlerweile habe ich das neue Setup mit beiden Vollbrücken und beiden Röntgentrafos getestet. Nunja, funktionieren tut es, aber im Video sieht man wohl den Leistungszuwachs nicht so deutlich. In echt geht jetzt aber schon deutlich mehr. Es entsteht ein massiver, ziemlich greller und vorallem heisser Lichtbogen. Den Strom kann ich (noch) nicht ermitteln. Dürfte so zwischen 60 und 70mA liegen, denke ich mal. Das ist das, was ein Turm alleine gegen GND bringt. Die Zündstrecke liegt auch diesmal wieder bei gut 60cm. Mehr geht zur Zeit nicht, vorallem aus Platzgründen, da ich die Widerstandsketten nicht mehr weiter entfernt voneinander aufstellen kann. Es kommt so schon hin und wieder zu unerwünschten Überschlägen, leider halt immer bei den ungeschützten Widerstandsketten.

Mittlerweile habe ich aber noch weitere Probleme, die noch unschöner sind. Zum einen sind die Variacs überlastet. Der Strom geht pro Phase und Variac gegen 35A, ist ein bisschen viel für einen 20A-Variac, dessen Abgriff man verändert. Auch mein Drehstromanschluss geht eigentlich nominal nur bis 20A. Kurzzeitig liegt auch etwas mehr drin, aber der eine Leitungsschutzschalter ist bereits einmal geflogen. Das dritte Problem sind die Widerstandsketten. Bei den Ketten habe ich damals 10k Widerstände mit 11W- und 17W verbaut, im Glauben, dass ich ohnehin nie mehr benötigen würde. Nun ergeben sich aber bei sagen wir 60mA und 10kOhm bereits 36W pro Widerstand. Es ist zudem gut möglich, dass der Strom noch höher liegt. Die Widerstände werden auch turboschnell extrem heiss und man riecht den Heisskleber, den ich zum Vergiessen verwendet habe.

Dann ist da noch ein drittes Problem, das ich im Vorfeld auch nicht bedacht habe. Für die neuen Vollwellenkaskaden brauchte ich einen Mittelpunkt. Somit musste ich die Röntgentrafos so verdrahten, wie sie ursprünglich gedacht waren, nämlich mit den HV-Wicklungen in Serie und mittelpunktgeerdet (vorher hatte ich die beiden HV-Wicklungen parallel für mehr Strom). Die Serieschaltung der HV-Spulen führt nun dazu, dass die Spannung schon bei 115V so hoch wird, dass es bei 60cm überschlägt. das heisst, ich kann bei weitem nicht die volle Leistung beider Variacs ausnutzen. Hätte ich Platz, könnte ich die Zündstrecke einfach noch etwas weiter vergrössern. Dies wiederum wäre aber ein Problem für die ohnehn schon extrem beanspruchten Widerstände und zudem würde das Setup dann abartige Ströme ziehen, welche ich gar nicht bereitstellen könnte, sowohl wegen dem Variac als auch wegen dem Netzanschluss. Was ich theoretisch probieren könnte wäre das HV-seitige parallelschalten beider Röntgentrafos und dann primärseitige Serieschaltung an beiden Brücken parallel. Aber das ist ein Setup, das ich mich nicht so recht traue. Eine weitere Möglichkeit wäre es, zwei starke 230V:115V Trafos zwischen Variac und beiden Brücken, aber das wiederum ist auch etwas schwierig zu realisieren bei solchen Leistungen.

Naja, wie auch immer, hier mal ein Video vom heutigen Test mit beiden Vollbrücken, beiden Röntgentrafos und beiden Kaskadentürmen:



Vielen Dank für Euer Interesse. Werde sicher noch ein bisschen was mehr probieren und bessere Videos drehen, aber nicht mehr heute.

Gruss kilovolt

[Bastl_r]

Moin

Das nimmt ja langsam Dimensionen an...
Erinnert mich an die Capbank, die ich ja noch erweitern will. Die Elkos dazu sind ja schon da.

Ich denke der Weg über 230/115V Trafos würde die Variacs deutlich entlasten.
Könntest Du damit dann nicht auch ohne Variacs fahren?

bastl_r

[kilovolt]

Hallo Bastlr

Danke für Deinen Kommentar! Die 115V-Trafos wären evt. schon eine gute Möglichkeit, das Problem ist ein bisschen die Leistung, aber vielleicht geht das, mal sehen. ich hätte einen mit 3kVA und einen mit 2kVA hier. Bisschen Überlast macht denen kurzzeitig wohl nicht viel aus.

Ohne Variacs habe ich mir auch schon überlegt, aber das geht wirklich nur, wenn ein absolut hundertprozentig stabiler Betrieb vorliegt. In der jetzigen Phase mache ich das nicht. Das, was dann halt zum Problem werden könnte, sind Transienten beim zackigen Einschalten eines solchen Aufbaus von Null auf Hundert. Bei HV ist das halt immer so eine Sache, aber ausschliessen würde ich diesen Betrieb nicht komplett, allerdings ist es jetzt noch zu früh, um daran zu denken.

Nachfolgend noch ein paar Bilder des aktuellen Setups.

Hier die Speisung, Vollbrücken und Röntgentrafos:

Kaskadenteil mit Widerstandsketten:

Ein herzlicher Gruss
kilovolt

[kilovolt]

Heute gab's einen kleinen Crash, ein Überschlag von der Widerstandskette des negativen Towers zu GND. Dieser ging sogar durch eine 4mm Plexiglasplatte, aber seht selbst gegen Ende des Videos:

Wie man sieht, sind die Abstände bei solch hohen Spannungen eine recht entscheidende Sache. Interessanterweise ging dabei jedoch nichts kaputt, hab aber auch recht schnell reagiert

Gruss kilovolt

[Multi-kv]

Hallo kilovolt,

ich finde die Entladungen schon sehr massiv und eindrucksvoll was durch das laute Knistern im Video recht eindeutig belegt wird. Das sind ja inzwischen auch wirklich ernst zu nehmende Leistungen die da durch die Luft gehen! Gut das deinem Setup beim Überschlag nichts weiter passiert ist - aber es zeigt wohl, dass Du mit dem Aufbau nicht mehr sehr viel weiter nach oben gehen kannst.
Hast Du die Röntgentrafos jetzt im Seriell- oder Parallelbetrieb laufen lassen? Ich dachte die wären wegen des höheren Stroms im Parallelbetrieb. Ein Durchschlag durch eine 4mm Plexiglasplatte ist schon erstaunlich! Wäre eine Glasplatte evtl. besser?

[kilovolt]

Hallo Multi-kv

danke für deine Einschätzung..

Gut das deinem Setup beim Überschlag nichts weiter passiert ist - aber es zeigt wohl, dass Du mit dem Aufbau nicht mehr sehr viel weiter nach oben gehen kannst.

Ja und nein. Das Problem dieses Überschlags war eigentlich nichtmal der Aufbau selber, sondern die etwas engen platzverhältnisse. Hätte ich die Komponenten räumlich etwas besser voneinander getrennt, wäre dies nicht passiert. zum Glück erfolgte der Überschlag nicht direkt von einem der Kaskadentürme nach GND, sondern wurde durch die Widerstände noch stark abgeschwächt. Solange dies der Fall ist, nehmen die Dioden keinen Schaden.

Hast Du die Röntgentrafos jetzt im Seriell- oder Parallelbetrieb laufen lassen? Ich dachte die wären wegen des höheren Stroms im Parallelbetrieb.

Bei diesem Setup sind sie im seriellen Betrieb. Der Grund ist der: Beim alten Setup hatte ich Halbwellenkaskaden, welche nur zwei Eingänge hatten, einen für HV, einen für GND. Beim neuen Vollwellendesign braucht es hingegen einen Mittelpunkt. Das heisst, jeder Vollwellenturm hat einen Mittelpunkt für GND und zwei Eingänge für die beiden HV-Leitungen des Trafos, also insgesamt drei Eingänge. Diese Konfiguration kann nur funktionieren, wenn beiden HV-Wicklungen eines Trafos in Serie geschaltet sind, siehe hier:

Vollwellendesign (Trafowicklungen zwangsweise in Serie wegen HV-Mittelpunkt):

https://en.wikipedia.org/wiki/Voltage_m ... ascade.svg

Im Gegensatz dazu hier das Halbwellendesign, so, wie ich es früher hatte, damals eben mit parallelgeschalteten HV-Wicklungen:

https://www.elprocus.com/wp-content/upl ... iplier.jpg

Habe mir die Sache lange überlegt und bin zum Schluss gekommen, dass ich vermutlich alles so belasse, denn mit der Serieschaltung bleibt die Möglichkeit, höhere Spannungen zu erzeugen. Würde ich jetzt aber 115V-Trafos vorschalten, könnte ich die Schlagweite nicht mehr weiter erhöhen. Habe halt noch immer so ein bisschen das Ziel, mal einen Meter zu erreichen. Ob dies mit dem aktuellen Setup möglich ist, kann ich nicht mit Sicherheit sagen, aber ich könnte es mir vorstellen, wenn ich die Widerstandsketten anders aufbaue, denn die IGBT-Brücken, die HV-Trafos und die Kaskaden selber würden es bringen. Dazu werde ich mir noch den einen oder anderen Gedanken machen.

Beste Grüsse
kilovolt

[oglbi]

Weil ich keine Vorstellung habe wie die Durchschlagsfestigkeit von Plexiglas ist habe ich mal ein Xbeliebiges Datenblatt gesucht.
Da steht Durchschlagsfestigkeit 30kV/mm.

[kilovolt]

Hallo oglbi

30kV pro mm kann ich mir vorstellen, aber es kann auch sein, dass meine Plexiplatten (Acrylglas) hier nicht mehr so gut waren, denn sie lagen schon öfter mal an der Sonne und sie wurden früher für einen HV-platten-Kondensator verwendet. Zudem waren sie auch etwas staubig. Wahrscheinlich war der Wert dadurch etwas herabgesetzt. Dennoch, 120kV wäre mit einem der Türme durchaus machbar, also wäre auch das noch denkbar.

Werde wohl bei Gelegenheit mal etwas mehr Platz schaffen (einen der beiden Arbeitstische wegschaffen), dann kann ich noch grössere Zündstrecken testen. Danke für Euer Interesse.

Beste Grüsse
kilovolt

[Phoenix6478]

Hallo kilovolt

Wow, das ist ja eine enorme Leistungssteigerung im Vergleich zu vorher!
Der Aufbau der Kaskaden ist wirklich sehr schön geworden.
Ich finde, das Upgrade hat sich auf jeden Fall gelohnt.

Ich merke deutlich, dass die Lichtbögen viel kräftiger sind als vorher und schon zu "lodern" beginnen durch den hohen Strom. Zum Glück ist aber bei dem Crash nichts kaputt gegangen.

Mit besten Grüßen
Phoenix

[kilovolt]

Hallo Leute

leider scheint es, dass momentan keine grösseren Zündstrecken machbar sind. Habe einige deftige Überschläge kassiert, wobei einmal beide 12V-Treibernetzteile kaputt gegangen sind, welche an einer Erdung hingen, in die der Einschlag erfolgte. Das Setup läuft nun zwar wieder, aber mehr als etwa 75cm ist nicht mehr sicher machbar.

Vielleicht wäre noch etwas mehr möglich, wenn ich mehr Platz schaffen könnte, was aber derzeit leider nicht geht.

Beste Grüsse
kilovolt

[Multi-kv]

Hallo kilovolt,

75 cm sind doch schon eine recht ordentliche Leistung - damit kann man durchaus zufrieden sein
Man muß ja auch noch Ziele für später haben - vielleicht klappt es irgendwann mal bei schönerem Wetter auf der Terasse oder in der Garage.
Ich würde aber auch nicht die schönen Bauteile riskieren um am Ende ein paar cm mehr Zündstrecke zu haben.
Meine längsten Entladungen waren so um die 3 - 4 cm (habe es aber auch nicht darauf angelegt).

[kilovolt]

Hallo Multi-kv

danke für die netten Worte. Ein bisschen enttäuscht bin ich schon, hatte mir mehr erhofft vom neuen Setup. Im Prinzip wäre es nicht so schlimm, die Teile zu riskieren, da ich genug Ersatzmaterial habe. Allerdings habe ich Bedenken wegen anderen Geräten die am Netz hängen. Wenn es einen Einschlag in die Erde gibt, kann das Potential des Schutzleiters kurzzeitig bedenklich ansteigen, aus diesem Grund sind auch die beiden Treibernetzteile hopps gegangen. Mal sehen, vielleicht probier ich mal noch was anderes aus. Habe theoretisch noch die Möglichkeit, den Strom zu verdoppeln, wenn bei der Spannung schon nicht mehr möglich ist. Allerdings bin ich noch nicht ganz schlüssig, wie ich dies am besten realisieren würde. Wenn es nennenswerte Neuerungen gibt, melde ich mich hier wieder.

Beste Grüsse
kilovolt