Teslaspule mit Wasserstoff Thyratron
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Eine Teslaspule kann als Leistungsschalter auch ein Thyratron benützen,
besonders die, für hohe Pulsströme und hohe Spannungen gebauten
Wasserstoff- oder Deuteriumthyratron sind dafür geeignet. Im Gegensatz
zu Funkenstrecken erlauben H2 Thyratrons eine hohe Wiederholrate ähnlich
der IGBT betriebenen >>>OLTC<<<.
Allerdings gestattet das Thyratron keine Unterbrechung des Stromes zu
einem beliebigen Zeitpunkt (wie ein IGBT) und keinen Stromfluss in inverser
Richtung wie die Funkenstrecke. Die Quenchung erfolgt also im ersten Nulldurchgang
des Schwingung im Primärkreis. Um trotzdem genügend Energie
in den Sekundärkreis zu übertragen sollten die Kreise stark
gekoppelt sein.
Thyratron:
unter den zahlreichen Thyratrontypen sind das 5 C 22 und
das etwas kleinere 4 C 35 für diese Zwecke geeignet. Diese
Typen im Glaskolben haben zwar niedrigere Leistungsdaten als ihre
Kollegen im Metallkeramikgehäuse, sehen aber ungleich besser
aus und sie sind billig auf Flohmärkten und hin und wieder bei
Ebay erhältlich. Bei diesem Aufbau wurde das 8503 Thyratron,
eine englische Variante des 5 C 22 verwendet. Das 5 C 22
Thyratron war seit seiner Entwicklung Anfang der 40er Jahre der Standard
Hochspannungsschalter in vielen Radargeräten und wurde auch in
der Entwicklung gepulster Gaslaser (Stickstoff, CO2) eingesetzt.
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H2 Thyratron
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Heizung: |
Uf = 6.3V; If = 10A; tf = 300s |
8502
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Grenzdaten: |
Uas = 16kV; -Uas = 16kV; Ik = 250mA;Iks = 325A |
Auf der Versorgungsseite wird das Thyratron wie üblich mit einer
Resonanzladeschaltung be- schaltet. Eine Ladedrossel mit einer Induktivität
von 500 mH erlaubt zusammen mit der Primärkapazität von
400 nF eine maximale Wiederholrate von etwa 500Hz. Da diese Ladeschaltung
eine Spannungsüberhöhung von etwa zwei erbringt wurde das
Netzteil sehr einfach realisiert. Eine Vervierfacherschaltung erzeugt
direkt aus dem Netz eine Hochspannung von etwa 1200 V sodaß
die Primärkapazität auf etwa 2400 V geladen wird. |
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Teslatrafo: um trotz der relativ niedrigen Primärspannung
eine hohe Sekundärspannung zu erzielen wird für den Teslatrafo
ein hohes Übersetzungsverhältniss gewählt. |
Primärkreis |
Wicklung |
4 Wdg 3 mm Litze |
Durchmesser |
120 mm |
Kapazität |
0.4µF |
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Sekundärkreis |
Wicklung |
1100 Wdg 0.2mm CuL |
Durchmesser |
70 mm |
Länge |
400 mm |
Dachkapazität: 170mm Torus aus
Edelstahl Wellschlauch |
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Bedingt durch das niedrige LC-Verhältnisses des
Primärkreises, der festen Kopplung und der daraus folgenden niedrigen
Güte sowie der Bertriebsweise des Thyratrons kann man in diesem
Fall eigentlich nicht von einem klassischem Teslabetrieb sprechen,
entsprechender wäre die Beschreibung der Schaltung als Impuls-Transformator.
Nichts desto trotz werden am HV-Terminal sehr hohe Spannungen erzielt. |
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Schaltung: Wie oben erwähnt
wird die Betriebsspannung direkt aus dem Netz durch eine Vervierfacherschaltung
erzeugt. Die 300V Spannung für die Steuerstufen, die auch
in Röhrentechnik ausgeführt sind, wird mit einem Einweggleichrichter
erzeugt. Als Pulsgenerator wird ein astabiler Vibrator bestückt
mit einer ECC 82 verwendet. Dessen Ausgangspulse triggern
ein Kleinthyratron PL 21, dessen Anodenkreis einen 150nF
Kondensator über die Primärwicklung eines Rinkerntrafos
entlädt. Die in dessen Sekundärwicklung entstehenden
200V Pulse zünden das Wasserstoff Thyratron, welches die
Primärkapazität auf die Primärspule schaltet.
Die Primärkapazität besteht aus zwei in Reihe geschalteten
800nF Kondensatoren (Mikrowellenofen) |
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Das obige Bild zeigt die Steuerstufe
und das linke Bild den Gesamtaufbau. Im Vordergrund der Vervielfacher,
ausgelegt für 1800V, es werden allerdings nur 1200V verwendet
da sonst Überschläge an der Sekundärspule diese gefährden.
Links hinten die Ladedrossel (Vorschaltdrossel für Metalldampflampen).
Daneben die Ladedioden (4 x BYX 88/800) und der Heiztrafo. Weiter
die beiden Primär- kondensatoren und dahinter das Thyratron in
seinem Sockel |
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Gesamtaufbau: Das Gerät
wurde wieder in eine Plexiglasbox eingebaut. An der Frontplatte befinden
sich der Netzanschluß mit Netzschalter und Kontrolleuchte, ein
weiterer Schalter aktiviert die Hochspannung. Das Messgerät überwacht
den Versorgungsstrom der durch einen 2A Sicherungsautomaten abgesichert
ist. Ein Regler erlaubt die Einstellung der Wiederholrate. In Betrieb
zeigt sich das violett leuchtende
Wasserstoff Plasma im Thyratron |
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Die Entladungen am Torus zeigen die für Impuls
Teslaspulen typische Form bei einer Länge um die 20 cm |
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