Hochspannungskaskade

Interessante Versuche aus dem Bereich der Physik.

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dg7acg
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Hochspannungskaskade

Beitrag von dg7acg »

Hochspannungskaskade

Der Bau einer Hochspannungskaskade, auch als Cockcroft-Walton-Generator oder Villardschaltung bekannt.

Geräte:

Lötkolben

Bauteile:

Kondensatoren (z.B.: WIMA FKP1 Impulskondensatoren 2kVDC / 700VAC)
Dioden (z.B. 1N4007 o.ä.)

Hinweis:

Vorsicht! Hochspannung ist kein Spielzeug! Die Spannung dieser Schaltung ist lebensgefährlich! Der Nachbau geschieht auf eigene Gefahr! Der Autor und Illumina-Chemie übernehmen keine Haftung für Sach- und Personenschäden durch Unfälle beim Nachbau und eventuellem unsachgemäßen Umgang mit dieser Schaltung!
Warnhinweis: hv

Beschreibung:

Mit dieser Schaltung wird aus einer Wechselspannung eine um den Faktor 2*n höhere Gleichspannung erzeugt, wobei n dabei die Anzahl der "Stufen" der Kaskade ist. Eine Stufe besteht immer aus zwei Kondensatoren und zwei Dioden; das ist sozusagen die kleinstmögliche Kaskade. Die maximale Anzahl der Stufen ist theoretisch nicht begrenzt, in der Praxis jedoch wird die Zahl der Stufen durch die Kapazität der Kondensatoren begrenzt. Bei einer Reihenschaltung von Kondensatoren sinkt die Kapazität nach der Formel 1 / (1/C1 + 1/C2 ...). Sind zu viele Kondensatoren verbaut, sinkt der entnehmbare Strom auf Grund der geringen Gesamtkapazität so weit, das die Ausgangsspannung schon durch kleinste Kriechströme oder Sprühentladungen zusammenbricht.

Funktion der Schaltung:
Beim Anlegen einer Wechselspannung wird bei der ersten negativen Halbwelle der erste Kondensator C1 über D1 auf UIn geladen. Bei der ersten positiven Halbwelle liegt der geladene C1 in Reihe mit der Eingangsspannung, so wird seine Spannung auf die Eingangsspannung aufaddiert. C2 wird über D2 mit der Spannung von UIn+UC1 aufgeladen. Bei der zweiten negativen Halbwelle wird C1 erneut geladen, während C3 über D3 vom C2 auf dessen Spannung geladen wird. Die nun folgende zweite positive Halbwelle lädt erneut C2, während gleichzeitig die Spannung von C3 auf C4 "geschoben" wird. Bei jedem Schwingungszyklus wird nun diese Spannung, die nie mehr als das doppelte von UIn beträgt, eine Stufe weiter geschoben. Am Ausgang der Schaltung liegen die Kondensatoren mit der geraden Kennzahl (C2, C4, C6 usw.) in Reihe, ihre Spannungen addieren sich zu der Gesamtspannung der Kaskade.
Es muss keine Sinuswechselspannung zur Ansteuerung verwendet werden, eine "zerhackte" Gleichspannung funktioniert auch. Auf keinen Fall darf man eine solche Schaltung direkt an das Stromnetz anschließen, da man den einen Anschluß (bei C2) erden muss. Erwischt man beim Einstecken des Steckers in die Steckdose die Phase auf diesem Anschluß, gibt es einen Kurzschluss! Man benutzt, will man die Kaskade mit 230V betreiben, natürlich einen Trenntrafo!

Schaltbild:

Bild

Zusammenbau:

Man benötigt nicht unbedingt eine Platine. Hat man Kondensatoren in Quaderform (wie z.B. die WIMA FKP1) legt man immer zwei mit der großen Fläche nebeneinander und verbindet sie quasi mit der ersten Diode, die quer über die Kondensatoren gelötet wird (auf richtige Polung achten!!). Man sollte sich zuerst immer diese "Blöcke" aus zwei Kondensatoren zusammenlöten. Dann werden diese Blöcke hintereinander gelegt und mit einer Diode von links nach rechts (oder umgekehrt) verlötet. Wie genau das ausschaut, wird aus dem Foto deutlich. An den Ausgang der Kaskade sollte man noch einen Widerstand löten, dessen Wert von der Ausgangsspannung abhängt (zwischen 10 und 50 MOhm). Will man die Kaskade mit mehr als 500V ansteuern, sollte man mehrere 1N4007-Dioden in Reihe schalten, um die Spannungsfestigkeit zu erhöhen. Die 1N4007 kann 1000 Volt aushalten, höhere Spannungen zerstören die Diode.

Entsorgung:

Defekte Elektronikbauteile gehören in den Sondermüll. Nicht über den Hausmüll entsorgen!

Bild:

Bild
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dg7acg
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Beitrag von dg7acg »

@Xato: wie wäre es mal mit einem Hochspannungswarnzeichen? Oder haben wir das schon? ;-)
@Cyan: Der Laser dauert zwar noch, aber da es hier schon ein Foto gibt konnte ich nicht widerstehen... :mrgreen: ;-)
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Langer
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Beitrag von Langer »

Hö, bin ich jetzt blöd?
Hatte HCN nicht schonmal sowas geschrieben? :?:
Radithor
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Beitrag von Radithor »

Wo kommt das hin?
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dg7acg
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Beitrag von dg7acg »

kommt in den Physikbereich (der sich noch im Aufbau befindet...)

@Langer: jo, aber den hatte er wieder gelöscht... ;-)
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Cyanwasserstoff
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Beitrag von Cyanwasserstoff »

...weil meine sowieso nicht optimal war. :wink: Zu kleine Kondensatoren.
"It is arguably true that the tetrapyrrole system is Nature's most remarkable creation."
- Claude Rimington
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dg7acg
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Beitrag von dg7acg »

Noch ein kleiner Nachtrag (den ich später noch mit in den Artikel schreibe wenn ich mehr zeit hab): Man sollte besser gleich 2 Dioden in Reihe schalten, sonst passiert einem das, was mir gerade passiert ist: die Kaskade (die große blaue) gibt den Geist auf! Grund: eine Diode ist verbraten, weil zu hohe spannung am eingang :(

...man sollte eine kaskade mit 1000V-Dioden und 2000V-C's nicht mit 4000V anfahren :angel:
...auf der Steuerflucht erschossen! :twisted:
Xato
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Beitrag von Xato »

dg7acg hat geschrieben:@Xato: wie wäre es mal mit einem Hochspannungswarnzeichen? Oder haben wir das schon? ;-)
Schade, dass "Wo?" hier nicht zu passt... :mrgreen:

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Langer
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Beitrag von Langer »

Cool, wir bekommen immer mehr Gefahrenzeichen... :P

Übrigens cooles Teil, werde ich irgendwann auch mal nachbauen...


Gruß, Langer
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dg7acg
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Beitrag von dg7acg »

@xato: danke! ;-)

soo.. Artikel nochmal ergänzt... N2-Laser lasert, kaskade defekt. bin begeistert :?
Morgen besorgt ich 100 Stück der 1N4007, sollte erstmal ne Woche reichen... :twisted: ;-)
...auf der Steuerflucht erschossen! :twisted:
guitar_player
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Beitrag von guitar_player »

Hy,
genügen zwei Dioden, oder sollte ich doch drei nehmen?
Kann ich die Kaskade an einem der zwei Kupferrohre die von einer Heizung in den Boden gehen erden?
Und passiert der Kaskade nichts, wenn ich sie am Eingang an der selben Leitung erde, an der auch am Ausgang der Funken überspringt?

Lg,
Alex
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Gold(III)-Chlorid
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Beitrag von Gold(III)-Chlorid »

Hi,
genügen zwei Dioden, oder sollte ich doch drei nehmen?
Wieviel Spannung willst du denn Anlegen?
Kann ich die Kaskade an einem der zwei Kupferrohre die von einer Heizung in den Boden gehen erden?
Ja, sollte funktionieren.Hauptsache Niederohmige Erde.Aber Mess zur sicherheit nochma den wiederstand zwichen deinem Rohr und der Schutzerde des Steckdose.
Und passiert der Kaskade nichts, wenn ich sie am Eingang an der selben Leitung erde, an der auch am Ausgang der Funken überspringt?
Nö, denke das sollte gehn.

Jetzt mal en bisschen Off Topic vo mir:
Kennt sich hier jmd. mit Tesla-Transformatoren aus?
Mein Problem ist nämlich, das ich mir so ein tolles Teil gebaut hab, jetzt aber nur Entladungen von ca. 10cm hinbekomme...hab schon in nem Elektroforum gefragt, aber da antworter iwie niemand :cry:
Hier en paar Daten:
Trafo:
Nst mit 2 x 3,15 kV also 6,3 kV insgesamt bei 64mA("Drossel Kern noch nicht ausgebaut)

Sicherheitssysteme:
2x Drosselspule á 50 Windungen 1mm Draht
1xSicherheitsfunkenstrecke, gegen masse

Funkestrecke:
3fach seriell.Lüfter zur kühlung

Kondensatoren:
6 x 2,2nf / 40 kV paralel(also insgesamt 13,2 nF)

Prim. Spule:
6 Windungen 3mm Cu Draht 45° Steigung

Sek. Spule
40cm durchmesser 5cm PVC Rohr
0,2 mm Cu Lackdraht

Toroid:
Alu-Flex Schlauch
Innendurchmesser:5cm
Dicke: 10cm

Hat vil jmd. ne Idee wie ich etwas längere Steamer hinbekomm?

Danke schon ma, Jonas
Der Klügere gibt nach! Eine traurige Wahrheit, sie begründet die Weltherrschaft der Dummheit.
guitar_player
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Beitrag von guitar_player »

Gold(III)-Chlorid hat geschrieben:
guitar_player hat geschrieben:genügen zwei Dioden, oder sollte ich doch drei nehmen?
Wieviel Spannung willst du denn Anlegen?
Als Eingangspannung nehme ich die Ausgangsspannung vom Mini-Funkeninduktor, also so um die 2kV.
Ich nehme natürlich die 1N4007.

Eigentlich müssten aber zwei reichen, da ich gerade mit einer Diode zwischen den zwei Kontakten beim Funkeninduktor Funken erzeugt habe und sie nicht kaputt gegangen ist.
Gold(III)-Chlorid hat geschrieben:
guitar_player hat geschrieben:Kann ich die Kaskade an einem der zwei Kupferrohre die von einer Heizung in den Boden gehen erden?
Ja, sollte funktionieren.Hauptsache Niederohmige Erde.Aber Mess zur sicherheit nochma den wiederstand zwichen deinem Rohr und der Schutzerde des Steckdose.
Das Messgerät zeigt immer so um die 1 Ohm an... dürfte also klappen.
Gold(III)-Chlorid hat geschrieben:
guitar_player hat geschrieben:Und passiert der Kaskade nichts, wenn ich sie am Eingang an der selben Leitung erde, an der auch am Ausgang der Funken überspringt?
Nö, denke das sollte gehn.
Sicher? :mrgreen: Denn 28 solche Kondensatoren sind nicht gerade billig :mrgreen:

Leider kann ich deine Frage nicht beantworten, da ich mich mit dem Tesla-Transformator nicht so gut auskenne. Zumindest zu wenig, um deine Frage zu beantworten.
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Gold(III)-Chlorid
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Beitrag von Gold(III)-Chlorid »

Bin ich mir eig. ziemlich sicher...weil ob du jezt die Erde benutzt oder ne niederohmige erde en paar meter weiter is eig. relativ egal.
Wenn du schon 28 Kondensatoren da hast, dann denk doch mal über den Bau eines Marx Generators nach... oder was hast du mit der HV vor?
Wieviel Ausgansstrom liefert eigenltich dein Funkeninduktor?
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guitar_player
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Beitrag von guitar_player »

Wieviel Ausgangstrom er liefert, weiß ich nicht.

Mit der Spannung möchte ich einen Stickstofflaser betreiben.
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