Mein SSTC-Projekt

[HV-Nerd]

Hallo Gemeinde, habe vergessen, im neuen Thread zu grüßen Mit dem Editieren komme ich hier im Forum noch nicht so richtig zurecht.

Dieses SSTC-Projekt habe ich im Inet gefunden, vor ein paar Jahren: Tjaco’s design graveyard

Und habe es umgebaut bzw. ergänzt, nachgebaut. Die 4 Module sind fertig. Aber noch nicht alles zusammengebaut und miteinander verschaltet. Den Gehäusesockel muß ich auch noch bearbeiten, bevor ich die Module einbaue und verkabele.

Meine selbstgebaute Wickelmaschine ist diese hier:

Darauf habe ich ca. 1.885 Windungen 0,6mm CuL-Draht draufgewickelt.

Hier ein paar Bilder meiner fertigen Teslaspule:

Die Primärspule muß ich vielleicht in eine Kegel- /Trichterförmige Spule umbauen, mit Kupferrohr vielleicht.

Und jetzt die Schaltbilder und Module dazu, derer es 4 insgesamt gibt und die ich z.T. selbst entwickelt bzw. modifiziert habe: Mein CAD-Programm ist EAGLE.

Nächstes Bild: Stromversorgung bzw. Netzteilplatine,

Platinenaufbau:

Hier das Schaltbild der Netzteilplatine:

Nächstes Bild: Hier die Endstufe, ein Foto vom Modul habe ich noch nicht, das AC/DC-Modul U1 ist nicht verbaut, und die Optokoppler TLP5xxx, die schon bemängelt wurden, waren bereits korrigiert und ersetzt durch 6N137, OK1 und OK3:

Nächstes Bild: Hier die Steuerelektronik dazu, die ich etwas modifiziert habe. Der Oszillator IC4 sorgt dafür, dass der Halbbrückentreiber nur kurz und zeitweise arbeitet, also kein Dauerbetrieb stattfinden kann. Die Taste/der Schalter S2, “Scale”, soll diesen intermittierenden Betrieb auf Dauerbetrieb einstellen, zum Abgleich mit den Motorpotis, bis man die Resonanzfrequenz gefunden hat:

Nächstes Bild: Und hier noch die kabelgebundene Fernsteuerung, mit der die beiden Motorpotis im o.a. Schaltbild (in short dash umrahmt) gesteuert werden:

Jeder Motor treibt 2 Potis an, also quasi ein Tandem-Poti, ich nutze aber nur ein Poti je Motorpoti, das den 4046 stellt. Das jeweils 2. Poti, deren Schleifer “Dot-Display” (links X5 und X6), bleiben unbenutzt, ist also nirgends angeschlossen.

[Alexander470815]

Schau mal hier, ctc-labs gibt es leider nicht mehr aber die wayback machine hat da was.

SSTCs

Die Sekundärspule kann viel kürzer sein.

Ich wäre da vorsichtig so viel Optokoppler und Transistoren zu verbauen, wenn da was nicht stimmt knallt es schnell.

[daniel]

Hallo Matze,

ich beziehe mich hier mal auf deinen Post aus dem anderen Thread ( Auslegung große SGTC - #36 von HV-Nerd ), auch wenn das für künftige Leser nicht optimal ist…

@HV-Nerd

zum Aspektverhältnis muß ich nachlesen, was das heißt.

Aspektverhältnis meint das Verhältnis von Durchmesser zu Höhe der Sekundärspule. Aus deinen Angaben und Bildern würde ich schätzen, dass du in der Höhe ca. 130-150cm auf ein 8cm Rohr gewickelt hast, das gibt ein Aspektverhältnis von 1 zu 130/8 = 1 zu 16,25.

Die allgemeine Meinung im Netz ist, dass ein Aspektverhältnis von ca. 1:3 bis 1:5 optimal ist. Deine Spule ist also viel zu dünn und viel zu lang. Allerdings gibt es auch viele Spulen mit einem ungünstigem Aspektverhältnis, die trotzdem ziemlich gut funktionieren. Dein Verhältnis ist aber schon extrem, kann ich nicht beurteilen, wie gut das noch funktionieren kann.

Die Seite von der du das Setup übernommen hast überzeugt mich aber nicht wirklich. Winzige Outbreaks für eine riesen Spule Sowas kann man bestimmt auch mit einer 30cm Spule erzeugen.

@Alexander470815

Was ist die Idee hinter D1, D2, D3, D4? Das macht so keinen Sinn. Normal wäre eine Halbbrücke und dann zwei Kondensatoren in Reihe die sich die 325V aufteilen, dazwischen kommt die Primärspule.

Der spart sich halt die zwei Kondensatoren und den virtuellen Ground in der Mitte und macht stattdessen abwechselnd volle Spannung und aktiven Kurzschluss.

Die Sicherungen an den Gates finde ich auch seltsam.

[HV-Nerd]

Hallo Alexander, danke Dir für Deine Rückmeldung! Das mit der -Halbbrücke leuchtet mir ein, jedoch ist schon alles fertig verdrahtet auf meinem Knäckebrot-Hartpapier-Platinenmaterial, auf den 4 Modulen. Photos kommen noch. Wenn ich meine Schaltung in Betrieb nehme und es dann knallt und funkt, dann muß ich wohl etwas anders machen! Edit: Ich heiß’ Matthias, Matze kann man mich auch nennen, ich will das noch ändern, meinen NickName hier.

[HV-Nerd]

Ich denke mal - für den Fall, dass einer der MOSFETs durchknallt, dann haut es die Sicherung vor dem Gate raus, um IC6, den IR2110, zu schützen. Ich habe es ja nur übernommen. Und die Schaltung scheint ja auch mit dem fliegenden Aufbau von “Tjaco’s design graveyard”, Tjaco’s design graveyard , funktioniert zu haben.

Es ist aber möglich, dass das, was ich da gebaut habe, völliger Murks ist!

[HV-Nerd]

Ja, die vielen Optokoppler… aber ich will oder muß ja elektrische Potentiale auch trennen.

[Alexander470815]

@HV-Nerd

aber ich will oder muß ja elektrische Potentiale auch trennen.

Wenn du schon Motorpotentiometer hast ist eine lange Kunststoff Welle die optimale Version. Der IR2110 wird viel schneller explodieren als die Sicherung durchbrennen kann.

[HV-Nerd]

Hallo Daniel, vielen Dank für Dein Posting! Danke für die Erklärung des Aspektverhältnisses. Ich habe ja eingangs schon geschrieben, dass es Murks sein kann, was ich da zusammengezimmert habe. Vielleicht funktioniert es ja trotzdem, wie Du selbst es zu 0,1% oder so bejaht hast, in manchen Ausnahmefällen. Da wäre ich ja froh.

Wäre eine andere Möglichkeit, z.B. die Primärspule als Korb oder Trichter nach oben geöffnet auszuführen, und das über einen größeren bzw. längeren / weiteren / ausgedehnteren Bereich?

Edit: Eine weitere Frage: wie kann ich nachträglich Bilder in meine Beiträge einfügen?

Ich versuche es mal hier.

Die Platine des Leistungsteils bzw. der Endstufe:

Die Platine der Steuerelektronik:

Und noch die Platine der Motorpotis mit Anschluß für die Fernsteuerung:

[daniel]

Hallo Matze,

ich bin ja auch kein Experte, habe mich nur etwas in das Thema eingelesen, aber wenn du die Spule eh schon gewickelt hast, würde ich es einfach mal ausprobieren. Das Aspektverhältnis ist kein hartes “geht oder geht nicht” Kriterium sondern eher eine Frage der Optimierung. Meine erste (und bisher einzige fertiggestellte) Spule hatte auch ein Aspektverhältnis von 1:12 und hat trotzdem ganz gut funktioniert.

Du kannst mal die Daten deiner Sekundärspule mal z.B. in den Raacke Rechner eingeben

Homepage von Jens Raacke

Dann kriegst du schonmal einen Anhaltspunkt für die Resonanzfrequenz des Senkundärkreises. Wenn du einen Funktionsgenerator + Oszi verfügbar hast, kannst du die tatsächliche Resonzfrequenz vermessen, indem du das Signal des Funktionsgenerators mit dem unteren Anschluss der Spule verbindest und den Oszi-Tastkopf ca. 1m von der Spule entfernt aufstellst. GND von Funktionsgenerator und Oszi bleiben einfach offen. Funktionsgenerator auf die errechnete Resonanzfrequenz einstellen und solange hoch/runter drehen, bis das Oszi die maximale Amplitude anzeigt. Auf die gleiche Frequenz musst du dann die Frequenz des Primärkreises einstellen. Wenn das in dem Bereich liegt, auf den die Elektronik ausgelegt ist, würde ich es einfach probieren.

@HV-Nerd

Wäre eine andere Möglichkeit, z.B. die Primärspule als Korb oder Trichter nach oben geöffnet auszuführen, und das über einen größeren bzw. längeren / weiteren / ausgedehnteren Bereich?

Wenn du die Primärspule als Trichter/Konus ausführst, verringert sich die Kopplung zwischen Primär- und Sekundärspule, d.h. es wird weniger Energie übertragen. Prinzipiell willst du eine möglichst hohe Kopplung um mehr Energie zu übertragen (also gerades Rohr für Primärspule möglichst eng um die Sekundärspule) aber andererseits wenn die Kopplung zu hoch wird kommt es zu Überschlägen von der Sekundär- auf die Primärspule und die Elektronik geht drauf oder es kann zu Überschlägen innerhalb der Sekundärspule (“racing sparks”) kommen.

Ich kann dir hier leider keinen konkreten Daten liefern, es ist ein Kompromiss zwischen bester Leistung und dem Risiko etwas kaputt zu machen.

Was mir aber gerade noch aufgefallen ist, auf dem Detailbild deiner Primärspule gehen die Kabel scheinbar ins Innere der PVC Muffe und kommen der Sekundärspule sehr nah. Das würde ich ändern um einen Überschlag zu vermeiden.

VG

Daniel

[HV-Nerd]

Ich danke Dir sehr für Deine ausführliche Antwort. ich mache es mal so nach Trial and error, wenn ich Pech habe… aber ich bleibe dran! Die Umsetzung ist für mich schwer, weil es für mich enorme Kraft erfordert, physisch jeden Tag zu überstehen.

Edit: Danke für den Link zu Jens’ Homepage!

[HV-Nerd]

Danke für den Hinweis, dass da die Abstände der Strippen zu knapp sind. Fertig ist das Projekt noch lange nicht, das ist erst der Rohbau Es müssen noch ein paar mechanische Bearbeitungen stattfinden.

[HV-Nerd]

Hallo Daniel und Alexander, ich habe jetzt ein paar Änderungen gemacht, die mir vorgeschlagen wurden von Euch.

Ich habe die Sicherungen vor den Gates mal über den Daumen gepeilt mit 56R ersetzt, C10 von 470nF auf 4µ7 erhöht (nach Alexanders Empfehlung). Die Gate-Vorwiderstände, wie kann ich die berechnen? Es fließt ein Verschiebungsstrom über die Gate-Kapazität, bei einer Frequenz, die ich noch nicht weiß, weil ich die Resonanzfrequenz ja erst kalibrieren bzw. herausfinden muß.

Was die Gefahr der vielen Optokoppler angeht, verstehe ich nicht so ganz; jedenfalls habe ich sie durch zwei 6N137 ersetzt. Der 3. Optokoppler PC817 kann bestehen bleiben, denke ich, da geht es ja nur um den Shutdown.

[HV-Nerd]

Hallo Alexander, ich habe einige Änderungen gemacht, die Du mir nahegelegt hast, siehe mein neues Posting hier im Thread.

[Alexander470815]

Die Gate Widerstände kann man nach mehreren Kriterien auslegen.

https://community.infineon.com/t5/Knowledge-Base-Articles/Calculation-of-Gate-Resistance-in-Driver-Circuit/ta-p/960842#.

Warum überhaupt Optokoppler? Wenn die Motorpotentiometer isolieren braucht es die nicht.

Die Gate Signal Erzeugung mittels des 4017 und der 4013 halte ich auch für ziemlich ungünstig, ja damit hat man eine ordentliche Totzeit zwischen den Schaltvorgängen aber die sollte nicht soo groß sein.

[HV-Nerd]

Warum Optokoppler: Ich habe das alles bereits gebaut gehabt. Ich kucke mal, wenn es dann soweit ist, ob es funktioniert oder mir der ganze Strunz in die Luft fliegt, Kawumm!!! Und dann möchte ich halt immer generell sehr gerne den Leistungsteil galvanisch getrennt vom Steuerteil betreiben. Aber wenn es denn sein muß, weil mein Konstrukt vermurkst ist, dann versuche ich es einfacher zu machen, und auch auf so einiges zu verzichten. Oder sogar anders zu machen. Die Motorpotis sind isoliert, sodaß ich dann auf die Optokoppler tatsächlich verzichten kann.

Was die Totzeit angeht, da wird sich auch zeigen, ob das alles kein Murks ist. Ich weiß halt nicht, wie schnell die Endstufen-MOSFETs schließen, und in wie weit Überschneidungen vorhanden sein könnten, wenn ich die 4013-FFs direkt am nächsten Ausgang des 4017 aus Set bzw. Reset setze. Da käme vielleicht die Propagation Delay Time zur Geltung, und es wäre damit auch verhindert, dass beide MOSFETs kurzzeitig gleichzeitig leiten und so die 325V-Versorgung kurzschließen, für 1ms oder 100µs, ich weiß es nicht. Deswegen dachte ich auch, dass diese Totzeit erforderlich sei. Besser so als so.

[HV-Nerd]

Zu dem Link, Calculation of Gate Resistance, will ich sagen, dass ich das im Einzelnen nicht so richtig verstehe. Es geht um IGBTs, ok, ist ein NPN-Transistor quasi mit FET am Eingang, der dann seine Basis ansteuert. Wie ich das anhand der Schilderungen und Diagramme auf mein Projekt umsetzen soll, weiß ich nicht, diese ganzen Parameter und Terme in den Diagrammen und Formeln. Klar, dQ/dt etc. verstehe ich als einzelnes schon, Ladungsmenge pro Zeit, differentiell.

[HV-Nerd]

Kannst Du mir erklären, warum C10 4,7µF haben muß? Und kann ich da einen bipolaren Elko nehmen, oder muß das ein PP oder so sein? Welche Spannung muss dieser Kondensator aushalten können? Es geht um Bootstrapping, schwer zu verstehen für mich.