Tesla-Transformator


Der Schaltplan










Simulation

Um das Zusammenspiel und Verhalten der einzelnen Elemente des Teslatransformators zu analysieren, habe ich das ganze System in PSpice modeliert und simuliert. So lassen sich die Einfüsse der einzelnen Komponenten schnell veranschaulichen.




Der folgende Plot zeigt den Stromverlauf in dem primären Schwingkreis, in dem Zeitabschnitt, in dem die Funkenstrecke durchschaltet. Man sieht dass der Strom beträchtliche Werte erreichen kann.




In diesem Plot sieht man die Oszillation der Sekundärspannung in dem Zeitabschnitt, in dem die Funkenstrecke gezündet hat. Die Spannung erreicht beinahe 400kV!




Der folgende Plot zeigt eine Fourrierzerlegung des Frequenzganges der Sekundärspannung. Schön ist der scharfe Peak bei etwa 112kHz zu sehen, welcher der Eigenfreqeuenz des sekundären Schwingkreises entspricht.




Die synchrone Funkenstrecke (SRSG)

Ist die Umdrehungszahl eines Motors nicht bekannt, gibt es eine einfache Methode um zu überprüfen, ob es sich um ein Synchron-, oder Asynchronmotor handelt. Man klebt ein etwa 1cm breiten Streifen Karton auf das Ende der Welle (wie ein Propeller). Jetzt verdunkelt man den Raum und beleuchtet den Motor mit einer herkömmlichen Leuchtstoffröhre. Dann schaltet man den Motor ein. Die Leuchtstoffröhre flackert wie ein Stroboskop mit 50Hz. Handelt es sich um einen Synchronmotor sieht man auf dem rotierenden Karton einen stationären dunklen Streifen. Das ist genau die Stelle, wo die Spannung an der Leuchtstoffröhre seinen Nulldruchgang erreicht. Das heisst dieser Streifen markiert genau die Stellung des Rotors, wo die Netzspannung ihre Nullstellen hat. Bei einem Synchronmotor bleibt dieser dunkle streifen stationär. Bei einem Asynchronmotor würde dieser dunkle Streifen im Kreis herumwandern, da der Rotor der Netzfrequenz immer ein wenig voraus- oder nacheilt.

Aber auch bei Synchronmotoren gibt es verschiedene Typen. Hat mein synchron laufenden Motor heisst das nicht, dass sich die Position des dunklen Streifen beim nächsten Einschalten wieder am gleichen Ort befinded wie vorher. Ist dies aber der Fall, so hat man einen synchronen Reluktanzmotor. Solche Motoren sind genau richtig für eine synchrone Funkenstrecke. Denn bei diesen Reluktanzmotoren muss die Position der Elektroden und der Rotorscheibe nur einmal eingestellt werden.
Synchrone Reluktanzmotoren sind ziemlich teuer. Es gibt aber einen Trick wie man aus einem verhältnismässig billigen Asynchronmotor einen solchen Reluktanzmotor machen kann. Man feilt oder fräst, je nach Drehzahl der des Motors, zwei oder vier Segmente in den Rotor des Motors. Kritisch ist dabei die Sekantenlänge der abzufeilenden Segmente. Diese Länge resultiert aus einem Kompromiss aus verbleibendem Drehmoment und Trägheitsmoment der anzutreibenden Scheibe mit den Elektroden. Das Drehmoment ist wichtig, damit der Motor bei 230V AC noch auf Synchrondrehzahl kommt.

Der hier verwendete Motor ist ein ganz normaler Asynchronmotor mit 2800rpm und 60W Leistung. Bei diesem Motor habe ich den oben genannten Trick angewandt und zwei gegenüberliegende Segmente aus dem Rotor gefeilt. Die Sekantenlänge beträgt 2.3cm bei einem Rotorumfang von 15.3cm. Somit beträgt die Sekantenlänge insgesamt etwa 30% des Rotorumfangs, was sich als Richtwert gut bewährt hat. Bei Motoren mit weniger Leistung sollte weniger als 30% abgefeilt werden.










Das folgende Bild zeigt den Verlauf der Primärkondensatorspannung und die Schaltpunkte der Fukenstrecke. Man sieht, dass die Funkenstrecke immer genau im Maximum der Kondensatorspannung zündet. Die Schaltdauer beträgt etwa 600us. Somit wird der Kondensator immer bei seiner maximalen Ladespannung entladen und somit hat man auch die grösstmögliche Energieübertragung vom Primär- in den Sekundärkreis des Teslatrafos.





Der Kondensator










Kontrolleinheit








Impressum PHP Counter Sie sind Besucher: 522407