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Teslaspule mit Wasserstoff Thyratron

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.
     

H2 Thyratron

Heizung: Uf = 6.3V; If = 10A; tf = 300s
8502
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.
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 0.4F
   
   
Sekundärkreis
Wicklung 1100 Wdg 0.2mm CuL
Durchmesser 70 mm
Länge 400 mm
Dachkapazität: 170mm Torus aus Edelstahl Wellschlauch
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.
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)
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
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
Die Entladungen am Torus zeigen die für Impuls Teslaspulen typische Form bei einer Länge um die 20 cm

 

Schaltplan PDF-Datei