Stromimpulse

Hallo, kai,

Du (kaiueltzhoeffer) meintest am 23.12.03:

8 kA ist noch nicht viel ... Aber wie kurz ist "extrem kurz"?

Du solltest Dich ein wenig mit Induktivitäten beschäftigen:

ul = L*di/dt

Könnte sein, dass die überall vorhandenen Induktivitäten Dir Dein Projekt versauen.

Viele Grüße! Helmut

Der Widerstand des Kupferdrahtes ist da nicht so kritisch. Problem ist das der Kondensator Dir seine Ladung nicht auf einen Schlag herausrückt, da hat nämlich dessen Innenwiderstand was dagegen. Der is um längen höher als der Widerstand des Drahtes.

HTH Chris

Wie lange? An welchem Widerstand? Wozu?

Von 470µF und 5kV würde ich abraten. Es sei denn, es geht um Selbstmord. 

Falsch gerechnet! Der Strom fällt exponentiell ab. Der Anfangswert hat im Idealfall (keine Induktivität) einen Betrag von U/R.

Ein Kondensator 0,47mF 5kV dürfte preislich in ähnlichen Regionen liegen.

Eine Spule hat eine Induktivität. Dieser kann man mit endlicher Sapnnung schon mal gar keinen Stromimpuls einprägen, sondern kann nur eine Spannung anlegen, womit sich dann ein Strom gemäß dem Induktionsgesetz einstellt.

Schau mal zu

Rick

Du wirst nicht an einer transformatorischen Lösung vorbeikommen, fürchte ich. 8 kA sind mit keinem mir vorstellbaren Bauteil der Elektronik machbar und in Starkstromgebilde willst ja wohl nicht hineinplumpsen.

Ich mag jetzt deinen Forscherdrang nicht dämpfen aber auch nicht absaugen. Irgendwas mit einem U-förmigen Flachkupfer und einem riesigen Ferritkern kommt mir da so traumhaft in den Sinn. Weiter wage ich mich hier nicht vor.

MfG

Hallo Kai,

na ja, das ist ja schon recht eng toleriert ;-)

Wie sonst?

Hast Du Dir auch schon einmal überlegt, welche Leistungen Du da bewegst?

Ohne Aufwand wird das mit kA- Dimensionen sicher nicht. Deine Aufgabe würde ich mal so als Mittlere Promotionsreife einstufen, einen sinnvolen Arbeitsaufwand von 3 bis 5 Jahren und einen Etat von mehreren tausenden Euronen wirst Du da schon rechnen müssen.

Die Coulomb sind hier wenig von interesse, das ist in erster Linie eine Frage von Energie, die Du da vom elektrischen Feld ins Magnetische umsetzen willst und dann weider zurück ins elektrische.

Der Widerstand der Drähte ist eine Frage von Materialstärke und Drahtlänge ;-) und hier fast irrelevant, da die Frage eher ist, welche Innenwiderstände Dein Kondensator und vor allem Dein Schalter hat.

Autsch, das mögen Kondensatoren gar nicht. selbst Folienkondensatoren leiden dann erheblich, Du solltest also nicht mit einem verschleißfreien Bauteil rechnen, wohl aber mit einem sündhaft teuren... So als Hausnummer: Kondensatoren für konventionelle Defibrillatoren (sind etwa 1/10 Deiner Hochspannungsvariante, also 50 µF bei 4500 V) liegen in großen Stückzahlen geordert (> 1000 pro Jahr) um die 50 Euro.

Thyristoren mögen vor allem eines nicht: schnell ansteigende Stromstärken. dI/dt heisst da das Stichwort im Datenblatt. Weiter könntest Du mit IGBTs kommen, EUPEC hat da glaub ich was im Programm mit 6 kV und 6 kA, für

2stellige Eurobeträge bekommst Du die aber auch nicht, und ob die derartige Schaltzeiten mögen will ich auch nicht versprechen.

Abgesehen davon macht der Thyristor so schnell nicht dicht, wie Du es gerne hättest. Ich vermute mal, dass der beim ersten schalten nie mehr öffnen wird.

Mit Niederspannung wirst Du das Teil schon zweimal nicht getrieben bekommen.

Kannst Dir ja mal den Spass machen und ein wenig rechnen: Die Formeln für einen RLC Kreis stehen in jeder besseren Formelsammlung. Einfacher ist vielleicht das Spiel mit Spice (LTSPICE solltest Du ja schon aus der FAQ kennen). Das entbindet Dich selbstverständlich nicht davon sinnvolle Annahmen für die Modelle zu wählen. ESR heisst das Stichwort für den Kondensator, zzgl dessen Induktivität, die Dir die Hersteller gerne mitteilen ;-). Vergiss nicht, dass Dein Kondensator eine Reihenschaltung aus RLC ist, Dein Schalter Randbedingungen wie Schaltzeit, Schaltverluste, Leitverluste (also Einschaltwiderstand), Sperrspannung (temperaturabhängig, wenn Du nicht entsprechende Reserven einhalten willst ;-) Rückwärtsspannungsfestigkeit, Ansteuerbedingungen (das Thema Gateunit beschäftigt Heerscharen von Ingenieuren immer noch). Und dann wird Deine Spule im Wesentlichen aus Induktivität und Widerstand bestehen, wenn Du auf viele Windungen verzichtest, was bei Deinem Timing ohnehin der Fall sein sollte. Möglicherweise solltest Du mit Kupferrohren arbeiten, der Strom wird sich ohnehin vor allem auf der Oberfläche austoben. Die thermischen Spannungen werden sich im Rohr auch besser verteilen.

BTW ich schlag mich seit 5 Jahren mit läppischen 3-5 kV und Strömen von um die 20 A über langsame 10-20 ms herum und lerne immer noch jeden Tag dazu...

Ich will Dir das Teil nicht madig machen, aber Du solltest wissen, dass das Ganze kein Schulversuch werden wird.

So ganz nebenbei solltest Du dann auch an Deine Gesundheit denken. Die Energien, die Du da bewegst, sollten gut kontrolliert werden, da ziemlich "giftig". und kV kennen auch Luft als Leiter, das ist dann kein Stromschlag unter vielen, sondern unter wahrscheinlich der letzte.

Martin

"kai ueltzhöffer" schrieb:

Spricht irgend etwas dagegen, eine Spule mit mehreren Windungen zu nehmen? Die Induktivität erhöht sich hierduch zwar, sollte aber bei NF-Anwendungen kein Problem darstellen. Der Spulenstrom kann dann bei gleicher Feldstärke um das n-fache kleiner sein, die Leitungsverluste sind dann vernachlässigbar klein und der Kondensator kann bei der gleichen Kreisfrequenz auch kleiner ausfallen. Es dürfte auch einfacher sein, für die entsprechenden Einschalt- und Ablingbedingungen zu sorgen. Ansonsten über Transformation wie Franz Glaser schon anriss...

Gruss Udo

zu früh abgeschickt:

Wie groß soll denn Deine Spule werden? Rechne doch mal die Energie aus, die im Magnetfeld stecken soll. dann kannst Du mal die größe des Kondensators abschätzen.

So in Etwa sagt mein Physikbuch: E = 1/2 L I² klingt schon eklig mit dem I² E = 1/2 B H V da stecken Deine Größen drin, die Du wahrscheinlich eher vorgegeben hat, Feldparameter und Volumen, oder?

Martin

Und woher kriegst Du einen 470-µF-Kondensator, der 5kV verträgt?

Der Entladestrom ist nicht konstant. Auch nicht über 0,3 ms, wenn Du den C dabei føllig entladen willst.

Nö. Der wird einen ziemlich großen Innenwiderstand haben.

Ein Meter Cu 2,5 mm^2 hat einen Widerstand von *blätter* 7 mOhm. Bei Deinen 5 kA fallen also nach Herrn Ohm 35 Volt dran ab (und damit entsteht, nebenbei, eine Leistung von 175 kW, wenn auch nur kurzzeitig). Das sieht schlecht aus für Deine 4,5-V-Ladung.

Wenn Du einen Querschnitt von 300 mm^2 (entspricht knapp 20 mm Durchmesser) noch als normal einstufst, ja. Das Dumme ist, daß bei Deinem kurzen Impuls sich der Skineffekt schon zu Wort melden dürfte und Du einen weitaus höheren Querschnitt brauchst, je nach gewünschter Anstiegszeit.

Viel schlimmer ist aber der Innenwiderstand des C, den Du mit dem Draht in Reihe schaltest.

Induktivität ist Dir ein Begriff? Hint: Das sich in der Spule aufbauende Magnetfeld (das bei 5 kA nicht gerade klein ist) induziert einen Strom, der dem erregenden Strom entgegengerichtet ist und Deine 5 kA damit relativiert.

Physikbuch.

vG

Hohe spannung bei hohem strom und das als kurzer impuls. Schau dir mal die schaltung eines radarsenders an. Dort wird mittels resonanzverfahrens eine laufzeitkette geladen. Diese laufzeitkette wird über einen impulstrafo auf das magnetron gekoppelt.

Am besten, du versuchst von einem alten weitbereichsradar den sender, impulsteil und das netzteil abzustauben. Vergiß jedoch den LKW nicht ;-)

Aber, im ernst, mit diesen spannungen und strömen zu experimentieren ist nicht ohne. Überleg dir sehr genau, was du tust!

Hallo, Udo,

Du (ifmd.messdatensysteme) meintest am 23.12.03:

NF? Er will schalten. Wobei ich noch nicht genau weiss, ob er Sprung oder Impuls ("Dirac"-Impuls) haben will. In beiden Fällen: grosses di/dt. Nix mit niedrigen Frequenzen.

Es sei denn, der Kreis wirkt insgesamt wie ein Tiefpass ...

Viele Grüße! Helmut

"kai ueltzhöffer" schrieb im Newsbeitrag news:bs9q0p$420$03$ snipped-for-privacy@news.t-online.com...

Sieh dir das mal an...

Viel Spass beim Nachbau!

Martin

Helmut Hullen schrieb:

Schau Dir mal den Stromverlauf an. Der Strom steigt sinusförmig von Null aus an und beschreibt eine Sinuskurve mit ca. 4 kHz, was über einen Resonanzkreis mit dieser Kreisfrequenz schon machbar wäre. Die Schaltbedingungen sind eine andere Sache. Wie der Verlauf des Diagramms weitergeht, ist leider nicht sichtbar, hier wäre ggf. ein hohes dI/dt zu realisieren. Kernpunkt bei meinem Posting war die Reduktion der Ströme durch entsprechende Konstruktion der Spule, hiermit verbunden auch ein gutmütigeres dI/dt

Gruss Udo

Hallo, Udo,

Du (ifmd.messdatensysteme) meintest am 24.12.03:

Die Schaltung passt nicht zu seiner Beschreibung ("extrem kurz", "Stromimpulse"). Weiter erahne ich nicht, wie er den Sinus erzeugen will. Anscheinend durch pures Entladen des Kondensators.

i = 5 kA*sin (2*pi*t/300 us)

di/dt = 2*pi/300 us*5 kA*cos (...)

(di/dt)max= 0,1*10^9 A/s

Da dürften die meisten Halbleiter-Schalter leichte Probleme bekommen.

ul=L*di/dt

Die Induktivität der gesamten Schaltung ist unbekannt. Selbst bei 1 mH für den gesamten Kreis führt das zu 100 V - und da dürften die Kondensatoren teuer werden.

Viele Grüße!

Helmut

Helmut Hullen schrieb:

Vielleicht sollte man mal abwarten, das er OP zu all den schönen Dingen sagt, die man hier lesen kann. Möglicherweise war das ganze eine verspielte Idee, mal ein paar Münzen hüpfen zu lassen, die jetzt einen ganzen Stab von Ings zusammentrommelt...

Jedenfalls Frohes Fescht allen hier...

Udo

Hey ihr!

Vielen Dank für eure Antworten! Ich bin echt von der Resonanz hier beeindruckt. Ich habe alle Antworten gelesen und muss sagen, es waren viele Hilfreiche Ideen darunter, auch Einiges an Theorie, die ich mir noch aneignen muss.

Hm.. ja so in die Richtung war es.

Der Link von Martin

dem ganzen was ich vorhabe schon sehr nahe. Entschuldigt, ich hoffe ich habe mit meiner fixen und recht unkonkret formulierten Idee nicht zuviel eurer Zeit verschwendet. Ich werde mich auf jeden Fall in nächster Zeit noch etwas mehr mit der Theorie, die hinter Kondensatorauf- und -entladung und Induktivitäten steckt, beschäftigen. Wie gesagt, vielen Dank für eure Hinweise und eure Zeit. Ich lese einige Newsgroups aber so eine Resonanz wie hier habe ich selten erlebt!

Weihnachtliche Grüße, Kai Ueltzhöffer

Hmm, bei 0.3 ms und 5 kA komme ich nur auf 1.5 C. Die benötigte Spannung ergibt sich nun aus der Induktivität deiner Spule, den Verlustwiderständen und allfälligen Spannungsabfällen am Schaltelement. Gefahrpunkt bei deiner Idee ist, dass in obigem Kondensator 6000 Joule Energie gespeichert sind, absolut tödlich, auch wenn die indirekt freigesetzt werden, etwa im Zündtrafo vom Thyristor. Wenn du die Spannung "etwas" runterschraubst, wäre das ganze mit einem dickeren Thyristor handhabbar. 5 A/us ist eine sehr komponentenschonende Stromanstiegsgeschwindigkeit für einen Thyristor, schnellere könnten bis 200-400 A/us. Beim Strom kann man dann auch bis zum "nichtrepetitiven Spitzenstrom" gehen, wobei der vom Thyristor wohl nur etwa 100x ausgehalten wird.

Wegen der Spannungsabfälle wird das nicht gehen. Rein gefühlsmässig, (fragt jetzt bitte nicht, wie ich darauf komme ;-)), wird es auf einige hundert Volt rauslaufen.

Ich hoffe, du simulierst das schön mit Spice. Da werden dir 2 unschöne Sachen auffallen: 1: Der Kondensator wird während des Entladevorgangs auf links gezogen, will sagen, er wird umgepolt. Elkos explodieren dann.. Bei ähnlichen Schaltungen aus dem Radarbereich sind mir schon Hinweise aufgefallen, die dringend vom Umpolen selbst bei ungepolten Kondensatoren (Folie) abraten. 2: Am Ende des Entladevorgangs ist der Strom wieder sanft auf Null, aber in diesem Augenblick springt die Spannung am Thyristor wieder hoch. Snubber ist dann notwendig, oder man biegt das ganze mit Paralleldiode und Dämpfungswiderstand aperiodisch hin. (Schwachstromvariante):

auch, wie man viele der Komponenten an Masse kriegt).

Als ich zuerst "für ein Projekt brauche ich eine Schaltung, die extrem kurze Stromimpulse von hoher Stromstärke (5-8kA) erzeugt", las, dachte ich an Nanosekunden. In diesem Bereich findest du viel unter dem Suchwort Excimerlaser. 10-50 kV, 120 kA in 7 ns kriegt jedes handliche Grounded-Grid-Thyratron hin, das wär nicht das Problem. Diese etwa faustgrossen Röhren halten pro Entladung aber nur einige Millicoulomb aus. Bis einige kV und einige hundert A, ebenfalls mit Serieninduktivität, findest du bei stroboskopähnlichen Anwendungen, mit Thyristor geschaltet.

Thyristoren zum Kondensatorentladen werden in der Onsemi Appnote "thyristor device data" im Kapitel 5 beschrieben. Bei der kurzen Pulszeit kann der Strom wohl noch etwa 5x höher als Itsm gewählt werden. In den Daten sollte das Lastintegral I^2t angegeben sein.

"kai ueltzhöffer" schrieb:

[5-8kA , 0,3 Millisenkunden]

ist prinzipiell kein Problem, solange keine hohen Spannungen erforderlich sind - Akkus für extreme Hochstromanwendungen werden mit ca. 50V..80V Anfangsspannung und einigen tausend Ampere "gepusht", um den Innenwiderstand etwas zu reduzieren. Weder der Skin-Effekt, noch der Innenwiderstand der Kondensatoren, noch die Belastbarkeit der Leitungen (2,5mm² reichen locker) sind problematisch. Passende Thyristoren im TO-118 Gehäuse sind für knapp 100EUR erhältlich und noch leicht zu verarbeiten. Ansonsten muß man halt welche im PUK-Gehäuse nehmen. Für einen funktionsfähigen Aufbau braucht's nicht einmal ein Studium, und gefährlicher als Schweißen ist's auch nicht.

Das kann allerdings kniffliger werden, weil _doch_ hohe Leistung (Spannung) erforderlich ist.

Wenn es tatsächlich um "can crusher", "coin shrinking" usw. geht, ist der Niederspannungsansatz nicht geeignet. Noch ein paar Links zu dem Thema:

Servus

Oliver

"kai ueltzhöffer" schrieb:

folgende Seite könnte da interessant sein:

Martin