Tesla Trafo 1

Auf den Spuren von Nikola Tesla († 7.1.43)

① Die DRSSTC stellt die Krönung der Teslaspulen dar.
② So baut man einen Halbleiter-Tesla-Trafo

Inhalt

• Einleitung
  Historie, wie und warum ist dieses Projekt entstanden?
• Konzept
  Durch welche Merkmale wird dieses Tesla-Trafo-Projekt geprägt?
• Elektronik
  Ansteuerung der Primärspule

Einleitung

Min Schulfreund Jens hatte vor vielen Jahren die Sekundär-Spule eines Tesla-Trafos auf eine leere Feuerzeug-Gasflasche aus Kunststoff gewickelt. In das Metall-Röhrchen (Ventil) steckte er eine Nadel. Das darauf gelegte 'Hakenkreuz' beschleunigte sich, und anhand des Sirenen-ähnlichen Tons haben wir über 7000 U/min ermittelt. Das hat unseren gemeinsamen Physiklehrer, Herrn Kaiser, damals (1985) in größtes Erstaunen versetzt, denn der sehr viel teurere und größere Tesla-Trafo aus dem Lehrmittel-Fundus der Schule brachte es maximal auf ca. 150 U/min.

Man muss dazu sagen, dass Ernst, der Vater meines Schulfreundes in einer HF-Härterei arbeitete und dort ein 10KV-Trafo im Sperrmüll landete. Dieser Trafo wurde für die Versorgung der Primärspule verwendet.

Damals arbeiteten wir mit einer Funkenstrecke und einer Leidener Flasche. Moderne Tesla Transformatoren arbeiten mit Halbleitern. Sie sind kleiner und das laute Geräusch der Funkenstrecke wird dadurch vermieden.

Weil ich mich gerade mit einem WLAN-Funk-Dimmer-Projekt beschäftige, hatte ich zufällig und Hochspannungs-MOSFETs, 400V-Elkos und Brückengleichrichter in größeren Mengen preisgünstig aus China zur Hand. Schnell war die Idee geboren, die Primär-Spule an einer H-Brücke aus der gleichgerichteten Netz-Spannung (230V) zu betreiben, ähnlich wie es in dieser Anleitung bei instructables.com gezeigt wird.

Konzept

Die Primärspule wird mit rund 640V Wechselspannung betrieben, aus 230V-Netzspannung, Brückengleichrichter und H-Brücken-Wechselrichter.

Mangels einer solchen Gasflasche (s.o.) habe ich mich für Polyethylenterephthalat (PET) entschieden, denn es hat eine sehr hohe Durchschlagsfestigkeit.

Um Lichtbogen-Überschläge von der Sekundär- auf die Primär-Spule trotz geringer Baugröße zu vermeiden, steckt die Sekundär-Spule zur Hälfte in einem PET-Rohr mit 20mm Wandstärke.

Bei der TECHNOPLAST V.TRESKOW GMBH gibt es die passenden Kunststoff-Teile:

• Grundplatte
• Primärspule: Rohr mit 20mm Wandstärke, 70mmØ, Länge: 150mm (300mm halbiert), wahlweise 'falch', 'vertikal' oder mit 45° Wicklungswinkel
• Sekundärspule: 25mmØ, 300mm lang.

Sekundär-Spule

Um möglichst viele Windungen auf der Sekundär-Seite zu ermöglichen, wird 0,11mm Kupfer-Lack-Draht verwendet und in mehreren Lagen gewickelt; die Wicklungen werden parallel geschaltet. Das hat zwei Vorteile:

1. Bei dem sonst üblichen 0,3mm-Draht liegt die Grenzfrequenz aufgrund des Skin-Effekts bei ca. 200KHz. Mit den 0,1mm-Wicklungen wären sogar 1,8MHz möglich, falls der verwendete Halbleiter so schnell schalten kann.

2. Falls sich heraus stellen sollte, dass der Kupfer-Querschnitt zu gering ist, muss kein neuer Draht-Querschnitt besorgt und keine neue Spule gewickelt werden. Es wird einfach eine neue Wicklung mit 0,11mm-Draht aufgetragen und parallel zu den existierenden Wicklungs-Schichten geschaltet.

Der bestellte Draht für ca. 7,50€ reicht für sechs bis sieben Schichten á ca. 1850 Windungen. Eventuell kommt noch Angelsehne dazwischen. Ob das nötig ist? Was meint Ihr?

Primär-Spule

Bei "Frag Jan zuerst" gibt es passende HF-Litze für die Primär-Spule (Datemblatt).

Die "AF8933" hat 105 x 0,10mmØ, also 0,84mm². Beim Übersetzungs-Verältnis von 1800:10=180:1 bedeutet das: Zwei solcher HF-Litzen parallel auf der Primär-Spule entsprechen etwa einer Schicht auf der Sekundär-Spule.

Gemäß der Teslatrafo-Berechnung (Raacke-Rechner) auf Jens' Homepage hat die Primär-Spule - je nach Formfaktor - eine Induktivität zwischen 5µH und 20µH.

Elektronik

• Welche MOSFETs für 1MHz und 640V?
• Wie versetzt man eine H-Brücke in Resonanz?

Links

• http://www.gtl.teslathon.de/folien.htm
• Oder doch lieber mit einer Röhre? To be continued ...