MOT-Supply

Reicht die Leistung von OBITs nicht mehr aus und man hat keine günstigen Quellen für NSTs, so sind MOTs meistens die richtige Lösung:

Bei MOTs handelt es sich um Hochspannungs-Streufeldtransformatoren aus Mikrowellen. Man bekommt sie billig auf Schrottplätzen, bei Reparaturfirmen für Haushaltsgeräte oder auf eBay, etc.

MOTs haben in der Regel Leistungen von 600W - 1kW und eine Spannung von 2,3kV. Da diese Spannung zu gering für  Funkenstrecken ist, nimmt man zwei MOTs, schaltet sie primärseitig parallel, verbindet die Hochspannungsanschlüsse, die mit dem Eisenkern verbunden sind, miteinander und erdet diese. So haben wir eine Hochspannungsquelle mit einer Leistung von über einem Kilowatt und einer Spannung von 4,6kV.

Das ist zwar beeindruckend aber immer noch zu wenig für eine gut funktionierende Funkenstrecke! Und deshalb verbinden wir die Ausgänge der MOTs mit einem Verdoppler - auch Levelshifter  genannt. Hierfür gibt es zwei unterschiedliche Schaltungen:

Puls-Levelshifter

Hierbei handelt es sich um eine Standartschaltung, die in fast allen Mikrowellen verwendet wird.  Sie liefert bis zu 12kV in 50Hz Pulsen. Auf Grund dieser Pulse eignet sie sich gut für alle statischen Funkenstrecken. Diese Schaltung kommt in den meisten MOT-PSUs für Teslaspulen zum Einsatz.

Bauteile:

Da Kondensatoren für Wechselstrom durchlässig sind (Hochpass), werden in der negativen Halbwelle die Kondensatoren über die Dioden geladen. In der positiven Halbwelle addiert sich nun die Ausgangsspannung des Trafos zu der Spannung an den Kondensatoren, so dass man die doppelte Eingangsspannung also 9,2kV_RMS erhält. In der kommenden negativen Halbwelle werden die Kondensatoren entweder wieder geladen, oder es heben sich  - wenn sie noch voll sind - die Kondensatorspannung (+4,6kV) und die Trafospannung (-4,6kV) gegenseitig auf. In jedem Falle erhält man also während der negativen Halbwelle 0V!

symmetrischer Verdoppler

Diese Schaltung habe ich in einer Physik-Formelsammlung gefunden. Sie ist etwas komplizierter und benötigt mehr Kondensatoren, dafür liefert sie aber auch eine wirkliche Gleichspannung von 12kV.  Je größer die Kapazität der Kondensatoren ist, desto mehr Leistung kann entnommen werden. Jedoch müssen die Kondensatoren innerhalb einer Halbwelle geladen werden können, um die MOTs nicht zu überlasten. Die Schaltung dürfte sich für Marx-Generatoren und asynchron rotierende Funkenstrecken perfekt eignen, da man entweder gleichmäßig über einen längeren Zeitraum die in den Kondensatoren gespeicherte Energie abrufen kann, oder auch in einem starken Impuls zu einem beliebigen Zeitpunkt.

Bauteile:

Während der positiven Halbwelle laden die MOTs über D1 die C1-Kondensatoren auf +6kV. Während der negativen Halbwelle werden die C2-Kondensatoren über D2 auf -6kV geladen.  Auf diese Weise liegt nach einer Periode  eine Spannungen von 9,2kV an den Kondensatoren an. Benötigt die Last (Teslaspule, Marx-Generator, Energiebank...) nur wenig Strom so reicht schon eine geringe Kapazität aus. Bei großen Lasten hingegen können es ruhig große Kondensatoren sein, um die Spannung gleichmäßiger zu halten (siehe Grafik), oder die gesamte Trafoleistung schlagartig zur Verfügung zu stellen.

Bei beiden Versionen sollten - zur Spannungszentrierung der Dioden - pro Diode seriell drei Metallfilmwiderstände (47M / 500V)  parallel zur Diode geschaltet werden. Zur Schonung der Trafos und der Sicherungen sollte eine Induktivität auf der Primärseite der MOTs in Serie geschaltet werden, um den Anlaufstrom zu begrenzen. Dazu eignet sich ein weiterer MOT, ein Schweißgerät oder ein Variac. (Mit letzteren kann man die Versorgung sanft hochfahren...)

Ich habe beide Schaltungen nachgebaut und die Ergebnisse stimmen mit dieser Site überein. Jedoch verabschiedeten sich die Shifter nach wenigen Minuten Run... Andere Coiler berichten jedoch von stabilen Shiftern, trotz längerer Laufzeiten, so dass ich vermute, dass ich bei meinem Baumaterial (Kondensatoren, etc.) besch... wurde :-(

Auf jeden Fall habe ich jetzt von Levelshiftern die Nase voll und schau mich nach 500W-MOTs für einen 4fach Stack um ( 4MOTs in Serie, in der Mitte geerdet => 8kV / 0,25A) Ich versuchs erst mal ohne Trafoöl und vertrau auf die Isolierung der Sekundärwicklung. (Sogar 6 MOTs in Serie sollen im Einsatz sein, aber so mutig bin ich nun doch nicht...) Die Strombegrenzung wird -zusätzlich zum Filter- über Ferritdrosseln und CuCl-Widerstände (zwei Elektroden in Kupferchlorid getaucht) sekundärseitig auf 1,5kW  erfolgen :)

Filter:

Möchte man eine MOT-PSU zur Stromversorgung einer Teslaspule benutzen, so braucht man einen HF-Filter um eine Beschädigung der Dioden und das Eindringen von Störspitzen ins Netz zu verhindern. Früher verwendete man hierzu eine Drossel. Heutzutage nimmt man RCR-Netzwerke. Die folgende Schaltung wurde von Besos entwickelt und ist erfolgreich bei ihm im Einsatz:

Bauteile:

Eigenschaften der Levelshifter als Grafik:

Graph A: Ausgangsspannung der MOTs

Graph B: erster und zweiter Puls eines Puls-Levelshifters

Graph C: Spannungsverlauf eines symmetrischen Levelshifters

Je größer die Kapazität und je geringer die Last, desto weniger ist die fallende Flanke ausgeprägt.

Formeln:

U_RMS = 2,5 · U_eff

U_max = 2 ·√2 · U_eff

U_br =    0,2 · I_Last     ( nur bei symmetrischem Verdoppler)

               C  · f       

U_RMS = Spannung unter Last ;   U_max = Leerlaufspannung ;  U_br = Brummspannung (siehe Grafik) ;  U_eff = nominale Ausgangsspannung der MOTs (4,3kV) ;  I_Last =  benötigte Stromstärke ;  f = Netzfrequenz