Eigenbau eines Hochspannungsgenerators

Erstellt am 17.10.2011 | Zuletzt geändert am 20.11.2016
Achtung:
Sollte jemand beabsichtigen, dieses Projekt oder Teile davon nachzubauen, so geschieht dies auf eigene Verantwortung!

Allgemeine Infos

Der Grund für dieses Projekt war die Tatsache, dass ich ein statisch elektrisches Gleichfeld erzeugen musste. Dazu benötigte ich also eine hohe Gleichspannung (mein Ziel waren ca. 10 kV).

Aber warum nicht einfach einen Hochspannungstrafo kaufen? Das Problem war, dass es nicht gleich tödlich sein sollte, wenn man die Kontakte berührt.

Prinzip: Hochspannungskaskade

Nach einer Weile googeln bin ich schließlich auf das Prinzip einer Hochspannungskaskade gestoßen. Mit solch einer Schaltung kann man aus einer Wechselspannung eine (nahezu) beliebig große Gleichspannung erzeugen. Das Problem bei einer Hochspannungskaskade ist, dass ich für 10 kV schon eine relativ hohe Eingangsspannung benötige. Also hatte ich schon gleich das nächste Problem. Doch zum Glück bin ich auf dieses tolle Ding gestoßen:

Das Modul ist eigentlich für die Ansteuerung von Display-Hintergrundbeleuchtungen (cold-cathode lighting) gedacht, eignet sich aber hervorragend für die Ansteuerung der Kaskade. Es ist komplett vergossen und funktioniert ab einer Eingangsspannung von 2,5 VDC. Bei einer Eingangsspannung von 5 VDC (570 mA) erzeugt es eine Wechselspannung von ca. 1600 Vs bei einer Frequenz von 30 kHz (Modulbezeichnung: E1577; Maße: L = 39 mm , B = 32 mm, H = 15 mm).

Schaltung / Schaltplan

Für meine 10 kV benötigte ich also eine 3-stufige Kaskade. Als Kondensatoren für die Hochspannungskaskade habe ich "MKP-10-630 22nF" von WIMA verwendet. Wegen der Spannungsfestigkeit wurden immer 8 Stück in Reihe geschaltet. Als Dioden kamen BA 159 zum Einsatz, die jeweils zu zehnt in Reihe geschaltet wurden. Warum ich das damals so überdimensioniert habe, kann ich leider nicht mehr sagen, denn weniger Kondensatoren und Dioden in Reihe hätten auch den gleichen Zweck erfüllt. Aber wie heißt es immer so schön: viel hilft viel.

Somit war mein Projekt schon so gut wie fertig (zumindest mit der Planung). Damit ich das Ganze an die Steckdosen anschließen kann, habe ich noch einen Trafo mit Gleichrichter und Spannungsregler eingeplant und herausgekommen ist eine relativ simple Schaltung (mit vielen Dioden und Kondensatoren).

Den Schaltplan als PDF gibt es hier: Schaltplan Hochspannungsgenerator.

Aufbau

Die ganzen Bauteile wurden dann auf eine Lochrasterplatine gelötet und in ein schönes Gehäuse eingebaut. Genauere Bilder vom Layout kann ich leider nicht zeigen, da ich damals meine Projekte noch nicht dokumentiert habe und ich somit das ganze Gerät zerlegen müsste. Aber wie man sieht, ist das Layout sowieso nicht so toll.

Insgesamt wurde drei Abgriffe eingebaut, damit drei unterschiedliche Spannungen zur Verfügung stehen (3,2 kV, 6,4 kV und 9,6 kV).

Fertiger Hochspannungsgenerator

Das fertige Gerät ist auf den folgenden Bildern zu sehen:

Hierzu muss ich allerdings noch sagen, dass die Beschriftung nicht stimmt. Es ist natürlich jeweils immer nur die halbe Spannung. Genau genommen ist die Spannung in Wirklichkeit sogar noch etwas geringer (durch Verluste an den Dioden, Kondensatoren,...), aber da ich kein Messgerät für so hohe Spannungen habe, kann ich die genauen Werte nicht ermitteln.

Inbetriebnahme

Bilder

Wie man auf den Bildern sieht, funktioniert der Hochspannungsgenerator einwandfrei:

Video

Das folgende Video zeigt den Hochspannungsgenerator noch anschaulicher:

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