Kondensatorbank

Bei meiner Railgun, coilgun (https://stoppi-homemade-physics.de/coilgun/) bzw. ETG (https://stoppi-homemade-physics.de/etg/) kommen ja bereits kleinere Kondensatorbänke zum Einsatz. Für die Versuche “can crusher” und “disc launcher” habe ich mir aber eine leistungsstärkere Kondensatorbank gebastelt.

Die besteht insgesamt aus 10 Stück Elektrolytkondensatoren mit jeweils 4700 µF/ 400 V in der Verschaltung 2s5p. Damit komme ich auf eine Gesamtkapazität von 11750 µF. Da ich sie mit doppelter Netzspannung auflade, also mit 650V, beträgt die gespeicherte Energie E = 1/2 · C · U² = 2482 J. Wenn man bedenkt, dass diese Energie binnen ca. 1 ms umgesetzt wird, kommt man zu einer Impulsleistung von 2.482 MW. Die Kondensatoren konnte ich sehr günstig gebraucht erwerben (nur 5 Euro/Stück).

Wie schon erwähnt lade ich die Kondensatorbank auf doppelte Netzspannung, also 2 · 325 = 650 V auf. Bei der hier zum Einsatz kommenden Schaltung handelt es sich um den Delon-Spannungsverdoppler. Zwischen Delonschaltung und Kondensatorbank kommt ein 3-facher Leitungsschutzschalter. Ist die Kondensatorbank voll geladen, trenne ich damit die Bank von der Netzspeisung.

Die Spannung der Kondensatorbank wird zur Sicherheit doppelt mit zwei 0-1000V Voltmeter überprüft.

 

Zum sicheren Entladen der Kondensatorbank habe ich 6 Stück 2 kOhm/50 W Leistungswiderstände parallel geschaltet. Dies ergibt dann einen Gesamtwiderstand von 333 Ohm/ 300 W. Den Kontakt schließe ich zur Sicherheit mittels einer Stiftverlängerung.

Nun zum Bau der Kondensatorbank. Die Elkos werden mittels Aluprofilen verbunden. Zum Schutz der Elkos habe ich eine starke 1600 V/100 A Diode (surge current 8 kA) antiparallel zu den Kondensatoren geschaltet. Der Querschnitt der Kabel beträgt 25 bzw. 35 mm².

Wie schalte ich aber nun die Kondensatorbank? Hier greife ich je nach Erfolg auf eine der drei folgenden Varianten zurück:

  • mittels Thyristor
  • mittels “Hammerschlagschalter”
  • mittels Funkentriggerung

Als Thyristor kommt der extrem leistungsfähige Typ Infineon TZ740N zum Einsatz. Dieser ist mit 2000 V/ 800A spezifiziert. Der surge-current beträgt sogar gigantische 30000 A. Zwei Stück dieser Monster konnte ich auf ebay.com erwerben.

Eine Simulation des Entladestroms zeigt aber, dass ein solch leistungsfähiger Thyristor auch notwendig ist. Angesteuert wird der Thyristor manuell mittels nachfolgender Schaltung. Mittels zweier 18650 Liion-Zellen und einem boost-converter wird ein kleiner Speicherkondensator (20 µF) auf 22.5V aufgeladen und dann per Taster (Anm.: Hier musste ich länger nach einem Modell suchen, welches nicht prellt) über das Gate des Thyristors entladen. Damit beträgt der maximale Gatestrom fast 5 A und die Ansteuerung dauert rund 100 µs.

Den “Hammerschlagschalter” habe ich mit einer 2 mm starken Messingplatte umgesetzt. Unter der Platte befindet sich eine Druckfeder mit Führung. Die Messingplatte wird mit einem Hammer auf einen Aluminiumblock geschlagen.

Bei der Funkentriggerung erzeuge ich senkrecht zu der Hauptfunkenstrecke zunächst einen Funken mittels Hochspannungskaskade. Dieser Funken ionisiert die Luft so weit vor, dass die Hauptfunkenstrecke zündet.

Nun zu den Experimenten: Angedacht sind die Versuche “disc launcher” und “can crusher”. Als disc kommen neben Aluscheiben bzw. Aluringen auch harddiscs zum Einsatz. Die Spule für den disc launcher habe ich aus 16 mm² Kabel gewickelt.

          

Konkrete experimentelle Ergebnisse sind noch ausständig…