Ist es wirklich möglich, 6 V DC auf über 50 kV zu "steigern"? Oder sogar 400 kV?

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Ich versuche einen Lichtbogengenerator zu erstellen und habe etwas über den Marx-Generator gelesen, aber ich untersuche kompaktere Module wie das folgende Bild. Alle, die ich gefunden habe, scheinen gefälscht zu sein und liefern tatsächlich weniger als 1/10 dessen, was sie bewerben.

Schnellumrechner Gibt es eine zuverlässige Möglichkeit, einen (nicht kontinuierlichen) Superhochspannungslichtbogen zu erzeugen?

stenlan
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Wenn Sie sagen, dass Sie 1 mA bei 800 kV ausgeben möchten, sind dafür über 100 A bei 6 V erforderlich. Ich habe 30kV aus einem Flyback-Transformator mit einer 24V-Versorgung, bevor ich vernünftigere 6A ziehe.
Tom Carpenter
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@TomCarpenter Wie werben alle Elektroschocker-Marken für bizarre Spannungen wie 1MV? Sind sie genauso wie 5A-6V bis 30µA-1MV?
Stenlan
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Sie könnten sagen, dass die Feldstärke 1 Megavolt beträgt, wenn sie 1 Megavolt pro Meter bedeuten. Möglicherweise haben sie vergessen, den Teil pro Meter anzugeben, so wie Internetanbieter den Teil pro Sekunde bei der Angabe von Datenraten nervend weglassen.
Andy aka
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Das auf dem Foto - vielleicht 10-20 kV. 800 kV würden einen Lichtbogen über vielleicht 8 "(200 mm) auslösen. Es wäre wahrscheinlich auch eine ziemlich schlechte Impedanzübereinstimmung mit menschlichem Fleisch (und daher unwirksam), wenn es sich um eine Betäubungspistole handelt Die Spannung sinkt auf ~ 1,2 kV
Spehro Pefhany
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In der Blitzkamera wird eine sehr hohe Spannung für den Blitz selbst benötigt.
quantum231

Antworten:

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Ist es wirklich möglich, 6 V DC auf über 50 kV zu "steigern"? Oder sogar 400kV?

Natürlich. Ein häufiges Beispiel für etwas Ähnliches (wenn auch nicht so extrem wie Ihre Spezifikationen) ist die Verwendung von 12 V in einem Auto, um mehrere 10 kV zum Zünden der Zündkerzen zu erzeugen.

Das gleiche Konzept kann auf höhere Ausgangsspannungen übertragen werden. Mit diesem Übersetzungsverhältnis und der Ausgangsspannung wird es nicht einfach sein, selbst etwas aufzubauen, aber die Physik ist sicherlich möglich.

Olin Lathrop
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Wie wird DC-DC-Booster hergestellt? Was sind seine Hauptkomponenten, die es zu einem Booster machen?
Keno
@ Keno: Dies ist zu lang für einen Kommentar hier. Suchen Sie nach Aufwärtswandler , Ladungspumpe und Sperrwandler .
Olin Lathrop
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Eine Batterie, die einen Gleichstrommotor in einem Van der Graaff- Generator antreibt, kann ganz leicht eine Million Volt erzeugen:

Bildbeschreibung hier eingeben

Andy aka
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Eine Million Volt ist ziemlich optimistisch. Nehmen Sie 30 kV pro Zentimeter Funken an, wenn Sie schöne große Kugeln verwenden und die Luftfeuchtigkeit niedrig ist. Bei Kugeln, die kleiner als der Spalt sind, viel weniger als 30 kV / cm.
Roland
Ein Meter Isolierabstand würde 3 Millionen Volt ermöglichen.
Uwe
Ich glaube nicht, dass die Verwendung eines Motors zum Antreiben eines unabhängigen Generators als "Boost" gilt
Agent_L
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@Agent_L Der Titel besagt Folgendes: "Ist es wirklich möglich, 6 V DC auf über 50 kV zu" steigern "?"
Andy aka
@Uwe Genau. Angenommen, ein gleichmäßiges Feld z. B. zwischen leitenden Kugeln mit einem Radius von mehreren Metern. Andernfalls konzentriert sich die Feldstärke in der Nähe der kleinen Leiter und erzeugt bei viel geringerer Spannung einen Funken. Sie benötigen eine Halle mit einer Höhe von mindestens 15 Metern, um mit 3 MV zu spielen. Es gibt nur eine Hand voll Labors auf der Welt, die das kann. Spaß aber :-)
Roland
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  1. Nehmen Sie Ihre 6 Volt und lassen Sie sie durch den DC-DC-Aufwärtswandler und dann durch einen Wechselrichter laufen. Sie haben jetzt wirklich Müll-Wechselstrom mit einer etwas ansehnlicheren Spannung.
  2. Versorgen Sie einen Festkörper-Boost-Schaltkreis mit Wechselstrom, beispielsweise einen Cockroft-Walton-Spannungsvervielfacher
  3. Führen Sie die Hochspannung durch einen Strombegrenzungswiderstand, wenn Sie eine kontinuierliche Entnahme wünschen. Mach dir keine Sorgen, wenn du nur einen Funken willst.
  4. Lecken Sie nicht die Betriebsterminals.

Der Trick liegt darin, wie Sie es schaffen, so viele Stufen eines CW auf relativ kompaktem Raum zu schieben. Das Problem der Spannungsisolierung ist Ihnen ein wenig erspart, da sich die Ausgangsklemmen an gegenüberliegenden Seiten der Leiter befinden.

Kannst du 800kV rausholen? Ich bezweifle es stark. Nehmen wir an, Sie erhalten einen Aufwärtswandler, der Ihrer Eingangsspannung eine Größenordnung hinzufügt, und der CW erhält 60 V ... jede Stufe der Leiter addiert die Eingangsspannung zum Ausgang, sodass 10 Stufen immer noch nur 600 V ausgeben. Wenn Sie Ihre Eingangsspannung erhöhen, erhöhen Sie auch die Anhebung pro Stufe auf Kosten der Notwendigkeit, dass alle Ihre Komponenten in der Lage sind, mit der erhöhten Spannung umzugehen.

Ich würde mir vorstellen, dass Sie mit entsprechend bemessenen Bauteilen (und vielen von ihnen) mit dieser Methode 6 V bis 800 kV erreichen könnten, aber Ihr Ausgangs-Arbeitszyklus wäre lächerlich und die Sache wäre ziemlich groß. Viel Arbeit für einen Funken. Sie würden wahrscheinlich auch einen Rücklauf benötigen, um den Eingang auf einen Pegel zu bringen, bei dem der CW praktisch ist, und an diesem Punkt sollten Sie am besten nur die Netzstromversorgung sicherstellen und einen Transformator verwenden, um einen CW oder Marx auf diese Spannung zu bringen.

Was das Ding auf dem Bild angeht ... vielleicht ein Kondensatorstapel? Merkwürdig gewickelter Transformator? Leiden Glas?

Kaithar
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Eine Suche nach Fotos von Cockroft-Walton-Generatoren liefert zufriedenstellende Ergebnisse.
Malvolio
ROFL / upvoted für nicht lecken ... :-)
Bob Jarvis - Reinstate Monica
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@ BobJarvis In der Tat. Ich stelle mir einen Heimwerker vor, der plötzlich Schritt 4 bemerkt.
Sneftel
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(GLaDOS-Stimme) Lecken Sie nicht das Betriebsende des Geräts. Tauchen Sie das Gerät nicht ganz oder teilweise in Speichel. Und vor allem sollten Sie unter keinen Umständen -
user253751
"Der Trick liegt darin, die Terminals nicht zu lecken"
Algiogia
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Ja, ganz leicht. In den 1990er Jahren gab es Handfernseher mit Kathodenstrahlröhren, die wie "richtige" Wohnzimmerfernseher aussahen. Diese wurden mit ein paar AA-Batterien (z. B. 6 V oder dergleichen) betrieben.

CRTs benötigen einige kV, um Elektronen auf den Bildschirm zu beschleunigen. Ein Gerät zu bauen, das nur das kann, ist eigentlich gar nicht so schwer - diese Fernseher basierten (vermutlich) einfach auf Standard-Flyback-Transformatoren.

Hier ist ein Video, das die Verwendung von tragbaren Generatoren für elektrostatische Entladungen zeigt. Diese sind in batteriebetriebenen Versionen erhältlich.

ESD-Pistole in den Händen eines sehr fleißigen EE

Jetzt, von 10 bis 25 kV, ist es noch ein ziemlicher Weg zu 0,8 MV, aber das Transformatorprinzip, das in solchen Geräten verwendet wird, ermöglicht auch höhere Spannungen. Eine klassische Methode zum Bau solcher Hochspannungsgeneratoren finden Sie unter Tesla-Spulen .

EDIT : Wenn ich diesen Kerl bereits bewerbe, hier ist eine Tesla-Spulentreiberschaltung von seiner Website :

Tesla-Spulentreiber

In der Schaltung entfallen die in den MOSFETs integrierten Flyback-Dioden.

Wie Sie sehen können, wird es mit 12 V betrieben - aber es gibt keinen besonderen Grund, warum dies mit 6 V aus einer Batterie nicht funktioniert (obwohl Sie möglicherweise andere Transistoren verwenden müssen). Die 12 V können auch von einem separaten Aufwärtswandler aus einer beliebigen niedrigeren Spannungsquelle erzeugt werden. V_SUP ist normalerweise höher - hier würden Sie einen Aufwärtswandler verwenden, um z. B. 6 V zuerst in 32 V umzuwandeln, um die Spule mit hoher Leistung ansteuern zu können. Ausgehend von der Funkenlänge ist dies ungefähr 100 kV.

Marcus Müller
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Sie können die Spannung nicht über die Funkenlänge messen, wenn das Feld nicht homogen ist. Wenn einer oder beide Leiter zeigen, konzentriert sich das gesamte Feld um den Punkt, das Feld kann lokal 30 kV / cm erreichen, der Lichtbogen kann dort beginnen und dann über große Entfernungen springen.
Roland
Deshalb habe ich "grob erraten" gesagt :)
Marcus Müller
Dieser Film ist wirklich lustig! Beachten Sie jedoch das spitze Gerät. Es hat eine scharfe Spitze anstelle einer großen Kugel, um schöne Funken bei einer relativ niedrigen Spannung zu erzeugen. Der Funke entsteht durch die scharfe Spitze, ohne die der Funke viel viel kleiner wäre. Aus diesem Grund kann man die Spannung von der Länge dieses Funkens nicht wirklich messen. Nicht einmal "grob erraten". Es sei denn, Sie meinen, dass Sie mit einem Faktor von zehn oder mehr überschätzen könnten.
Roland
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Flyback-Diode an Q1-4 vergessen? Oder wollen die am Ende des ersten Pulses sprengen?
Roland
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@ Roland Nun, wenn man bedenkt, dass dies nicht meine Schaltung ist und dass es in der realen Welt funktioniert (obwohl ich meine Bedenken hinsichtlich der Gleichzeitigkeit des Schaltens von vier opamp-betriebenen Gattern habe ...), würde ich einfach annehmen, dass diese MOSFETs integriert sind diese - und genau das leistet der gebrauchte SCT2450KEC .
Marcus Müller
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Ich würde empfehlen, dass Sie Prutchis 'Buch " Exploring Quantum Physics through Hands-on Projects " kaufen und dann zu deren Weblinks gehen:

  1. Diy 250 kV Hochspannungs-Gleichstromnetzteil mit ordentlichem Trick zum Umschalten der Polarität
  2. diy 15 kV @ 30 mA potentialfreies AC- oder DC-Hochspannungsnetzteil
  3. Originalquelle für Flyback-Treiber-Hack?
  4. Hinzufügen eines eigenen Primärtransformators zum Hochspannungs-Sperrwandler für resonantes Fahren
  5. Kostengünstiges, geregeltes, variables, rippelarmes Hochspannungs-Fotovervielfacher-Röhrennetzteil (2 kV)
  6. Montageansicht des Hochleistungs-PMT-Hochspannungsnetzteils mit variabler Ausgangsleistung

Das Buch ist es wert. Ich habe es für weniger als 59 USD neu gekauft, als es noch nicht so bekannt war oder der Wert des US-Dollars anders war. Amazon will jetzt mehr. Aber Sie können suchen und sehen, was Sie finden können. Das Buch lohnt sich aber auf jeden Fall. Sehr gutes Zeug, das es durchliest.

Und Sie können sich dann einige triftige Gründe ausdenken, um so etwas zu wollen.

jonk
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Aus meiner Hochspannungsklasse erinnere ich mich, dass die maximale Feldstärke etwa 30 kV pro Zentimeter beträgt. Dies gilt für ein homogenes elektrisches Feld, z. B. zwischen großen kugelförmigen Leitern, bei denen der Leiterdurchmesser im Vergleich zum Spaltabstand groß ist.

Für 800 kV benötigen Sie daher einen Luftspalt von mindestens 25 cm zwischen sphärischen Leitern mit einem Radius von beispielsweise über 1 Meter. Gehen Sie einfach auf "Hochspannungslabor" und Sie werden solche Kugeln sehen. Der in einer anderen Antwort skizzierte Vandergraaf-Generator hat eine solche Kugel, und sein Durchmesser und seine Entfernung zur Erde begrenzen seine Spitzenspannung.

Wenn ich Ihr Bild mit dünnen Drähten betrachte, die 800 kV führen, sehe ich kein homogenes Feld, und der Abstand zwischen den Leitern liegt im Millimeterbereich. Wenn Sie diese Drähte aufladen, werden Sie lange vor Erreichen von 30 kV Funken bekommen. Nicht nur Funken am Ende der Leiter, durch die Luft, sondern auch durch die Kunststoffisolierung.

Suchen Sie zur Veranschaulichung des Unterschieds zwischen Leiterformen nach Rogowski-Profil oder Elektrode, z hier

Die Frage ist also nicht, wie man eine niedrige Spannung in eine hohe Spannung umwandelt, sondern wie man Funkenbildung verhindert.

Roland
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Potting ist, wie Sie solche Dinge verhindern :)
ThreePhaseEel
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Andys Van de Graaff Generator funktioniert definitiv. Auch Tesla-Spulen. Google-Suche hausgemacht / Entwicklung von Van de Graaff-Generatoren / Tesla-Spulen. Ich kenne Van de Graaffs nicht gut genug, um darüber zu sprechen, wie einfach oder kostengünstig sie sind, aber Tesla-Spulen scheinen auf jeden Fall für jemanden machbar zu sein, der die Zeit und den Wunsch hat, etwas zu lernen.

Der einzige Teil, den Sie wahrscheinlich nicht selbst machen möchten, ist der erste Aufwärtstransformator. Das ist eine Menge Windungen, um Wind zu übergeben. Gebrauchte Mikrowellen kosten hier 10-20 USD in Second-Hand-Läden. Sie sind normalerweise um 1500W und 2kV.

Dies war eine der ersten detaillierten Beschreibungen des Baus eines großen, auf den ich gestoßen bin: http://www.rmcybernetics.com/projects/DIY_Devices/tesla-coil-srsg.htm

Er benutzte einen Neonschild-Transformator. Es ist ein Transformator mit höherer Spannung und niedrigerem Strom. Es ist wahrscheinlich möglich, dies bei der Konstruktion des Resonanztransformators zu kompensieren, den er speist. Andernfalls könnten Sie Transformatoren mit engen Nennströmen erhalten und die Sekundärteile in Reihe schalten. Ich weiß nicht, wo ich zuverlässig Neon Sign Transformatoren für billige finden kann. Ich habe nur einen gefunden und es war ein Glücksfall. Es war 10kV wie sein, aber bewertet für 10% des Stroms.

Wie werben alle Elektroschocker-Marken mit bizarren Spannungen wie 1MV?

Die Elektroschocker und Taser, die für 1MV werben, erreichen möglicherweise 1MV. Ich glaube, sie erreichen die angegebene Spannung nur im Leerlauf. Sobald Sie einen Isolator kaputt gemacht haben, ist es einfacher, den Stromfluss aufrechtzuerhalten, als dies vor Ihnen der Fall war. Aufgrund des Innenwiderstands nimmt die Ausgangsspannung einer Spannungsquelle unter Last ab. Wenn also die Klemmen eines Elektroschockers oder Tasers durch Luft oder Fleisch gehen, fällt die Spannung aufgrund des Stromflusses ab. Schauen Sie auf Jacobs Leiter nach, um eine Demonstration zu sehen.

user135995
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"Gebrauchte Mikrowellen kosten hier 10-20 USD in Second-Hand-Läden." - wann immer ich eines will, wandere ich durch die Gegend, in der Universitätsstudenten am Müllabfuhrtag leben. Normalerweise kann man jemanden finden, der eines wegwirft und es kostenlos abholt. Es funktioniert möglicherweise nicht, aber der Transformator ist selten die Fehlerstelle.
Periata Breatta
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Das Prinzip, nach dem die gebräuchlichste Vorrichtung hierfür arbeitet, ist identisch mit der Art und Weise, wie ein Hammer einen Nagel einschlagen oder einen harten Gegenstand zerbrechen kann: Die Kraft ist proportional zur Geschwindigkeit der Impulsänderung. Der Schwung des Hammers wird aufgebaut, indem während der Sekunde oder so eine bescheidene Kraft ausgeübt wird, damit der Schwung anhält. Wenn der Hammer auf den Nagel trifft, wird sein Impuls innerhalb von etwa einer Millisekunde absorbiert, so dass die auf den Nagel ausgeübte Kraft im Bereich des Tausendfachen der Kraft liegt, die zum Schwingen des Hammers verwendet wird.

Das elektrische Analogon von Kraft ist Spannung, Geschwindigkeit, Strom und Masse, eine Größe, die als Induktivität bezeichnet wird und in der Energie in dem Magnetfeld gespeichert ist, das durch elektrischen Strom erzeugt wird. Diese Energie ist analog zur kinetischen Energie des Hammers.

Das Wickeln von Draht in eine Spule erhöht die Induktivität und das Verleihen eines ferromagnetischen Kerns für die Spule erhöht sie stärker. Wenn eine niedrige Spannung an die Spule angelegt wird, baut sich der Strom allmählich auf, typischerweise über zehn Millisekunden, bis er durch den Widerstand des Drahtes begrenzt wird. Wenn der Stromkreis jetzt unterbrochen ist, fällt der Strom in sehr kurzer Zeit auf Null und erzeugt eine Spannung proportional zum Strom kurz vor der Unterbrechung geteilt durch die Zeit, die benötigt wird, um auf Null zu fallen. Wenn Sie den Strom sofort stoppen könnten, wäre die erzeugte Spannung theoretisch unendlich.

Genau so funktionieren herkömmliche Zündsysteme für Zündspulen und Zündschalter sowie Demonstrationsgeräte, die früher in schulphysikalischen Labors üblich waren und Funken mit einer Länge von mehreren Zentimetern erzeugen konnten.

Das gleiche Prinzip wird bei den "Boost" -DC / DC-Wandlern angewendet, die die von Laptops benötigten 18 V aus den 12 V einer Autobatterie erzeugen.

Chris Barry
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Diese Analogie lautet: Entfernung ist zur Mechanik wie Ladung zum Elektromagnetismus. Mechanische Energie ist gleich Kraft mal Distanz; elektrische energie ist gleich ladung mal spannung. Geschwindigkeit ist gleich Entfernung geteilt durch Zeit; elektrischer Strom = Nettoladung geteilt durch Zeit.
Jasper
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Cockroft-Walton-Schaltkreise, auch als Spannungsvervielfacher-Schaltkreise bekannt, werden herkömmlicherweise zum Erhöhen der Eingangsspannung von 100 V AC oder 230 V AC für EHV / UHV-Gleichstrom, bis zu 20 MV DC, für Gleichstromversorgungsausgänge für Teilchenbeschleuniger in der Hochenergiephysik verwendet. auch als Eingänge für Impulsgeneratoren zum Testen von HV / EHV-Isolatoren, die in HV-AC / DC-Übertragungsleitungen verwendet werden.
Die Beschreibung dieser Schaltkreise finden Sie in WIKIPEDIA oder bei GOOGLE SEARCH für Cockroft-Walton-Schaltkreise.
Wenn der Eingang 6 V Gleichstrom ist, muss dieser durch einen Wechselrichter oder eine Oszillatorschaltung in Wechselstrom umgewandelt und dann durch einen Aufwärtstransformator auf 110 V oder 230 V verstärkt werden. Die Verwendung einer TESLA-SPULE zur weiteren Erhöhung dieser Spannung auf höhere Spannungen zur Eingabe in die Spannungsvervielfacherschaltung ist ebenfalls eine mögliche Alternative.
Das Entwerfen einer Hardware dafür ist ein sehr riskanter Job. Sie müssen also die Hilfe von Hochspannungsexperten einer technischen Universität in Anspruch nehmen.

b.sahu
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