/  |
|
/  |
|
|
|
Elektrostatisches Begrasungsgerät
|
|
Electrostatic Grass
Applicator
|
| Vor einigen Monaten habe ich
angefangen Literatur über Begrasungsgeräte zu suchen. Das was ich gefunden
habe war mir nicht detailliert genug so befragte ich meine Bibliothek und
konstruierte ein Gerät von Grund auf. Vor allem Sicherheitsaspekte sollten
berücksichtigt werden. |
|
Some moth
ago I searched the net to find descriptions about circuits to build up a
electrostatic grass applicator. I found some material but was not satisfied. So I digged in my
book shelf and designed from scratch. The basic concept is simple, I tried
to cover security aspects too. |
| Die Schaltung basiert auf der
bekannten Technik Kondensatoren umzuladen. Ein Kondensator wird geladen
und über einen weiteren entladen. Die Dioden erlauben das Umladen nur in
einer Richtung damit es zu der gewünschten Spannungsverdopplung kommt. Der
Vorteil an dieser Schaltung ist, dass pro Ladeglied nur die
Eingangsspannung anliegt. Ich benutze ungefähr 600V am Eingang, die 9
Stufen verwandeln das in 6kV! Jeder Kondensator und Diode muss aber nur
600V aushalten. Ich verwende daher Beuteile die zumindest für 1000V
spezifiziert sind. Ich habe mich nach noch besseren Bauteilen erkundigt,
konnte aber ohne aufwändiger Bestellungen keine bekommen. |
|
The circuit
used the well-known concept to load a capacity. By discharging it over
another capacity the voltage is doubled. The diodes are required to allow
that trick only in one direction. The nice and helpful concept of that
circuit is that one step of that series always works with just the input
voltage. I use roughly 600V as input. I have
9 steps to convert the voltage up which brings me to 6kV! Each capacity
and each diode only has to cope with that 600V, so I used devices
specified with 1000V or better. I asked for even better components but was
not able to get them. |
|
Schaltung / Circuit |
| Die Schaltung wird über einen
1:2 Transformator betrieben. Es handelt sich um einen 110V zu 220V
Trenntransformator, die Prüfspannung liegt bei 1000V. Durch den
Transformator erfolgt eine galvanische Trennung vom Stromnetz. Dadurch
wird der Operator geschützt. Bei Erdkontakt der Schaltung gibt es keine
Verbindung zur Erde daher löst der Fehlerstromschalter (FI) nicht aus.
Der Trafo wird "verkehrt" herum betrieben, daher stehen am Ausgang etwa
460V zur Verfügung bzw. eine Spitzenspannung von 460 * SQR(2) = 650V. Die
Kaskadenausgangsspannung liegt daher bei etwa 5500V. Der Transformator ist
natürlich für diese Betriebsart nicht konzipiert, er wird dadurch
überlastet und warm. Die üblichen Arbeitszeiten von ein paar Minuten hält
er aber leicht durch und wird bei mir selbst bei 15-20 Minuten nur mäßig
warm, die Stromentnahme ist praktisch null. Der Vorteil ist dass man durch
diese Betriebsart weniger Kaskaden benötigt um eine hohe Ausgangsspannung
zu erreichen. Da ich große Flächen zu begrasen hatte hab' ich dann auf
Reihenschaltung von Kleinst-Trafos umgebaut 230 -> 16V und dann 2 Trafos
16V -> 230 wobei die Sekundärspulen in Serie geschaltet sind ergibt
460V. |
|
The circuit
is powered over a 1:2 transformer. Originally it was a 2x110:220V
Transformer, the insulation voltage is specified with 1000V.
By using the transformer the output is galvanically insulated from ground.
If you touch one of the wires or if you connect accidentally earth there
is no connection to mains and your security fuse will not engage. Most
important the user is protected from mains level.
The second trick is I transform the 230V input to
460V output which results to a peak voltage of 460 * SQR(2) = 650V which
results in a overall output of 5500V. The transformer is used in a
irregular way and is overloaded. Usually the time of usage is short. Even
if I use it for 15 to 20 minutes the temperature is moderate warm. The
current which is pulled out of it is almost zero. The advantage of that
misusage is that we start with a higher input voltage so fewer cascades
are necessary to reach our output voltage. As
I had to do bigger areas I changed the transformer to a 3 units. I go
from 230V to 16V and than with 2 transformers back to 230V where I have
the high voltage side in series to get 460V. |
| Der 10M Widerstand am ende der
Kaskade erhöht den Innenwiderstand. Falls man versehentlich die Schaltung
berührt wird so der Ausgangsstrom auf 6500V/10M = 700µA begrenzt.
Zusätzlich ist der Kondensator relativ klein der Strom bricht somit sehr
schnell zusammen. Für den Betrieb des Begrasens ist das kein Hindernis, da
dafür im Wesentlichen ein elektrostatisches Feld benötigt wird. |
|
The 10M
resistor at the end of the cascade increases the impedance of the circuit.
If somebody touches both sides the current is limited to 6500V / 10M =
700µA. Additionally the capacitor is very small so the output breaks down
immediately. During normal operation this is no problem, as we need a
electrostatic field and almost no current. |
|
|
| Das obige Bild zeigt rechts
den Aufbau der Schaltung. Ich habe mich dabei bemüht möglichst große
Abstände einzuhalten um auf diese Weise Spannungsüberschläge zu vermeiden. |
|
The picture
above shows the built up circuit. I tried to get big distances between the
components to avoid crossovers. |
|
|
| Die Kaskade wurde von einem
besonders dicken Kunststoffband vom Transformator isoliert. |
|
Finally I
insulated the cascade with a very thick tape against the transformer. |
| Das Gehäuse ist eine
Spritzwassergeschütze Ausführung um so gegen mögliche Unfälle beim basteln
zu schützen. Üblicherweise arbeitet man mit feuchten Materialien wie Leim,
Gips oder Wasserbasierenden Zellstoffmaterial. Die Anschlüsse wurden
zugentlastet und zwecks Gasdichtheit mit 2 Komponentenkleber verschlossen. |
|
The housing
is a waterproof version to protect against accidents. At a model layout
there are often water based materials around. The wires running out where
secures and glued to make it waterproof. |
|
|
| In einem weiteren Anlauf habe
ich die Schaltung verbessert um in 2 Kaskaden die Hochspannung zu
erzeugen. Damit erhält man mit wenig Aufwand die doppelte
Ausgangsspannung. |
|
In a
redesign I came up with a double cascade. It deliverers the double
output voltage. |
|
Kupferseite / printed side |
Elektrostat Platine Bestückt /
assembled PCB |
|
| Die Eingangsspannung der
Kaskaden wird über 3 Transformatoren 230V -> 15V und 2x 15V ->230V
gewonnen. Bei der zweite Stufe sind die 15V parallel die 230V seriell
geschaltet. Damit erreicht man 460Veff also etwa 650Vss.
So ergibt die obige Schaltung eine Ausgangsspannung von etwa 13kV!
|
|
The input
for the cascades is generated via 3 transformers. I go from 230V to 15V
and then us 2 transformers to go back to 230V. The secondary 230V is
connected in series to get 460Veff this is 650Vss.
This way I generate about 13kV! |
|
Trafoschaltung / transformer
diagram |
|
Der Trick mit den beiden 230V Wicklungen erhöht die Eingansspannung
in die Kaskaden. Es liegt immer nur diese Spannung in jeder Stufe an.
Alternative könnte man die Zahl der Stufen erhöhen. Die
Kaskadenschaltung ermöglicht selbst bei sehr hohen Ausgangsspannungen
mit moderaten Bauteilkosten auszukommen. Ich verwende immer 800v-1000V
Bauteile um auf der sicheren Seite zu sein. |
|
The trick
with the 2 230V transformers to feed the cascades helps to reach higher
voltages. Each step of the cascade adds the input voltage.
Either double the input voltage or double the number of cascades. Each
step in the cascade only needs to stand the input voltage. We always
have the 650V. So in this case I usually use 800-1000V types of
components to be on the save side. |
|
Elektrostat im Gehäuse / mounted
in a box |
Praktische Benutzung
|
|
Usage
|
| Bisher habe ich das Gerät nur
an Versuchsflächen getestet. Die Begrasungsflächen waren mit Weißleim und
im 2. Fall mit Tapetenkleister vorbereitet. Den Minus Pol habe ich an
diese Flächen über eingeschlagenen Nagel angeschlossen.
Das Streumaterial in Form von Kunststofffasern sind in einem
Metallsieb, welches am + Pol angeschlossen war. Leichtes schütteln des
Siebs in wenige cm über der Fläche löste die Fasern sachte und "schoss"
diese senkrecht in den Klebstoff. |
|
I used the
circuit only on test layouts. I used glue on the surface and connected the
- pole via a pin to that area. The "grass" was
in a metal filter connected to the + side. Soft shaking the filter removes
the "grass" and shoots the peaces into the glue.
|
| Einem
ausführlicheren Bericht über die
Verwendung des Elektrostaten ist eine eigene Seite gewidmet. |
|
A more
detailed report about usage of
this device in on a dedicated page. |
|
Streusieb |
| Praktische Erfahrung mit dem
Gerät beschreibe ich beim Aufbau der
Doppelkreis Anlage |
|
Practical
experiences are described on my "Doppelkreis"
layout. |
| Im
220er Journal
Ausgabe 8 ab Seite 30 und
12/2004
ab Seite 5 ist eine Besprechung des Baus. |
|
The
German 220er Journal covers
this kit in issue 8/9/10. |
| Platinen und Bausätze sind über
AMW verfügbar.
|
|
I offer
boards and kits via my
AMW |
