August 2018 - Der Royer Oszillator
Die Kabellose Energieübertragung ist im Jahre 2018 nun wirklich kein neuer Schuh mehr. Auch vor einhundert Jahren war das alles nix neues mehr. Warum beschäftige ich mich also damit?
Fangen wir mal damit an, WAS ich hier überhaupt zeige.
Es geht hier um die bereitstellung von hochfrequenten Wechselströmen. Erzeugt werden diese durch eine einfache Schaltung, welche in eine Spule mit wenigen Wicklungen und ohne Eisen oder Ferritkern ein Wechselfeld aufbaut, mit dem man z.B. einen Ferromagnetischen Körper zum glühen bringen kann.
Leitgedanke war allerdings ein anderer. Durch meinen Freund dem Thomas erfuhr ich, das er gerne mal probieren wollen würde, das Getter einer Elektronikröhre erneut induktiv aufzuheizen, um eventuell eingedrungene Fremdatome im innern neu zu binden und der Röhre damit quasi ein zweites Leben zu geben. Also ran an den Speck! Irgendwie fand ich diese Schaltung so genial, das mir schlicht und ergreifend gleich 6 Versionen vom Schreibtisch gepurzelt sind. Eine kleiner als die folgende.
Bei allen Schaltungen pendelte sich ein Strom von locker 10 Ampere bei 12 Volt ein, wenn der Lastkreis belastet wurde. Die Frequenz belief sich immer zwischen 250kHz und 350kHz. Damit war das alles nix besonderes und gliederte sich in die schon aufgebauten und im Netz zu sehenden Schaltungen ein.
Trotzdem...viel Spaß beim schmökern!

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Hier sieht man quasi DEN Schaltplan DER Schaltpläne. Dieser Plan kursiert im Netz...mal mit zwei und mal mit einer Speicherdrossel. Die Speicherdrosseln befinden sich an oberster Stelle auf dem Plan.
Es ist die Schaltung eines sog. Royer Oszillator. Auch zu finden unter Induction Heater, Wireless Power Heater und so weiter. Die Funktion ist relativ umfangreich, dennoch im Kern schnell erklärt. Durch Bauteiletolleranzen ist hier in diesem eig. symmetrischen Aufbau überhaupt ein anschwingen zu erwarten. Wenn sich dann die Gates der Mosfets gegenseitig öffnen oder schließen wird die Arbeitsspule abwechselnd mit einem gegenpoligen Strom durchflossen. Ergo..es entsteht ein hochfreuquentes Wechselstromfeld mit einem ziemlich guten Sinus.
Durchaus kann man diese Schaltung verkleinern und dafür verwenden um z.B. eine galvanisch getrennte Versorgungsspannung oder Hilfsspannung zu erzeugen. Früher wurden in den Oszilloskopen von RFT entsprechende Schaltungen für die Erzeugung der Hochspannung genutzt. Klar...diese waren auf effizienz optimiert..aber ein hexenwerk war das nicht.

Die Bauteile waren schnell zusammen gesucht. Das Problem, das ich nicht genau wusste auf welche Wärmeabgabe ich mich an den Mosfets einstellen sollte, löste ich durch große Kühlkörper. Da die metallischen gehäuse Rückwände der Mosfets jeweils auf Drain Potential liegen, dürfen jene sich nicht berühren.
Also entweder elektrisch isoliert auf einem gemeinsamen Kühlkörper montieren, oder zwei einzelne.
Die Drosseln sind schlicht und ergreifend viel zu groß von ihren Abmaßen. Ihre Induktivität beträgt, wenn beide Wicklungen parallel geschaltet werden 830µH Mikrohenry. Beide Wicklungen in Reihe ergeben 3,5mH Millihenry.

Ein alter Klemmbock aus einer Niederspannungsverteilung bot sich an, ihn als Übergangsklemme für die Arbeitsspule zu nutzen. Die Kondensatoren, welche mit der Arbeitsspule zusammen den Schwingkreis bilden, wurden an 2,5mm² angelötet.

An meinem 12Volt Netzteil pendelte sich im Leerlauf ein satter Strom vongut 10 Ampere ein. Holla... da geht einiges durch. Is das normal?

Als Arbeitsspule, besorgte ich mir aus dem Baumarkt ein billiges Rohr aus Messing. Ich habe es einseitig verlötet und nun in einer engelsgleichen Geduld mit feinem Sand befüllt. Warum? Naja...biegt mal ein Rohr ohne Sandfüllung! Knick und weg...sag ich da nur. Als das Rohr nun gefüllt war, bis an den Rand,...habe ich es auf der anderen Seite auch verlötet. Nun konnte ich es ohne Wärmezugabe und mit etwas geschick um einen Runden Körper wickeln. Der Sand verhindert wunderbar ein wegknicken. Mit einer Flamme sollte man das Rohr nicht zuätzlich erwärmen. Da der Sand niemals zu 100% trocken sein wird, entsteht im Rohr innern ein Überdruck.
Das Rohr kann reißen oder eine Lötstelle platzt euch mit einem heißen Strahl entgegen. Erst denken...dann machen !

Da mir 12 Volt etwas wenig vorkommen, und der Oszillator erst darüber wirklich stabil arbeitet, frickelte ich auf die Schnelle ein Netzteil zusammen, mit dem auch etwas Stromseitig geht. 19 Volt und 15 Ampere. Naja.. DAMIT kann man arbeiten!

Tja, schnell bemerkte ich die enorme Wärmeentwicklung der Arbeitsspule. Also musste die auch gekühlt werden. Womit? Klar... mit Wasser ! Nicht nur PCs kann man damit wunderbar kühlen. Also ran an den Speck. Die Pumpe kam von Thomas, welcher diese von Pollin gekauft hat. Keine 3€ sind ein angemessener preis für diese Bastelei. Also fix nen Schlauch ran und ausprobiert.

Irgendwie ratterte die Pumpe aber. Warum das? Also mal reingesehen, wie das überhaupt funktioniert. Wie bekommen die sowas überhaupt dicht? Ich konnte es mir denken. Ein sich drehender Ring-Dauermagnet zieht eine in Plaste eingelassene Metallscheibe mit, an dem das Pumpen-Flügelrad aufgeklebt ist. loooogisch...

Schnell war auch das erste teil zum glühen gebracht. Ein stumpfer und vebogener Bohrer war das erste Opfer.

Und gleich danach das Getter einer EZ80 Gleichrichterröhre.

Mit diesem feinen Messgerät habe ich die Messungen an den Induktivitäten vorgenommen. Es wurde mir als Leihgabe von Thomas überlassen.

Tja, ... viel Power bringt auch viel Hitze. Die Kondensatoren müssen Impulsfeste MKP Typen sein, welche unter anderem einen geringen Innenwiderstand aufweisen. Naja..aber jeder Kondensator ist halt auch als MKP Ausführung nur bis zu einer bestimmten Frequenz mechanisch stabil. Da eine Wechselspannung in einem Kondensator eher dazu führt das der Innenwiderstand ihn erwärmt, und das bei steigender Frequenz nicht besser wird...fängt er halt an zu schmelzen. Hier mal ein Beispiel.

Also Thomas angerufen und kurze Zeit später lagen auf meinem Schreibtisch zwar alte...aber stabilere Kondensatoren. Vielen Dank mein Freund.

Die neuen Kondensatoren haben zugleich einen merklichen Einfluss auf den Leerlaufstrom.