Kapazitiver Transformator

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Kapazitiver Transformator
Ausgehend von den Überlegungen, dass die Testatika ein mit Hochfrequenz arbeitender
elektrostatischer Asynchronmotor/Generator ist, habe ich einen Teslatrafo mit einem Gitterblech
umgeben, um zu zeigen, dass damit eine Transformation der Spannung erreicht werden kann.
Versuch mit dem Teslatrafo
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Um den CW-Teslatrafo, der von dem 40W MW-Sender gespeist wird, habe ich ein AlGitterblech isoliert aufgestellt, das zu einem Zylinder mit 10cm Durchmesser gebogen ist. An
das Gitterblech wird gegenüber Masse eine 230V/60W Glühbirne angeschlossen. Bei
Abstimmung auf Resonanz, die hier etwa bei 1MHz liegt, leuchtet sie sehr hell und zeigt, dass
ein Großteil der 40W jetzt in der Glühbirne umgesetzt wird. Interessant dabei ist die auftretende
Transformation der Spannung. Denn wird die Glühlampe an der Spitze des Teslatrafos
angeschlossen, so ist der dort fließende Strom viel zu klein, um sie zum Leuchten zu bringen, da
die Spannung eben entsprechend hoch ist. Über die kapazitive Einsammlung aller Feldlinien um
den Teslatrafo herum, setzt sich das Spannungsniveau wieder herab und der Strom steigt an. Er
ist praktisch gleichzusetzen mit dem Strom am Fußpunkt der Sekundärspule, wo ja ebenfalls ein
hoher Strom fließt. Auch das Gitterblech ist von Nutzen, da es Wirbelstromverluste senkt.
Obwohl auch ein normaler Al-Blechzylinder verwendet werden kann, so erwärmt sich dieser
doch beträchtlich und die Nutzleistung in der Glühbirne ist geringer. Zu beachten ist weiter, dass
durch einen völlig geschlossenen Zylinder ein Windungsschluss entsteht und die nutzbare
Leistung ebenfalls geringer wird. Dass ein sehr hoher Strom in der einen Windung des Zylinders
fließt, wurde mit dem fertigen Modell und einer Halogenlampe gezeigt
Mit Hilfe von verschiedenen Glühbirnen wurde diese Lastkennlinie aufgenommen. Dazu wurden
Glühbirnen mit verschiedenen Leistungen verwendet. Ihre Helligkeit wurde mit einem Luxmeter
gemessen und anschließend die gleiche Lampe mit einem Regeltrafo bei 50Hz auf selbe
Helligkeit gestellt. Die dabei umgesetzte Leistung wurde mit einem Wattmeter gemessen. Aus
den Strom- und Spannungswerten bei abgeglichener Last wurde dann der Innenwiderstand der
Lampe für den jeweiligen Arbeitspunkt errechnet. Die mit diesen Werten gezeichnete Kennlinie
zeigt, dass bei etwa 300Ohm die optimale Leistungsanpassung vorliegt und bis zu 42W, also die
gesamte Leistung (dieser Sender ist Eigenbau und liefert daher etwas mehr, und nicht weniger,
wie bei gekauften Geräten) des Senders, in der Glühbirne umgesetzt wird.
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Um zu zeigen, dass es sich hier um eine wirkliche Transformation handelt, wird eine zweite,
baugleiche Sekundärspule verwendet. Diese wird mit dem Gitter umgeben, am Fußpunkt geerdet
und an der Spitze über den vom MW-Sender gespeisten Teslatrafo mit Hochspannung versorgt.
Auch in diesem Fall wird im Resonanzpunkt ein Großteil der Leistung auf die Glühbirne
übertragen. Dass wirklich Hochspannung eingespeist wird, kann gezeigt werden, indem man ein
dünnes Stück Draht von der Verbindungsleitung abstehen lässt. An diesem bildet sich dann die
bekannte Sprühentladung eines CW-Teslatrafos, dabei geht aber Leistung verloren und die
Lampe leuchtet nicht mehr so hell. An der Gitterelektrode ist es nicht möglich einen Funken zu
zünden, weil hier die Spannung schon zu gering ist. Mit dem fertigen Modell wird weiter unten
mit zwei Glühbirnen der unterschiedliche Strom gezeigt.
So ähnlich könnten auch die "Kondensatoren" bei der Testatika funktionieren. Wenn nämlich
hochfrequente Hochspannung von den Scheiben an der Spitze des Teslatrafos eingespeist wird,
kann diese hohe Spannung ohne magnetische Kopplung herunter transformiert werden. Das
bedingt allerdings, dass die Scheiben eine Wechselspannung mit der richtigen Frequenz
erzeugen. Diese ist bei der langsamen Drehung der Scheiben aber sehr gering. Das erklärt,
warum die Spulen in den "Kondensatoren" immer mit zig-tausend Windungen beschrieben
werden.
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Um den Effekt auf ein schaltungstechnisch leicht nachvollziehbares Prinzip zu reduzieren, wurde
anstelle des Gitters ein 12pF/15kV Vakuumkondensator verwendet. Er hat in etwa die gleiche
Kapazität wie das Gitter gegen die Sekundärspule. Dieser wird an der Spitze des Teslatrafos
angeschlossen, und auch hierbei zeigt sich bei Resonanzabstimmung die Transformation in
gleicher Weise wie beim Gitter.
Daraus lässt sich schließen, dass dieser Aufbau wie ein kapazitiver Spannungsteiler wirkt, dessen
kapazitiver Blindstrom aber vollständig durch die auf ihn abgestimmte Sekundärspule
kompensiert wird.
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ABER: Beim Einbau einer zweiten Lampe vor dem Kondensator (hier wurden zwei
vakuumgefüllte, 80W Kohlenfadenlampen verwendet, um Gasentladungen zu verhindern) zeigt
sich, dass der hohe Strom auch schon an der Spitze des Teslatrafos fließt. Hier leuchtet die erste
Lampe sogar heller, weil durch zusätzliche Kapazitäten der Leitungen mehr Strom gegen Erde
abfließen kann.
Das steht im krassen Gegensatz zu dem weiter unten gezeigten Experiment mit dem fertigen
Modell. Es ist hier keine wirkliche Transformation, sondern nur eine Verschiebung des
Arbeitspunktes des Teslatrafos. Wer also denkt, man könne die Sekundärspule beim kapazitiven
Trafo durch ein Metallrohr ersetzen und ihn so auf einen Kondensator reduzieren, der liegt
falsch. So esoterisch es auch klingen mag, die Sekundärspule im kapazitiven Trafo hat eine Art
Sogwirkung, die den Aufbau eines hohen Stromes verhindert.
Das fertige Modell
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Um nicht immer ein Blech um den Teslatrafo herum aufstellen zu müssen, wurde dieses Modell
gebaut. Es beinhaltet in der Mitte einen Teslatrafo und außen herum das Lochblech, das nicht
geschlossen ist, sondern zu einer offenen Windung gebogen ist. Es stehen damit zwei Anschlüsse
vom Gitter zur Verfügung. Wird die Spannung zwischen den beiden Enden abgenommen,
kommt das quasi einer Sekundärwindung gleich.
Für weitere Versuchsmöglichkeiten wurde der Fußpunkt des Teslatrafos nicht fix geerdet,
sondern über einen Bügel auftrennbar gemacht. Dadurch kann auch der Fußpunktstrom
gemessen werden.
Beim Aufbau ist unbedingt auf einen ausreichenden Isolierabstand des Gitters zu allen anderen
leitenden Teilen zu achten. Denn wird das Gitter nicht geerdet, so liegt es auf einem sehr hohen
Potential und es kann leicht zu Überschlägen kommen. Hier wurde alles auf 4 Abstandhalter
montiert und die Anschlüsse zur Primärspule und zum Fußpunkt der Sekundärspule in einem
weiten Bogen nach unten geführt, damit sie dem Gitter nicht zu nahe kommen.
Daten des kapazitiven Trafos
650 Wdg. mit 0,26mm Lackdraht auf 40mm PVC-Rohr
ca. 200mm hoch
Sekundärspule: Induktivität 3,5mH; Gleichstomwiderstand 27Ohm
Resonanzfrequenz freistehend 1,5MHz
Resonanzfrequenz mit geerdeten Gitter 1,13MHz
Gitter:
Aluminium-Lochblech mit 1mm Dicke
Lochgröße 5x5mm, Stegbreite 2,5mm
Gebogen zu einem 210mm hohen, offenen Zylinder
(Spalt ca. 5mm) mit 105mm Durchmesser
Primärspule:
18 Wdg. mit 0,9mm Lackdraht auf 50mm PVC-Rohr ca.
20mm hoch
Induktivität ca. 25µH
Weitere Versuche mit dem fertigen Modell
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Die kapazitive Kopplung über das Gitter funktioniert natürlich auch ein umgekehrter Richtung
und so ist auch ein kapazitiv erregter Teslatrafo machbar. Die Einspeisung der HF erfolgt nur
mehr vom Gitter gegen Masse. Der Innenwiderstand passt mit seinen 300Ohm zwar nicht ganz
zum 50Ohm Generatorausgang, aber dennoch ist an der Spitze ein kleiner Funken von ca. 1cm
Länge zu sehen. Die Primärspule ist hierbei völlig unbeschaltet, was untypisch für einen
Teslatrafo ist !
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Dieses Experiment zeigt, dass der Strom am Fußpunkt der Sekundärspule mit dem am Gitter
gleichzusetzen ist. Bei geerdetem Gitter tritt die gleiche Spannung/Leistung am Fußpunkt auf,
wie bei geerdeten Fußpunkt am Gitter.
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Um die bereits oben festgestellte Transformation weiter zu untersuchen, wurden zwei gleiche,
80W Kohlenfadenlampen verwendet. Diese sind im Gegensatz zu herkömmlichen Glühbirnen
vakuumgefüllt und verhindern einen Leistungsverlust durch Gasentladungen. Eine davon wurde
direkt in die Hochspannungsverbindungsleitung eingeschaltet und die andere am Fußpunkt des
kapazitiven Transformators angeschlossen, was gemäß dem vorherigen Versuch mit dem
Anschluss am Gitter identisch ist. Das Gitter ist direkt geerdet, um kapazitive Einkopplungen
vom ersten Teslatrafo zu vermeiden. Deutlich zu erkennen ist, dass in der Hochspannungsleitung
nur ein sehr geringer Strom fließt, der die Lampe nicht zum Leuchten bringt, obgleich die
Leistung ja über diese Leitung übertragen wird und die Lampe am Ausgang versorgt. Das ist nur
durch eine echte Transformation der Spannung zu erreichen.
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Diese geringen Ströme, die in der Hochspannungsleitung fließen, lassen sich auch drahtlos
übertragen. Bei Hochfrequenz kommt immer eine kapazitive Kopplung in Frage und so arbeitet
dieser Versuch. Auf beiden Sekundärspulen wurde ein Toroid mit großer Oberfläche montiert.
Die Spulen wurden in geringen Abstand zu einander gebracht, sodass eine kapazitive Kopplung
zwischen den beiden Oberflächen eintritt. Es zeigt sich, dass auch damit ein Großteil der
Sendeleistung übertragen werden kann. Dieser Versuch ist interessant für die Überlegungen an
der Testatika, wobei die kapazitive Kopplung mit den berührungslosen Abnehmern (lt.
Methernitha "Taster") verglichen werden kann.
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Hier wird die magnetische Transformation mit Hilfe der einen Windung des Bleches
demonstriert. Es wurde eine 12V/40W-Halogenlampe zwischen den Enden des Bleches
angeschlossen. Nach Resonanzabstimmung leuchtet sie sehr hell und setzt fast die ganzen 40W
Sendeleistung um. Daraus kann man erkennen, wie hoch der Strom transformiert wird. In diesem
Fall fließen über 4A HF (!) über das Gitter.
Das kann man noch weiter steigern, wenn man einen 0,2mm dicken Draht
zwischen den Ausgangsklemmen montiert. Dieser beginnt zu glühen und das kann er nur mit
über 8A, wie ein Versuch mit Gleichstrom zeigte. Wird das Gitter nicht mit Erde verbunden, so
liegt zusätzlich noch die Hochspannung am Draht gegen Erde an. Das führt zu den bekannten
Sprühentladungen bei Teslatrafos. Diese tritt aber erst ein, wenn der Draht schon glüht, denn
dann ionisiert er die Luft bereits durch die Hitze.
Wichtig bei diesen Versuchen ist, dass der Anschluss an das Gitter mit möglichst kurzen Drähten
erfolgt. Denn sind sie zu lang, so wird durch ihre Induktivität der maximale Strom stark
begrenzt. Bereits beim Anschluss der Halogenlampe kann das zu einer stark verminderten
Helligkeit führen, wenn die Anschlüsse auch nur wenige cm lang sind.
Interessant bei der magnetischen Kopplung ist, das sie nach Entfernen der Sekundärspule des
Teslatrafos, also nur mit der Primärspule im Inneren des Gitters, nicht funktioniert. Dann gibt es
keinen Resonanzpunkt mehr und es fließt kaum noch Strom im Gitter. Der Teslatrafo leistet also
auch in diesem Fall einen wesentlichen Beitrag zu der Transformation.
Der kapazitive Transformator ist die Anwendung von Kapazität und Induktivität in direkter,
miteinander wechselwirkender Weise. Eine Kondensatorplatte wird durch die Oberfläche der
Induktivität gebildet. Dadurch sind sozusagen die elektrische und magnetische Kraft auf gleichen
Raum vereint und es könnte sich ein Tor zur Freien Energie auftun.
Hochfrequenzseite
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