Projekt ND : YAG 500W CW Stufe aus HL3006D autonom Betreiben

[automatex]

Hallo,
Möchte hier mein neues Projekt vorstellen.
Ich habe bei eBay einige Teile aus einem Haas / Trumpf HL3006D erstanden.
Bei dem HL3006D handelt es sich um einen 3KW CW nd-yag laser, welcher die 3KW über 6 Pumpkammern mit je 2 Krypton-Bogenlampen generiert.
Eine dieser Pumpkammern möchte ich nun an einem der Netzteile autonom betreiben, also ohne die Hauptsteuerung, welche die Netzteile normalerweise über CAN Bus ansteuert und regelt.
Da ich die CAN Bus Ansteuerung nicht bedienen kann( es scheint nicht möglich zu sein an Daten darüber zu kommen ), muss ich die Endstufe direkt ansteuern.
Da ich nun erste Erfolge verzeichnen kann, dachte ich mir, das es nun Zeit wird mein Projekt hier vorzustellen ( natürlich mit dem Hintergedanken hier Tipps und Hilfestellungen bekommen zu können )
Also, nach ersten Untersuchungen des Netzteiles konnte ich 2 TLP250 ( IGBT Gate Treiber)auf dem Leistungsteil des Netzteiles finden, welche direkt von der Steuerelektronik angesteuert werden.
( Zwischenzeitlich hatte ich auch über einen sehr netten Email Kontakt ( eventuell auch bei LaserFreak, wenn ja, Danke noch einmal und schöne Grüße ! ) verschiedene Unterlagen,, unter anderem Schaltpläne des Netzteiles und jede menge guter Tipps bekommen )
Mein Plan für erste Versuche war folgender:
1 ) Die Hauptstromversorgung ( eigentlich 380V Drehstrom ) mit gedrosselter und regelbarer Spannung aus der Steckdose zu versorgen.
2 ) Als Dummy am Ausgang eine Ohmsche last, oder eine Eigenbau Bogenlampe zu betreiben.
3) Einen der TLP250 von einer Picaxe mit einem regelbaren PWM Signal zu bedienen.
Gestern hatte ich nun alles soweit vorbereitet und konnte meine ersten Versuche starten.
Vorbereitung am Netzteil:
Alle Verbindungskabel CPU Platine und zur Platine der Leistungsregelung getrennt
Adaptersockel für die TLP250 mit Steckplatz für PWM Eingang und Begrenzungswiderstand ( 430 Ohm ) gebastelt und eingesetzt.
Das Netzteil benötigt noch 230V und 24V AC, welche ich aus der Steckdose und über ein Steckerdnetzteil versorge.
Hauptversorgung :2 Stück 400W Drosseln aus Quecksilberdampflampen Parallel , also 800W in eine Leitung an der Steckdose , dahinter einen Sparstelltransformator, danach einen Trenntransformator Pri. 380V auf Sek. 230 V verkehrt herum, also 230 als Prim., und das ganze an 2 Anschlüsse des 3 Phasen Endstörfilters im Netzteil.
Einschaltschütz im Netzteil Mit Zuhilfenahme eines Magneten am zuvor lokalisierten Relais eingeschaltet ( Ja man Kann ein eingebautes Relais mit einem Magneten wie einen Reedkontakt ein und ausschalten )
( an den Speicherkondensatoren hab ich daraufhin 503V DC gemessen, was bedeutet, ca 250V pro Endstufe da die Versorgung der beiden Endstufen über Mittelabgriff der beiden Kondensatoren bedient werden.)
Am Ausgang habe ich zwei 5mm Graphitelektroden ( aus meinem Schweißzubehör ) , welche ich mit ca 5mm Abstand an den Enden auf einem Stück Laminat schwenkbar ( Abstand variabel ) befestigt habe, angeschlossen.( natürlch mit viel Überstand zum Laminat da Brandgefahr !!)


Des weiteren hab ich eine Picaxe, auf PWM 0-90% 1KHZ einstellbare Puls weite in ca 5% schritten einstellbar über 2 Tasten, Programmiert.
Den PWM Signalausgang an den TLP250 angeschlossen und alles war bereit für erste versuche!
Messgerät auf DC---direkt am Ausgang des Mosfet.

Nach einschalten der Stromversorgungen und hochdrehen auf volle Spannung, ca 5 V am Messgerät.
Beim Aktivieren des Zünd Bzw auf der Platine mit Booster bezeichnete Relais Schwache Blitzentladungen in einigen Sekunden Abstand an den Elektroden.
Bei aktivieren des PWM Signals 5% explosionsartige Entladungen,ca 250 V am Messgerät bei jeder Entladung kurzzeitig weniger, beim hochfahren der PWM wurden die Entladungen heftiger, Spannung gleichbleibend bis auf die Einbrüche wehrend der Entladungen, aber kein Lichtbogen.
Plötzlich nur noch Schwache Entladungen, und am Messgerät nur noch ca 20V
Die Flinke Sicherung am Masfet hat sich verabschiedet :Schock: !!
Nächster Versuch mit einer neuen Sicherung und 3KHZ PWM , sofortige Verabschiedung der Sicherung !
Nächster versuch mit 500Hz PWM
Kurze Lichtbögen ,also Sekundenbruchteile, aber keine explosionsartige Entladungen mehr( bis zu ca 20% PWM ) bei höheren werten wieder Explosionsartig.
Nach einigen Versuchen mit variable Eingangsspannung, Veränderung Elektrodenabstand, variieren der PWM, bekam ich endlich bei geringerem Abstand, voller Spannung und 20% PWM, einen mehrere Minuten andauernden Lichtbogen !!!!!
Daraufhin hab ich eine der Originallampen angeschlossen ( eine welche ich eigentlich aufgrund Ihres Aussehens als Defekt erachtete ) (hinter Plexiglas Schutz)
Und Siehe da
zuerst nur schwache Blitzentladungen in der Lampe.
Bei voller Volt zahl und PWM ca 70% DIE ERLEUCHTUNG !!!!!
Mein Wohnzimmer war noch niemals zuvor so Helll ( ok mit dem Lichtbogen der Elektroden eventuell schon )
Natürlich hab ich sofort, also nach ca 2 Sek abgeschaltet ( bin erstaunt, das Die lampe das überlebt hat ohne Kühlung !!!")
( natürlich hab ich nicht in die Lampe gesehen !!! es war auch so nicht zu übersehen, das sie funktionierte !!!)

So und nun muss ich mich erst einmal um eine Brauchbare Kühlung Kümmern bevor ich weitermachen kann.

Werde mich melden wenn es weitergeht

Gruß
Alex

[tsar]

Hallo Alex.
Ich habe auch so einen kompletten HAAS Laser. Nur meiner ist aus einer Entwicklungsabteilung von HAAS. Der ist sehr bastlerfreundlich aufgebaut, alle Baugruppen schön 19''. Die Stromquellen für die Lampen auch.
Ich hab 2 Pumpkammern mit den dazugehörigen Kühleinheiten.
Ich will den noch auf Güteschaltungen mit AODs umbauen, aber ich muss mir erstmal einen Rahmen bauen. Ich will den Resonator in "U" Form bauen. Dann liegen die beiden Kammern nebeneinander und das ganze wird stabiler.

Falls du noch infaos brauchst. Ich hab die ganzen Ordner zu den Teilen.

Gruß Dennis

[automatex]

Hallo,
manno, das klingt hoch interesant.
Geht aus den Unterlagen hervor wie die Endstufen angesteuert werden, also ob überhaupt mit PWM und wenn ja mit welcher Frequenz ?
Oder sogar wie man so ein Netzteil über den Feldbuss ansteuern kann, das wäre natürlich Optimal !
Den Resonator muss ich mir ja auch noch zusammenbauen, das wird auch noch einiges an Arbeit, ich möchte allerdings nur eine Pumpkammer betreiben.
gruß
Alex

[VDX]

... ich habe zwei komplette Scriba-Laser von etwa 1996 mit jeweils einer Blitzlampe in der Kavität, mit 120W und 150W CW und will die bei Gelegenheit auch mal versuchen umzubauen bzw. zu reaktivieren.

Einen habe ich schon zerlegt und will bei Gelegenheit mal ausprobieren, ob ich den stirnseitig mit einer 25W@808nm-Diode pumpen kann

Die originalen Netzteile, Controller und Wasserkühlung sind mir viel zu groß und klobig

Viktor

[tsar]

ICh hab mal in die Unterlage geschaut und ich habe fast die Befürchtung das bis auf den Leistungselektronikteil unsere Netzteil nichts gemeinsam haben. Mach mal ein Bild von deinem Netzteil un den Anschlüssen. Möglicherweise kann ich so erkennen welcher Teil das im Schaltplan ist.

tsar

[automatex]

Hallo,
Hab zwei Bilder angehängt,
Binn gerade extrem in Eile
gruß
Alex

[tsar]

Also ich hab eine gute und eine schlechte Nachricht. Die gute ist, dass deine Netzteile ne ganze Ecke moderner sind als meine. Die Schlechte ist: Das ist das Problem. Soviel digital-Hühnerfutter ist bei mir nicht eingebaut. Alles schön Analog diskret. Plus etwas Digital-Kram für Kommunikation. Ich glaube nicht dass ich dir mit meiner Doku helfen kann, außer grobe Anhaltspunkte.

tsar

[automatex]

Hmmm schade!
Allerdings nutze ich ja nur den Leistungsteil, den digitalen "Schnikschnack" hab ich ja bei meinem Versuch komplett abgeklemmt.
Wird deine Endstufe mit TLP250 angesteuert ?

Wenn ja sollte es vom Prinzip her ähnlich angesteuert werden.
Aber auch sonst wäre es interesant zu wissen mit welcher Frequenz deine LeistungsTransistoren, Mosfets ,oder IGBT angesteuert werden.

Gruß
Alex

[automatex]

Hallo,
nun bin ich einen Schritt weiter.
Hab die Lampe in eine Art Liebig Kühler eingebaut., welchen ich über eine 20W Teich pumpe mit Wasser versorge.
Benötige wohl eine stärkere Pumpe, oder einen dünneren Kühler, nach ein Paar Sekunden bilden sich Siede bläschen am Lampenkörper.
Für kurze Test sollte es aber vorläufig ausreichen.
Zuerst keine bleibende Zündung mit meinem Versuchsaufbau.
Lediglich kurzes aufleuchten , allerdings sehr Hell !!
Vermutung gekühlte Lampe braucht eventuell etwas mehr Power.
Hab einen dritten 400W drossle parallel geschaltet, und nun funktioniert es wieder.

Start der Entladung nach Zündimpuls bei 250V am Kondensator und ca 85% Pwm ( 500Hz).
Spannung am Regeltransformator fällt auf ca 160V, gezogen werden am Regeltransformator ca 10 A.
Also ca 1600W.
Leider kann ich über meine PWM die Leistung nicht herunter regeln.
Beim herunter regeln geht die Lampe direkt wieder aus.
Werde wohl doch noch einmal höhere Frequenzen testen.


gruß
Alex

[tsar]

Ich bin jetzt mal dazu gekommen dir die Pläne mit denen man am ehesten etwas anfangen kann abzufotografieren.

Man beachte die Schrift in rot......

Gruß tsar

PS: Ich mach dir mal ein Bild von einer der Kühlanlagen, dann wirst du sehen das du mit deiner Teichpumpen nicht sehr weit kommen wirst

[automatex]

Hallo tsar,
Danke für die Bilder, aber leider hattest du recht.
Dein Netzteil hat wirklich nicht viel mit meinem gemeinsam !
Die Pläne sind aber dennoch recht interessant , und wohl auch für andere die diese Beiträge anschauen .
Das mit der Kühlung ist mir schon klar !
Der Aufbau im Moment soll mir nur dabei helfen eine Lampe mit dem Netzteil zu testen, und dies auch nur für sehr kurze Tests .
Bis ca 2KW sollte dies auch für kurze Tests , 10-30 Sekunden ausreichen.
Erst wenn ich mir einiger maßen sicher bin, das ich die Ansteuerung des Netzteiles im griff habe werde ich mich an mehr Leistung wagen, und mich dann auch um eine bessere Kühlung kümmern.
Bei den Gasbläschen könnte es sich im übrigen auch um in dem Wasser gelöste Gase handeln, da ich die aktuelle Kühlung mit normalem Leitungswasser betreibe, und der Aufbau nicht luftfrei ist, so das sich auch immer wieder Gasse in dem Wasser lösen können.
Dies scheint sowiso, ein von mir bisher nicht beachtetes Problem bei der Kühlung darzustellen.
Eine Erwärmung des Wassers konnte ich bei meinen kurzen Tests noch nicht feststellen.

Gruß
Alex ( automatex )

[automatex]

Hallo,

nun bin ich einen Schritt weiter.
Habe die Picaxe so Programmiert, das ich die Frequenz und die PWM rate regeln kann.
Und ich muss sagen, das hatte ich mir einfacher vorgestellt !!
Musste auf eine andere Picaxe umsteigen, da die 18M2 den „table“ Befehl nicht unterstützt, und ich die Berechnung der PWM bei unterschiedlichen Frequenzen nicht hinbekommen habe.

Den Liebig-Kühler habe ich verengt, indem ich ein paar Glasstäbe parallel zur Lampe eingelegt habe, so dass die Flussrate an der Lampe höher ist.
Gestern Abend hab ich einen kurzen Test mit 1Khz gemacht.
Die Lampe brannte erheblich leiser, Geräuschlos im Gegensatz zu den Tests bei 500 Hz.
Was mich darauf schließen lässt, das ich bei 500Hz wohl eher ne art Pulsbetrieb ohne Zündimpulse hatte ?
1KHz war ja auch mein erster Versuch, da ich auf diese Frequenz durch zurückrechnen aufgrund der Drosseln am Ausgang und der max. Ausgangsleistung gekommen war.
Übrigens ist mir da noch etwas eingefallen.
Eventuell sollte ich bei meinen Tests nicht nur meine Augen vor dem Licht der Lampe schützen.
(Schweißerbrille )
Wenn ich mich nicht irre, hab ich da genau die gleiche Strahlung wie bei den Enthaarungsgeräten !!!
Nicht dass ich plötzlich die gesamte Behaarung in den Bereichen verliere, welche dem Licht ausgesetzt sind
( von Hautveränderungen mal ganz abgesehen ( Hautkrebs usw. )
Andererseits wäre das ja auch eine gute Möglichkeit , sich dort wo gewünscht zu enthaaren
Ok ,, war ein Scherz !!


also bis demnächst.
Gruß
Alex

[tsar]

Also ich kann dir sagen das die Lampen in meinem Laser absolut lautlos brennen. Ein Piepsen von dem Buckconverter hört man auch so gut wie gar nicht.
Auch bei voller Leistung hört man den Converter nicht, sodass ich denke das die Schaltfrequenz fix ist und nur das Tastverhältniss geändert wird.

tsar

[automatex]

Hallo tsar,
ja ich möchte später natürlich auch nur das Tastverhältnis ändern, muss aber erst einmal austesten bei welcher Frequenz!!
Ich denke das Piepsen ist ein zeichen dafür, das ich noch nicht die richtige Frequenz gefunden habe, oder aber, das bei der gedosselten Eingangsleistung die Kondensatoren nicht schnell genug nachgeladen werden, und hierdurch die Frequenz hörbar wird.
Da ich die Lampe direkt neben dem Netzgerät habe und das pfefen nur unter Last zu höhren ist, dachte ich es kommt von der Lampe.
Hab aber festgestellt dass es vom Netzgerät kommt, ist schwer zu lokalisieren.
Nun werde ich mal mehr Leistung einspeisen, allerdings ohne Stelltransformator, da der nur 10A verkraftet.

gruß Alex

[automatex]

Hallo,
endlich !!!!
der Laser funktioniert !!!
Ich habe nun die Stromversorgung auf 380V 3 Phasen und die PWM auf 24KHz-
Das Pfeifen ist weg.
Gestern Abend nun auch die ersten Erfolge was den Laser Resonator angeht.
Folgende Komplettkonfiguration;

3Phasen 380V

3 200uF 450V Kondensatoren vor dem eigentlichen Netzteil..Jede Phase einer zur Stromreduzierung „Kleines“ Kondensator-Netzteil grins)

Netzteil über Picaxe mit PWM 24KHz (80% zum starten, ca 32A)

Regelung nach unten bis ca 40% möglich bevor die Lampe bei ca 6A erlischt.

Kühlung mit 50Liter Demineralisiertem Wasser in Fass und 430W Springbrunnenpumpe.

Zur Ampere Messung im Lampenkreis hab ich das fette Kabel welches durch den LEM Sensor geführt ist als Stunt missbraucht.
Zur Eichung hab ich einen 600W Heizer anstelle der Lampe angeschlossen und mit meinem Amperemeter ( max 10A) und einem Potty ein zweites Amperemeter angeschlossen und am Potty justiert bis es gepasst hat.

Als "Lasersensor" hab ich ein Stück Laminat verwendet, als Augenschutz eine Schweißerbrille.
Naja die optimale Lösung ist das natürlich nicht, aber zum testen ob der Resonator grob eingestellt ist hat es funktioniert.
Schöne, tiefe, ca 5mm Brandflecke, bei weniger als 1 sek. Betrieb.
mit Linse Stecknadelstiche durch das Laminat !
Nun , das ganze bei ca 30A und 180V an der Lampe(ca. Obere Leistungsgrenze der Lampe ), also da geht noch einiges mehr, da der Resonator nur grob eingestellt ist, und ich ja auch noch die zweite Lampe zuschalten kann.
Die Wassertemperatur hat sich wehrend der Versuche um ca 10C erhöht, muss also noch einen aktiven zweiten Kühlkreislauf aufbauen.
Zur Feinjustage muss ich meine "Videolaserbrille" wieder zusammenbauen, und dafür muss ich mir eine neue Kamera besorgen, da die alte nicht mehr funktioniert.
Mit der Schweißerbrille sehe ich gerade mal genug um die Knöpfe zum ein und ausschalten zu finden.
Melde mich wenn es weiter geht.
Gruß
Alex

[medusa]

Hmmmmm....

na endlich gibt es ein Festkörper-Gegenstück zu meiner Ionenlaser-Hexenküche...

Gruß, ~Diane.

[automatex]

Hallo,
Hab ein dünnes Edelstahl Blech getestet, und auch im Bruchteil einer Sekunde ein Loch geschossen !!!
Die Löcher haben einen Durchmesser von ca 1mm also größer als im Laminat .
Allerdings ist das Metall ca 5mm blau verfärbt.
ich denke das liegt an dem nicht korrekt justierten Resonator, und der daraus resultierenden Streustrahlung.

Für die feinjustage habe ich mir folgendes ausgedacht:
Streulinse und dahinter ein streifen Thermopapier
Schuss von ca 1 Sek ergibt einen deutlichen schwarzen Fleck von ca 3mm Durchmesser.
( Dachte eigentlich es müsste bei der kleinen größe des Flecks Löscher geben, aber die weise Farbe scheint mehr durchzulassen und zu reflektieren, als zu absorbieren )
bei jedem Schuss eine Schraube etwas verdrehen ( 45 Grad )
Notieren welche Drehung ergibt welchen Fleck
Dunkelster / rundest er / scharf kantigster Fleck beste Leistung !
Ist allerdings sehr zeitaufwendig, aber ohne entsprechendem Sensor wüsste ich nicht wie ich das sonst hinbekomme.

Wenn jemand eine bessere Idee hat bitte melden !
Gruß
Alex

[VDX]

Hi Alex,

für kleine Energiedichten kannst du die IR-Indikatorkarten von Conrad verwenden - ich justiere damit meine Faserlaser (1070nm) bei CW-Leistungen unter 2W für feinsten Fokus oder auch mal unfokussiert mit etwas höheren Leistungen zur Strahljustierung.

Für höhere Leistungen habe ich beschichtete Keramik-Platten, die ebenfalls Gelb/Grün fluoreszieren - die halten deutlich mehr aus, bei 50 Watt CW oder zu hohen Puls-Energien habe ich die aber auch schon punktuell angeschmolzen

Wenn du einen guten Fokus hast, dann kannst du höhere Energiedichten mit Rasierklingen testen - damit ist die Feinjustierung durch die Loch-Größe und -Form recht gut nachzuvollziehen ...

Viktor

[automatex]

Hallo Fox,
Danke für den Tipp, aber die Idee mit den IR-Indikatorkarten ist nicht schlecht.
Die Energiedichten, mit denen ich hier hantiere sind dafür aber bestimmt zu groß .
Werde es dennoch testen.
An alle,
Erst einmal habe ich allerdings ein anderes Problem.
Wie schon erwähnt war ich soweit, das ich den Laser bei 80 % PWM starten konnte, erst danach war ein herab regeln möglich.
Dachte dies liege eventuell an meiner Drosselung vor dem eigentlichen Netzteil.
( Zwei der drei Phasen über in Serie geschaltete 200uF Kondensatoren )
So hatte ich ca. 32A an den Lampen, Höhere PWM ergab keine Steigerung der Energie an der Lampe , geringere PWM Steuerung bis ca18A nach unten möglich bevor die Lampe erlischt.
32 A an über200V sollte allerdings auch schon die obere Leistungsgrenze der Lampe sein.
Zu weiteren Tests habe ich nun die Kondensatoren gebrückt,also direkt 3 Phasen am Netzteil.
Zündung bei 80 % PWM .
Picaxe so programmiert, das nach Zündung ( Ampere Sensor zur übergab -zündzeitpunkt ) eine Sekunde Leistung und dann stopp.
Im Laserstrahl, eine Stück Laminat, dahinter eine 1,5mm Edelstahlplatte zum Blockieren.
Zündung mit : Augen auf Amperemeter.
Lautes Bzzzzz Sehr kurz , also keine Sekunde lang.
Amperemeter zeigt 90A, ( VIEEEEL zu VIEEEL!!!!!!!!!)
Alle drei Sicherungen im Keller KLICK
Ein ca. 1mm Loch im Laminat !
Blockierplatte an der Hinteren Seite gebläut und hat eine kleine geschmolzene Erhebung in der Mitte , wo der Laser auf der anderen Seite eingedrungen ist!!!
Also Sicherungen wieder rein und erneut versucht.
Dieses mal PWM Langsam erhöht und Zündversuch , weiter erhöht und Zündversuch.
Zündung wieder erst bei ca. 75%.
Amperemeter ca. 50A
Sehr sehr kurzes Lautes Bzzz,Dumpfer Schlag Im Kühlwasser-Tank
Sicherungen wieder raus.
Hat wohl die Lampe gekillt!!!!!!!
Hab allerdings noch Ersatzlampen.
und kann erst einmal mit der zweiten Lampe in der Pumpkammer weiter experimentieren.
Meine Schlussfolgerung.
Die Originalsteuerung im Netzteil hat wohl mit Hoher Einstellung gezündet, und dann sehr sehr schnell herunter geregelt, auf ein voreingestelltes Nivo.
Werde nun folgendes Probieren.

1) Kondensatoren zur Drosselung vor dem Netzteil wieder einsetzen.
2) 2 300uF 350V Blitzkondensator in Reihe, am Ausgang des Netzgerätes, vor Einschleifung des Zündimpulses.
Diese sollten sich , auch bei geringer PWM, auf volle Volt zahl Aufladen ( ca. 560V )
Sie müssten so, als zündbooster, eine Zündung auch bei geringer PWM ermöglichen.
Erst wenn dies funktioniert werde ich die Drosselung vor dem Netzgerät wieder entfernen.

gruß
Alex

[VDX]

Hi Alex,

bei den lampemgepumpten NdYAG's, mit denen ich bisher gearbeitet hatte, gab es immer eine große Kondensatorbank, die vor der Zündung voll aufgeladen wurde, den Anfangs-Strompuls erzeugte und danach auf den 'Ladestrom' zurückschaltete.

Beim Start gibts dabei also immer einen überhöhten Spannungspuls aus den Kondensatoren, während sich danach eine viel kleinere Spannung einstellt, die sich über URI aus dem Ladestrom ergibt

Viktor

[automatex]

Hallo Victor,
Ja, das ist eben daß, was ich mit dem Kondensator erreichen möchte.
Der Kondensator kann ja im Stromkreis verbleiben, glättet dann eben nur ein wenig.
Werde mich heran tasten wie viel uF ich zum sicheren Starten benötige.
Hab ca 40 Stück dieser Blitzkondensatoren, das sollte reichen!!!!

gruß
Alex