UTC: Application note 1.
UTC предназначен для создания DRSSTC. В этом аппноуте я приведу пример своей конструкции, которую можно считать референсной. Она далеко не идеальна, но работает и является примером того, чего легко можно добиться, используя UTC.
Блок-схема моей DRSSTC:
1. Трансформатор 220->24
2. Трансформатор управления затворами
3. Трансформатор защиты по току
4. Трансформатор обратной связи
5. ММС
Примечания
Эту теслу я использую для тестирования UTC. Сразу оговорюсь, что тесла делалась давно и абы как. Мало что считалось, и далеко не все разводки плат остались. Тем не менее, я постараюсь как можно полнее описать конструкцию, чтобы она могла стать отправной точкой для ваших собственных разработок на основе UTC.
Все разводки плат, которые у меня остались, я выкладывал вот тут.
Подвод 220В и заземления
Заземление теслы обязательно!
Так как моя тесла относительно слабенькая (потребляемая мощность порядка 1кВт), в качестве заземления я использую защитное зануление (зануление – это третий, чаще зелено-желтый провод в розетке).
Это, конечно, не очень правильно, но лучшего решения у меня не было. Как показала практика, все работает прекрасно, смертей электронной аппаратуры рядом с теслой не отмечалось, хотя рядом работало много разных устройств – LCD телевизор, ноутбук, компьютер. Я не призываю использовать зануление для теслы, вы делаете это на свой страх и риск.
Бывает так, что установлена розетка с тремя контактами, а зануление не подключено. В этом случае возможно повреждение теслы и, даже, электропроводки. Проверить наличие зануления можно таким образом:
1. Возьмите лампу, рассчитанную на 220В и подключите ее между силовыми контактами, лампа должна загореться.
2. Ту-же лампу, подключите между контактом зануления и одним из силовых.
Если лампа загорелась, или сработало УЗО, то заземление есть. Если этого не произошло, попробуйте с другим силовым контактом. Если и так ничего не произошло, то заземления нет.
Питание и земля к тесле подводится обыкновенным “компьютерным” силовым проводом длинной 3м:
Трансформатор питания низковольтной части (1)
Для питания UTC, я использую трансформатор ТН30-220-50. Этот трансформатор выбран просто потому, что уже был у меня. Схема включения его обмоток для получения 24В:
Важно перед подключением трансформатора к UTC проверить его напряжение на холостом ходу, оно должно оказаться в около 24в, но не меньше 20в и не больше 26в.
Фильтр
Фильтр предназначен для того, чтобы не дать помехам от переключения силовых транзисторов проникнуть в сеть. Также, фильтр обеспечивает плавный заряд силовых конденсаторов.
У меня фильтр довольно номинальный. Я его особо не рассчитывал и делал из того, что было под рукой.
NTC сопротивление предназначено для мягкого заряда конденсаторов. Диаметр NTC – 13.5мм. В UTC есть функция управления реле мягкого заряда. но тут она не используется просто потому, что когда это все делалось, UTC еще не было.
Фотография фильтра:
Силовая часть
Силовая часть выполнена на транзисторах IRG4PC50U. В силовой части стоят совсем слабенькие диоды. Дело в том, что в DRSSTC они практически не работают и нужны, скорее для защиты. От “иголок” транзисторы защищены супрессорами.
Для замедления включения транзисторов используется RD цепочка, от иголок на затворе также защищает супрессор. Очень важно поставить этот супрессор. так как на выходе GDT часто получаются выбросы из-за самоиндукции.
Вот что получается у меня до и после добавления супрессоров. Красное – это выброс без супрессоров. Как видно, он превышает максимальные для транзисторов 20В.
Фильтрующие конденсаторы составлены из электролитических и пленочных конденсаторов. Электролитические обеспечивают сглаживание пульсаций, а пленочные отдают ток в стример. Очень важно поставить как можно больше пленочных конденсаторов близко к транзисторам, так как они не только отдают ток, но и защищают транзисторы от выброса, который формируется на индуктивности подводящих проводов питания.
В качестве пленочных используются конденсаторы CBB21 (аналог К73-17).
Радиатор был выбран исключительно из-за его геометрических размеров – на него умещались все транзисторы. Радиатор совершенно не греется.
ММС (5)
ММЦ сделана из конденсаторов K78-2 (22нФ/1600в). Конфигурация – 14*2:
Суммарная емкость: 154нФ. Конденсаторы К78-2 отличаются низким углом диэлектрических потерь. поэтому из отечественных конденсаторов я рекомендую именно их. Плата обмотана изолентой, для того, чтобы она не касалась низковольтных проводов, которые проходят рядом (ведь напряжение после MMC может составлять до 3х киловольт!)
GDT (2)
Трансформатор управления затворами изготовлен на сердечнике N87 (R25.3?14.8?10.0). GDT понижающий 24->18 вольт.
Первичная обмотка содержит 10витков, а вторичные – по 7. За виток следует считать проход провода через отверстие в кольце.
GDT намотан проводом МГТФ (s=0.7мм^2) в шелковой оплетке. Этот провод был выбран за то, что не портиться при нагревании и достаточно жесток, чтобы держать форму обмотки.
GDT намотан “витой тройкой”, хотя и слабо витой.
Трансформаторы обратной связи и защиты по току (3, 4).
Эти трансформаторы одинаковы. Каждый из них состоит из двух последовательно соединенных трансформаторов 1:33. Коэффициент передачи такого каскадного трансформатора получается 1:1089. Соединить два трансформатора последовательно намного проще, чем мотать один с тысячью витками. Трансформаторы также намотаны на сердечнике N87 (R25.3?14.8?10.0).
Прерыватель
Я использую вот этот прерыватель для этой DRSSTC. Сейчас ведется разработка нового прерывателя. Также, UTC может работать с оптическим прерывателем.
UTC
Universal Tesla coil Controller является центральной частью всей системы. Подробнее о UTC можно прочитать вот тут.
Тороид
Тороид выполнен из алюминиевой гофротрубы диаметром 10см, внешний диаметр тороида – 30см. Гофротруба спаяна специальным припоем для алюминия. Паянный шов получился не очень хорошим, но держится достаточно крепко.
Первичная обмотка
Выполнена медной трубой диаметром 6мм. Содержит 7 витков, диаметр – 230мм.
Вторичная обмотка
Длинна вторичной обмотки – 50см, и она намотана проводом диаметром 0.27мм. В качестве основания использовалась белая труба-воздуховод диаметром 120мм.
Вся система в целом
Картинка, показывающая что и как подключается к UTC. Кликните для увеличения.
А плата думает «Б**, куда я попала? О_о»
))
Почему в силовой части используешь биполярные транзисторы, а не полевые?
Вообще-то там IGBT-транзисторы )
Да, там IGBT. У них рассеиваемая мощность зависит от тока, а у полевых — от квадрата тока, поэтому при больших токах биполярники и IGBT предпочтительнее.
А где видео работы готового устройства? 🙂
К примеру, вот тут: https://bsvi.me/produkty/
такие длинные провода от транса гальв.развязки к ключам- это явный косяк. Ище бы посоветовал драйвера в затворы ижебитов…
Нету тут никакого косяка, сигналы на затворах вполне приемлемые.
Ну, тады надо еще длиннее сделать…;) Однако, затворные грабли вылазят под нагрузкой, когда эти самые провода превращаются в антенны, собирающие все магнитные поля… Срочно курить теорию… 🙂
Провода не могут превратиться в антенны — по ним идет огромный ток и никакие поля им не страшны. Под нагрузкой затворы выглядят практически так-же из-за низкого выходного сопротивления драйвера.
Я, конечно, согласен, что не нужно делать провода по километру, но пару сантиметров туда-сюда такие конструкции терпят.
>>…но пару сантиметров туда-сюда такие конструкции терпят.
Терпят- это правильное слово…
>>Провода не могут превратиться в антенны — по ним идет огромный ток и никакие поля им не страшны.
Во-первых, помеха-то синфазная… А во-вторых, образуется контур в эмиттерной цепи… Всё вышеперечисленное становится очевидным , как только увеличивается коллекторный ток…
>Во-первых, помеха-то синфазная
Синфазная помеха там такая, что никакая длинна провода не спасет (считай, синфазная помеха — скорость нарастания напряжения на выходе силовухи). Да и на коэффициент передачи синфазной помехи влияет не длинна провода, а емкость между первичкой и вторичкой, а 99.9% этой емкости находится непосредственно на кольце, ибо емкость обратно пропорциональная расстоянию.
Единственный побочный эффект от длинных проводов — это индукцивность рассеяния, которая (как видно на осцилограмме), вполне приемлемая.
>А во-вторых, образуется контур в эмиттерной цепи
Какой именно контур? В любом случае, от изменения длинны проводов, ничего образоваться не может. Просто изменяются параметры.
Неохота много писать, почитайте хотя бы теорию по теме… Например: https://valvolodin.narod.ru/articles/fetdrvr.pdf
От себя добавлю, что влияет даже порядок подключения цепей управления и силовых к эмиттеру ижебита при печатном монтаже, не говоря уже о соплях…
Эту теорию я читал 🙂 То, что влияет — я не спорю. Просто в этом случае влияние несущественное. Осциллограф это подтверждает.
НА счёт силовой части, правая часть полу моста там конденсаторы стоят «паралельно» транзисторам, видел полумост где стояли конденсаторы только в нижнем плеча, тоесть один выход с пары транзисторов а второй через конденсатор на общей шине, вот в чём разница этих топологий?
Когда конденсаторы стоят параллельно — в два раза меньше импеданс 🙂 Когда последовательно — дешевле. В промышленных схемах по большей части делают последовательно, чтобы сэкономить корпуса.
Можно ли включить всё таким образом?: откидываем все конденсаторы кроме сглаживающего электролита и плёнки которые стоят параллельно питанию. дальше всё последовательно — к точке сток исток(выход моста) подключаем первику тесла затем ММС и конец ММС на общий провод.
С уважением.
Да, можно.
Объясните, для чего вообще в DRSSTC нужен прерыватель? Зачем останавливать периодически останавливать разряд? Ведь когда ток первички превысит заданное проектировщиком граничное значение тесла сама сделает паузу.
Ограничение по току — чисто защитная мера. Прерыватель нужен для запуска и управления теслой. К примеру, если хочется контроллировать мощность или играть музыку.
А на какой частоте (примерно) работает агрегат?
126кГц
Почему на картинке трансформатор ОС сотоит из одного кольца, а в описании написано, что оба трансформатора (ОС и защита по току) состоят из двух?
Потому, что это старая фотка 🙂 На этом одном трансформаторе — 1000 витков.
Подскажите, на сколько точно частота первичного контура должна совпадать со вторичным? Скажем, частота вторичного 130 кГц, а первичный сделали на 100 кГц. Молнии вообще будут? И на сколько допустимо расхождение?
Частоты не могут совпадать чисто физически — система попеременно колеблится на разных частотах (подробнее-тут https://bsvi.me/kak-rabotaet-transformator-tesla-na-palcax-chast-2-sgtc/). Собственно и расхождение допустимо до частот полюсов.