免責事項

注意、免責事項について
・高電圧、大電流その他高エネルギを扱う実験を行う際にはくれぐれも安全に配慮し、細心の注意を払って行うようにしてください。
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2015年12月29日火曜日

バンバンバンバン

こんにちは。お元気ですか?僕は元気制度やめてるので元気かどうかは言わないことにします。
題名の通り基板買いまして、
 これで心置きなく工作できます。

できます。

2015年12月24日木曜日

もぅーいーくつねーるーとー?

なかたです。

以前の記事に続いてドリッドリアーチャチャに関する記事ではないです。
KKTが「クリスマスイブくらいは記事書かなきゃ」的なこと言ってたんですが、まだ書いてませんね。
今回は前回の実験結果や他の実験結果等を振り返り


みなさんはどんなお正月を過ごしましたか??
 
 
 
 
 
 
 
 
 
と思ったら下書きを発見しました(11月の) 。

2015年12月6日日曜日

小型レールガンのソリッドアーマチャに関する実験 その2

なかたです。

以前の記事に続いてソリッドアーマチャに関する記事です。
今回は前回の実験結果や他の実験結果等から改善点をいくつか考え

新しい本体を作りました。
銅レールで全長は10cm、加速部分は7cmです。
この本体を用いて、プロジェクタイルにかかる磁場を(雑な計算から)最適化した結果、入力450v10mfの電解コンデンサでプロジェクタイル質量0.29g(アルミ)、速度約840m/sで効率10%越えを達成することができました。

写真の弾速はぽん酢くんの弾速計を使用したときのもの

今回は回路も少し変更したのですが、サージ電圧が電解コンデンサにかかってしまうようで、電解コンデンサを1つ壊してしまいました。次はサージ電圧をどうやって対策するかを考えようと思います。

効率10%越えは多段式になってからの予定でしたが、思ったより早く達成できました。

意外にも高効率だったのでこの本体をもう少しいじって実験しようかと思います。
動画はそのうちうpする予定です


それではまた

2015年11月28日土曜日

小型レールガンのソリッドアーマチャに関する実験 その1

どうも、なかたです。
そろそろ記事を書かないとKKTに怒られちゃうので途中経過だけでも書いときます。

  / ̄ ̄ ̄\  /      \ クワッ /  (●)(●)\ | (トェェェェェェェェェェイ)| \ \ェェェェェェェェ// /       ヽ、 /          i
図1: 怒るKKTの図


~以下本題~

ぐうかっこいい高効率ソリッドアーマチャレールガンを作りたいと思ったので、最近はソリッドアーマチャレールガンの実験を行っています。まだまとまった結論は出ていませんが途中経過を報告します。


実験に用いた小型レールガンのスペックですが
レール材質:アルミ
口径:10×10 (mm)
レール長:100mm

の可愛いレールガンです。
回路も特に変なことはせずにコンデンサ(450v 10mf)、インダクタ、サイリスタ、小型レールガンのみで構成された簡易実験用のものです。


実験装置の図

今回の記事は材質がアルミのプロジェクタイル(弾体)についての実験結果についてです。
弾体A

弾体B

弾体とアルミのレールの接触面積が速度に与える関係を調べるために弾体A、Bを用意しました。
弾体Aは0.5mm厚のアルミ板を曲げたもの、弾体Bは約直径2mmのアルミの針金(セリアにて購入)を用いて作りました。片面の接触面積はAが100mm^2、Bがだいたい20mm^2ぐらい(放電痕から推測)です。

この弾体A、Bを撃った結果、どちらも同じような速度であることがわかりました。
しかし、煤は弾体Bのほうが多く、レールの損傷はBのほうが大きく狭くAのほうが小さく広く見て取れました。

弾体A、Bともに射出したときの速度はだいたい同じですが、レールの損傷範囲が広いためAを使用したほうがメンテナンスの頻度は多くなると思います。Bのほうは損傷範囲は狭いですが、損傷自体は大きいのでレールそのものを変える頻度がAよりも多くなるかもしれません。

今回の実験からは、他の条件が同じ場合、プロジェクタイルとレールの接触面積(0ではない)は加速速度に影響しないということがわかりました。しかし、比較的入力エネルギーが小規模であることや、たまたまそうなった可能性もないことはないのでいくつかまた条件を変えて実験したいと思います。



それではまた





まだかなぁ~?

まだ記事書いてませんね

と思ったら下書き発見した

2015年11月27日金曜日

速報

なかた明日記事書きます!!!!!!!!!!!!

2015年11月23日月曜日

秋月部品でゲートドライバを作る

こんにちは。最近朝の寒さに服装を合わせると昼暑くて困ります。kの方です。
今日は祝日で、社畜でも学畜でも無い僕は悠々と休みを楽しんでおります。

題名通り、最近秋月で良さ気な部品が新商品として入っているので、そいつを利用してパワー回路の要、ゲートドライバを作ろうというお話です。当初は真面目に作っていたのですが途中でミスが多かったので小学生の工作みたいな部分が多々ありますのでご注意願います。

僕が目をつけたのはこの部品、
写真の一番右にあるSOPのPchNch各一個入りのMOSFETモジュールです。一個50円と経済的です。で、今回使用する主要な部品もお写真に写っております。左からSOP→DIP変換基板、ピンヘッダ(足細い)、前述のMOSFETモジュールです。
そもそもゲートドライバといっても色々あるわけですが、今回は制御系の信号を電流増幅し、ハーフブリッジやフルブリッジ等で使用するパルストランス(ゲートドライブトランス)を駆動する用途を考えております。そこで便利なのがトランジスタやMOSFETによるプッシュプル回路なのですが、トランジスタは蓄積効果による遅延、MOSFETは速度は申し分無いのですが安価にコンプリメンタリペアが入手しづらい点、が難点だと思います。MOSFETのプッシュプルは別にコンプリじゃなくてもいいのですが、特性が揃ってる方が良いですし秋月に入荷したのが丁度良かったってのが大きいです。
さて、取り敢えずSOPをDIPに変換してしまいます。
 ブレッドボードに挿すといい感じに固定されるということを発見した功績から私は後日賞を受賞すると思います。既出だと思います。

SOPって意外と小さいですよね。

適当にハンダ付けしてしまいましょう。僕は数に余分を持たせて部品を購入したので失敗しても大丈夫です。

余談ですがこの部品を2つ作った時点で1個なくしまして合計3個作りました。

これでめでたくMOSFETモジュールがDIPで手軽に扱えます。ちなみにこの変換基板だとICの放熱がイマイチだと思うのでプリント基板や生基板削ったりデキる人はそうやって作って放熱をきちんとすると良い結果になるのでおすすめです。

ちなみに生基板を削ってみた場合
 こんな感じでパターン描いて

適当に削って

ハンダ付けして終了です。なお写真のパターンはミスがあるので。

さて、このままMOSFETのプッシュプルを組んでみた人ならわかると思いますが、トランジスタと同様にNとPのゲートをまとめて動作させると、50kHz程度で無負荷でもMOSFETモジュールがかなり発熱します。ちなみに周波数を上げると更に発熱(=損失)が増えます。MOSFETのパワー回路なら300kHz、IGBTでも150kHzくらいまではドライブしたいところですが、これでは負荷を繋がなくてもMOSFETモジュールが壊れそうです。僕も最初組んだ時、発熱がひどくて困ったのですが、MOSFETモジュール部分の消費電流や、無負荷時の消費電流を調べていくとどうやらプッシュプルの上下素子の同時ONだということが判明しました。 

さて、ここでこの秋月素子のデータシートを拝見します。見るべきはゲート閾値電圧(Vgs(th)Gate Threshold Voltage)です。この電圧を超えるとFETがONし始めますよーという電圧です。当然Nchはこれ超えた時、Pchはこれを下回った(負電圧として大きくなる)時にONします。データシートを見るとN、Pchとも最小±1VでONし始める可能性がありますね。
ここで、PchNchそれぞれのゲート同士を一緒に接続して、そこに振幅12Vのパルス波を入力した時のことを考えてみます。
まず入力電圧が0Vの時はPchFETはソース接地なのでゲートに-12Vがかかることになり、これは-1Vより小さい値なので当然ONします。Nchはゲート電圧が0VなのでONしません。また、入力電圧が12Vの時はPchFETのゲート電圧は0V、Nchは12VなのでNchのみがONします。ここまでは何も問題はありません。
次にパルス波の立ち上がり、すなわち0→12Vになる瞬間です。理論上はパルス波の立ち上がり時間は無限に小さいので問題無いように思えますが、実際は立ち上がるのにも時間がかかります。ここで問題が起きます。0Vからゆっくり上がって1Vになった時、PchFETはゲート電圧が-12→-11VになっただけなのでまだONです。しかしNchFETはゲート電圧が0→1VになったのでここでONしてしまうかもしれません。ここで同時ONが発生するのです。同様の理由で立ち下がり時も同時ONが発生します。

ここまで文字だけで申し訳ないです。この問題を解決する回路が下の図です。
ゲート抵抗と並列に接続しているダイオードがミソです。PchFETはOFFする際ゲート抵抗の効果を受けずに高速にOFFし、NchFETも同様OFFする際に高速にOFFします。つまり両方ONだけを遅らせていることになります。こうすることで、入力の立ち上がり、立ち下がりにおいて今ONの素子がOFFしてから、OFFだった素子がONする、という動作を実現することができます。
この回路のダイオードと抵抗の効果はかなり大きく、無しで組むと50kHz程度+無負荷で触れないほど熱くなっていたMOSFETモジュールが、120kHz+600V200A二素IGBT子負荷でも暖かいくらいで済みます。上図の回路を2つ逆相で動かすのがオーソドックスかと思います。
ダイオードはスイッチングがそこそこ速い汎用ダイオードならなんでも使えると思います。抵抗の選定ですが、50Ωや100Ωではあまり効果がありません。経験がある方は驚かれるかもしれませんが、現状330Ωで前述の動作を満たしております。しかし動作を見た感じですともう少し大きくても良いかもしれないというところです。しかしあまり大きくし過ぎると今度はスイッチング損失が増えそうなので少々難しいところです。また実験を行って最適値が出たら追記します。

実験から470Ωくらいで良い感じです。


実際に作ってみた感じ。
 実はこれ盛大にミスっています。抵抗が51Ωで小さすぎな上、ダイオードの向きが逆です。

なんとか修正したもの。誰が見ても酷すぎるという感想しか出てこないなんじゃないでしょうか。

しかし、何はともあれ半完成です。FETモジュールの向きに注意しましょう。

 取り敢えず600V200A二素子入のIGBTモジュールのゲートを負荷にしてみます。ゲートドライブトランスは1:1でIGBTのゲート抵抗は4.7Ωです。100kHzドライブ時はゲート抵抗も熱々になります。

 あまり綺麗ではないですが一応電源電圧の13Vくらいまできちんと振れています。IGBTなら本当はもっと高く18Vくらいまで振らせるべきですね。レベルシフタ等も内蔵してもうちょっと実用的な回路にしていきたい所存。

 最後に立ち下がりと立ち上がり。IGBTモジュールの規定立ち上がり立ち下がり時間は上回っているので概ね問題なさそうです。

秋月で安価で購入できる部品である程度のゲートドライバが組みあがりました。良かった。

それでは、今日はこの辺で。

2015年11月1日日曜日

デーブイデーレーザ

こんばんは。KKTの方です。あまりのネタ(写真)の無さに驚愕しつつ仕方なく題名の通りDVDレーザなるものを作ってみました。日常系アニメの静止画を流す露骨な尺稼ぎのような記事です。
なお、DVDレーザは手軽にできるため、制作する際は十分安全に注意し、何が起こっても自己責任でお願い致します。
DVDレーザなんてネット上に五万と資料があるので今回は全てを省略します。

まず調理前の材料。
DVDマルチだと明るいレーザも取れるし赤外線も取れるし好都合です。倍速の速度が早いほうが高出力なようです。ちなみに僕はこのDVDドライブのフォルムが大好きでして集めまくってたらもうすぐ20台超えそうで処理に困り始めました。楽しい。

分解していきます。
欲しいのはピックアップの部分だけでそれ以外はあまり用途が思いつきません。数mmのレーザダイオードのために外側や制御基板を捨てるので少々無駄が多い工作だと思っています(僕は)。
 取り出しました。
 ひとまずこの状態で動作確認してみることにします。ちなみにDVDマルチなのでCD用とDVD用それぞれ一個ずつレーザダイオードがついています。経験上ピックアップから簡単に取り外せるほうがCD用の赤外線レーザダイオードです。レーザダイオードが2個ついてるので2個までなら壊してもプラスマイナス0なので問題ありません。

 とりあえず50mAくらい流してみましたが全然明るくないので赤外線の方みたいです。
 こっちがDVD用ですね。80mAほど流していますが非常に明るいです。

 DVD用のレーザダイオードを取り外しました。壊れました。

赤外線の方はうまく取り出すことに成功してました。

非常に暗いですが、出力は意外と取れますのでご注意ください。
追記:書き込み用でしたら130mAくらいまでは流しても大丈夫だと思います。多分。

秋月のレーザモジュールに挿入するとうまく集光してコンデンサのパッケージを焼き払っている赤外線レーザの図。

 名前も書けました(KKTと書いてある部分)。

残念ながら以上です。1個のレーザダイオードの取り出しと駆動に成功し、途中で1個壊しので、結果的にはプラスマイナス0だと思います。あと前回得意気にPLLテスラコイルなんとかがみたいな話しましたがごめんなさい。

それでは、今日はこの辺で 。

2015年9月30日水曜日

ギリギリセーフ

なかた9月中に記事書くとか言ってたけどセーフみたいやね。

現在の予定

こんばんは、KKTじゃないほうです。
久しぶりすぎて忘れられてるかもしれません。
もともと、夏休み入ってからは工作しまくる予定だったんですがKKTとゲームしてたらなんか夏休み終わってました。

一応、DRSSTCとレールガンは手をつけてるんでぼちぼち写真上げていく予定です。

それではまた

2015年9月28日月曜日

4046応用的な

おはようございます。こんな時間に活動している人はものすごく健康的な人か不健康な人なのでしょうか。kktです。最近ゲームばっかしてたら寝てる間もそのゲームをする夢ばかり見るようになってきたのでそろそろ控えようと思いました。

前回記事でIHのことを書いたりしたのでその辺の写真をちょっとだけ…。回路構成は簡単で、例のPLL回路からIGBTのハーフブリッジをドライブして、インピーダンス変換トランスを介して加熱コイルおよび共振系をドライブしています。IGBTは600V200Aなモジュールでして、ドライブは意外とうまく行っているようで発熱は自然空冷でなんとかなっています。僕が個人的にポイントだと思うのはインピーダンス変換の部分でして、そこを少し。
赤い線が一次側、二次側は銅管を通過させているだけです。トランスによるインピーダンス変換は巻数比の二乗の比でインピーダンスが変わるので画像だと一次側からは二次側のインピーダンスが8^2倍、64倍に見えます。こうすると何が良いかって二次側が共振してかなり低インピーダンスになっても一次側にはそんなに電流が流れず、入力電圧を上げることができる点だと思います。入力電圧を上げれるようになれば同電力でも損失がより少なくなりますし、電流の点では素子も破壊しにくくなりますしあまり損は無いんじゃないかと。ちなみに、最大出力付近ではピーク150Aほどの電流が二次側には流れ4mmの銅管ですと数百度まで温度が上昇します。しかし一次側は図のようなビニール線でも少し暖かくなる程度で、共振電流を直接素子に流す必要のないことが分かります。
ただし、このサイズのコアがなかなか入手しづらいことがネックになるのではないかと思います。これは日本橋でたまたま見つけて購入したものですが、一般的にはフライバックトランスのコアなんかが良いんじゃないかと思います。

次にIHにおいて重要なのがLC共振系ですが、Lは適当に銅管やら巻いたらできあがりです。しかしCは低ESRかつ高耐圧でないと安定した出力は得にくいようです。しかし、そういったコンデンサは高価であります。

そこで、電子部品のコスパが非常に良い秋月さんのこいつです。
 商品名忘れましたが高耐圧フィルムコンデンサみたいのだった気がします。小さいですが630V0.01uFです。こいつを並列にたくさん繋いでやって容量を稼ぎつつ耐電流も増やす作戦です。
不安になってきます。
???

発熱がすごそうなので追い打ちをかけて水冷にします。(?)
 なんか残念感が漂ってきますがかっこ良くないこともないので良しとします。余談ですがこれ見た方に絶縁について質問を数回頂いたのですが、正直よく分からないです。油のほうがいいに決まってますが電気分解されたところで短時間だったら大丈夫じゃね?ってのが本音です。

さてこれでIHの基本要素は大体揃いました。以下楽しいIHの写真でお送りいたします。
 なんかこの写真前回載せた気がします。
コイルに近づくとデジカメに妙な縞が走るのはダメな奴ですかね。
 ボルトとナットを加熱。溶解まで持っていけそうなんですがまだちょっと改良が必要。

ここで加熱コイルを変更。
 CPUクーラくんは何もしてないです。ただの台座です。
コイルの口径を小さくして小さい加熱対象における効率UPを図りました。
 悪くなさそうです。温度高そうです。写真撮るの忘れましたが、M5のネジなら温度上がって花火みたいにパチパチなりかけるとこまでは行きました。

しかし調子こいてると
 加熱コイルまで赤熱しだしました。4mmは細い(遺言)。
おかげで、なまされてとても柔らかくなってしまいました。
で、ここまで赤熱してんのになぜ溶かせないのかと思ったあなた。色々あるんですが、まず最大入力である1500Wを連続で入力してるといろんなとこの発熱が大変なんです。例えば銅管同士をつないでいるハンダが溶け落ちたり、
あろうことかコンデンサの水が沸騰したり。

あと不思議なことに金属を加熱していると、温度によって入力電流が変わってきます。赤熱してくるとだいぶ入力電流が増えるんですが、溶解寸前で頭打ちになってそれ入力電圧上げないと電流が減っていきます。周波数との関係もありそうです。

なお、PLLが追尾するのは共振周波数であって最適な負荷状態ではないので、無負荷でPLLが勝手に共振周波数に追尾して入力電流がアホみたいに流れることがあるので注意しましょう。

 これで今日の記事はおしまいです。駄文失礼しました。

~次回予告的なこと~
これは偶然発見したんですが、ある方がPLLでテスラコイルを作っておられるようでして、当ページをご覧になったようでした。ということで次回までにPLLSSTCについて少し実験してみることにします。ちょっとだけ実験してみたのですが、共振周波数が高い小さいコイルではシングルドライブが簡単で良いのですが、これにはやはり一次側を共振させないと放電が伸びない上に効率が悪そうだと思いました。何かあればお気軽にコメントしてください。

それでは、今日はこの辺で。

2015年9月22日火曜日

4046について その4

こんばんは。kktです。実はテスト期間中です…。
4046シリーズ記事もとうとう最終回になると思います。よく4回も続いたな
ようやく位相補正回路を組みまして、基板が完成しました。
面倒だったので配線図書かずに作ったらなんか左に寄りました^^
左の方にある8ピンX2はゲートドライブICを載せます。個人的にあまりDIPのゲードドライバは許容損失的に好きじゃないのですが、インターフェースが楽だったので誘惑に負けて使用。ちなみに実験ではゲートドライブICの出力で主スイッチング素子であるIGBTのゲート駆動用のMOSFETのプッシュプルを駆動するという本末転倒なことをしております。

とまぁ雑談はこれくらいにして本題でありこのシリーズの最終目標であった4046PLLの回路図をまず以下に。
 SignalOutが出力、CTが電流の位相信号入力です。ボリュームで適当に位相を送らせて出力に対する位相の遅れを補正します。で、地味に苦労したのがCTで検出した信号を入力する部分です。ここに遅れがあると図中の位相補正回路(CR遅延回路)で補正しきれない場合が多く、若干周波数がずれてしまう問題がありました。結局図では簡単な形になっていますが、これだとあまりCTの信号が小さいと位相信号をICが拾えないのである程度信号の振幅がある場合は有効です。ただ信号が小さいからと汎用コンパレータ等を入れるとそこの遅延が問題になってきます。また、入力位相が180度ずれると強制的に最低周波数に張り付くので位相を拾えてるのにも関わらず、周波数が最低に固定される場合はCTを逆にしたりしてみると解決することがあります。CTの出力は交流ですが、全波整流してしまうと倍の周波数と認識されると思うので注意しましょう。

これをLC共振回路につないで、ロックしてんなーって遊ぶのも楽しかったですが、それだけじゃつまらないのでIHでも作ってみました。
ただ金属が赤熱してるだけです。画像では多分800Wくらい投入してます。周波数調整無しで動くので非常に楽ちんです。ただ、直列共振だと金属を入れない時に共振周波数に追尾すると半端無く電流が流れて素子が熱くなったり、死亡したりするのでご注意を。
 もうちょっと赤熱させてみた。変な色ですが実際は赤に近いです。もう少し入力を上げれば多分溶解できます。周波数は160kHzくらいで、PLL制御回路→IGBTのハーフブリッジ→インピーダンス変換トランス→LC直列共振って感じの構成です。これについてはまた記事を書くかもしれません。実は1kW級のPFCと繋いで定電力制御とかしたりする計画もあります。
 素子的には1500Wくらいは余裕で耐えそうですが、共振コンデンサがアツアツで大変だったり、配線してる銅バーが基板との接続部分でハンダが溶け落ちたりするのでこれくらいの入力電流が限度です。IGBTの速度的にかなりやり過ぎ感がありますが、意外と発熱は少なく強制空冷無しでも触れる温度でとどまっていてくれました。

それでは、今日はこの辺で。