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2016年12月13日火曜日

ホットなIH

どうも、KKTです。
最近すっかり寒くなってきました。僕は手袋を購入しました。今年もあと少しですがいつも後半に焦るタイプなのでまだまだ今年の7割くらい残ってる感じありますよね?

僕がIH大好きなのは皆さんご存知と思いますが、先日また作りました。
今回はちょっと幾つか試したいことがあったのでちょっと実験して済ますつもりだったのですが思いの外上手くいってくれたので写真だけ上げておきます。

まず新調したフルブリッジ部分です。
配線が面倒だったのでいつもみたいに生基板で済ませました。素子は2SK1947で耐圧250V、ピーク電流200A、ON抵抗が65mΩのです。強いですね。緑色のコンデンサは僕の好物でもあるTACBで250V475です。入力はAC100Vを想定しているので素子とともに耐圧は問題ありません。左の方についているのはゲートドライブトランスです。贅沢にE22を2つも使っていましました。スイッチング特性はそこそこで、共振時はZCS動作になるのでスイッチング損失は減りますが1500W入力でファン1つ回せば触っていられる程度です。制御部分はまだ作っていなくて簡易的にTL494の回路でボリューム回して手動PLLしてます。

コンデンサはいつものように水に浸してあります。まだこの写真の時は水を循環させていなかったため
時々沸騰してしまいます。これ以降はラジエータで水を冷やすようにしたのでこういったことにはなっていません。

スペーサみたいなのを赤熱させているところです。海外勢のアホみたいに強いIHみたく線香花火にはなりません。出力不足でしょう。

そうこうしているうちにワークコイルも赤熱してきます。事故ってる感じ出てますけど一応想定内です。でも銅管の表面が酸化してパラパラ落ちていくので明らかに細くなっている感じはあります。

と思ったらバチッと焼き切れました。めでたく「たのしいこうさくシリーズ」入りです。

こうなるちょっと前に一度コンセント付近から轟音がしてブレーカが落ちたので見てみると
こうなっていました。危ないのでやめましょう。これでも入力電流は16~18Aくらいだと思います。劣化していたのでしょうか(流しすぎ)。ホントに危ないです。

ワークコイルがご存命だった時の写真ですが一応溶解に成功しています。なんだかんだ言って溶解までこぎつけたのは初めてじゃないでしょうか。嬉しい限りです。

この辺でワークコイルを新調しています。ちゃんと中に水が通るようにしたので発熱の問題は解決です。しかしラジエータで冷やしてもすぐ熱湯になっていますので相当ここでロスがあるみたいです。銅管を太くすれば良いのですが手元に太すぎて巻きにくい奴しかないのでしばらくはこれでいきます。出力もちょっと上げたので線香花火みたいになってきれいです。

なかなか写真で表現しづらいのですが加熱中は本当に液体になって垂れたりどっか転がっていったりするので注意してください。ホントに危ないです。写真のはユニクロのL字金具を加熱した後のものです。支えてた棒と溶着してしまっています。

取り敢えず手元にある金属片を熱くしてみます。

いい感じです。直視できない(しちゃだめ)くらいの光が出ます。使用している回路では電源の平滑を行っていませんのでワークコイルが60Hzで激しく振動します。それでやかましいのでティッシュで銅管を包んでビンに当たってうるさくないようにしています。中水通しているので写真の状態でもワークコイルは触れる温度です。当然ですが動作中のコイル両端はかなり電圧が高いので注意しましょう。僕も出力弱い時にうっかり触ってビリっと来て焦りました。ホントに危ないです。

実際はもっと流動している感じでおもしろいのですがあまり伝わりませんね。あんまりやると金属が垂れて銅管がショートして共振からずれて暖かくなくなります。回路によっては致命的なダメージが入ることもあるのでコイルは横置きの方が良いですね。危ないです。

加熱後はこんな感じになりました。溶けた部分はボロボロになってしまっています。変性してしまっているようです。僕もこうなりたくはありませんね。

ちょっと変わった溶け方をする奴もおります。サイズはM12です。冷やし方にもよりそうです。

回路についてはまた別の記事で動画とともにお送りする予定なのでよろしくお願いします。

Web拍手反応
> よしよし
> ピトッ
クゥーン…

> 来る度にどこかしら変わっててすこ
落ち着きがないとも言う
暇だといじりたくなるものよね

> そのアイコン描いたのなかたくんじゃなくてわいやで
> 監督はなかたくんやで
誰?
なかたくんの監督の元で描いたってことなんですかね…。なかたくんちゃんと差分もいくつか用意してくれたし人望に溢れているよね(記事はあまり書かない)。

それでは、今日はこの辺で。

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2016年12月10日土曜日

キセノン管連続点灯のお話

どうも、KKTです。
最近プリント基板を作ろうと思い立ってCADの使い方の練習を始めたのですが、孫にPCをプレゼントされたおじいちゃんみたいになっています。解説ページ通りにボタンを押すだけの作業でもつまづいたりしててこいつ大丈夫かという感じですけど年明けくらいには一度発注してみようと思います。レイアウトしたりはできるようになったら楽しそうですよね。某所では10枚9.90$とかなり安いので作られるようになるとかなり工作の幅が広がりそうです。

今回は題名通りキセノン管の連続点灯の実験をします。
キセノン管とは皆さんご存知の通りカメラのフラッシュなんかに付いている白い明るいランプのことです。中にキセノンが入っていて…光るんですね。あれを使って懐中電灯的な連続発光のランプを作ってみたいと思ったので試してみた次第です。
キセノン管の発光過程ですが、放電管ですから電圧が低い時は絶縁体も同義です。そこにトランス等で高電圧(数kV~)を印加してやると 管内の絶縁が破られてアーク放電が始まります。ここで十分な電流を流してやると白い閃光を放ちます。通常のフラッシュでは、100uF~くらいの電解コンデンサに300Vほどを充電して電源として使用するので瞬間的にかなりたくさん電流が流れて明るく光るんですね。そこでまずは、フラッシュ点灯時の管の端子電圧と電流を測ってみました。
 最近気がついたのですが、我が家のオシロはどうやらストレージスコープモードにするとADCの都合かきっかり5div以上の信号はクリップして5divに張り付いてしまうようです。今回の測定ではあまり関係ありませんでしたが注意が必要ですというお話でした。
で上のキャプチャですが図中に記載したように電圧と電流を測定しました。管電圧が下がり始めている点がキセノン管にトリガを掛けて点灯を開始した点です。管電流が急峻に立ち上がってコンデンサの電荷が使用され管電圧は徐々に下がっていくとともに管電流も下がっています。注目したいのが暫く経った後の管電圧です。管電圧が一定値(実測20~30V程度)に収束しているため、この電圧は、管内のアーク放電を維持できなくなっている電圧と考えられます。ここで電流波形を見ると当然放電終了後は電流0ですね。電流波形はピーク付近は無視してかなり高い倍率で見てるので0付近の電流値の変化は図では徐々に変化しているように見えますが実際はかなり急峻に変化しているはずです。ですのでキセノン管には数十Vの放電終止電圧があって、一度放電が開始してしまえば流す電流によって明るさ、端子電圧が変化すると言ったところでしょうか。
ということで、安定して駆動するには定電圧方式より定電流方式ということになります。ものすごく高電圧まで昇圧できる定電流回路があればトリガ→定電流制御にできますが設計が厳しすぎるのでトリガは別にして適当な定電流回路を組んでみます。

 結論から言うと光りました。回路的には、200V最大出力くらいの定電流回路+使い捨てカメラのトリガ回路部分だけという感じです。
問題点
・暗い
・定電流回路の発熱が多い
・キセノン管の発熱も多い
ダメでした。連続点灯向いてないです。写真では分かりにくいですが糸のような放電がフラフラ揺れているだけで全然明るくないです。また、直流点灯なので電極が片減りして寿命もかなり短いと思います。

当初の予想では放電終止電圧分だけ電源電圧を用意すればトリガさへ掛けてやれば光りだすだろうと思っていたのですが、放電終止電圧の4倍以上の100Vを管両端に掛けてトリガを掛けても一向に放電開始しませんでした。上図のように連続的な放電に移行したのは徐々に電圧を上げていき180V印加時でした。管内部のアーク放電には開始と立ち消えでヒステリシスみたいのがあるようです。定電流回路のインピーダンスが高かったのでトリガ開始時に端子電圧が一時的に下がってしまったというのもあるかもしれません。温度とも関係がありそうです。
また、管電圧を測りながら管電流を変化させてみたところ、不安定ながら相関が見られました。最初の予想と逆なのですが管電流を下げるほど管電圧は上がっているように思いました。管電流は上の図で70mAくらいで管電圧は50Vくらいですが、100mAくらいまで上げると40V付近をうろつくようになったような気がします。あまり正確に測ってないのでなんともですけど。
管の温度上昇ですが、やはり平均投入電力は3Wとというところでしょうか。強制空冷したり端子に銅板とかで放熱器を足せばもう少し投入できる気もしますが連続駆動での明るさは大したこと無いようです。検索してみると人間の見た目の明るさ的にもパルス点灯させた方がマシのようですね。
電極付近は過熱か少しオレンジ色の光も見えます。

ちなみにもっと電流を増やしていくと普通のフラッシュの閃光みたいに光りましたが2秒くらいで電極のハンダが溶け落ちてしまいました。

キセノン管自体はまだ生きているようです。
キセノン管で明るい光源が欲しい時は何個か並べてパルス発光させるのが手っ取り早そうです。たぶんですが今回のような低電流での点灯では大電流時に比べて遥かに明るさが低下してしまっているようなので、同じ電力でも大電流短時間のパルスにしたほうが見かけの明るさも上だと思いました。

やる気があれば放熱強化してもうちょっと明るさ稼げないかやってみようと思います。
結局今回も次回予告と異なってしまいしたね。すいません。

Web拍手反応
> はやおきしちゃった
よかったね。この時期は布団好き過ぎて目覚まし聞こえへん…。

> あっ!
だったらコー◯ンだったらコーナ◯、◯ーナンだったらコ◯ナンだー!

> >以下のメッセージが送信されました。
>ほんとかなぁ〜??
されてるよ。
あと最近Web拍手のメッセージ送るとこにレス(返信)不要とお名前入力欄とURL入力欄設けたので必要であれば使ってみてくださいな。さっそくレス不要で1件届いていました。

> アドッ!
無限アドは存在しない…無限アドは存在しない…

> https://3.bp.blogspot.com/-DITVFWLv52o/VrYlbzdz1EI/AAAAAAAAAio/rSNWBPbdEdA/s148/CZZsSwcUAAA0B8x.jpg
これ
ワシのBloggerのアイコンなんですけど、なかたくんが書いてくれた奴です。感謝しています。FELラボのロゴとかも作って欲しいよね。

> ピヨピヨ
> わい!
> ポッ
> いいね!
> ヒャッハー
> だいすき!
> ゴリゴリ(ゴリラの鳴き声)
いつも拍手とメッセージありがとうございます。なかたくんはめったに書きませんがこうして更新する原動力となっていますよ。

> なかたん記事は?
これ毎日聞かせてあげたい

> あと1000文字。
> あと992文字。
「。」入れなかったら8文字だから合ってたよ

それでは、今日はこの辺で。

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2016年12月4日日曜日

380Vくらいのチョッパ

どうもKKTです。
しばらく間が空きましたが特にこれと言って変わったことは無いです。
スマートホンのカメラがぶっ壊れてからかなり経つのですが、さっさと修理に出したいところです。記事の写真はデジカメで撮っているのであまり関係は無いですね。

題名の通りAC100Vを整流して、DC380Vくらいを出力する昇圧チョッパを作りました。どちらかと言うと間に合わせ記事みたいなもんなんでギャラリーみたいな感じだと思ってください。
 一枚にまとめてみました。
右下くらいからAC100Vを入れて、右上からDC380Vが出てきます。出力は200Wで設計しました。抵抗負荷で210Wくらいで頭打ちになったので大体設計通りです。意外にノイズフィルタのインダクタとブリッジ整流器が発熱するようですが、まぁ許容内ということにしました。なお疑似PFCにする予定があったので入力コンデンサは小さいのとなっていますが、いまのところPFC機能は無いので入力電流は商用周波数の矩形波みたいになっています。ノイズとかも多いのでなんとかしたいところ。

制御はUC3843という有名な電流モードSW電源制御用ICを使いました。出力電流が±1A取れる上にパルスバイパルスや電源電圧監視等も付いてて(まぁSW電源制御ICなら普通ついてるが)便利です。生基板をリュータで掘って作った疑似プリント基板なので汚いですが配線は楽ですね。

出力整流用のファストリカバリダイオードです。ブーストダイオードと言ったりもするようです。発熱は多くても数Wでしょうからベタパターンの放熱で間に合わせました。実際温度上昇は気になりません。出力平滑コンデンサは450V150uFの奴です。固定がイマイチ。

 ブーストインダクタとか言われる奴です。もう1つ巻線が付いているので臨界モードか?と思ったあなた、鋭いですね。でも連続モードです。赤い補助巻線は制御側に供給する電源用の巻線です。一番最初電源が投入された瞬間はスイッチングが開始していないので電源はAC100Vを整流したところからブリーダ抵抗を通して始動させ、その後は前述の赤い巻線から電源を得ます。ブリーダ抵抗と制御側のコンデンサの値がイマイチなようで電源投入時は「ジッジッ…ジーーー」と少し充電、放電を数回繰り返してから始動します。
定格出力時の効率はそんなに悪く無さそうです。MOSFET用のヒートシンクも触っていられる程度でコイルの発熱も似たような感じです。

内容の薄い記事でしたが、次回はこれと降圧チョッパを組み合わせた超高圧水銀灯のバラストかAVRの記事かになると思います。
お気づきになられた方もいらっしゃるかと思いますが、右上の方に簡易アンケートみたいなのを設けておりました。掛ける言葉が無い方が大半でしたので今まで通りでいこうと思います。

Web拍手反応
>まるたです に生えてるのは…!?
葉っぱのつもりなんですけど…

>唇にbbクリーム
やっぱりD◯Cじゃねぇか

>マグネトロンってグネとネトが入っててエッティ!
ネトはギリギリわかるとしてグネはわかんないんだよなぁ…

>い、い、い、
五味太郎先生の絵本でありそう
参考


>芋!
焼き芋おいしい季節になりましたね。近所のスーパの焼き芋が値上がりしてました。

>はやお起きた
起床報告すき

>プシュ~
バスライトイヤー

>ペットに飼われてますか?
小学生時代家族ぐるみでハムスタを監禁していたことはありましたね。
飼われてたことは多分無いです。

>こんにちは~
どうも~^^

>(チラチラチラッ!)
(見ても)ええんやで

>KKTって何て読むんですか
KKTはそのままKKTでいいですよ
と思いましたが呼ぶ機会無いと思うのでなんでもいいです

>クワァ…
グワッグワッ

>ぽんぽんいますよ
ぽんぽんもチョッパいっぱい作ってるので是非リンクから「ぽんず製造所」をどうぞ

>電子の電の字も知らない初心者ですが何かつくってみたいです。何かお勧めはありますか?
まずこのサイトは初心者向けでは無いということを念頭に置いて貰って、その上で何かアドバイスになるかと思い、以下を書いてみます。
質問者の方がどれくらいの年齢の方かはわかりませんが、電子やものづくりに興味があるということは、「作ったものが動く喜び」っていうのはご存知かと思います。ですので後はもうご自分の楽しいようにしていただくのが1番と思いますが、何でも始めた時は漠然としてしまうっていうのはよくある話なので僕がどんなふうに工作をしてきたのかというのを紹介しましょう。
僕が最初電気を触り始めたのは小学生くらいのころで、たぶん低学年のころははんだ付けをしらなかったので基板からペンチで部品を引き抜きうまいこと取れたら嬉しいくらいのことばっかしてましたが中~高学年くらいからははんだごてを与えられて色々作っていたのを覚えています。最初はLEDを点灯させて遊ぶくらいで、トランジスタで点滅させたりアンプIC買ってきてスピーカ鳴らしたりをしてたと思います。とにかく作った物が動くっていうのが嬉しくて、図書館で工作本を借りたりしては色々作ってた記憶があります。実はこの辺で結構プログラミングに興味を持ってBASICとかをいじって遊んでたりもしてました。
中学生くらいの時から部品のサイズが大きくなったように思います。例えば大きいコンデンサを買ったりトランスで遊んだりしていまして。この頃からいわゆるパワー系の工作に興味を持ち始めて、ストローにコイル巻いてコイルガン作ったり、テレビのフライバックトランスで放電させて遊んだりしました。最初のテスラも中2くらいの時に作った覚えがあります。
高校からは結構パワー系の要素が強くてしょっちゅうブレーカ落としたり素子飛ばしたりしつつも、授業等で今までやってきたことの理論とかがわかるようになってもっとおもしろくなった覚えがあります。
で、今僕は学生なんですけれども、相変わらずパワー系と少しマイコンもいじるようになった程度でしょうか。やることなすことの効率が悪いのでやってた年数の割に技術がないっていうのは内緒です。
結局僕にとって何が面白かったのかというと、やっぱり何かを思った通りに操るってことかなぁと思いました。電気を野放しにしといても仕方ないので、指定の動作をさせる、条件に合うように調節させる等回路を作ったりプログラムを組んだりするのがおもしろいのでしょうね。
操るということなら、最近はマイコン類がすごく手軽でいいですね。パソコンとArduinoがあればもはやはんだ付けなどしなくとも電気に思い通りの動作をさせることができますね。探せばArudinoでもすごいことしてる人はいっぱいいるので決して入門用ということだけではなく、やりこんでいけば素晴らしい技術力になると思います。僕だったらArudinoと液晶とLEDとかでも何時間も遊んでしまうので入門される方にも適していると思います。
それとも、もっと直接ハードに電気を操りたいというならロジックICとかを使ってみるのが良いのではないでいしょうか。アナログ系でしたら秋月などで売られているキットを作ってみるのも良いと思います。あくまで僕個人の考えですが回路において個々の部品(コイルコンデンサ抵抗トランジスタとか)をどれくらいよく知っているかが非常に重要だと思うので少ない部品の回路でも作りながら理解していかれれば技術力になると思います。
話が少し逸れましたが、何をつくったらいいかという問に対しては、 初心者さんということでしたら計測器等も入手が難しいと思うので、結果がわかりやすい(LEDが光る、数字が表示される、音が出る、モータが動くetc...)ものをオススメしておきます。
…と本に書いてるテンプレ的なことを偉そうに書きましたが、末永くものづくりを楽しまれることを願っております。
また何かあればお気軽にどうぞ。

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