ぽんず製造所

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実験

新型モハラジオ案(失敗)

VVVFインバータなどの音などを聞くことができるモハラジオ(http://www.moha-radio.org/)というものがあります(詳しくはHPを御覧ください)。
モハラジオはVVVFインバータやモータから発生する磁界を検出して音声として得る仕組みになっています。そのため、車内の話し声などに影響されず、純粋にVVVFの音だけ得ることができるわけですね。


さてここで、本家では磁界を検出していますが、電界からの検出もできないかと考えました。
特にメリットも無さそうな感じもしてましたがまぁとりあえず実験してみました。


結論から言うとほぼ無理でした。


回路図
Untitled
2つのアンテナで信号を取得、差動増幅回路で両者の差分を得るようになっています。

実物
試作&定数を変えまくる&実車で扱えるようにした結果がこれです。ひどいけど許して
DSC_3897


結果
写真は自宅でVVVFインバータを動かして得た波形です。
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DSC_3895

青、ピンクがアンテナ直接の波形です。うねうねしてるのがハム成分でカクカクしてるのがVVVFの成分です。で、その差分が紫です。ちょっと打ち消しきれてないですがまぁいいでしょう

アンテナは針金、金属板などいろいろ試してみましたが、本質的にはあまり変わりませんでした。感度が変わるくらい。
アンテナ同士の距離もいろいろ試してみました。ハムが打ち消せればいいのでハム成分が同程度になるような場所を探しました。


というわけで少なくとも何かが取れることがわかったので実車にて録音してきました。がほとんど取れませんでした。スペクトルを見ながら録音してたのですが、うっすらこれVVVFの音...?みたいなのが現れた程度です。


もうすこし実験を重ねれば改善されるかもしれないですが、そんなことするくらいなら既存のモハラジオできれいに取れるようにしたほうが良さそうです。

3Dプリンタを使ってみた

VVVFインバータで音楽を演奏してみました。



制御ボードをPCに接続すると、MIDIデバイスとして認識され、MIDIの演奏ができます。

MIDIVVVF

原理としては搬送波の周波数を変えているだけです。ドレミファインバータの音を音楽でやってるようなもんです。
とりあえずやってみたかっただけなのでピッチベンドとか入れてないし3和音までしか出せません。まぁ和音は音が汚くなったり、音が出にくくなってしまうようなのであまり良くはなさそうですね。


さて、学校に3Dプリンタがありまして、教員にお願いしたら使わせてもらうことが出来ました。
とりあえずテスト印刷してみました。

DSC_2320
DSC_2322

うまく出来てるようです。
普通に使えそうなことがわかったので、三相モータの軸に装着する何かを作ってみました。

motor

結構ピッタリハマって気持ちがいいです。フル回転させると遠心力でぶっ飛んできそうで怖いですがまぁなんとか大丈夫みたいです。


レールガンのマガジンも試作してみました。以前もマガジンを試作してみましたが、安定性がなさすぎて使い物になりませんでした。3Dプリンタならば複雑な構造のものでも作れるので、小型で安定なものを作ることが出来ました。

DSC_2353


バネでスライド部が押されて弾が安定するようになっています。そして外部から棒で押してやると1個ずつ出てくるようになっています。
3Dプリンタ特有の凸凹でスライドとかは厳しいかな?と思いましたが出来なくもないようです。
前のものと比べるとかなり良くなりましたが、まだ改善できる箇所がありそうです。

パーツクリーナーでフラックス洗浄

少し前に学校の方でプリント基板を作る機会があり、余ったスペースで小型のPICerFTを作ってみました。どうせ学校でも使うから問題ないよね(?)

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インダクタ以外は全てチップ部品になりました。また、原作のようなFT232RLモジュールを使わず、基板に直接FT232RLを実装しています。さらにトランジスタ類はMOSFETに変更して部品の省略なども行いました。あとは少々回路を変更したり...
おかげでサイズは基板のみで33x15.5[mm]くらいに収まりました。

動作確認

DSC_0768

電源が入ってる時は緑LED、書き込み時などに赤LEDが点くようにしました。
DSC_1114

正常に動作したようです。
動作したは良いんだけど、基板がフラックスで汚い

見た目的にも汚いですし、触るとベタベタするので、フラックスの洗浄しようと思います。
「フラックス 洗浄」等で検索すると、専用のフラックス洗浄剤を使う方法と、パーツクリーナーなどを使う方法が見つかりました。
専用の洗浄剤は少し高価なので、今回はパーツクリーナーで洗浄してみようと思います。

こちらが使用したパーツクリーナー、Twitterでオススメしてた方がいらっしゃったので買ってみました。

DSC_1103

これを基板にブシャーーーーーーーーーーーと結構大胆にぶっかけました。電子機器だからと言って躊躇してチョロチョロかけるとうまく落ちませんでした。
ぶっかけたら、適当なブラシでゴシゴシします。私は歯ブラシを使用してみました。




No Image



写真取ってません

水道に廃液を流すのはヤバそうな気がしたので、ウエスなどで拭き取りました。白い汚れが残る場合があるので濡らしたウエスとかで拭き取ってもいいと思います。

キレイに洗浄するとこんな感じです。下が未洗浄品、上が洗浄品。

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写真では伝わりにくいかもしれませんが、かなりきれいになっています。

ただし、この方法では液体に弱い部品(電解コンや半固定抵抗など)が実装された基板には使えないかもしれません。(ほぼ部品を実装して洗浄した後に弱い部品と実装するということをすればいけるかも)
また、ブラシで擦ると剥がれてしまうような部品には注意しないといけません。

フラックスを洗浄するととても綺麗になるのでおすすめです。特に外から直接見える基板や、展示する基板などは綺麗な方がいいですし、積極的に使っていこうと思います。

簡易レールガン

ネットで公開されている自作レールガンの中でも、自分の作るレールガンは小型で簡易的な(お粗末な)部類の物だと思いますが、これをさらに簡単にできるかと思い試作してみました。

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サイズは大体5cm程度です。
レールは入手が簡単でしかも安いVVFケーブルの芯線を使用しました。レールは撃つと損傷し交換することもあるので安価なのは重要ですね。
今回は平角銅線が手に入ったのでオーグメントコイルに使用してみましたが普通PEWとかでもいいと思います。
あとは適当なアクリルやネジで構成されてます。
よく見ると穴の開ける位置をミスってしまってガタガタになってます。恥ずかしいのでよく見ないでください。

450Jくらいで試射してみましたが結果は全然駄目でした。効率1.5%くらい
う~ん? 

大きなIGBTを動かす

なんとなくデカいIGBTモジュールを動かしたくなったので、ゲートドライバを作ってみました。

ゲートドライバとは、マイコンなどの信号(約5V)からMOSFETやIGBTを駆動するのに必要な電圧(10~20V)に単に増幅するだけのものです。また素子のG-S間にはコンデンサ成分(ゲート容量)があり、ゲートを駆動するにはこのコンデンサを充電したり放電したりという事が必要になってきます。この充電/放電を素早く出来れば、高速スイッチングが可能です。
一般的にゲート容量は素子のスペックに比例していて、小さなMOSFETなどではゲート容量が小さいのでトランジスタのプッシュプルやゲートドライバICなどで十分間に合います。例:IR4427など
しかし、このように大きなIGBTではゲート容量が大きく、そう簡単には駆動できません。

DSC_0657

1200V400AのよくあるIGBTですね。なんでIGBTなのにゲート端子にBって書いてあるんだろう...パワトラ時代の殻使ったのかな
旧世代ということもあり、ゲート容量が72000pFとか書いてあります。一般的なMOSFETだと数百~数千pF程度ということを考えるとかなり大きいことがわかります。
こんなものを駆動したいので、パワーのあるゲートドライバを自作してみることにしました。
回路はFET研究室のKKT氏の記事そのままです。(ありがとうございました。) 
KKT氏はGDTと介してドライブしているようですが自分は直でドライブしてみます。

こちらが作ったゲートドライバです。

DSC_0658

基板裏に主役のプッシュプルMOSFET君が隠れていますが半田が汚いとか言って恥ずかしがってるので公開しません
写っているICはゲートドライバのゲートドライバです。ゲートドライバに使っているのはMOSFETそのものなのでこいつも一応ゲートドライブしてあげる必要があるのです。ゲートドライバのゲートドライバとかよくわかりませんね。
あとドライバ-IGBT間にゲート抵抗を入れるのを忘れててそのまま圧着端子つけちゃいました。まぁこれはこれでいろいろな値で実験できるのでいいです。

ゲートドライバは出来たのでテスト用信号を作るやつを作りました

DSC_0659

レギュと矩形波を出すだけのマイコンが乗っただけでした。555でも作れそうですがマイコンのほうが簡単なので。

それでは実験してみます。
デカいIGBTなのにスイッチング周波数100kHzで動かしてやるぜー。D比は50%
写真ではゲート抵抗入っていませんが1.5Ω程の抵抗を入れました。

DSC_0655


黄色:IGBTゲート電圧
水色:IGBTコレクタ電圧

全体
734

立ち上がり
559

立ち下がり
853

壊れたときが怖いのでコレクタにはまだ15Vしかかけていません。電流も1.5Aです。
なんとかうまくいっているようですね。こんなに重い(ゲートも物理的にも)物をよく動かせたものです。
ちなみに、こういった素子になるとゲートに+の電圧だけでなく正負の電圧を掛けてたりします。
今回は正負電源が用意できなかったので+15Vだけ掛けています。
ちなみにゲート電流はピーク10Aくらいでした。

ドライバに使ったMOSFETのゲート波形を見てみます。
赤:Pch側
青:Nch側

390

KKT氏の言っていた「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......」というのはこのことですね。
素子の立ち上がりだけを遅くしておき、片方の素子がONになる前にもう片方が瞬時にOFFする、そのあとにONされるので貫通電流が流れないようになっているのですね。
でもこれちょっと貫通電流流れちゃってるかも?

波形は思ってた以上によかったです。このレベルの素子で100kHzはなんとか大丈夫そうですね。200kHzいけるかな...?(多分このIGBT最大でも20kHzくらいを想定してるはずなんだよなぁ)

ただ、MOSFETの発熱が意外と大きかったです(貫通電流の可能性あり)。放熱対策をしたり定数を調整したりする必要がありそうです。
ゲート抵抗も熱かったです。


電圧を上げて実験してみました。450V掛けてみます。
負荷抵抗10Ωのときです。計算上45A流れるはずです。

845

少しリンギング&サージがあります。負荷抵抗が巻線抵抗でアアーッインダクタンスッっていうのもありますがワニ口で乱雑配線してると言うのが大きいと思います

お次は5Ωで90Aです

192

電流が増えたのでさらに波形が酷くなりました。砂場もなにもついてないので仕方ないですね。



おまけです。
ゲート容量約5000pFのMOSFETをドライブしてみたときです。
IGBTに比べるとかなり速くスイッチングできてます。 さすがです

113

今のはゲート抵抗(1.5Ω)有りですが
無いと

400

ヤバイ波形になります。ゲート抵抗のありがたみがよくわかりました。
以上です。 
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