ぽんず製造所

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パワエレ

FBTプラズマスピーカーを作った

フライバックトランス(FBT)を使ったプラズマスピーカーを作りました。

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プラズマスピーカーとは、放電により空気が熱せられ膨張することを利用したスピーカーです。
一定の放電では空気の膨張は一定なので音は聞こえませんが、放電の強弱によって"音"を表現することが出来ます。

AC100V入力にしたのでコンセントから直接電源を入力できます。
放電距離は最大25mm程度です。
DSC_3841


回路図です。ここには載せていませんが実際は整流・平滑回路、ノイズフィルタなどもあります。
555FBT

回路図中に大まかな動作説明が書いてあります。
事前実験時、1次コイルにある程度の電流を流さないと放電しないという現象が発生したため、PFM動作としました。1パルス当たりの電流は一定で、そのパルスの密度を変えることで放電に強弱をつけます。
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(黃:ゲート、青:FBT1次電流)
また電流を見てスイッチングする方式なので電源電圧の変動に影響されず、50Hz/60Hzのリプルはノイズ音として乗りません。

基板はB基板1つに収められました。
DSC_3825


筐体は適当なアクリルを使って作りました。接着が下手なので練習も兼ねて全部接着で作ってみました。
放電は風に影響されまくるので周りを囲って風よけにしました。高電圧で触ると割とマジで死にそうなのでガードも兼ねてます。
風よけは曲げ加工をしてみましたがいい感じです。


それと今回放電電極の形状を工夫してみました。
放電には、ある程度電極の距離が近くないと放電開始せず、一度放電すれば距離を伸ばせるといった特性があります。
しかし放電開始しなければ元も子もありませんので、結局(固定された電極では)放電開始時の短距離での動作するしかありません。
放電距離が長ければ音が大きくなりスピーカー的には有利ですが、上記のような理由で放電距離は伸ばせません...。
う~~~~~んコレはもったいない!!!ということで電極をこんな形状にしてみました。
まず、電極間距離の短い下のほうで放電開始します。その後、放電は熱いので上に行き、自動的に放電距離が伸びるという仕組みです。
コレのおかげで放電開始は8mm程度ですが最大25mm程度まで伸ばすことが出来ました。
あと放電がゆらゆら動くので見てて楽しいです。

動画


めっちゃ音質悪いでしょ
原因として、変調周波数が可聴域の部分があるためです。
まぁそれは仕方ないとして、思ってたより低音域がよく聞こえます。
んーあと全体的に音量が低いかなぁ...放電距離がそんなに無いのでこんなもんなのかもしれません。

音質改善を目指してPWMでの動作も試してみましたが、不慮の事故により回路を壊してしまったので改良は先になりそうです。壊れる前に聞いた感じはかなり改善できてるみたいでした。

3レベルVVVFインバータを作った

Twitter上で最近またVVVFインバータを作るのが流行っているようでしたので、自分もインバータを作ってみました。他の方は2レベルを作っていたので、自分は3レベルインバータで対抗しました。

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個人での3レベルインバータの作成例が見つからずいろいろわからなかったので、とりあえず試作ということで手探り状態(?)での制作となりました。
そんなわけで基板の無駄が多く、また別基板があったりしてキレイに収まってません。
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真ん中がメインのインバータ基板です。左が倍電圧整流回路で、コンセントから141Vと282Vを生成します。右が制御用のマイコンボード(Nucleo)といつもの操作ボタン。

後ろ側
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回路構成はT-NPCです。
Untitled

とある人から大量に絶縁DC-DCコンバータを頂いたので使ってみようということで贅沢に使っています(でも絶縁電源使わなくても作れるし、使いたかっただけ感...)。絶縁DCDCとゲートドライバ付きフォトカプラ(TLP250H)でパワー部と制御部は完全に絶縁されています。やっぱりこの方式だとGDTやブートストラップ方式と違って楽にゲートドライブできていいですね。

基板についているICはマイコン(PIC16F18325)です。禁止入力保護、相補波形生成、デッドタイム生成を行っています。制御ソフトのミスによる回路の破壊防止と、ソフトの単純化・軽量化が目的です。
パワー素子が無駄に強いのを使っているのはそれしかなかったから。スペック不足で飛ばすよりはいいかな...。

あと一番やべーのが、スナバあたりの設計がよくわからなかったので、スナバレスにしている(になっている)ところです。素子のターンオフをめっちゃ遅くして過電圧の発生を抑えています。
ちなみに緑のスナバコンっぽいのはスナバコンとして機能してません


東武30000系風のデータを作って回してみました。
非同期の周波数が上がる直前の捻れるような音が好きです。


オシロの下の黄色と青の波形が相電圧、上の紫が線間電圧(オシロ内で計算)です
ちゃんと3レベルやろ?

というわけで3レベルVVVFインバータを作ることが出来ました。次作るとしたらもうちょっと綺麗にまとめて作れたらいいなと思います。続きを読む

回生型コイルガン-装弾機構とソレノイド

最近コイルガンの制作を再開しました。

さて、今回のコイルガンでは、弾をマガジンから加速コイル内に移動させる時、市販のソレノイドで押し出す方式を採用しています。
ソレノイド弾押出説明

前回の記事で書いたようにこれが全然うまくいかないんですよ。前回の記事をまとめると、
①ソレノイドのパワーが足りなくて弾を押し出せない
→定格の倍(24V)かけてゴリ押して解決できそう
→ソレノイド電源用の昇圧回路追加しなきゃ
②無事押し出しても、次の弾が上がってきてソレノイドを押さえつけてもとに戻らない
→戻し用ソレノイドを追加して解決できそう
といった感じでした。


ということで、まずソレノイド用電源回路を制作しました。LT1370を使用した50W級DC-DCです。力こそパワー。
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スペースがない上に、ソレノイドが48Wも食うので設計が非常にきつかったです。だからこんなクソ高いめっちゃ性能の良いIC使ってるんだけど。ただ短時間動作なので熱に関しては楽だったかもしれない。
はんだ付けいろいろミスして汚くなってしまいましたが動くのでどうでもいいです(適当)

メイン基板に実装。乗せるの無理やりすぎやろ
DSC_3397

ソレノイドの動きは実験通り良好です。ソレノイド自体の発熱に関しては、思ってたよりも平気で問題になりませんでした。


②は言葉だとよくわからないかもしれないので図です。
戻らない
図でもよくわからないですね。とりあえずソレノイドがもとに戻らないんです。それで戻し用ソレノイドを付けたってわけです。
よく考えてみると、ソレノイドの先端につけていた押し出す部品の形状が良くないのでは???ということになり、もうちょっといい感じに改良することにしました。

上が最初につけてたもの、下が新しく試作したものです。
DSC_3445

これが大正解だったようで、初期に比べるとかなりスムーズに動いてくれます。
初期Verは次の弾をモロに受けてたので押さえつけが発生してたのですが、新型は次の弾をスムーズに受け流す形になっています。
同時に、この形状ならば戻し用ソレノイドが無くてもソレノイドが元の位置に戻ってくれる事が判明。結局ソレノイドを1個に取っ払いました。
ちなみに、先端部品は結構な衝撃が加わるのでポリカーボネートで制作しています。

その後も試行錯誤して良さそうな形状を探してみました。上から制作した順です。一番下とかもうわけわからんでしょ、でも現状これが一番良く動いてくれてます。
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実際にソレノイドに取り付けるとこんな感じ。
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マガジンを入れるとこう
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ソレノイドを動かすとこんな感じになります。
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現状はこの先端部品で概ね良好ですが、たまに装填エラーが発生するので、気が向いたら新しく作ってみます。

300WのLEDで投光器を作った

タイトルの通りです。
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100WのLEDを3つ搭載して合計で最大300Wまで光らせることが出来ます。
電源はAC100V入力で、PFCで一旦200Vまで上げ、定電流型の降圧チョッパでLEDを駆動しています。

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話は変わりますが、コイルガンの方は一時制作中断しています。多分2-3カ月後に再開すると思います。

回生型コイルガン-メイン基板②

昇圧チョッパが動かないということで萎えて2ヶ月くらい何もせずに放置していました。
でいい加減やるか~~ということでいじってたんですがやっぱりうまく動かないわけ
もうこれダメだわ~ってな結局昇圧チョッパ再設計して大改造しました。
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ちゃんと動きました。
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次に加速コイルスイッチング用の素子を生やしましてメイン基板はほぼ完成といったところです。
3段式なので素子が4つあります。
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あとは必要に応じてコネクタやらLEDやら付ける予定です。
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