ぽんず製造所

当ブログの記事を参考にして行った事により、いかなる不都合が発生としても当方は一切の責任を負いません。全て各自の自己責任でお願いします。

パワエレ

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①

5月はあんまり作業しませんでした。
回生コイルガンの試作回路を参考にして、本番用の回生型コイルガンのメイン基板を作り途中というところです。
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まずは充電回路作ろうな~~と思って昇圧チョッパまで作ったんですよ
んで動かしてみたら電流検出がなんかうまくいってないっぽくてだめだったんですよ
それから萎えて何もしてないという状況です。


あとは久しぶりにVVVFカート乗りました。
前回乗ったときにインバータが燃えたので作り直しました。なんかまた燃えそうなのでやる気ない基板になりました。
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あと後輩くんがカートにヘッドライトとテールランプつけたいって言ってくれたので、LEDドライバをパパっと制作


209系(GTO)風の音で走らせてみました。


やっぱこの乗り物は楽しいです。

VVVFインバータを搭載した乗り物

VVVFインバータと三相誘導電動機を載せた乗り物を作りました。
レールの上走るやつ作ってみたかったけどレール引くスペースなんて無いんで台車のように普通にタイヤにして色んなところ走れるようにしました。そのおかげで、電車なのか台車なのか電気自動車なのかよくわからない"乗り物"が出来ました。

動画です。
学校で作った関係でこれくらいしかネット上には上げられないのです...


京急新1000形風の音にしてみました。減速も音階なのは仕様です。

電源は12V鉛蓄電池を4直にして48Vとしています。そこから昇圧チョッパを用いて280Vまで昇圧、VVVFインバータを通して三相誘導電動機を回す構成になっています。電動機は1.1kWのものでそれなりにパワーがあり、加速が思ったより強くて楽しいです。ちなみにチョッパは一応1.5kWで設計しました。

運転台(?)にはマスコン、速度計/ノッチ表示、VVVFパターンの設定、非常停止スイッチがあります。
マスコンはロータリースイッチと3Dプリンタで作ったギアを組み合わせていい感じにカチカチ操作できるようにしてみました。楽しい。
VVVFパターンの設定というのは予め用意されたパターンをロータリースイッチで切り替えできるようにしました。その日の気分で色々な電車の音を楽しめます。
速度とノッチの表示機はこんなん。バーLEDを無駄にフルカラーにしてみたり。
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まぁあれですこれは作りたいから作った要素しかない作品です

VVVFインバータを作った

前から作ってみたいと思っていた三相インバータ、いわゆるVVVFインバータを作ってみました。VVVFといえば電車のあの独特な音、アレを聞きたいんです。

プリント基板発注しました。
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黒基板いいですよね。本当はつや消し黒が良かったですがちょっと高かった。

電動機はAC200V駆動ですが、AC100Vから動かせるように倍電圧整流...ではなくPFCを搭載しました。
インバータ部はハーフブリッジドライバを使用したもので特に変わったことはないです。
制御はいろいろ応用ができるよう、基板にマイコン等は搭載せず、外部から直接三相の信号を入力するようになっています。各相に電流センサも付けたので本格的な制御とかして遊べそうです。ついでに信号入力、電流検出出力は絶縁されているので安心です。あと絶縁DCDCも積めるようになっていて、ゲトドラ用電源から制御用電源も生成できます。


まずはインバータ部だけ作ってみてテストしてみます。
素子は裏につけるようになっています。
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まぁもちろん死ぬわけ(原因不明
死んだ素子は足を曲げておくとわかりやすいです
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素子が悪そうなのでいろいろな素子で試してみてるところです。
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時間がなかったので結局IGBT使ってゴリ押しすることにしました......
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無事に動いてくれましたのでPFC部も作ってフラックス洗浄しました。PFCはNCP1654を使用したものです。
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基板の下に放熱器と称したアルミ板をくっつけ、その下にインレット、ヒューズ、スイッチ、ゲート用電源を載せて完成です。いろいろ雑ですがもう本当に時間がなかった
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素子はほぼ発熱しないのでこの程度のアルミ板でも十分のようです。

制御には最初PICマイコンを使おうと思っていましたが、処理能力が足りなかったのでMbedを使うことにしました。初めての32bitマイコン、初めてのMbedでしたが、1日で基本的なことが覚えられたのでMbedは素晴らしいと思います。
なおボードはぐり氏設計のLPCXpresso11U68互換ボードです。設計ミスがあるということで安く頂きました。
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そんなわけで動作確認です。
E231系の墜落インバータにしてるつもりです。

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1パルスモードに移行するときにガタンという振動が出てしまうのでその直前までの回転数までにしています。この振動は今後の課題ですね。
文化祭で展示するために急いで作ってなんとか回すことが出来て良かったです。暇があればもうちょっといろいろなところを改善したいです。

コンデンサ充電用小型昇圧チョッパ

以前開発した昇圧チョッパプリント基板化してみました。
現在実質凍結状態の携行型レールガン用に作りましたが、普通にコイルガンやその他高電圧実験系でも遊べると思います。
出力は以前と同じ200Wで設計して回路構成の変更等もありませんが、パワー素子とコネクタ以外はすべて表面実装化して小型化を目指した感じです。

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部品を詰め込みすぎてシルクが潰れてしまってるので反省

こいつはメインのMOSFETとダイオードにSiC製品を使う予定でいるんですが、壊すと金銭的ダメージがヤバイので、とりあえず普通のシリコンのダイオード・MOSFETで試作してみました。コイルも仮のものです。
動作テスト中の様子ですが、いい感じに動いてくれません。

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原因はスイッチング時のノイズでマイコンあたりが誤作動してたようです。配線パターンの設計能力のなさを感じる...
MOSFETのゲート抵抗を大きくしてスイッチングノイズが小さくなるようにしてみましたが変わらず...
ダイオードのリカバリ電流が悪いんでは?と思って思い切ってをSiCダイオードに交換してみると、完璧に動いてくれてました。SiCすごいです。やっぱチョッパ系にはSiCショットキー最適なんですねぇ
マイコン9,10ピンをショートしてるのは仕様です。仕様です。

色々実験してるうちにメチャクチャ汚くなってしまったので

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新しい基板で作り直して完成です。

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見た目はいいよね!だいぶ気に入ってる
サイズは46x25x21mmで出力そのまま従来の約1/4以下まで小さくなりました。
まぁ大体はインダクタがつよいおかげです。インダクタンスも低いもの(15uH)にして小型化できました。マイコンの裏側にインダクタがあります(えぇ......)ガチ設計者から怒られるやつや
あとはどうせ数秒しか動かさないしそんな大きいヒートシンク要らないだろーーーーとかいって小さめのヒートシンクを使ったからです。とかいって多分30秒くらい動かしちゃって熱くなって壊しちゃうんだろうな(池沼) ガバガバ設計すぎる。
MOSFETとダイオードは基板と共締めしています。。
コネクタはマイコンへの書き込みと動作状態などの通信を兼ねています。穴がズレてるのはピンヘッダを差し込んだ時ガバガバせずにちょうどハマってくれるというものです。ぐりにゃんから教えてもらいました。


それで出力テストしてみると、どうがんばっても設計出力より20Wも低い180Wしかでないんですよ
実験してデータを取ると、出力電圧が200Vくらいのときには出力は何故か250W出るのに、380Vまで出すと180Wになってしまうことがわかりました。

↓実際のデータ コンデンサは1250uF
時間t[s]電圧V[V]エネルギーE[J]出力P[W]
0.120025250
0.226343.230625216.153125
0.331361.230625204.1020833
0.435076.5625191.40625
0.538190.725625181.45125

このことから多分インダクタのインダクタンス不足で十分に電圧が出力できてないんだと思います。(まぁ設計段階から薄々気づいてた)
試しに大きめのコイルで試してみたら普通に200W出てくれました。
それとノイズを抑えるためにゲート抵抗を大きくしたので、ドレイン電圧立ち上がりがぬるくなって一番美味しいところがうまく出力できてないというのもあると思います。
そんなこんなで現状で200W出すのは諦めました。今度もう少しインダクタンスの高いものを買ったら実験しようと思います。



出力は180Wで良いとして、とりあえず連続で負荷をかけてみると、5秒後くらいにMOSFETが壊れてしまいました。
3回くらいやらかして、今使ってるMOSFETは20A定格で普通にスペックが足りてないことに気づきました...
ということで30A定格のものを付けました。
TO-220パッケしか付けられない設計になってるのにTO-247パッケのものを付けたかったので無理やり外付けしました。

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再実験すると10秒以上動かしても大丈夫でした。

コンデンサ充電テストの動画です。緑のLEDは電源ランプで赤が動作中を示します。



コンデンサは360V2.5mFで162Jです。
電源ON後、数秒後に動作開始し360Vで動作停止するというプログラムにしています。
約900msで充電完了してるので大体180Wくらいですね。
発振周波数は約100kHzくらいで可聴域外ですが、どっかが共振してるのかしらんけどうっすらチュイーンって音が聞こえます(えぇ...)

あとはMOSFETをTO-220な強いやつにすればきれいに収まってくれそうですね。いやSiCMOSFETは買ってあるんだけど、壊すの怖くて使えないんだよね...
普通のMOSFETでも220パッケで600V40A近くの定格のものもあるので今度買おうと思います。もうMOSFETじゃなくてIGBTでもいい感じもするね
あとインダクタだね 小型で大電流でインダクタンス高めなのって売ってるかなぁ

進捗があったらまた記事書きます。
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