Polskie forum dyskusyjne poświęcone dziedzinie wysokich napięć, głównie transformatorom Tesli (SSTC, DRSSTC, VTTC, SGTC) oraz generatorom wysokiego napięcia.

Teraz jest 21 lut 2018, 00:41

Strefa czasowa: UTC + 1 [ DST ]



Utwórz nowy temat Odpowiedz w wątku  [ Posty: 33 ]  Przejdź na stronę   1, 2  Następna strona

PostNapisane: 24 mar 2015, 20:56 
****
Avatar użytkownika
Dołączył(a): 22.03.2013
Posty: 553
Pochwały: 2
Witam

Chociaż układ powszechnie znany jako "ZVS" jest bardzo popularny, informacje o nim są rozproszone i wielu początkujących fanów HV miewa problemy z jego budową. W związku z tym postanowiłem napisać ten artykuł, aby skupić informacje w jednym miejscu i pozwolić na łatwe podlinkowanie do nich.

Zatem od początku. Czym jest ZVS?


Układ ten zasadniczo powinno określać się mianem przetwornicy Mazzilliego (od nazwiska osoby, która ją spopularyzowała). Samo określenie ZVS oznacza Zero Voltage Switching - przełączanie w punkcie zerowym. Znaczy to tyle, że tranzystory przełączane są w momencie, gdy napięcie na nich wynosi zero wolt (a przynajmniej jest w pobliżu tej wartości, jako że rzeczywisty układ nie jest wstanie uzyskać idealnej synchronizacji). Ten rodzaj budowy przetwornic pozwala na zmniejszenie strat mocy na tranzystorach, oraz eliminuje konieczność stosowania snubberów - układów chroniących tranzystory przed przepięciami.



Przykład profesjonalnie wykonanego układu (fot. Slu_1982).

Omawiany układ jest przeznaczony przede wszystkim do sterowania transformatorów wysokiego napięcia pochodzących z kineskopowych telewizorów i monitorów. Transformatory takie wymagają zasilania prądem przemiennym o wysokiej częstotliwości (dziesiątki kHz), zatem do ich zasilenia wymagany jest stosowny sterownik elektroniczny. Omawiany tu układ cechuje się stosunkowo dużą sprawność i możliwością osiągnięcia znacznych mocy przy bardzo prostej konstrukcji i niewielkich kosztach wykonania. Przykładowe efekty pracy tego układu (źródło: własne):



Dzięki możliwości generowania wysokich napięć przy znacznej wydajności prądowej można nie tylko bawić się imponującymi łukami elektrycznymi, ale przeprowadzać także wiele innych eksperymentów, jak na przykład budowa domowej produkcji kuli plazmowej, czy jonolotów.

Schemat układu:



Jak to działa?

W następnym punkcie omówię stronę praktyczną budowy układu, ale najpierw troszkę teorii. ;)

Ogólna zasada działania jest dość prosta. Para tranzystorów jest naprzemiennie otwierana i zamykana przepuszczając prąd przez połówki uzwojenia pierwotnego. Generuje to przemienne pole magnetyczne sterujące transformatorem, a także wzbudza układ LC tworzony przez kondensator rezonansowy i uzwojenie pierwotne. Rzeczony obwód rezonansowy pełni kilka funkcji:
-Magazynuje energię zwiększając napięcie i prąd jakie można uzyskać po stronie pierwotnej, co pozwala na przepompowanie przez transformator większej ilości energii.
-Stanowi źródło sygnału sterującego przetwornicą.
-W układzie rezonansowym LC płynie prąd przemienny, którego napięcie naprzemiennie wzrasta od zera do wartości maksymalnej, opada do zera, odwraca polaryzację (kierunek przepływu) i powtarza cykl. Jako że napięcie na tranzystorach podąża za obwodem rezonansowym, pozwala to na ich przełączanie gdy napięcie jest możliwie bliskie zera.

Po zasileniu rezystory ładują bramki tranzystorów otwierając je. Jako że nie istnieją dwa identyczne tranzystory, jeden otwiera się szybciej rozpoczynając oscylacje. Gdy napięcie na układzie LC odwraca polaryzację rozładowuje on przez diodę bramkę jednego z tranzystorów wyłączając go. Przy kolejnej połówce cyklu prądu przemiennego kolejne odwrócenie polaryzacji wyłącza drugi tranzystor, podczas gdy poprzedni zostaje otwarty wskutek naładowania jego bramki przez układ z rezystorem i diodą Zenera. Całość powtarza się naprzemiennie generując przemienne pole elektryczne w obwodzie pierwotnym i podtrzymując rezonans.

Tutaj coś dla bardziej zaawansowanych użytkowników - oscylogramy ukazujące przebiegi w układzie. Dla zniecierpliwionych teorią - następnym punkcie wracam do opisywania budowy. :)

Przebieg na jednym z tranzystorów. Sygnał prostokątny jest mierzony pomiędzy bramką a źródłem, połówki sinusoidy to pomiar napięcia dren - źródło (fot. Slu_1982):



A także oscylogramy z mojej przetwornicy w układzie Royera wykonane przy użyciu bardziej zaawansowanego, cyfrowego oscyloskopu (źródło: własne):



Przebieg na baterii rezonansowej bez obciążenia (pierwszy) i po zapaleniu małego łuku (drugi). Warto zwrócić uwagę na gwałtowny skok częstotliwości rezonansowej po obciążeniu układu.



Przebieg na bramce jednego z kluczy.



Oraz na jego drenie.


Przejdźmy do rzeczy i omówmy kwestie praktyczne budowy:

- Tranzystory - najlepsze są IRFP250, bądź IRFP260. W układach niewielkiej mocy można również zastosować IRF640, ale nie jest to polecane. Na dobrą sprawę może być to dowolny tranzystor MOSFET o napięciu roboczym 200V, oporności kanału nie większej niż 0,15Ω i prądzie drenu co najmniej 20A. Muszą zostać one przykręcone do radiatorów, należy je przed montażem nasmarować pastą termoprzewodzącą. Jeżeli oba tranzystory znajdują się na wspólnym radiatorze, konieczne jest umieszczenie pod nimi podkładek izolujących (mikowych lub silikonowych). Na końcu artykułu znajduje się lista przetestowanych modeli.
- Diody łączące bramki tranzystorów z układem rezonansowym. Powinny być to diody szybkie, przynajmniej na 200V, najlepiej 400 lub lepsze. Prąd przewodzenia nie ma specjalnego znaczenia, diody 1A starczą z wielkim zapasem. Mogą to być np. popularne UF4007.
- Rezystory - 10kΩ zasadniczo dowolne. 470Ω dowolne o mocy co najmniej 2W, przy wyższych napięciach zasilania można użyć większej oporności i mocy. Dobrym wyjściem jest użycie bardzo tanich rezystorów drutowych 5W.
- Diody Zenera - najzwyklejsze 12-18V 1,3W, dla zapasu dobrze dać 3W. Wraz z rezystorami 470Ω tworzą układ ograniczający napięcie do bezpiecznego dla tranzystora poziomu które służy do ładowania jego bramki.
- Kondensator rezonansowy - Musi być to solidny, impulsowy kondensator, najlepiej MKP. Bardzo dobre w tym celu są WIMA MKP10, które są bardzo wytrzymałe przy czym łatwo dostępne i stosunkowo tanie. Nie mogą być to MKT, MKS, MKP X2 i podobne - nie są one przeznaczone do pracy z takimi prądami i ulegną zniszczeniu. Napięcie robocze powinno wynosić 400VDC (250VAC) lub więcej. Jeżeli chodzi o pojemność, "standardowo" stosuję się 680nF. Można użyć jednak innej pojemności w zakresach tak różnych jak 470nF do ponad 1500nF, najlepiej eksperymentalnie dobrać wartość dla jak najlepszych efektów. Pewną wskazówką jest aby znacznie zwiększając pojemność odjąć 2 zwoje z uzwojenia pierwotnego, teoretycznie pozwala to przy odpowiednim doborze pojemności zwiększyć moc jaką może przenieść układ. Dobrą praktyką jest używanie kilku mniejszych kondensatorów i łączenie ich równolegle.
- Zasilanie - generalnie napięcie zasilania powinno mieścić się w zakresie 12 do 50VDC, przy czym im wyższe napięcie, tym większą moc można uzyskać. Przekraczanie progu 50V zazwyczaj jest ryzykowne i może prowadzić do spalenia tranzystorów. Zasilanie musi posiadać dużą wydajność prądową (co najmniej 10A, a najlepiej ponad 15A) i jeżeli jest nim transformator sieciowy, musi zostać wyprostowane i odfiltrowane dużą pojemnością (co najmniej 10 000µF).
- Dławik - Nie jest to część krytyczna. Jego zadaniem jest działanie jako filtr, izolując prąd wysokiej częstotliwości przepływający w układzie LC od zasilania, ale pozwalający prądowi stałemu z zasilacza przepłynąć do obwodu pierwotnego. Nie pozwala też na powstanie zbyt gwałtownych impulsów prądu. Typową zasadą dobierania jego indukcyjności jest aby wynosiła ona przynajmniej dwu krotność indukcyjności uzwojenia pierwotnego. W praktyce zazwyczaj powinien być to dławik o indukcyjności od 47µH do 200µH i prądzie nasycenia ponad 10A, jednak w przypadku braku takiego wystarczy zdobyć toroidalny (okrągły) rdzeń z zasilacza ATX/filtra przeciwzakłóceniowego i nawinąć na nim kilkanaście zwojów grubego drutu. Oczywiście lepszej jakości dławik da lepsze efekty, ale różnice nie są drastyczne. Przykład dławika samoróbki (źródło: własne):



Transformator wysokiego napięcia:

Kluczowy element, zazwyczaj pozyskany ze starego TV/monitora kineskopowego. Możemy spotkać dwa typy:

"Klasyczny" transformator AC, zazwyczaj znajdowany w odbiornikach lampowych i bardzo wczesnych tranzystorowych. Charakteryzuje się typowo mniejszym napięciem wyjściowym i prądem przemiennym na wyjściu. Zazwyczaj są także mniej wytrzymałe od trafopowielaczy. Typowo wykonany w formie ferrytowej ramki skręconej śrubami, po jednej stronie umiejscowiony jest zestaw uzwojeń niskiego napięcia, po drugiej zaś zalane w bloku żywicy wysokonapięciowe uzwojenie wtórne.
Aby go przygotować do użycia należy odkręcić śruby i rozłożyć transformator (rdzeń składa się z dwóch składanych ze sobą połówek). Następnie pozbyć się uzwojeń niskonapięciowych i zastąpić je uzwojeniem pierwotnym przetwornicy (opisane poniżej). Rozbierając rdzeń należy zwrócić uwagę na znajdujące się między połówkami przekładki mikowe (cienkie listki przezroczystego materiału przypominającego plastik). Należy zadbać, aby nie zginęły i przy ponownym składaniu rdzenia wróciły na swoje miejsce - bez tworzonej przez nie szczeliny rdzeń może się nasycać, co powoduje zakłócenia w pracy przetwornicy i może nawet doprowadzić do spalenia tranzystorów. Jeżeli zgubimy przekładki należy zastąpić je jakimś cienkim izolatorem, np. fragmentem papierowej kartki.

Wysokie napięcie uzyskujemy pomiędzy zewnętrznym przewodem uzwojenia wtórnego, a cieńszym drucikiem wyprowadzonym z zalewy w pobliżu rdzenia. To drugie wyprowadzenie osobiście polecam uziemić, aby wyeliminować ryzyko przebić do rdzenia.

Ten typ transformatora dzięki generowaniu prądu przemiennego wysokiej częstotliwości nadaje się np. do zasilania kul plazmowych, czy powielaczy Cockrofta-Waltona.

Przykładowy transformatorek z uzwojeniem pierwotnym przetwornicy Mazzilliego (źródło: własne):



Używając takich transformatorków możemy natknąć się na pewien problem. Objawy są następujące: Przetwornica pobiera duży prąd bez obciążenia, transformator HV nagrzewa się mocno już po kilkunastu sekundach pracy mimo braku obciążenia, uzwojenie pierwotne i przechodząca przez nie śruba mocująca rdzeń rozgrzewają się do temperatury, przy której pojawiają się zwęglenia i zapach spalenizny.
Przyczyną problemu jest wykonana ze stali śruba użyta do skręcenia blach trzymających na miejscu połówki rdzenia. Uzw. pierwotne wytwarza silne, przemienne pole magnetyczne wysokiej częstotliwości, które powoduje duże straty na przemagnesowanie śruby (zachodzi grzanie indukcyjne, opisane również pod koniec artykułu). Oczywiście w tym przypadku jest to zjawisko nieporządne.
Rozwiązaniem jest bądź to zastąpienie śrub mocujący wykonanymi z materiału niemagnetycznego (jak aluminium) albo też całkowite pozbycie się śrub i spięcie rdzenia np. opaską zaciskową, czy elastyczną gumką (w tym celu konieczne jest użycie materiału niemagnetycznego i nie przewodzącego prądu).


Trafopowielacz, znajdujący się w nowszych TV oraz wszystkich kineskopowych monitorach. Typowo generuje wyższe napięcie, ma większą wydajność prądową, oraz co ważne - posiada wbudowany prostownik wysokiego napięcia, przez co generuje prąd stały. Nie nadaje się więc np. do kul plazmowych, pozwala za to na zasilanie urządzeń takich jak jonoloty, lasery TEA, czy generatory Marxa.

Przykładowe trafopowielacze (źródło: własne):



Uzwojenie pierwotne zwyczajnie nawijamy na odsłoniętej części ferrytowego rdzenia. Najgrubszy, czerwony przewód stanowi wyjście wysokiego napięcia o polaryzacji dodatniej (jest to przewód anodowy. Pozostałe przewody wyprowadzają niższe napięcia pomocnicze), ujemny biegun znajduje się na jednym z dolnych wyprowadzeń (sugeruję go uziemić). Zidentyfikowanie tego pinu można przeprowadzić na dwa sposoby:
-Po prostu podłączyć trafopowielacz do przetwornicy i zobaczyć, do którego pinu zostanie zapalony największy łuk.
-Przyłączyć do przewodu anodowego ujemny biegun zasilacza prądu stałego, przynajmniej 24V. Dodatni biegun podłączyć do jednej sondy multimetru ustawionego na pomiar napięcia stałego, drugą jego sondą poszukiwać na którym pinie pojawi się napięcie. Tu należy wspomnieć, że nie da się przeprowadzić tego testu samym multimetrem w trybie pomiaru rezystancji lub diod, wbudowane w trafopowielacz diody składają się z wielu złącz połączonych szeregowo, przez co sumaryczny spadek napięcia na nich wynosi kilkanaście woltów. To znacznie więcej niż napięcie używane przez multimetr w trakcie pomiaru, dlatego trzeba użyć woltomierza i zasilacza.

Trafopowielacze są bardzo wytrzymałe i dobrze znoszą przeciążenia, pozwalając na osiąganie bardzo dużych mocy i wysokich napięć nie ulegając przy tym uszkodzeniu.

Uzwojenie pierwotne:


Uzwojenie to jest łatwe wykonaniu. Nawija się je bezpośrednio na ferrytowy rdzeń. Można w tym celu wykorzystać zwykły, w miarę gruby przewód bądź emaliowany drut nawojowy. Posiada ono odczep po środku. Jak go zrobić? Otóż jest to bardzo proste - uzwojenie składa się z dwóch połączonych połówek. Najprościej jest po prostu nawinąć pięć zwojów, pozostawić "zakładkę" przewodu i nawinąć kolejne 5, koniecznie obie połówki muszą być nawinięte w tą samą stronę tak, jakby były jedną, ciągłą cewką. W miejscu, gdzie zostawiliśmy zakładkę usuwamy izolację z przewodu i mamy odczep. Można też nawinąć dwa uzwojenia osobnymi kawałkami przewodu, ale należy pamiętać, że muszą być połączone po środku i nawinięte w tą samą stronę.

O ile uzwojenie pierwotne może być wykonane ze zwykłego przewodu lub grubego drutu, dobrym pomysłem jest użycie licy. Lica, to wiązka skręconych ze sobą cienkich, odizolowanych od siebie drucików. Minimalizuje ona wpływ efektu naskórkowego, który sprawia że stosując zwykły przewód o dużej średnicy prąd wysokiej częstotliwości przepływa jedynie przez część jego przekroju, podczas gdy reszta się marnuje. Użycie licy prowadzi do zmniejszenia strat na uzwojeniu i co za tym idzie, znacznie mniejszego jego nagrzewania. Można kupić gotową licę, jednakże jej samodzielne wykonanie nie stanowi problemu. Wystarczy odmierzyć kilkanaście odcinków drutu nawojowego o średnicy 0,4mm do 0,6mm i zwinąć je ze sobą ciasno, np. używając wiertarki. Koniecznie musi być to drut emaliowany, nie "goła miedź" - brak izolacji między poszczególnymi drutami wchodzącymi w skład licy pozbawia ją pożądanych właściwości. Tak powstały splot można pokryć koszulką termokurczliwą, oplotem z taśmy izolacyjnej, lub podobną warstwą zabezpieczającą emalię przed uszkodzeniem. Należy pamiętać, że przed lutowaniem licy trzeba rozpleść jej końcówkę i oczyścić poszczególne druty z emalii, np. pocierając je między dwoma kawałkami papieru ściernego. Inaczej jej połączenie z resztą układu będzie dość trudne.


Łączenie kilku transformatorów:

Dla uzyskania większej mocy lub wyższego napięcia można zasilić z przetwornicy kilka traf (typowo 2). Można to osiągnąć dwoma metodami.
Pierwszą jest użycie zwykłego układu Mazzilliego do zasilania dwóch transformatorów. Istnieje kilka sposób realizacji tego układu:

-Dwa uzwojenia wtórne traf AC na jednym rdzeniu. W przypadku transformatorków ze starych TV możliwe jest rozebranie dwóch takowych i umiejscowienie uzwojeń wtórnych na jednym rdzeniu. Na wolnym fragmencie rdzenia nawija się pierwotne. Wewnętrzne końcówki transformatorów łączymy razem i podłączamy do rdzenia. Pomiędzy zewnętrznymi wyprowadzeniami otrzymujemy dwa razy wyższe napięcie. Problemem staje się izolacja - możliwe są przebicia między uzwojeniami, dobrym pomysłem jest zalanie takie zespołu olejem transformatorowym lub parafiną. Przykład takiego połączenia jest zobrazowany tutaj: http://c4r0.elektroda.eu/_hv/index.php?page=hv/zvs
-Dwa trafa AC złączone rdzeniami. Wykonuje się je analogicznie do powyższego układu tyle, że dwa transformatory z osobnymi rdzeniami styka się ze sobą i nawija wspólne uzwojenie pierwotne obejmujące oba rdzenie. Zaletą w porównaniu do użycia wspólnego rdzenia jest większa odporność na jego nasycanie (które może nastąpić, gdy próbujemy przez zbyt mały rdzeń przepompować zbyt wiele mocy). W podobny sposób można połączyć trafopowielacze, poprzez zetknięcie ich rdzeniami i nawiniecie wspólnego uzwojenia pierwotnego. Takie połączenie można wykonać na dwa sposoby:
•Równoległe: Oba trafopowielacze skierowane są w tą samą stronę, przewody anodowe łączymy ze sobą, tak samo dolne piny HV. Uzyskujemy większe natężenie, ale oba trafopowielacze powinny być w miarę możliwości identyczne, lecz jeżeli ten warunek zostanie spełniony układ jest dość stabilny.
•Szeregowe: Jeden z trafopowielaczy odwracamy w pionie o 180 stopni. Przewód anodowy jednego z nich łączymy z dolnym pinem drugiego. Powoduje to zwiększenia napięcia i nie wymaga identycznych trafopowielaczy, ale izolacja w takim układzie jest poddawana bardzo dużemu stresowi i można łatwo zniszczyć oba trafa. Zalecane zalanie olejem/parafiną.

Drugą (i moim zdaniem lepszą) metodą jest użycie zmodyfikowanego układu przedstawionego poniżej. Jest on praktyczniejszy od "klasycznego" układu Mazzilliego, pozwala na bardzo łatwe łączenie nawet więcej niż dwóch trafopowielaczy oraz dzięki równomiernemu rozłożeniu obciążenia i zmniejszeniu impedancji obwodu pierwotnego umożliwia przenoszenie mocy znacznie większych niż w rozwiązaniu bazującym na zwykłym układzie Mazzilliego.

Zmodyfikowany układ na bazie oscylatora Royera:



Dużej mocy przetwornica w układzie Royera (źródło: własne)

Układ ten został zaproponowany przez kolegę Mania-ca i zaprezentowany tutaj: generatory-wysokiego-napiecia/zvs-flyback-reverse-by-mania-c-t313.html

Pozwala on na łatwiejsze łączenie wielu transformatorów, oraz nie wymaga wykonywania uzwojenia z odczepem. Dobrze też radzi sobie z przenoszeniem bardzo dużych mocy. Problemem jest natomiast fakt, że wymaga dwóch, identycznych dławików dobrej jakości - o wysokim prądzie nasycenia. Niestety, rdzenie z zasilaczy ATX raczej nie wystarczą.

W linku powyżej znajduje się omówienie oryginalnego układu. Używał on dwóch połączonych szeregowo trafopowielaczy z przebitymi diodami, a więc "przerobionymi" na trafa AC. Osobiście preferuję (i pokrótce omówię tutaj) wariant wykorzystujący równolegle połączone trafopowielacze. Zaletą rozwiązania jest brak konieczności stosowania transformatora dystrybucyjnego i zalewania transformatorów czynnikiem izolującym. Nie skracamy też życia trafopowielaczy, które po przebiciu diod stają się awaryjne. Wadą jest konieczność użycia w miarę możliwości identycznych trafopowielaczy.

Oto i schemat:



Każdy FBT posiada osobne (identyczne) pierwotne, po prostu połączone równolegle do wyjścia przetwornicy. Kable anodowe i dolne terminale trafopowielaczy również są połączone równolegle. Teoretycznie, ten układ powinien sobie poradzić także z trzema, a być może i czterema trafopowielaczami! Niestety, nie mam możliwości sprawdzenia tego, jako że brak mi dostępu zarówno do odpowiedniej ilości identycznych FBT, jak i moje zasilanie nie jest w stanie zaspokoić apetytu tego potwora już przy dwóch FBT* - pobór prądu bez trudu sięga 25A. Wraz z liczbą FBT powinna analogicznie rosnąć pojemność rezonansowa (w przybliżeniu może to być taka sama pojemność jak w klasycznym układzie pomnożona przez liczbę trafopowielaczy) - najlepiej aby była to bateria wielu mniejszych kondensatorów połączonych równolegle, aby rozłożyć ogromne prądy płynące w układzie. Tak samo jak w klasycznym układzie, umiejętne zmniejszanie ilości zwojów i zwiększanie pojemności można zwiększać pompowaną moc, ale w obu przypadkach należy być ostrożnym - w pewnym momencie możliwe jest zaburzenie działania sprzężenia sterującego przetwornicą i tranzystory zostaną zniszczone.

*FBT to skrót od FlyBack Transformer - trafopowielacz.

Przykład jak pracuje moja wersja. Dwa FBT, pierwotne po 8 zwojów, około 2,5µF pojemności rezonansowej, zasilanie 35V 500W:



Należy wspomnieć, że nie można w ten sposób wykorzystać zwykłych transformatorów AC, jako że przy połączeniu ich równolegle najprawdopodobniej popłynęłyby duże prądy wyrównawcze. Takie prądy przepływają pomiędzy transformatorami i powodują silne ich grzanie, mogąc nawet je zniszczyć. W przypadku użycia trafopowielaczy wbudowane prostowniki HV uniemożliwiają wystąpienie tego zjawiska. Chcąc użyć traf AC w grę wchodzi jedynie układu analogicznego do przedstawionego przez Mania-Ca. Polecam jednak używanie trafopowielaczy połączonych równolegle, są znacznie mniej problematyczne i wytrzymują większe moce. :)

Użycie przetwornicy jako miniaturowej nagrzewnicy indukcyjnej:

Grzanie indukcyjne to proces bezkontaktowego ogrzewania metali przez bardzo silne, przemienne pole magnetyczne o wysokiej częstotliwości. Nagrzewanie następuje wskutek indukcji bardzo silnych prądów wirowych oraz strat wynikających ciągłego przemagnesowywania materiału (zwłaszcza silne zjawisko w przypadku ferromagnetyków jak np. stal i dominujące źródło ciepła przy grzaniu przez ten układ, ze względu na relatywnie niską częstotliwość pracy).

Przetwornica Mazzilliego może zostać użyta do tego celu praktycznie bez żadnych modyfikacji. Zamiast klasycznego układu proponuję opisaną wyżej wersję na bazie oscylatora Royera, jako że nie wymaga wykonywania odczepu na uzwojeniu, którego obecność na wzbudniku mogłaby być problematyczna. Jak więc zamienić przetwornicę w nagrzewnicę? Otóż należy w miejscu uzwojenia pierwotnego zamontować wzbudnik. Wzbudnik, to cewka w której wnętrzu będzie grzany obiekt. Wykonuje się ją analogicznie do uzw. pierwotnego, tyle, że jako spiralę drutu zawieszoną w powietrzu. Najlepiej użyć w tym celu grubego (przynajmniej 2mm) drutu miedzianego, bądź jeszcze lepiej cienkiej rurki miedzianej. Średnica tak powstałej cewki najlepiej aby wynosiła koło 10-20mm, ilość zwojów około 5-10. Jako pojemność rezonansową należy użyć kondensatorów o łącznej pojemności co najmniej 2µF, do nawet 4µF. Musi być to bateria kliku połączonych równolegle, bardzo solidnych kondensatorów, jako że płynące w niej prądy będą osiągały bardzo duże wartości. Kondensatory powinny być możliwie blisko wzbudnika, ale oddzielone czymś od niego ze względu na silne promieniowanie cieplne. Należy również zaopatrzyć tranzystory w duże radiatory, a całość w potężne zasilanie dostarczające przynajmniej 24V @ 20A. Trzeba również pamiętać, że im większa bateria rezonansowa a mniejszy wzbudnik, tym więcej mocy będzie pobierał układ i tym mocniej będą grzały się tranzystory. Również użyte dławiki powinny być na prawdę solidne. Zasadniczo, tyle wystarczy. Po włączeniu zasilania i wsunięciu we wzbudnik stalowego obiektu powinien szybko rozgrzać się do czerwoności. :) Niestety, kosztem prostoty układu są jego możliwości, możemy grzać jedynie ferromagnetyki (głównie stal i żelazo), do tego raczej niezbyt duże obiekty (np. gwoździe). Pozyskana temperatura będzie też zbyt niska aby stopić obiekt, czy nawet osiągnąć kowalność. Nie mniej, to bardzo interesująca i stosunkowo tania zabawka. :) Przykład takiego zastosowania układu (źródło: własne):

Obrazek Obrazek Obrazek Obrazek




Lista przetestowanych komponentów:

Poniżej znajduje się lista tranzystorów przetestowanych do pracy z tą przetwornicą. Niestety, nie wszystkie się do tego nadają, dotyczy to zwłaszcza tranzystorów o zbyt słabych parametrach oraz niektórych tranzystorów wysokonapięciowych, które wskutek specyficznej budowy nie współpracują z prezentowanym tutaj układem. Oto lista sprawdzonych tranzystorów:

-IRFP250 lub IRFP260 - Optymalny wybór. Pozwalają na bezproblemową pracę nawet przy bardzo dużych mocach, przy czym są niedrogie. Polecam te modele.
-IRFP240, IRF640 - Pracują w pełni poprawnie, ale przeznaczone do pracy z mniejszą mocą. Przy dużych mocach mogą się przegrzewać.
-IRFPS40N60 - Pracują w pełni poprawnie, pozwalają też na osiąganie dużych mocy. Bardzo kosztowne.
-FDP51N25 - Pozwalają na osiąganie dużych poziomów mocy, przy czym niedrogie.

A także lista tranzystorów, które sprawiają problemy. Ich stosowanie jest niezalecane!

-TK31J60W - Ulegają zniszczeniu od razu po uruchomieniu przetwornicy.
-TK62J60W - Przetwornica uruchamia się, jednak działa niestabilnie i podczas używania ulegają uszkodzeniu w losowych momentach
-SIHG73N60 - Przetwornica działa z niewielką wydajnością, ulegają zniszczeniu po kilku sekundach pracy.



Artykuł będzie jeszcze uzupełniany. Mile widziane są wszelkie uwagi i sugestie. :) Jeżeli gdzieś się pomyliłem, czy o czymś zapomniałem, piszcie śmiało. Mile widziane też byłyby zdjęcia do lepszego zobrazowania artykułu - moje niestety niezbyt nadają się do tego celu. ;)

Podziękowania dla Slu_1982 za udostępnienie zdjęć uzupełniających artykuł. :)

Dziękuję za poświęcony na czytanie czas i pozdrawiam.



Mój kanał na YouTube: https://www.youtube.com/channel/UC3wA6z ... zziwfl_q5w


Ostatnio edytowano 10 lut 2016, 16:19 przez Yuri, łącznie edytowano 15 razy

Góra
   
 

PostNapisane: 7 kwi 2015, 00:22 
Dołączył(a): 15.07.2014
Posty: 213
Bardzo obszerny artykuł. Wart przeczytania choć długość odstrasza.

Sugestie to odpowiedzieć na podstawowe lecz ważne pytania:

Po co dławik i jak się ma jego indukcyjność do mocy?

Czy można zasilić ZVS-a z sieci? Czyli o oddzielnym zasilaniu bramek...

Inne sugestie:

Widziałem gdzieć na necie animację "jak działa zvs" warto wrzucić.

Odnośnie zwiększania mocy tak trochę z lotu ptaka napisałeś. Można głębiej opowiedzieć o pojemnościach i indukcyjnościach.

Chętnie pomogę jak opędzę swojego potwora 140kV@100mA :lol: trochę zabawy jest przy tym... :D


Góra
   
 

PostNapisane: 11 kwi 2015, 20:46 
****
Avatar użytkownika
Dołączył(a): 22.03.2013
Posty: 553
Pochwały: 2
Dziękuję za uznanie. :)

Zdaję sobie sprawę że długość jest spora, ale cóż, chciałem opisać zagadnienie wyczerpująco. :D

Sugestie są trafne, będzie trzeba je uwzględnić... Chociaż chwilowo mało czasu i motywacji. :)

Na szybko zedytowałem sekcję o dławiku... Co do jego wpływu na moc, nie zaobserwowałem takowego w trakcie eksperymentów, jedynie że dławiki o niskim prądzie nasycenia ją zmniejszają, właśnie przez nasycanie się rdzenia. ;)

Pozdrawiam



Mój kanał na YouTube: https://www.youtube.com/channel/UC3wA6z ... zziwfl_q5w


Góra
   
 

PostNapisane: 16 kwi 2015, 20:03 
Dołączył(a): 15.07.2014
Posty: 213
Jeśli zastosujesz zbyt dużą/małą indukcyjność to moc bardzo spada. Nie posiadając odpowiednich przyrządów robiłem dławiki na oko. Większość opisów w @ mówią "nawiń kilka-kilkadziesiąt" zwojów. Ja sprawdziłem wiele opcji i dziś wiem, że zdarzało mi się podpinać dławiki 400-700uH jak i 2-15uH :P oba przypadki powodowały wielką frustrację.

Albo dławiki się grzały, albo trafopowielacze/rdzenie lub układ był niemal martwy i przy tym iskierki tylko i piszczenie, buczenie...

Mania-c coś wspominał o tym po drodze, może uzupełni wątek.


Góra
   
 

PostNapisane: 16 kwi 2015, 20:30 
****
Avatar użytkownika
Dołączył(a): 22.03.2013
Posty: 553
Pochwały: 2
Nie zakładałem aż tak skrajnych wartości. :D W przybliżeniu podałem zakres, w jakim powinna zwierać się indukcyjność i który zazwyczaj działa, sam też nie miałem problemu z samoróbkami. :) Jedynie spotkałem się z grzaniem dławika, ale to zdaje się skutek jego nasycania - co wpływa także efektywnie na moc układu. Ale to można obejść używając jedynie dławika o dużym prądzie nasycenia zamiast byle jakiego z ATX (albo odpowiednio dobrany rdzeń i uzwojenie, albo zwyczajnie duży). Sam preferuję drygą opcję i używam takich potworków. ;)



Przydałoby się uzupełnienie, bo sam nie jestem całkowicie pewien tej kwestii... Wiem, że wartość minimalna powinna być dwukrotnie większa od indukcyjności uzwojenia pierwotnego, a ta ponoć zwykle zawiera się w okolicach 22µH.



Mój kanał na YouTube: https://www.youtube.com/channel/UC3wA6z ... zziwfl_q5w


Góra
   
 

PostNapisane: 16 kwi 2015, 21:40 
Dołączył(a): 15.07.2014
Posty: 213
Dławiki, które świetnie pracują pod nawet dużym obciążeniem (są w zasadzie zimne), mocno dostają po głowie podczas pracy bez obciążenia. Nawet raz się oparzyłem. O tym dlaczego, również można wspomnieć skoro wkładamy kij w mrowisko :)


Góra
   
 

PostNapisane: 17 kwi 2015, 18:00 
Moderator
Avatar użytkownika
Dołączył(a): 02.10.2010
Posty: 761
Pochwały: 8
Witam kolegów

ten dławik to tylko bądź aż element dopasowania impedancji do obwodu rezonansowego . Mają znaczny wpływ na ilość prądu który trafia do wzbudnika,z reguły dobiera się go w taki sposób że im większą częstotliwość tym więcej uH musi mieć induktor. Jeżeli zmniejszymy indukcyjność tego induktora to możemy spowodować zatkanie tranzystorów. jak dobrze pamiętam chodziło o spadek amplitudy dla danej częstotliwości o około - 6db. chyba kiedyś o tym pisałem
Takim zwieńczeniem jeżeli ktoś jest bardzo ciekaw za co odpowiada ten induktor to powinien zrobić sobie najprostszy piec indukcyjny nawet małej mocy (na dowolnym oscylatorze)
podpiąć oscyloskop i amperomierz w linie mostka mocy od wzbudnika, Wtedy pięknie widać że im mniej uH ma induktor tym mniej przesunięta faza i układ zaczyna pobierać coraz więcej prądu ale i coraz więcej mocy oddaje do wzbudnika. różnica miedzy zvs a tym czym pisze jest natomiast taka że przy samowzbudnych przetwornicach prosto jest ją zatkać dlatego leprze są pętle PLL odpowiednio skonstruowane. Jestem prawie że pewien iż że jakby zrobić takiego przysłowiowego zvsa na PLLu to potrafił by on z 12V osiągać niesamowite moce na wyjściu a induktor byłby o indukcyjności 4uH :) albo nawet mniej :)

żółte dławiki to proszkowany metal dobre pod względem parametrów nasycenia ale ich "praca" sięga max paru khz (ahh pomroczność niejasna zapomniałem jak nazywał się ten parametr) są bardzo dobre do zwiększania wygładzania napięć np wyjścia z przetwornicy impulsowej.

PS. Bardzo dobry i rozbudowany artykuł Yuri, Tak trzymaj i dzięki za opisanie układu
Jak bym był adminem dostał byś "gwiazdkę" na pagonie obok niku :)


Pozdrawiam


Ostatnio edytowano 18 kwi 2015, 20:39 przez Mania-C, łącznie edytowano 1 raz

Góra
   
 

PostNapisane: 18 kwi 2015, 01:15 
Dołączył(a): 08.03.2015
Posty: 5
ZVS zachwycił mnie prostotą i spektakularnymi łukami o niezwykłej białej puszystej formie. Układ działa wyśmienicie. Z braku stosownej aparatury nigdy nie zajmowałem się optymalizacja parametrów układu , a mimo to za każdym razem uzyskiwałem zadowalające efekty. Do tego stopnia zafascynował mnie ten układ że po kilku wykonanych egzemplarzach , montowanych na ogół na pajęczynę lub w inny równie prosty sposób , postanowiłem wykonać go na porządnej płytce.



Układ nabrał wyglądu a rozmiar PCB pozwala na eksperymentowanie z różnymi komponentami



Góra
   
 

PostNapisane: 18 kwi 2015, 11:28 
****
Avatar użytkownika
Dołączył(a): 22.03.2013
Posty: 553
Pochwały: 2
Dziękuję za miłe słowa. :D

Czyli zasadniczo opis który użyłem w artykule jest poprawny, będzie go tylko trzeba ciut dopieścić jeżeli chodzi o opisanie zależności dławik-moc. :)

Powiem szczerze, myślałem kiedyś o zbudowaniu ZVS gdzie zamiast diod i rezystorów używany byłby sterownik pobierający sygnał z kondensatora rezonansowego, podający go na komparator (detektor przejścia przez zero) i następnie na scalone drivery MOSFET. Gdyby pomiędzy komparator a drivery dodać PLL, mogłaby powstać na prawdę ciekawa przetwornica. :)

Pozdrawiam



Mój kanał na YouTube: https://www.youtube.com/channel/UC3wA6z ... zziwfl_q5w


Góra
   
 

PostNapisane: 19 kwi 2015, 10:11 
Administrator
Avatar użytkownika
Dołączył(a): 05.04.2010
Posty: 546
Lokalizacja: Olsztyn
Pochwały: 8
Cytuj:
PS. Bardzo dobry i rozbudowany artykuł Yuri, Tak trzymaj i dzięki za opisanie układu
Jak bym był adminem dostał byś "gwiazdkę" na pagonie obok niku :)

Bardzo proszę :lol:
yuribanan.jpg



Na Gadu-Gadu nie udzielam żadnych porad związanych z elektroniką ani chemią.
Do tego służy forum !!


Góra
   
 

PostNapisane: 8 cze 2015, 19:38 
****
Avatar użytkownika
Dołączył(a): 22.03.2013
Posty: 553
Pochwały: 2
Przeprowadziłem lekką aktualizację. Głównie rozbudowałem informacje o trafach AC. Poprawiłem też garść drobnych błędów, niedopowiedzeń i wprowadziłem trochę drobnych uzupełnień.

W planach bardziej szczegółowy opis jak zwiększać moc poprzez dobór kondensatora i uzwojenia.

EDIT:\\

Dodałem zalążek sekcji opisującej przetestowane modele komponentów. Na razie są wymienione tranzystory, znajdą się tutaj także kondensatory rezonansowe. Jeżeli ktoś testował niewymienione tutaj modele chętnie zaktualizuje listę. ;)



Mój kanał na YouTube: https://www.youtube.com/channel/UC3wA6z ... zziwfl_q5w


Góra
   
 

PostNapisane: 8 cze 2015, 23:46 
Dołączył(a): 15.07.2014
Posty: 213
Tranzystory http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/245901/FAIRCHILD/FDPF51N25.html są niezniszczalne. 250V 50A i Rdson 60mOhm. Nigdy nie udało mi się ich spalić. Są też dość tanie.

Rdzenie RTMS nie grzeją się i układ na nich dobrze pracuje.

Kondensatory też mam pewne i bardzo tanie 0.75uF 400VAC ale nie mogę znaleźć noty nigdzie. Mogę podać link do sklepu :P


Góra
   
 

PostNapisane: 15 cze 2015, 17:56 
****
Avatar użytkownika
Dołączył(a): 22.03.2013
Posty: 553
Pochwały: 2
OK dodałem.

Co do tych kondów... No tu jest problem, bo sam też mam "duże niebieskie" wyciągnięte z jakiegoś 22 letniego monitora, które są tak twarde, że chyba MMC do DR można by na nich zbudować. :D Tyle, że nie mają żadnych oznaczeń pozwalających zidentyfikować do jakiej serii należą, ba, nawet kto je wyprodukował. Tu zapewne jest podobnie, no a ciężko coś takiego umieścić w rozpisce. Będę musiał jeszcze nad tym pomyśleć...

EDIT:

Wprowadziłem drobne uzupełnienia, a także dodałem nowe, lepiej opisane oscylogramy.



Mój kanał na YouTube: https://www.youtube.com/channel/UC3wA6z ... zziwfl_q5w


Góra
   
 

PostNapisane: 15 sie 2015, 23:53 
Moderator
Avatar użytkownika
Dołączył(a): 02.10.2010
Posty: 761
Pochwały: 8
"Należy wspomnieć, że nie można w ten sposób wykorzystać zwykłych transformatorów AC, jako że przy połączeniu ich równolegle najprawdopodobniej popłynęłyby duże prądy wyrównawcze."
możesz dodać że chodzi oczywiście o nierówne sobie przekładnie obu transformatorów , względem tego powstają różne potencjały na wyjściu (uzw. wtórnego) te prądy (zwał jak zwał) to oczywiście wynik końcowy

Warunki łączenia równoległego dla AC
zgodność fazy
i
zgodność przekładni

i jak zawsze impedancji

Pozdrawiam ;)


Góra
   
 

PostNapisane: 6 wrz 2015, 18:46 
Dołączył(a): 04.09.2015
Posty: 1
Cześć Koledzy! Witam, to pierwszy post na forum.

Chce zbudować taka przetwornice i mam pytanie, może któryś z kolegów mógłby udostępnić pcb do wykonania?

Pozdrawiam,
M.


Góra
   
 

PostNapisane: 15 gru 2015, 21:20 
Avatar użytkownika
Dołączył(a): 23.10.2014
Posty: 163
Lokalizacja: Warszawa


A jak się prawidłowo powinno liczyć indukcyjność w obwodzie rezonansowym tej przetwornicy.
Czy będzie brana indukcyjność z 5 zwoi jednej połówki czy z 10 zwoi obydwu połówek?

Ktoś tam w sieci zmontował cewkę Tesli na ZVS robiąc z tego taką a'la drsstc.





Akurat mam taki ZVS, który dawno temu kupiłem na ebayu i myślę, że spróbowałbym coś podobnego co ten typ, niestety jak robi przerywanie nie pokazuje schematu. Jedynie co można chyba to wpiąć w obwód zasilania tranzystor, zaś zastanawia mnie ten dławik, żeby go usunąć i zamiast jego aby ograniczyć spadki napięcia i zwiększyć dodatkowo kontrolę prądu dać duży bank elektrolitów?


Góra
   
 

PostNapisane: 15 gru 2015, 21:28 
****
Avatar użytkownika
Dołączył(a): 22.03.2013
Posty: 553
Pochwały: 2
Indukcyjność powinno brać się dla całego uzwojenia, wz punktu widzenia obwodu LC to po prostu jedna, ciągła cewka.

Kwestia "niby-DRSSTC" na bazie układu Mazzilliego była już poruszana. To zwykły oscylator mazzilliego zestrojony z rezonatorem, ale raczej średni pomysł - nie masz co liczyć na stabilność ani niezawodność takiego wynalazku, bardzo wysoka częstotliwość pracy też może okazać się problemem (trzeba by przyśpieszyć ładowanie bramek).
Lepiej użyć bu tu było wariantu z dwoma dławikami i bez odczepu na uzwojeniu (jest nawet w tym artykule), ale ogólnie to raczej proof-of-concept niż coś, co należy powielać. :)

Usuwanie dławika to średni pomysł, w końcu odpowiada on tu za dopasowanie impedancji. :) Nadto wraz ze wzrostem prądu i częstotliwości dobrej jakości dławik zaczyna być istotny.



Mój kanał na YouTube: https://www.youtube.com/channel/UC3wA6z ... zziwfl_q5w


Góra
   
 

PostNapisane: 25 gru 2015, 08:48 
Avatar użytkownika
Dołączył(a): 23.10.2014
Posty: 163
Lokalizacja: Warszawa
Wydaje mi się jednak, że indukcyjność w tym wypadku będzie liczyć się tylko z połówki pod pierwotny obwód rezonansowy. Podłączyłem pod prowizoryczną cewkę, której częstotliwość rezonansowa 44 khz i według wyliczeń i parametrów ZVS, który mam powinno śmigać, ale iskra nie ma nawet 1 cm. Trafopowielacz chodzi bardzo dobrze, z napięcia 36V iskry mają ponad 8 cm. Jak sobie ogarnę kondensatory to jeszcze się upewnię dokładnie czy tak jest...


Góra
   
 

PostNapisane: 25 gru 2015, 09:28 
****
Avatar użytkownika
Dołączył(a): 22.03.2013
Posty: 553
Pochwały: 2
Próbuj dostroić, przecież nie uzyskasz zestrojenia po prostu łącząc wyliczone obwody.

Dlaczego tylko dla jednej połówki uzwojenia? Kondensator jest połączony do skrajnych końców uzwojenia i całe tworzy z nim obwód LC.



Mój kanał na YouTube: https://www.youtube.com/channel/UC3wA6z ... zziwfl_q5w


Góra
   
 

PostNapisane: 26 gru 2015, 14:40 
Moderator
Avatar użytkownika
Dołączył(a): 02.10.2010
Posty: 761
Pochwały: 8
muszę kiedyś odszukać moje urządzenie z dawnych lat (pierwszych zabaw z HV) przypomniałem sobie że kiedyś już robiłem uzwojenie flybacka który zaczynał wpadać w rezonans generalnie fajne urządzenie bo bodajże z 10V i 1A miałem wyładowania około 7cm , pamiętam że było to straszliwie niestabilne.

Nie wiem czy ktoś z was widział jak uzwojenia w takim transformatorze wpadają w rezonans przy starcie ale ot właśnie jest problem bo nie panujesz nad napięciem które wychodzi a jest tak gigantyczne że przebija miedzy uzwojeniami.


Góra
   
 

Wyświetl posty nie starsze niż:  Sortuj wg  
Utwórz nowy temat Odpowiedz w wątku  [ Posty: 33 ]  Przejdź na stronę   1, 2  Następna strona

Strefa czasowa: UTC + 1 [ DST ]


cron


Powered by phpBB® Forum Software © phpBB Group
Przyjazne użytkownikom polskie wsparcie phpBB3 - phpBB3.PL
phpBB SEO