Coilgun SGP33 - Instalimi i plotë dhe udhëzimet e provës: 12 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:20

Ky tutorial përshkruan se si të montoni elektronikën e armës së spirales të treguar në këtë video:

Asambleja SGP-33 Youtube

Ekziston gjithashtu një video ku e shihni atë në veprim në faqen e fundit të këtij mësimi. Këtu është lidhja.

PCB -të për këtë demonstrim ofrohen me mirësi nga JLCPCB. COM

Qëllimi ishte të ndërtohej një armë spirale me një fazë që është e lehtë, ka performancë të mirë dhe përdor pjesë të zakonshme në dispozicion për një çmim të arsyeshëm.

Karakteristikat:

- Skenë e vetme, e shtënë e vetme

- Gjerësia e impulsit të rregullimit të aktivizimit të spirales

- Spirale e drejtuar nga IGBT

- Kondensator i vetëm 1000uF/550V

- Shpejtësia më e lartë e marrë 36m/s, do të varet shumë nga vetitë dhe gjeometria e spirales dhe predhës

- Koha fillestare e ngarkimit rreth 8s, koha e rimbushjes varet nga koha e shkarkimit, në shembullin e videos është 5s

Kostoja totale vetëm për pjesët elektronike janë rreth 140 dollarë amerikanë, duke përjashtuar tela/ fuçi bakri për spiralen.

Në këtë tutorial unë do të përshkruaj vetëm se si të montoni PCB.

Unë gjithashtu do të jap të gjitha informacionet e tjera për të përfituar sa më shumë nga ky qark pa e hedhur në erë.

Unë nuk do të jap një përshkrim të hollësishëm të montimit mekanik, pasi mendoj se mund të përmirësohet / modifikohet. Ju do të duhet të përdorni imagjinatën tuaj për atë pjesë.

Hapi 1: Paralajmërim

KUJDES:

Sigurohuni që ta lexoni dhe kuptoni këtë pjesë!

Qarku ngarkon një kondensator në rreth 525V. Nëse prekni terminalet e një kondensatori të tillë me duart tuaja, ju mund të dëmtoni seriozisht veten. Gjithashtu (kjo është më pak e rrezikshme, por sidoqoftë duhet përmendur), rryma e lartë që mund të japin mund të krijojë shkëndija dhe mund të avullojë tela të hollë. Prandaj vishni gjithmonë mbrojtës për sytë!

Syzet e sigurisë janë të domosdoshme

Kondensatori ruan ngarkesën edhe pasi çelësi kryesor është i fikur. Duhet të shkarkohet PARA që të punoni në qark !!!

Së dyti, ne do të përdorim energjinë e përmbajtur në kondensator dhe do ta transformojmë atë në energji kinetike të një predhe. Edhe pse shpejtësia e këtij predhe është e ulët, prapëseprapë mund t'ju dëmtojë ju (ose dikë tjetër), prandaj përdorni të njëjtat rregulla sigurie si kur punoni me mjete elektrike ose bëni ndonjë punë tjetër mekanike.

Pra, KURR mos e drejtoni këtë te një person kur është i ngarkuar dhe i ngarkuar, përdorni sens të përbashkët.

Hapi 2: Mjetet dhe Kërkesat në vendin e punës

Aftësitë e nevojshme:

Nëse jeni plotësisht i ri në elektronikë, atëherë ky projekt nuk është për ju. Nevojiten aftësitë e mëposhtme:

- Në gjendje të lidhni pajisjet e montimit në sipërfaqe duke përfshirë IC, kondensatorë dhe rezistorë

- Të jetë në gjendje të përdorë një multimetër

Mjetet e nevojshme (minimumi):

- Saldim me majë të hollë / majë të madhe

- Teli i saldimit

- Fluks i lëngët ose stilolaps fluksi

- Gërshet i shkrirjes

- Xham zmadhues për të inspektuar nyjet e saldimit ose një mikroskop

- piskatore të bukura

- Multimetër për të matur tensionin e lidhjes DC (525VDC)

Mjetet e rekomanduara (opsionale)

- Furnizimi me energji i rregullueshëm

- Osciloskop

- Stacioni i shkrirjes së ajrit të nxehtë

Përgatitja e vendit të punës dhe rekomandimet e përgjithshme të punës:

- Përdorni një tavolinë të pastër, mundësisht jo plastike (për të shmangur problemet me ngarkesën statike)

- Mos përdorni veshje që krijojnë / grumbullojnë lehtësisht ngarkesë, (kjo është ajo që krijon shkëndija kur e hiqni)

- Meqenëse pothuajse askush nuk ka një vend pune të sigurt për ESD në shtëpi, ju rekomandoj të bëni montimin në një hap, domethënë mos mbani me vete përbërës të arsyeshëm (të gjithë gjysmëpërçuesit sapo i nxirrni nga paketimi). Vendosni të gjithë përbërësit në tryezë dhe filloni.

- Disa përbërës janë goxha të vegjël, si rezistentët dhe kondensatorët në paketat 0603, ato mund të humbasin lehtë, hiqni vetëm një nga një nga paketimi i tyre

- IC -ja e ngarkuesit në një paketë TSSOP20 është pjesa më e vështirë për t'u bashkuar, ka një hap prej 0.65mm (distanca midis kunjave) e cila është ende larg standardit më të vogël të industrisë, por mund të jetë e vështirë për dikë më pak përvojë. Nëse nuk jeni të sigurt, unë do t'ju rekomandoja të stërvitni së pari saldimin në diçka tjetër në vend që të hiqni PCB -në tuaj

Përsëri, i gjithë procesi i montimit të PCB -së tregohet në videon e përmendur në faqen e parë të këtij tutoriali

Hapi 3: Diagrami

Në këtë pjesë do të jap një përmbledhje të qarkut. Lexojeni me kujdes, kjo do t'ju ndihmojë të shmangni dëmtimet e tabelës që sapo keni mbledhur.

Në të majtë bateria do të lidhet. Sigurohuni që të jetë më e ulët se 8V në të gjitha kushtet ose qarku i ngarkuesit mund të dëmtohet!

Bateritë që kam përdorur janë 3.7V, por do të kenë një tension më të lartë se 4V kur janë nën ngarkesë shumë të lehtë, prandaj do t'i japin një tension më të lartë se 8V ngarkuesit para se të ndizet. Duke mos marrë ndonjë rrezik, ekzistojnë dy dioda schottky në seri me baterinë për të ulur tensionin nën 8V. Ato gjithashtu shërbejnë si një mbrojtje kundër baterive të përmbysura. Përdorni gjithashtu një siguresë prej 3 deri në 5A në seri, kjo mund të jetë një siguresë me tension të ulët si ato të përdorura në automjete. Për të shmangur shkarkimin e baterisë kur arma nuk është në përdorim, unë rekomandoj lidhjen e një çelësi kryesor të energjisë.

Tensioni i baterisë në terminalet e hyrjes PCB duhet të jetë midis 5V dhe 8V në çdo kohë që qarku të funksionojë siç duhet.

Seksioni i kontrollit përmban një mbrojtje nën tension dhe 3 qarqe kohëmatës. Kohëmatësi IC U11 me pulsimin LED1 tregon se komanda për të ndezur qarkun e ngarkuesit është aktive. Kohëmatësi IC U10 përcakton gjerësinë e impulsit të daljes. Gjerësia e pulsit mund të rregullohet me potenciometër R36. Me vlerat R8 dhe C4/C6 sipas BOM, diapazoni është: 510us në 2.7ms. Nëse keni nevojë për gjerësi impulsi jashtë këtij diapazoni, këto vlera mund të rregullohen sipas dëshirës tuaj.

Jumper J1 mund të jetë i hapur për testimin fillestar. Komanda për të aktivizuar qarkun e ngarkuesit kalon nëpër atë kërcyes (logjika pozitive, dmth. 0V = ngarkuesi i çaktivizuar; VBAT = ngarkuesi i aktivizuar).

Seksioni i sipërm i mesëm përmban qarkun e ngarkuesit të kondensatorit. Kufiri maksimal i rrymës së transformatorit është 10A, kjo rrymë është e konfiguruar me rezistencën e sensit aktual R21 dhe nuk duhet të rritet ose mund të rrezikoni të ngopni bërthamën e transformatorit. Pika 10A çon në pak më shumë se 3A rrymë mesatare nga bateria, e cila është në rregull për bateritë që kam përdorur. Nëse dëshironi të përdorni bateri të tjera që nuk mund të sigurojnë atë rrymë, do t'ju duhet të rrisni vlerën e rezistencës R21. (rritni vlerën e rezistencës R21 për të zvogëluar rrymën e pikut të transformatorit dhe rrjedhimisht rrymën mesatare nga bateria)

Tensioni kryesor i daljes së kondensatorit matet me një krahasues. Aktivizon LED2 kur voltazhi është mbi 500V dhe çaktivizon ngarkuesin kur voltazhi është mbi 550V në një ngjarje të mbitensionit (që në fakt nuk duhet të ndodhë kurrë).

KURR P PRFUNDIM NDARRMARRSIN PA KAPENCITORIN KRYESOR TN LIDHUR ME QARKUN. Kjo mund të dëmtojë IC -në e ngarkuesit.

Qarku i fundit është qarku i urës që shkarkon kondensatorin përmes dy IGBT në ngarkesë / spirale.

Hapi 4: Inspektimi i PCB

Së pari inspektoni PCB -në për ndonjë gjë të pazakontë. Ato vijnë në fakt të kontrolluara dhe të testuara elektrikisht nga prodhuesi, por është gjithmonë një ide e mirë të kontrolloni dy herë para montimit. Unë kurrë nuk kam pasur ndonjë problem është thjesht një zakon.

Ju mund t'i shkarkoni skedarët Gerber këtu:

ngarkoni ato në një prodhues PCB si OSHPARK. COM ose JLCPCB. COM ose ndonjë tjetër.

Hapi 5: Asambleja

Shkarkoni skedarin Excel BOM dhe dy skedarët pdf për vendndodhjen e përbërësit

Së pari mblidhni PCB -në më të vogël që mban kondensatorin e madh elektrolitik. Kushtojini vëmendje polaritetit të duhur!

Kokat 90 gradë që do ta lidhin këtë PCB me PCB kryesore mund të montohen në anën e sipërme ose të poshtme në varësi të montimit tuaj mekanik.

NUK i bashkoni akoma titujt në PCB kryesore, ato janë të vështira për t'u hequr. Lidhni dy tela të shkurtër më të trashë se AWG20 midis dy PCB -ve.

Në PCB kryesore mblidhni së pari IC ngarkuesin i cili është pjesa më e vështirë nëse nuk jeni mësuar me të. Pastaj mblidhni përbërësit më të vegjël. Së pari do të instalojmë të gjithë kondensatorët dhe rezistencat. Metoda më e lehtë është të vendosni pak saldim në një jastëk, pastaj të lidhni përbërësin me ndihmën e piskatoreve në këtë jastëk së pari. Nuk ka rëndësi se si duket bashkimi i saldimit në këtë pikë, kjo shërben vetëm për ta rregulluar atë në vend.

Pastaj lidhni bllokun tjetër. Tani përdorni fluksin e lëngshëm ose një stilolaps fluksi në nyjet e saldimit jo shumë të bukur dhe ri-bëni lidhjen. Përdorni shembujt në video si një referencë se si duket një bashkues i pranueshëm i saldimit.

Tani kaloni në IC -të. Fiksoni një terminal në PCB duke përdorur metodën e lartpërmendur. Pastaj lidhni të gjitha kunjat e tjera gjithashtu.

Tjetra ne do të instalojmë përbërësit më të mëdhenj si kondensatorët elektrolitikë dhe filmikë, trimpot, LED, Mosfets, diodat, IGBT dhe transformatorin e qarkut të ngarkuesit.

Kontrolloni dy herë të gjitha nyjet e saldimit, sigurohuni që asnjë komponent të mos jetë i prishur ose i plasaritur, etj.

Hapi 6: Fillimi

Kujdes: Mos e tejkaloni tensionin e hyrjes 8V

Nëse keni një oshiloskop:

Lidhni një buton shtypës (normalisht të hapur) në hyrjet SW1 dhe SW2.

Verifikoni që kërcyesi J1 është i hapur. Lidhni në mënyrë ideale një furnizim me energji të rregullueshme të stolit në hyrjen e baterisë. Nëse nuk keni një furnizim me energji të rregullueshme në stol, do t'ju duhet të shkoni drejtpërdrejt me bateri. LED 1 duhet të pulsojë sapo tensioni i hyrjes të jetë më i lartë se rreth 5.6V. Qarku i nën -tensionit ka një histerezë të madhe, domethënë për të kthyer qarkun fillimisht në tension duhet të jetë më i lartë se 5.6V, por ai do të fikë qarkun vetëm kur voltazhi i hyrjes të bjerë nën rreth 4.9V. Për bateritë e përdorura në këtë shembull ky është një tipar i parëndësishëm, por mund të jetë i dobishëm nëse punoni me bateri që kanë rezistencë më të lartë të brendshme dhe/ose janë shkarkuar pjesërisht.

Matni tensionin kryesor të kondensatorit të tensionit të lartë me një multimetër të përshtatshëm, ai duhet të mbetet 0V sepse ngarkuesi supozohet të jetë i çaktivizuar.

Me oshiloskopin, matni gjerësinë e pulsit në kunjin 3 të U10 kur shtypni butonin. Duhet të jetë e rregullueshme me trimpot R36 dhe të ndryshojë midis rreth 0.5ms dhe 2.7ms. Ekziston një vonesë prej rreth 5 sekondash para se të rifilloni pulsin pas çdo shtypje butoni.

Shkoni në hapin … provë e tensionit të plotë

nëse nuk keni një oshiloskop:

Bëni të njëjtat hapa si më sipër, por kaloni matjen e gjerësisë së pulsit, nuk ka asgjë për t'u matur me një multimetër.

Shko te … testi i tensionit të plotë

Hapi 7: Testi i Tensionit të Plotë

Hiqni tensionin e hyrjes.

Mbylle bluzën J1.

Kontrolloni dyfish polaritetin e saktë të kondensatorit të tensionit të lartë!

Lidhni një termometër të vlerësuar për tensionin e pritur (> 525V) në terminalet e kondensatorëve të tensionit të lartë.

Lidhni një spirale testimi në terminalet e daljes Coil1 dhe Coil2. Spiralja më e ulët e induktancës/rezistencës që kam përdorur me këtë qark ishte AWG20 500uH/0.5 Ohm. Në video kam përdorur 1mH 1R.

Sigurohuni që nuk ka materiale ferromagnetike pranë ose brenda spirales.

Vishni syze sigurie

Aplikoni tensionin e baterisë në terminalet e hyrjes.

Ngarkuesi duhet të ndizet dhe tensioni DC në kondensator duhet të rritet me shpejtësi.

Duhet të stabilizohet në rreth 520V. Nëse tejkalon 550V dhe akoma rritet, fikeni tensionin e hyrjes menjëherë, diçka do të ishte e gabuar me pjesën e reagimit të IC ngarkuesit. Në këtë rast do t'ju duhet të rishikoni të gjitha nyjet e saldimit dhe instalimin e saktë të të gjithë përbërësve.

LED2 tani duhet të ndizet duke treguar që kondensatori kryesor është plotësisht i ngarkuar.

Shtypni butonin e këmbëzës, tensioni duhet të bjerë disa qindra volt, vlera e saktë do të varet nga gjerësia e rregulluar e pulsit.

Fikni tensionin e hyrjes.

Para përdorimit të PCB -ve, kondensatori duhet të shkarkohet

Kjo ose mund të bëhet duke pritur derisa tensioni të bjerë në një vlerë të sigurt (kërkon shumë kohë) ose duke e shkarkuar atë me një rezistencë fuqie. Disa llamba inkandeshente në seri gjithashtu do të bëjnë punën, numri i llambave të nevojshme do të varet nga niveli i tyre i tensionit, dy deri në tre për llambat 220V, katër deri në pesë për llambat 120V

Hiqni telat nga PCB e kondensatorit. Për të përfunduar modulin, kondensatori tani (ose më vonë) mund të ngjitet direkt në tabelën kryesore në varësi të procesit të montimit mekanik. Moduli i kondensatorit është i vështirë për tu hequr nga PCB -ja kryesore, planifikoni në përputhje me rrethanat.

Hapi 8: Mekanike

Konsiderata mekanike të montimit

PCB -ja kryesore ka 6 prerje për ta montuar në një mbështetës. Ka gjurmë bakri pak a shumë pranë këtyre gjurmëve. Kur montoni PCB duhet pasur kujdes që këto gjurmë të mos shkurtohen në vidë. Prandaj, duhet të përdoren ndarës plastikë dhe rondele plastike. Kam përdorur një copë hekurishte, një profil U alumini si strehë. Nëse përdorni një mbështetës metalik, ai duhet të jetë i tokëzuar, domethënë i lidhur me një tel në polin minus të baterisë. Pjesët e arritshme (pjesët që mund të preken) janë çelësi i këmbëzës dhe bateria, niveli i tensionit të tyre është afër tokës. Nëse ndonjë nyje e tensionit të lartë do të binte në kontakt me strehimin metalik, ajo do të shkurtohej në tokë dhe përdoruesi është i sigurt. Në varësi të peshës së strehimit dhe spirales e gjithë njësia mund të jetë mjaft e rëndë përpara, kështu që rrokja duhet të instalohet në përputhje me rrethanat.

Strehimi gjithashtu mund të bëhet shumë më i bukur, i printuar në 3D, i pikturuar etj, kjo varet nga ju.

Hapi 9: Teoria

Parimi i punës është shumë i thjeshtë.

Dy IGBT -të aktivizohen në të njëjtën kohë për një periudhë kohore që zgjat disa qindra deri në disa ms në varësi të konfigurimit/rregullimit të oshilatorit monostabil U10. Rryma fillon të krijohet përmes spirales. Rryma korrespondon me forcën e fushës magnetike dhe fuqinë e fushës magnetike me forcën e ushtruar në predhën brenda spirales. Predha fillon të lëvizë ngadalë dhe pak para se mesi i saj të arrijë në mes të spirales, IGBT -të fiken. Rryma brenda spirales nuk pushon menjëherë, por tani rrjedh nëpër diodat dhe kthehet përsëri në kondensatorin kryesor për ca kohë. Ndërsa prishja e rrymës ka ende fushë magnetike brenda spirales, kështu që kjo duhet të bjerë në afro zero para se mesi i predhës të arrijë në mes të spirales, përndryshe një forcë thyerëse do të ushtrohej mbi të. Rezultati i botës reale korrespondon me simulimin. Rryma përfundimtare para fikjes së pulsit është 367A (sonda aktuale 1000A/4V)

Hapi 10: Ndërtimi i spirales

Shpejtësia prej 36m/s u mor me spiralen e mëposhtme: 500uH, AWG20, 0.5R, gjatësi 22mm, diametër të brendshëm 8mm. Përdorni një tub që ka hendekun më të vogël të mundshëm midis murit të brendshëm dhe predhës dhe ende lejon lëvizjen e lirë të predhës. Ai gjithashtu duhet të ketë muret më të hollë të mundshëm ndërsa është shumë i ngurtë. Kam përdorur një tub çeliku inox dhe nuk janë vërejtur efekte të dëmshme. Nëse përdorni një tub elektrik përçues, sigurohuni që ta izoloni me një shirit të përshtatshëm (kam përdorur shirit Kapton) para se ta mbështillni. Ju mund të keni nevojë të montoni përkohësisht pjesë shtesë përfundimtare gjatë mbështjelljes, sepse forca të konsiderueshme anësore zhvillohen gjatë procesit të mbështjelljes. Unë atëherë do të rekomandoja që të rregulloni/mbroni mbështjelljet me epoksi. Kjo do të ndihmojë në parandalimin e dëmtimit të mbështjelljeve gjatë trajtimit/montimit të spirales. I gjithë montimi i spirales duhet të bëhet në një mënyrë që mbështjelljet të mos lëvizin. Ju gjithashtu keni nevojë për një lloj mbështetjeje për ta montuar atë në strehimin kryesor.

Hapi 11: Ndryshimet dhe Kufizimet e Mundshme të Qarkut

Kondensatori i ngarkuar në 522V përmban 136 Joules. Efikasiteti i këtij qarku është goxha i ulët, si me shumicën e modeleve të thjeshta me një fazë që përshpejtojnë predhat ferromagnetike. Tensioni maksimal kufizohet nga voltazhi maksimal i lejuar i kondensatorit prej 550VDC dhe vlerësimi maksimal VCE i IGBT -ve. Gjeometri të tjera të spirales dhe vlera më të ulëta të induktancës/rezistencës mund të çojnë në shpejtësi/efikasitet më të lartë. Rryma maksimale e specifikuar maksimale për këtë IGBT është 600A. Ka IGBT të tjera me të njëjtën madhësi që mund të mbështesin rrymat më të larta të rritjes. Në çdo rast, nëse mendoni të rrisni kapacitetin ose madhësinë e IGBT sigurohuni që të merrni parasysh çështjet kryesore të mëposhtme: Respektoni rrymën maksimale të specifikuar në fletën e të dhënave IGBT. Unë nuk rekomandoj rritjen e tensionit të ngarkuesit, duhet të merren parasysh shumë ndryshore. Rritja e kapacitetit dhe përdorimi i gjerësive më të mëdha të pulsit për mbështjellje më të mëdha gjithashtu do të rrisë shpërndarjen e fuqisë së IGBT -ve. Prandaj ata mund të kenë nevojë për një ftohës. Unë rekomandoj të simuloni një qark të modifikuar së pari në SPICE /Multisim ose softuerë të tjerë simulues për të përcaktuar se cila do të jetë rryma maksimale.

Paç fat!

Hapi 12: Arma spirale në veprim

Thjesht të argëtohesh duke xhiruar në gjëra të rastësishme…