Solid State Tesla Coil Guide ( Пособие )

Обсуждение общих вопросов, связанных с трансформаторами Тесла.
Qic
Сообщения: 985

Сообщение Qic » 01 июл 2012, 17:07

Здравствуйте!

Данное пособие призвано ознакомить начинающего с базовыми принципами построение классической транзисторной ( мостовой или полу-мостовой ) катушки Тесла.

Так как вариаций схем управления в настоящий момент великое множество, то я ознакомлю вас с важнейшим ( по моему мнению ) элементом SSTC - силовой частью.

Силовая часть состоит из двух основных частей: блок силовых транзисторов и блок питания.

1. Силовая часть
1.1. Полумостовая силовая часть
Полумост Силовая MOSFET.JPG

Полумост Силовая IGBT.JPG


IGBT обычно не используются на частотах выше 200кГц.

Состав силовой части:
  • GDT - Управляющий трансформатор
  • D1, D2 - Обратные диоды в цепочке формирования мертвого времени.
  • R1, R2 - Резисторы в цепочке формирования мертвого времени.
  • D3, D4 - Двунаправленные стабилитроны, обычно, 15В для защиты затвора силового транзистора.
  • D5, D6 - Обратные высокоскоростные диоды для рекуперации всплесков самоиндукции с первичной обмотки.
  • D7, D8 - Диоды Шоттки для "игнорирования" встроенного обратного диода транзистора на ток равный току транзистора и напряжение 50-100В.
  • VD1, VD2 - Супрессоры не дают напряжению питания вырасти больше порогового уровня супрессора. Напряжение питания "подскакивет" когда транзистор отключается из-за паразитной индуктивности шины питания и конденсаторов.
  • C1, C2 - Плёночные конденсаторы конденсаторного делителя для создания средней точки полу-моста ( 1..5мкФ 400В ).
  • R3, R4 - Выравнивающие резисторы делителя ( 200..500кОм 1-2Вт ).
  • C3 - Плёночный конденсатор для шунтирования высокочастотного тока в силовом контуре, необходимо установить как можно ближе к выводам транзисторов.
  • C4 - Электролитический полярный конденсатор для фильтрации питания ( 200..500мкФ 400..450В ).

1.2. Конструктивные особенности силовой части.
  • Силовые транзисторы не должны иметь контакта друг с другом металлическими фланцами на которых находится сток. Это вызовет короткое замыкание. Размещение транзисторов на радиаторе следует производить через изолирующие прокладки, или размещать транзисторы на разных радиаторах.
  • Монтажные соединения силовой части следует выполнять коротким толстым проводом или медной шиной чтобы сократить собственную индуктивность проводников которая отрицательно сказывается на работе силовой части. О вариантах следует спросить гугл или обратить внимание на готовые конструкции на данном форуме.
Последний раз редактировалось Qic 02 июл 2012, 00:45, всего редактировалось 2 раза.

Qic
Сообщения: 985

Сообщение Qic » 02 июл 2012, 00:10

2. Блок питания силовой части с независимым включением и схема плавной зарядки.
2.1. Блок питания.
Блок питания.JPG

Состав:
  • REL1 - Реле для безопасного включения силовой части, в данном случае предлагается использовать электромагнитный пускатель с обмоткой на 220В.
  • S1 - Кнопка включения без фиксации на 220В, подключает обмотку пускателя. Для случая с питание силовой части через ЛАТР, обмотку следует подключать до ЛАТРа.
  • C1, C2 - X2
  • C3, C4 - Y2
  • Tr1 - Синфазный помехоподавляющий дроссель.
  • Br1 - Силовой диодный мост ( 1000В 10..50А ).

2.2. Схема мягкого старта.

Мягкий старт.JPG

Состав:
  • R1 - Шунтируемый резистор на 10..20Ом и 5-10Вт для ограничения зарядного тока.
  • LA1 - Биметаллический стартер из лампы дневного света на напряжение сети.
  • REL1 - Реле или электромагнитный пускатель с обмоткой на напряжение сети.

2.3. Сопутствующее оборудование.
  • ЛАТР - потребуется для наладки SSTC на пониженном напряжении, возможно заменить трансформатором с отводами.
  • Трансформатор питания управляющей электроники - 15..30В ( постоянное ) 20Вт будет достаточно.
  • Осциллограф - важнейший инструмент.
  • Амперметр стрелочный на 20..50А ( естественно с шунтом ) будет необходим для контроля потребления силовой.

Qic
Сообщения: 985

Сообщение Qic » 02 июл 2012, 16:46

3. Полный мост и DRSSTC.
3.1. Полный мост
Для того, чтобы прокачать через первичную обмотку больше мощности, чем при использовании полумоста, можно пойти двумя путями:
  • Увеличить ток. При этом, увеличиваются потери на проводах и на транзисторах - не очень хороший вариант.
  • Увеличить напряжение. Нас должно греть то, что именно это предложил тесла для передачи электричества на большие расстояния :)

В полумостовой схеме размах напряжения на обмотке равен напряжению питания. Если заменить конденсаторы еще одним полумостом, то размах будет равен двум напряжениям питания. Иначе говоря на первичной обмотке полумоста относительно средней точки конденсаторного делителя не будет более половины питающего напряжения. Для полного моста напряжения на концах первичной обмотки принимают противоположные значения равные напряжению питания. Следует отличать размах или амплитудное значение от действующего.
Ток протекает по диагоналям моста: через T1 и T4 или через T2 и T3. В итоге, мощность, которую мост может вкачать в контур в 2 раза больше, чем у полумоста.

Естественно есть и недостаток - ток всегда протекает через два транзистора, что увеличивает потери на транзисторах в двое.

Full Bridge SSTC.JPG



3.1. DRSSTC
Другой вариант решения задачи с прокачиванием большой мощности - поставить вместо первичной обмотки колебательный контур (такое включение называют DRSSTC). На резонансной частоте, сопротивление этого контура близко к нулю, и, поэтому, через него можно прогнать огромный ток. К сожалению, транзисторы не могут выдержать большой ток длительное время, поэтому DRSSTC обязательно работает с прерывателем, который отключает накачку через некоторе (порядка 100мкс) время, чем и не дает транзисторам взорваться.

Half Bridge DRSSTC.JPG


Начинающим стоит помнить, что DRSSTC значительно сложнее просто SSTC.


Данное пособие будет дополняться и корректироваться.
Конструктивная критика приветствуется.

Спасибо за внимание!

Qic
Сообщения: 985

Сообщение Qic » 02 июл 2012, 18:42

.
Последний раз редактировалось Qic 19 май 2019, 20:23, всего редактировалось 1 раз.

Аватара пользователя
BSVi
Адепт
Сообщения: 3511
Откуда: Киев

Сообщение BSVi » 02 июл 2012, 19:31

Поправил, правда, весьма поверхностно. Я бы таки выбросил реле из блока питания, и заменил бы его на термистор или мягкий старт.

Qic
Сообщения: 985

Сообщение Qic » 02 июл 2012, 19:54

.
Последний раз редактировалось Qic 19 май 2019, 20:23, всего редактировалось 1 раз.

webkirov
Сообщения: 257
Откуда: Депрессивный регион

Сообщение webkirov » 02 июл 2012, 20:08

Если речь идет об этом реле
REL1 - Реле для безопасного включения силовой части, в данном случае предлагается использовать электромагнитный пускатель с обмоткой на 220В.
, то я бы вместо него поставил автоматический выключатель (с характеристикой типа B) для безопасности электропроводки. :)

neon
Сообщения: 108
Откуда: Россия, Казань

Сообщение neon » 25 сен 2012, 20:44

я считаю, что при исключении внутреннего паразитного диода с помощью диода Шоттки, ставить его надо со стороны стока, а не истока, т. к. паразитная индуктивность монтажа со стороны истока приносит больше негативных эффектов, чем со стороны стока.

Описание того, почему мост может выдать в нагрузку в 2-а раза больше мощности, чем полумост достаточно кривое.

misterio
Сообщения: 1032
Откуда: Россия

Сообщение misterio » 17 окт 2012, 20:27

вообще не совсем правильный вопрос. не напряжение моста больше полумоста а напряжение полумоста меньше моста. и плясать надо от напряжения питания.
итого правильный вопрос звучит так:
почему напряжение на выходе полумоста равно половине питающего?

толкового описания работы полумоста я с ходу не нашел но вкратце вот тут написано http://electronics-and-mechanics.azm.su/page5.html
а половина питающего напряжения на выходе получается потому что конденсаторы образуют делитель и заряжаются только до половины питающего напряжения.

Qic
Сообщения: 985

Сообщение Qic » 17 окт 2012, 21:48

.
Последний раз редактировалось Qic 19 май 2019, 20:23, всего редактировалось 1 раз.

misterio
Сообщения: 1032
Откуда: Россия

Сообщение misterio » 17 окт 2012, 22:14

да, пост Qic'а "02 июл 2012, 16:46" несколько озадачивает своей нестандартностью и только после минутного вникания с ним можно согласиться. все таки большинство настолько привыкло оперировать действующим и нахудой конец амплитудным значением что даже при явном указании на размах подразумевают то к чему привыкли.

и кстати, размах и амплитудное значение, если я не ошибаюсь не одно и тоже. а из того нестандартного поста может сложиться неверное мнение.
амплитудное значение это пиковое значение одной полуволны (для примера всем известные 310В), размах это от пика до пика (это будет 620В), действующее значение - это то значение которое обеспечит столько же тепла сколько постоянка того же значения, в случае с синусом оно в 1.4 раза меньше амплитудного (220В)

Qic
Сообщения: 985

Сообщение Qic » 17 окт 2012, 22:31

.
Последний раз редактировалось Qic 19 май 2019, 20:23, всего редактировалось 1 раз.

misterio
Сообщения: 1032
Откуда: Россия

Сообщение misterio » 18 окт 2012, 07:18

есть человеки которым требуется фак по силовой части хССТЦ и замечательно что они узнают что доступно/круто/очень круто. но есть среди них и те, чья любознательность а может быть и более осознанный интерес или просто внимательность чтения факов заставляет мозг в фоновом режиме сопоставлять собственные представления о работе полумоста с тем что написано в факе. и если собственные представления имеются но не достаточно ясны и недостаточно объемны то мозг может уловить не соответствие и в тяжелом случае впасть в ступор что и случилось с iEugene0x7CA.

хотя есть и положительный момент т.к. уловив несоответствие мозг может поморщиться чуть сильнее и таки разобраться в чем загвоздка, или же найти более понятное ему объяснение, после чего самый пытливый мозг найдет разницу в объяснениях и будет окончательно удовлетворен. в таком случае это и разминка для мозга и куча дополнительных знаний которые в процессе разбирательства будут получены.

есть и еще один вариант. есть человеки которым факи не нужны, но они их читают но недостаточно вдумчиво и внимательно. и как работает полумост знают достаточно хороше. и тогда в наметанный глаз явно бросается что что то тут не то. но после минутного наморщивания мозга и более внимательного прочтения все проясняется. это тоже полезно ибо небольшая разминка мозга и тренировка вдумчивого чтения чего бы то ни было тоже не есть плохо.

вопрос только в чем цель фака...

serilas
Сообщения: 2

Сообщение serilas » 07 мар 2013, 12:16

Энтузиазм автора сего поста, несомненно, стоит приветствовать. Приложил усилия, как ни как.
я думаю с позиции для начинающих - чтобы всё было максимально безопасно…

В таком случае, обязательно нужно исправить следующее:
Размещение транзисторов на радиаторе следует производить через изолирующие прокладки, или размещать транзисторы на разных радиаторах.

Я бы ни в коем случае не советовал, не изолировать транзистор от радиатора. Это смертельно опасно в подобных конструкциях. Кто угодно может случайно коснуться радиатора. Кто понесет ответственность? А если блок питания силовой части без гальванической развязки (наиболее распространенный подход), то прикосновением к радиатору человек может познакомиться с фазой. И тут нужно молиться, чтобы человек не коснулся заземления, ибо подобное касание станет точно последним. А ведь многие практикуют пробовать наощупь, сильно ли греется радиатор с транзистором... Считаю, что это плохой совет для новичка.
А в остальном, с этой страницы новичок может почерпнуть полезную информацию для себя. Считаю, что страница заслуживает на существование, несмотря на имеющиеся неточности и слабую выкладку материала. Хотел было предложить поправки, но оглянувшись назад и увидев размер своего поста, решил на этом остановиться. Вряд ли у кого-то хватит терпения читать «трактат» до конца.
Только что проскочила мысля. Было бы очень кстати опубликовать перевод обучающих статей с хорошо известного сайта http://thedatastream.4hv.org/. Там все это дело очень прилично описано. Считаю, что эту информацию стоит сделать более доступной для наших соотечественников. Нужно только хорошо распределить задание. Скажем, каждый переведет по странице и дело сделано. Я также готов приложиться.

Аватара пользователя
BSVi
Адепт
Сообщения: 3511
Откуда: Киев

Сообщение BSVi » 07 мар 2013, 19:07

Конкретно эту страницу поддерживает Qic, вот пусть и исправляет. А вообще, нужно взять и объеденить с вот этим: viewtopic.php?f=19&t=107
Если есть чем дополнить, коненчо, высказывайтесь. Если хотите написать статью по теме, то у нас даже конкурс появился для авторов.

Qic
Сообщения: 985

Сообщение Qic » 07 мар 2013, 20:47

.
Последний раз редактировалось Qic 19 май 2019, 20:23, всего редактировалось 1 раз.

Аватара пользователя
iEugene0x7CA
Адепт
Сообщения: 1395
Откуда: Киев

Сообщение iEugene0x7CA » 14 мар 2013, 01:28

serilas, есть золотые правила, которые знает каждый:
1. "Не производи манипуляций с любой электронной схемой обеими руками, особенно с сетевой";
2. "Не касайся заземленных поверхностей иными частями тела, иначе правило №1 не спасёт".

Единственной неожиданностью от катух был момент, когда ловя стримеры с DRSSTC меня прошило от руки через все тело, стример вылетел из ноги и шуганул через бетон в заземленную арматуру. :mrgreen:
А силовуха... Если у человека есть голова на плечах — ничего с ним не станется. Если человек дурк — он себе и вилкой трахею за обедом пробьёт.

serilas
Сообщения: 2

Сообщение serilas » 14 мар 2013, 14:36

На всех предприятиях заставляют соблюдать правила ТБ, но тем не менее, полностью устранить летальные случаи на производствах не удается. А почему? Пототому, что все, как Вы выразились, "обдолбались"? На ТБ каждое предприятие выделяет не малые деньги, содержит соответственный персонал, проводит инструктажи, проверяет у рабочих знания ТБ... А Вы пытаетесь пропогандировать, что каждый отвечает за свои поступки сам, и не стоит заморачиваться на ТБ. Далеко пойдем с таким подходом.
Но, даже опытные люди допускают ошибки (к примеру, viewtopic.php?p=2742).
А когда человека бьет током, он не думает, на что можно операться, а на что нет. И к батарее дотягиваться совсем не обязательно. Любой прибор поблизости может оказаться заземленным. Надеяться на то, что только сумасшедший коснется заземления - глупо. Да и заземление искать не стоит. В попытках оторваться от напряжения, можно коснуться второго радиатора. Вариантов очень много. Все не предвидишь. Дай только повод.
Каждое устройство должно быть "дуракоустойчивым". Все видели разного рода ключи на разьемах. Зачем их делают? Да чтобы никакой дурак не умудрился подключить устройство не так, как надо. А тут радиатор (не малый кирпич такой) под напряжением! При корпусировании устройства никто радиатор не закроет в середине корпуса. Иначе грош цена такому охлаждению. Радиатор, предполагается, нужно выносить на корпус. В результате, получится хорошенький корпус, отдельные части которого могут поразить током. Вот кто-то из родственников включит такой прибор в Ваше отсутствие и жди сюрпризов. Особенно если в доме есть брат, или еще какой-нить сорванец.
Считаю эту демагогию пустой тратой времени. Каждый имеет право на свою точку зрения, и переубеждать друг друга можно очень долго. Почему-то все встретили это сообщение "в штыки". Я что, пытаюсь кого-то обидеть, опустить? Больно надо. Просто товарищь писал:
"я думаю с позиции для начинающих - чтобы всё было максимально безопасно…",
а также
"Конструктивная критика приветствуется".
Но, как-то, вижу, вообще не приветствуется. Отбиваете желание, что-то писать. На этом все. К этой теме больше не возращаюсь.

Аватара пользователя
BSVi
Адепт
Сообщения: 3511
Откуда: Киев

Сообщение BSVi » 14 мар 2013, 22:50

Лично я согласен с serilas. Лучше осторожнее.

"Конструктивная критика приветствуется". Но, как-то, вижу, вообще не приветствуется. Отбиваете желание, что-то писать. На этом все. К этой теме больше не возращаюсь.

То, что с критикой не соглашаются сразу, это нормально, не стоит сразу паниковать и обижаться. Стоит отстаивать свою точку зрения, если вам, конечно, интересно участвовать в этом.

Qic
Сообщения: 985

Сообщение Qic » 14 мар 2013, 23:25

.
Последний раз редактировалось Qic 19 май 2019, 20:23, всего редактировалось 1 раз.

Аватара пользователя
N1X
Сообщения: 315
Откуда: Беларусь, Гомель

Сообщение N1X » 15 мар 2013, 10:23

Вставлю и я свои 5 копеек:
Не надо путать промышленность и хобби! Хобби есть то, что каждый делает для себя. Весь материал охватить сразу не получится, поэтому в данном случае залог безопасности - это понимание того, что ты делаешь. Не представляешь опасность - нехер лезть в розетку!
У нас 3 года назад во дворе на подстанции нейтраль отгорела, я был дома и это меня спасло - выскочил на лестничную площадку и вырубил автоматы... А так был пожар в двух квартирах, + куча потребителей погорело, т.к. в розетках около 380 оказалось, в зависимости от нагрузки по фазам... А ведь все выполнялось... И все промышленное. К чему это я: ко всему надо подходить трезво и без фанатизма, ибо опасность есть везде...

По поводу критики: то что она приветствуется не значит, что ее сразу примут... Каждый отстаивает свою точку зрения, так или иначе...

Аватара пользователя
iEugene0x7CA
Адепт
Сообщения: 1395
Откуда: Киев

Сообщение iEugene0x7CA » 15 мар 2013, 13:06

Я бы еще добавил, что рас человек оказался в этой темке и на полном серьезе готов строить полумост — он явно уже настроился всяких однотактных качеров, строкарей, E-класс тесел, мелких индукционников, и его явно уже не раз шибануло токами от 220 до 50 кВ.

Predator
Сообщения: 90
Откуда: Сургут

Сообщение Predator » 14 апр 2013, 23:05

может все уже это видели , но все же
http://www.goodchildengineering.com/ud2-5

Аватара пользователя
BSVi
Адепт
Сообщения: 3511
Откуда: Киев

Сообщение BSVi » 15 апр 2013, 07:38

Да, видел. В принципе, штука неплоха. На форуме (4hv) уже обсуждали, что не хватает UVLO. Если кто возьмется добавить, то будет хороший драйвер.

Аватара пользователя
freeman401
Сообщения: 56
Откуда: Архангельск

Сообщение freeman401 » 15 июн 2013, 15:20

Добавлю от себя:
Саперссоры сток-исток или коллектор-эмиттер не нужны.
Нет смысла брать игбт без внутреннего диода.
Нормальные игбт не такие уж и медленные, я бы поднял планку до 300кГц (а в drsstc с предиктором могут и все 800кГц).
Если drsstc выполнена на полумосте, то можно включить ММС делителем и обойтись одним электролитом в питании, на первичке будет полное Uпит.
Параллельно затвору можно ставить резистор на 1к (не знаю, как именно помогает, но помогает).

Вернуться в «Трансформаторы Тесла»



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и 2 гостя