Coilgun SGP33 - Толық құрастыру және сынау нұсқаулары: 12 қадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:25

Бұл оқулықта осы видеода көрсетілген катушканың электроникасын қалай жинау керектігі сипатталған:

SGP-33 құрастыру Youtube

Бұл оқулықтың соңғы бетінде сіз оны іс жүзінде көретін бейне бар. Міне сілтеме.

JLCPCB. COM ұсынған демонстрацияға арналған ПХД

Мақсаты жеңіл, жақсы өнімділігі бар және қол жетімді бөлшектерді қолайлы бағамен қолданатын бір сатылы катушкалы мылтық жасау болды.

Ерекше өзгешеліктері:

- Бір саты, бір оқ

- реттелетін катушка активтендіру импульсінің ені

- IGBT басқаратын катушкалар

- 1000uF/550В бір конденсатор

- Ең жоғары жылдамдық 36 м/с, катушкалар мен снарядтардың қасиеттері мен геометриясына байланысты болады

- Бастапқы зарядтау уақыты шамамен 8 секунд, зарядтау уақыты разряд уақытына байланысты, бейне мысалда бұл 5 секунд

Электронды бөлшектердің жалпы құны катушкаға арналған мыс сым/ бөшкені қоспағанда, шамамен 140 АҚШ долларын құрайды.

Бұл оқулықта мен ПХД құрастыру әдісін ғана сипаттаймын.

Мен сондай -ақ, бұл схеманы жарып жібермей, барынша тиімді пайдалану үшін барлық басқа ақпаратты беремін.

Мен механикалық құрастырудың толық сипаттамасын бермеймін, себебі оны жақсартуға / өзгертуге болады деп ойлаймын. Бұл бөлік үшін сізге өз қиялыңызды қолдану қажет болады.

1 -қадам: Ескерту

ЕСКЕРТУ:

Бұл бөлімді оқып, түсінгеніңізге көз жеткізіңіз!

Контур конденсаторды шамамен 525 В дейін зарядтайды. Егер сіз осындай конденсатордың терминалдарына жалаңаш қолыңызбен тигізсеңіз, сіз өзіңізге қатты зиян келтіре аласыз. Сондай -ақ (бұл онша қауіпті емес, бірақ ол туралы айту керек), олар бере алатын жоғары ток ұшқын тудыруы мүмкін және жұқа сымдарды буландыруы мүмкін. Сондықтан әрқашан көзге қорғаныс киіңіз!

Қауіпсіздік көзілдірігі міндетті түрде болуы керек

Конденсатор негізгі қосқыш өшірілгеннен кейін де зарядты сақтайды. Ол схемада жұмыс жасамас бұрын босатылуы керек !!!

Екіншіден, біз конденсатордағы энергияны пайдаланып, оны снарядтың кинетикалық энергиясына айналдырамыз. Бұл снарядтың жылдамдығы төмен болса да, ол сізге (немесе басқа біреуге) зиян тигізуі мүмкін, сондықтан электр құралдарымен жұмыс істеу немесе кез келген басқа механикалық жұмыстарды орындау кезіндегі қауіпсіздік ережелерін қолданыңыз.

Ешқашан адамға жүктелгенде және зарядталғанда оны көрсетпеңіз, ақылға жүгініңіз.

2 -қадам: құралдар мен жұмыс орнына қойылатын талаптар

Қажетті дағдылар:

Егер сіз электроникада мүлдем жаңадан болсаңыз, онда бұл жоба сізге арналмаған. Келесі дағдылар қажет:

- IC, конденсаторлар мен резисторларды қоса алғанда, бетіне бекітетін құрылғыларды дәнекерлеуге қабілетті

- мультиметрді қолдана алады

Қажетті құралдар (минимум):

- Ұсақ ұшы / үлкен ұшы бар дәнекерлеу үтігі

- Дәнекерлеу сымы

- сұйық флюс немесе қалам

- Тоқуды кетіру

- Дәнекерлік қосылыстарды немесе микроскопты тексеруге арналған лупа

- Жұқа пинцет

Тұрақты ток кернеуін өлшеуге арналған мультиметр (525VDC)

Ұсынылатын құралдар (міндетті емес)

- реттелетін қуат көзі

- Осциллограф

- Ыстық ауаны тазарту станциясы

Жұмыс орнын дайындау және жалпы жұмыс ұсыныстары:

- Пластикалық емес, таза үстелді қолданыңыз (статикалық зарядта проблемаларды болдырмау үшін)

- Зарядты тез жинайтын / жинайтын киімді қолданбаңыз (бұл оны алып тастаған кезде ұшқын тудырады)

- Ешқандай дерлік үйде ESD қауіпсіз жұмыс орны болмағандықтан, мен құрастыруды бір қадаммен орындауды ұсынамын, яғни ақылға қонымды компоненттерді алып жүрмеңіз (оларды жартылай өткізгіштерді қаптамадан шығарғаннан кейін). Барлық компоненттерді үстелге қойыңыз, содан кейін бастаңыз.

- Кейбір компоненттер өте аз, мысалы, резисторлар мен конденсаторлар 0603 пакеттерінде, олар оңай жоғалуы мүмкін, оларды қаптамасынан бір -бірден шығарып алуға болады.

- TSSOP20 пакетіндегі IC зарядтағыш - бұл дәнекерлеудің ең қиын бөлігі, оның ені 0,65 мм (түйреуіштер арасындағы қашықтық) бар, ол әлі де ең кіші өнеркәсіптік стандарт болып табылмайды, бірақ тәжірибесі төмен адамдарға қиын болуы мүмкін. Егер сіз сенімді болмасаңыз, мен сізге ПХД -ды қоқысқа тастаудың орнына алдымен басқа нәрсеге дәнекерлеуді үйретуді ұсынар едім

Тағы да, ПХД құрастырудың барлық процесі осы оқулықтың бірінші бетінде көрсетілген бейнеде көрсетілген

3 -қадам: Диаграмма

Бұл бөлімде мен тізбекке шолу жасаймын. Мұны мұқият оқып шығыңыз, бұл сізге жаңа жиналған тақтаға зақым келтірмеуге көмектеседі.

Батарея солға қосылады. Ол барлық жағдайларда 8 В -тан төмен екеніне көз жеткізіңіз, әйтпесе зарядтағыш тізбегі зақымдалуы мүмкін!

Мен қолданған аккумуляторлар - 3,7В, бірақ өте аз жүктеме кезінде кернеуі 4 В жоғары болады, сондықтан олар зарядтағышты іске қосар алдында 8 В жоғары кернеуді береді. Ешқандай тәуекелге бармай -ақ, кернеуді 8В төмен түсіру үшін аккумулятормен қатар екі шотты диод бар. Олар сонымен қатар төңкерілген батареялардан қорғаныс қызметін атқарады. Сонымен қатар 3 -тен 5А -ға дейін сақтандырғышты қолданыңыз, бұл көлік құралдарында қолданылатын төмен вольтты сақтандырғыш болуы мүмкін. Мылтық қолданылмайтын кезде батареяның заряды таусылып қалмас үшін, мен негізгі қуат қосқышын қосуды ұсынамын.

Тізбектің дұрыс жұмыс істеуі үшін ПХД кіріс терминалдарындағы батарея кернеуі әрқашан 5В пен 8В аралығында болуы керек.

Басқару бөлімінде төмен кернеуден қорғау және 3 таймерлік схема бар. LED1 жыпылықтайтын IC U11 таймері зарядтағыш тізбегін қосу пәрмені белсенді екенін көрсетеді. IC U10 таймері шығыс импульсінің енін анықтайды. Импульстің енін R36 потенциометрімен реттеуге болады. B8 бойынша R8 және C4/C6 мәндерімен диапазон: 510us - 2,7ms. Егер сізге осы диапазоннан импульстің ені қажет болса, бұл мәндерді сіздің қалауыңыз бойынша реттеуге болады.

J1 Jumper бастапқы тестілеу үшін ашық болуы мүмкін. Зарядтағыш тізбегін қосу пәрмені сол секіргіштен өтеді (оң логика, яғни 0V = зарядтағыш өшірілген; VBAT = зарядтағыш қосылған).

Жоғарғы ортаңғы бөлімде конденсатордың зарядтау тізбегі бар. Трансформатордың максималды ток шегі 10А, бұл ток R21 резисторлық резисторымен конфигурацияланған және оны ұлғайтуға болмайды, әйтпесе трансформатордың өзегін қанықтыру қаупі бар. 10А шыңы батареядан орташа 3А -дан сәл жоғары ток әкеледі, бұл мен қолданған батареяларға сәйкес келеді. Егер сіз осы токты қамтамасыз ете алмайтын басқа батареяларды қолданғыңыз келсе, сізге R21 резисторының мәнін арттыру қажет болады. (R21 резисторының мәні трансформатордың максималды токын, демек аккумулятордан орташа токты азайту үшін)

Конденсатордың негізгі шығыс кернеуі компаратормен өлшенеді. Ол кернеу шамамен 500В жоғары болғанда LED2 қосады және кернеу 550В жоғары болған кезде зарядтағышты сөндіреді (бұл ешқашан болмайды).

ЕШҚАШАН ТІРКЕУГЕ ҚОСЫЛҒАН БАС КОНДЕНТОРСЫЗ ҚУАТТЫ ҚУАТТЫ ҚУАТТАМАҢЫЗ. Бұл зарядтау құрылғысының IC -ін зақымдауы мүмкін.

Соңғы тізбек - бұл конденсаторды екі IGBT арқылы жүктеме / катушкаға шығаратын көпір тізбегі.

4 -қадам: ПХД тексеру

Алдымен ПХД -ні ерекше нәрсеге тексеріңіз. Олар өндірушіден тексеріледі және электрлік тексеруден өтеді, бірақ жинау алдында екі рет тексерген дұрыс. Менде ешқашан проблемалар болған жоқ, бұл әдет.

Сіз Gerber файлдарын мына жерден жүктей аласыз:

оларды OSHPARK. COM немесе JLCPCB. COM немесе кез келген басқа PCB өндірушісіне жүктеңіз.

5 -қадам: құрастыру

Excel BOM файлын және компоненттердің орналасуы үшін екі pdf файлды жүктеңіз

Алдымен үлкен электролиттік конденсаторды ұстайтын кіші ПХД жинаңыз. Дұрыс полярлыққа назар аударыңыз!

Бұл ПХД -ны негізгі ПХД -мен байланыстыратын 90 градустық тақырыпшалар сіздің механикалық жиналысыңызға байланысты жоғарғы немесе төменгі жағына орнатылуы мүмкін.

Тақырыптарды негізгі ПХД -ге әлі дәнекерлемеңіз, оларды алып тастау қиын. Екі ПХД арасындағы қалыңдығы AWG20 қарағанда екі қысқа сымды жалғаңыз.

Негізгі ПХД -да алдымен IC зарядтағышын жинаңыз, бұл сіз үйренбеген болсаңыз, ең қиын бөлігі. Содан кейін кішкене элементтерді жинаңыз. Біз алдымен барлық конденсаторлар мен резисторларды орнатамыз. Ең оңай әдіс - кішкене дәнекерлеуді бір төсемге қою, содан кейін алдымен осы жастықшаға пинцет көмегімен компонентті дәнекерлеу. Дәнекерлеу түйінінің бұл жерге қалай қарайтыны маңызды емес, бұл оны орнында бекітуге қызмет етеді.

Содан кейін басқа төсемді дәнекерлеңіз. Енді жақсы емес дәнекерленген қосылыстарға сұйық ағынды немесе флюс қаламын қолданыңыз және түйісті қайта жасаңыз. Бейнедегі мысалдарды дәнекерлеу қосылыстарының сәйкес келуіне сілтеме ретінде пайдаланыңыз.

Енді IC -ге өтіңіз. Жоғарыда аталған әдісті қолдана отырып, ПХД бір терминалын бекітіңіз. Содан кейін барлық басқа түйреуіштерді дәнекерлеңіз.

Содан кейін біз электролиттік және пленкалы конденсаторлар, тримпот, жарық диодтары, мосфеттер, диодтар, IGBTs және зарядтау тізбегінің трансформаторы сияқты үлкен компоненттерді орнатамыз.

Барлық дәнекерлеу қосылыстарын екі рет тексеріңіз, ешқандай компонент сынған немесе жарылған жоқ.

6-қадам: іске қосу

Абайлаңыз: 8В кіріс кернеуінен аспаңыз

Егер сізде осциллограф болса:

SW1 және SW2 кірістеріне батырманы (әдетте ашық) қосыңыз.

J1 секіргішінің ашық екенін тексеріңіз. Ең дұрысы, реттелетін жұмыс үстелінің қуат көзін батарея кірісіне қосыңыз. Егер сізде реттелетін жұмыс үстелінің қуат көзі болмаса, сіз батареямен тікелей жүруіңіз керек. Жарық диод 1 кіріс кернеуі шамамен 5,6 В жоғары болған кезде жыпылықтауы керек. Төмен кернеу тізбегінде үлкен гистерезис бар, яғни тізбекті бастапқыда қосу үшін кернеу 5,6 В жоғары болуы керек, бірақ ол кіріс кернеуі шамамен 4,9 В төмен түскенде ғана тізбекті өшіреді. Бұл мысалда қолданылған батареялар үшін бұл маңызды емес, бірақ ішкі кедергісі жоғары және/немесе заряды таусылған батареялармен жұмыс істеу пайдалы болуы мүмкін.

Негізгі жоғары вольтты конденсатордың кернеуін сәйкес мультиметрмен өлшеңіз, ол 0В болуы керек, себебі зарядтағышты өшіру керек.

Осциллограф көмегімен U10 түйреуішінің 3 түйініндегі импульс енін өлшеңіз. Ол R36 тримпотымен реттелуі керек және шамамен 0,5 мс пен 2,7 мс аралығында өзгеруі керек. Әр түймені басқаннан кейін импульсті қайта қосуға шамамен 5 секундқа кешіктіру бар.

Толық кернеуді тексеру қадамына өтіңіз

Егер сізде осциллограф болмаса:

Жоғарыда көрсетілген әрекеттерді орындаңыз, бірақ импульстің енін өлшеуді өткізіп жіберіңіз, мультиметрмен өлшейтін ештеңе жоқ.

Толық кернеуді тексеруге өтіңіз

7 -қадам: Толық кернеуді тексеру

Кіріс кернеуін алып тастаңыз.

J1 Jumper жабыңыз.

Жоғары кернеулі конденсатордың дұрыс полярлығын тексеріңіз!

Күтілетін кернеуге (> 525В) есептелген мультиметрді жоғары вольтты конденсатордың терминалдарына қосыңыз.

Сынақ катушкасын Coil1 және Coil2 шығыс терминалдарына қосыңыз. Мен осы тізбекте қолданған ең төменгі индуктивтілік/кедергі катушкасы AWG20 500uH/0,5 Ом болды. Бейнеде мен 1mH 1R қолдандым.

Катушканың жанында немесе ішінде ферромагниттік материалдар жоқ екеніне көз жеткізіңіз.

Қауіпсіздік көзілдірігін киіңіз

Батарея кернеуін кіріс терминалдарына қолданыңыз.

Зарядтағыш іске қосылуы керек және конденсатордағы тұрақты кернеу тез көтерілуі керек.

Ол шамамен 520 В тұрақтандырылуы керек. Егер ол 550В -тан асып кетсе және әлі де көтерілсе, кіріс кернеуін дереу өшіріңіз, зарядтағыш IC -дің кері байланыс бөлігінде бірдеңе дұрыс болмас еді. Бұл жағдайда сіз барлық дәнекерлеу қосылыстарын қайта тексеріп, барлық компоненттерді дұрыс орнатуды қажет етесіз.

LED2 енді негізгі конденсатордың толық зарядталғанын көрсетіп жануы керек.

Іске қосу түймесін басыңыз, кернеу бірнеше жүз вольтке түсуі керек, дәл мән импульстің еніне байланысты болады.

Кіріс кернеуін өшіріңіз.

ПХД -мен жұмыс жасамас бұрын конденсаторды зарядтау қажет

Мұны кернеудің қауіпсіз мәнге дейін төмендеуін күту арқылы (көп уақытты қажет етеді) немесе қуат резисторымен зарядтау арқылы жасауға болады. Бірнеше қыздыру лампасы да бұл жұмысты орындайды, қажет шамдар кернеу дәрежесіне байланысты болады, 220 В шамдар үшін екіден үшке дейін, 120 В шамдар үшін төрт пен беске дейін.

Конденсатор ПХД сымдарын алыңыз. Модульді аяқтау үшін конденсаторды (немесе кейінірек) механикалық құрастыру процесіне байланысты негізгі тақтаға тікелей дәнекерлеуге болады. Конденсатор модулін негізгі ПХД -дан шығару қиын, сәйкесінше жоспарлаңыз.

8 -қадам: механикалық

Механикалық қондырғылар

Негізгі ПХД -да тірекке бекітуге арналған 6 ойық бар. Бұл іздердің жанында мыс іздері азды -көпті бар. ПХД монтаждау кезінде бұл іздерді бұрандаға қысқартпау керек. Сондықтан пластикалық аралықтар мен пластикалық шайбаларды қолдану қажет. Мен корпус ретінде металл сынықтарын, алюминий U профилін қолдандым. Егер металл тіректі пайдалансаңыз, оны жерге тұйықтау керек, яғни батареяның минус полюсіне сыммен қосу. Қол жетімді бөлшектер (қол тигізуге болатын бөлшектер) - бұл қосқыш пен батарея, олардың кернеу деңгейі жерге жақын. Егер жоғары кернеулі түйін металл корпусқа тиіп кетсе, ол жерге тұйықталады және пайдаланушы қауіпсіз болады. Корпус пен катушканың салмағына байланысты бүкіл қондырғы өте ауыр болуы мүмкін, сондықтан ұстамды тиісінше орнату қажет.

Корпусты одан да әдемі етіп жасауға болады, 3D басып шығарылған, боялған және т.б., бұл сізге байланысты.

9 -қадам: Теория

Жұмыс принципі өте қарапайым.

Екі IGBT бір уақытта іске қосылады, U10 монтажды осцилляторының конфигурациясына/реттелуіне байланысты бірнеше жүздеген АҚШ долларына дейін созылады. Содан кейін катушка арқылы ток жинала бастайды. Ток магнит өрісінің кернеулігіне және магнит өрісінің кернеулігіне катушка ішіндегі снарядқа әсер ететін күшке сәйкес келеді. Снаряд баяу қозғала бастайды және оның ортасы катушканың ортасына жетпей тұрғанда IGBT сөнеді. Катушканың ішіндегі ток бірден тоқтамайды, бірақ ол диодтар арқылы ағып, біраз уақытқа дейін негізгі конденсаторға түседі. Ағымдық ыдырау кезінде катушканың ішінде магнит өрісі әлі де бар, сондықтан снарядтың ортасы катушканың ортасына жеткенше бұл нөлге дейін төмендеуі керек, әйтпесе оған сыну күші әсер етеді. Нақты нәтиже модельдеуге сәйкес келеді. Импульсті өшірмес бұрын соңғы ток - 367А (ағымдағы зонд 1000А/4В)

10 -қадам: катушкалар құрылысы

36м/с жылдамдығы келесі катушкамен алынды: 500uH, AWG20, 0.5R, ұзындығы 22мм, ішкі диаметрі 8мм. Ішкі қабырға мен снаряд арасындағы ең аз саңылауы бар және снарядтың еркін қозғалуына мүмкіндік беретін түтікті қолданыңыз. Ол сондай -ақ өте жұқа қабырғаларға ие болуы керек, бірақ өте қатаң. Мен тот баспайтын болаттан жасалған түтікті қолдандым және зиянды әсерлер байқалмады. Егер электр өткізгіш түтікті қолдансаңыз, оны орамас бұрын оны тиісті таспамен (мен Каптон таспасын қолдандым) оқшаулаңыз. Орамалаған кезде қосымша ұштық бөлшектерді уақытша бекіту қажет болуы мүмкін, себебі орау процесінде жанама күштер дамиды. Содан кейін орамаларды эпоксидпен бекітуді/қорғауды ұсынар едім. Бұл катушканы өңдеу/жинау кезінде орамалардың зақымдалуын болдырмауға көмектеседі. Бүкіл катушканы жинау орамалар қозғалмайтын етіп жасалуы керек. Оны негізгі корпусқа бекіту үшін сізге қандай да бір қолдау қажет.

11 -қадам: Мүмкін болатын өзгерістер мен тізбектің шектеулері

522В зарядталған конденсатордың құрамында 136 джоуль бар. Бұл тізбектің тиімділігі өте төмен, өйткені ферромагниттік снарядтарды тездететін қарапайым бір сатылы конструкциялар. Максималды кернеу конденсатордың рұқсат етілген максималды кернеуі 550VDC және IGBT -тің максималды VCE рейтингімен шектеледі. Басқа катушкалар геометриясы және индуктивтілік/қарсылықтың төмен мәндері жоғары жылдамдыққа/тиімділікке әкелуі мүмкін. Бұл IGBT үшін максималды белгіленген шыңдық ток - 600А. Бірдей мөлшердегі басқа IGBT -лер бар, олар жоғары ток ағындарын қолдай алады. Қалай болғанда да, егер сіз сыйымдылықты немесе IGBT көлемін ұлғайтуды ойласаңыз, келесі негізгі мәселелерді ескергеніңізге көз жеткізіңіз: IGBT деректер кестесінде көрсетілген максималды токты құрметтеңіз. Мен зарядтағыштың кернеуін арттыруды ұсынбаймын, тым көп айнымалыларды қарастыру қажет. Сыйымдылықты жоғарылату және үлкен катушкалар үшін импульстің енін пайдалану ұзындығы IGBT -тің энергия шығынын арттырады. Сондықтан оларға радиатор қажет болуы мүмкін. Мен ең жоғары ток қандай болатынын анықтау үшін алдымен SPICE /Multisim немесе басқа модельдеу бағдарламалық жасақтамасында модификацияланған схеманы модельдеуді ұсынамын.

Іске сәт!

12 -қадам: Катушкалық мылтық әрекет етуде

Кездейсоқ нәрсеге оқ атудан көңілді…