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固态卡帕制作(抛砖引玉)

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发表于 2017-12-14 09:59:08 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 johnnow 于 2017-12-15 18:32 编辑

把最近自己制作的固态卡帕分享出来,希望对大家有用!
机器目前功率还不是很大,还没有实现带电磁炉和连续烧焊条,对于喜欢研究固态卡帕的爱好者,提供一些可以操作的思路吧!也希望那些手里已经有超级固态卡帕的爱好者们,能够多指点指点!看如何改进和调试,自由能应该是开源的吧!

磁芯:60*15*5mm PC40材质 电磁炉用高频磁棒6根           70*15*5mm PC42材质 电磁炉用高频磁棒6根  一长一短交叉,接口错开,用胶水粘接起来,中间有缝隙,不是实心磁芯
变压器磁芯:EE42 PC40材质  自己动手制作,两个用胶水粘起来,然后用条形高频磁棒封住另一面,然后用角磨机打磨好
青稞纸用的0.15mm的,初级线圈需要做好骨架包好
红色和蓝色用的18AWG(0.75平方)特软耐高温硅胶线最前面的储能电容用的420V1200UF有点小,功率大时确实发热,带电磁炉时就会发热,应该换用更大容量的吧
1.原理图(原理图来自网络,对于制作图纸然后共享的前辈们表示感谢!);
2.目前可以带浴霸,电磁炉还不行,12V7AH的摩托车上面拆下来的电瓶;
3.输出223V(直流),空载竟然是稳定的,输出也没有加稳压二极管;
4.实测,空载电路5A,然后下降,感觉这个地方需要看怎么再调整一下吧,空载还这么耗电啊!
5.驱动,用的双管自激,出来正好50KHZ,类似正弦波,我没有专业的示波器,只有一个USB虚拟示波器,图有时间再上;
6.在调试过程中,用了DDS信号源,直流偏置没注意,直接把200A的IRFP3077给烧掉一个,哎,
7.后来放弃用其它驱动,还是用两个13005D自激,然后通过小磁环,GDT过去到两个IRFP3077,这个简单的几个原件,竟然就可以驱动mos管然后带100W的灯泡,同时带一个浴霸,以前玩过逆变器,增加负载,输入电流跟着增加,这次玩这个固态卡帕,发现:a.工作时输入电流没法测,万用表显示数值不停跳,我也不知道工作电流多大,电压倒是可以测量,可以看到13V电压,b.加大负载,电压有拉低,但会自动恢复,没有加稳压原件,为啥会自己恢复,现在还没有搞清楚,c.增加负载,以前玩逆变器时,后级波形会被搞得面目全非,现在这个固态卡帕,增大负载,谐振电容两端的波形会变大,看起来是一个不够平滑的正弦波




*********(对原理图所做的修改)*************************

1、图中的E13001我用的13005D,13001是400v1.5A,13005是400V4A,网上买的拆机13005D,感觉还不错!散热片大,方便用螺丝固定!
2、GDT就是那个隔离驱动变压器,我用的节能灯上面的小磁环,墨绿色那种,不知道对频率的影响怎么样,我的固态卡帕是定频在50KHZ的,这个频率节能灯小磁环应该没问题!
3、图纸上面小磁环初级是8圈,我实验发现,7圈最好,次级图纸是11圈,我实际制作时发现,13圈最好,其它圈数我都试过,输出和带负载能力都差很远,初级和次级的圈数,本来是可以计算的,具体计算方法可以参考网上制作DRSSTC(双谐振固态特斯拉线圈)过程中GDT的计算,我是算不来,那就用最笨的方法,增加一圈或者减少一圈来试,理论不懂,那就动手吧!
4、完全按照此图制作后,上电,发现灯泡很暗,带一个40W的灯泡还行,带100W的就很暗了,用USB虚拟示波器测量IRFP3077的G波形,发现频率只有30KHZ,而自激出来的也就是GDT不接MOS管时,有50KHZ,一接上频率马上下降到30KHZ的,什么原因?
5、后来一圈一圈的调整GDT的圈数,发现初级7圈,次级11圈最稳定,估计这个圈数全靠自己去实验吧,因为用的磁环尺寸不一样;
6、照图纸做出来后,调节7809出来的那个100R电位器,可以调节频率,当频率上到某个点时,变压器开始类似“放电”“漏气”的声音出现,以为时变压器绝缘没有做好,于是全部拆了,重新绕制,后来问题没有解决,倒是高压输出(AC100V)线上层13圈,结果只绕了12圈,差最后一圈竟然怎么也绕不进去了,也就没继续绕了,下面层依然是12.5圈,这个圈数不是按照图纸做的,图纸是14圈,我的是上面12圈,下面12.5圈,初级图纸是8圈,我的是3圈。
7、倒腾了很多天,一直不知道该怎么弄,后来研究自己的那块SSTC功率板,豁然明白!果断的把IRFP3077G和S之间的24K电阻去掉,换成P6KE18CA,就是一个VTS(相当于18V的稳压管),然后D和S之间焊接了一个1.5KE440CA(也是一个瞬变二极管TVS),GDT的次级也不能直接接G,需要串接一个5.1R的电阻,电阻上面再反向并联一个1N4148,这样改造之后,通电,哇!爽死了!变压器不在乱叫了,频率也稳定了,调节那个100R的电位器,就可以微调频率,然后就是调试串联谐振了。
调试发现:
1、调节7809出来的那个100R电位器,会有一个点出现,那个点之前,输出电压很高,可是一增加负载,输出电压马上下降,这个点之后,输出电压降低,怎加负载,输出也被拉低,很久也不能恢复,知道减少负载;
2、调准那个点之后,比如我的是输出180V,增加负载,电压却不被拉低!减少负载,电压也不会升高!确实很奇怪,貌似有“自动稳定/调节电压”的作用,或许这就是谐振后带负载的现象吧!




********************(谐振调节)********************************************************************
1、先计算谐振频率,便于后面的扫频测试:先用电感表测出线圈的电感,然后测量出电容的容量,去找在线计算谐振频率的网页,计算出谐振频率;
2、扫频测试:把电容和线圈并联,然后找两个发光二极管,一个正向一个反向,并联起来,然后接一个小的几K的电阻做为限流保护,最后把这个东西连同电容电感一起并联起来;

3、打开扫频仪,我用的虚拟USB示波器ISDS205B自带的扫频功能,把频率调到上面计算出的那个频率,前后加大一些,我的固态卡帕是50KHZ的,所以我从30KHZ到60KHZ开始扫,在发生共振时,两个LED都会最亮,开始扫频时,由于没有谐振,电感相当于短路,所以灯不亮,当发生谐振时,LC这个并联的回路电阻非常大,所以灯亮了;
4、也可以电容和线圈串联,串联谐振时,灯不亮,就是一开始灯是亮的,到了谐振频率时,灯立马就灭,此时是个频率就是这个线圈和电容的谐振频率,不亮的原因,串联谐振时,电阻很小;
5、仔细调节线圈的圈数,直到谐振点在50KHZ,固定好线圈和电容,这样驱动的频率是50KHZ,线圈和电容是串联的,这个结构的频率也是50KHZ,
6、图上面是两边各58圈,而且谐振电容是0.22UF,感觉这个地方不对,如果按照直径3厘米的管子绕制的线圈,两个58圈的线圈和0.22UF的电容谐振频率应该到了100KHZ,我按照图来做的,在谐振调试时,去掉的几乎一半的线,按图来绕制,电容应该用0.01UF的就大概可以,实际还是微调,直到谐振频率等于驱动频率;
7、接下来就是调整输出线圈了。



******************(输出线圈调节)****************************************************************
1、此图属于降压型的固态特斯拉线圈,或者叫串联谐振变换器,
2、为了获得大功率输出,比如长时间带电磁炉,长时间带电焊机(连续烧20根焊条),必须是大电流输出的,输入线圈是两个58圈,输出是两个52圈,目的是为了把串联谐振后的高压降下来,通过匝数比就可以看出这个结构就已经增加了电流,由于是串联谐振,不是并联谐振,参考矿石收音机,线圈和可变电容并联,谐振时,电容两端电压最高,通过检波二极管直接可以推动晶体耳机或者舌簧喇叭,这个固态卡帕同样,也是工作在谐振状态,串联谐振可以输出电流最大,不取高电压,而是取了电流,
3、实际调试时,如果输出电压不够,按道理是要怎加圈数,而这个固态卡帕却不是,很是奇怪,确是要减少圈数,
4、经过实验,一圈一圈的减少测试,发现有一个点,减少一圈,增加一些电压,到了那个点之后,再减少圈数,电压也会减少,这样的现象,也是第一次遇到!

*******************(谐振能)*************************************************************
1、对于谐振能的提出,见附件《谐振能》
2、对于感性负载,并联谐振电容,可以减少无功功率,从而实现节能,如果是纯阻性负载电路,此做法不能实现节能,貌似没什么用其实有很大的用,因为我们的交流电网全是用变压器进行电压转换的,家用电器,也不是全部纯阻性的,所以并联电容以实现节能,这个做法是很实用的;

*******************(串并联谐振逆变器)***************************************************************
1、对于串联谐振逆变器和并联谐振逆变器,都有很多的资料可以参考学习,见附件《大功率电磁炉串联谐振型逆变器设计与研究.pdf》

2、假如把固态卡帕的输入变压器换成用半桥IGBT直接推串联谐振,然后输出,估计功率还可以翻几倍!或IGBT推串联谐振后,增加一个电感,再用并联谐振取出功率(参考网上的“串并联谐振逆变器设计”),估计带负载的能力还会翻倍!

*******************(谐振与自由能)************************************************************************
1、特斯拉通过一个很小的机械震荡装置,却可以引发房屋震动,他说,大规模的共振可以把地球振开两半!很小的输入,引发很大的震动,也就是特斯拉的共振放大效应;
2、共振放大,是什么意思呢?输入1W,输出100W,输出大于输入了,这个才叫放大?通过输出与输入的比COP>1?为什么COP不能描述能量放大呢?因为我们的测量把我们引入了一个死胡同!
3、一个过桥的军队,把大桥给震塌了,好了,把那个军队步调一致过桥的能量加起来,假设是100W,或者100焦耳,那么,用一个大锤,同样的100W或者100焦耳,作用于这个大桥,却不能把桥震塌,为什么?同样的,1W的输入,带动100W的负载,这个“带动负载”并不是我们用测量的100W电能或者100焦耳等等什么能量来描述的,这个能量的放大,是通过小的激励,与大的物体或者负载同频发生共振,发反作用互相抵消减到最小,一旦发生共振,只需很小的能量去维持那个共振,而不是对等的作用力,很明显,大桥摇晃,得需要多大的力量?整个部队都过来推那个桥,不见得可以发生摇晃,如果用很小的力,间歇的推,只要推的频率和桥的固有频率对上,发生同频共振,此时,并不是为了传递输入的能量,尽管发生谐振时,输入的功率可以几乎“无阻”的传递到作用的对象“大桥”上面,或者负载上面,可是,那个输入功率,毕竟还是太小,反而谐振,却可以用小的震动来带动很大的震动,同理,小的脉冲,却可以驱动很大的负载,12V10A也就120W,却可以带动好几千W的负载,它能量怎么传递,也就传递了120W的能量,120W的能量显然不能使几千W的负载(比如多根碘钨灯管、长时间电磁炉或者烧电焊)工作,而谐振却可以做到!
4、既然通过谐振类似杠杆,可以用小的力去撬动大的物体,驱动大的负载,那么在输入功率一定的情况下,只需维持那个谐振即可!启动需要从电瓶获得原始激励能量,谐振起来后,或许适当的反馈就足以形成闭环的自我维持!当然,输入功率肯定是在消耗,假如通过谐振,撬动大的负载也开始震动时,从大的震动中,获取一小部分能量返回到输入,是不是反充电我不知道,但至少可以有效的维持共振!
5、到此,与其去追求和测量输出与输入的电压*电流比,还不如想办法如何实现“与负载的自动谐振”和“带反馈的闭环谐振维持”因为我在实验中发现,发生谐振时,要么电流没法测量,要么电压没法测量,表一直是跳动的,负载如果是灯泡,从它的亮度,可以看到做功的功率!或许,不再只是用测量输出电压*电流/输入电压*电流这个比值来来衡量系统的COP,而是通过持续的带动负载的能力来检测!因为跑步过桥的军队,它的COP多大呢?我们不好说,可是大桥却发生了摇晃,整个谐振过程,我们视乎都被所谓的COP给障碍住了!!!也不要被所谓的通过谐振,获得了一种未知的,凭空出现的“谐振能”或者通过谐振获取到了宇宙的“零点能”等等,6、为什么加大负载,输入电流或者输入功率会减低?或许那是反馈做得好,在维持谐振上面下功夫,而不是去测量输出的功率,然后获得了系统的COP是多少,其实谐振的COP是无限大,它是根据负载来变的,我们增加负载,不就是在桥上多几块砖吗?大桥都摇晃了,上面增加的砖会不动?或者曾加了几块砖就让大桥立马停止了?显然不会!而且,大桥震动时,也只是部分先震动,然后带动更多的其它部分发生震动!同样的,大桥相当于电路上的负载,增加负载,并不需要等比例的增加能耗!只需维持那个共振不被破坏即可!



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楼主热帖
发表于 2017-12-14 15:25:02 | 显示全部楼层
强烈支持
发表于 2017-12-14 15:54:10 来自手机 | 显示全部楼层
感谢分享,,功德无量!!
发表于 2017-12-14 18:31:26 | 显示全部楼层

感谢分享,,功德无量!!
发表于 2017-12-14 18:41:06 | 显示全部楼层
能不能分享下改造后的细节,先表示感谢
发表于 2017-12-14 21:26:53 | 显示全部楼层
天鹅在这个问题上闪烁其词的说了一些,1、要用李兹线。2、谐振电容容量不能小于8000uf。你的磁棒用的是哪种?空芯的还是实心的?
发表于 2017-12-14 21:30:40 | 显示全部楼层
不知道你的卡帕能带几个浴霸灯泡?
发表于 2017-12-15 11:00:40 | 显示全部楼层
shentian169 发表于 2017-12-14 21:26
天鹅在这个问题上闪烁其词的说了一些,1、要用李兹线。2、谐振电容容量不能小于8000uf。你的磁棒用的是哪种 ...

还有,天鹅还说,卡帕小组使用的铁氧体是含钼的,这种铁氧体淘宝上根本找不到
发表于 2017-12-15 22:40:00 | 显示全部楼层
很有营养的帖子,固态卡帕有很多东西都没有研究透彻,例如激励变压器为什么要用这种结构?分布电容对谐振有什么影响?后级谐振变压器应该如何调整才能得到想要的各种电压而又不会破坏谐振状态?如果有自动稳压功能是不是负载可以无限大?还有驱动信号用方波和类似正弦波对谐振有真么影响?不知道您在整个制作实验中是否有答案?
发表于 2017-12-15 22:44:23 | 显示全部楼层
您的系统是用24V驱动吗?目前能带2个浴霸灯泡吗?您加入瞬态抑制二极管有什么作用?难道是为了保护MOS管?
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