Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Impulsator do generacji silnych impulsów prądowych z baterii superkondensatorów

michal2666 13 Sty 2014 12:29 15549 30
  • Impulsator do generacji silnych impulsów prądowych z baterii superkondensatorów
    Przedstawiam Szanownemu Forum moją kolejną konstrukcję, generalnie jest to driver przystosowany do tranzystora IGBT CM600 firmy Powerex. Całość służy do generowania regulowanych w czasie silnych impulsów prądowych z baterii superkondensatorów, które charakteryzują się bardzo niską rezystancją wewnętrzną, co sprawia, że mogą dostarczać bardzo dużych prądów.
    Impulsator do generacji silnych impulsów prądowych z baterii superkondensatorów Impulsator do generacji silnych impulsów prądowych z baterii superkondensatorów Impulsator do generacji silnych impulsów prądowych z baterii superkondensatorów
    Wcześniej już prezentowałem tutaj próbę generacji impulsów za pomocą tranzystora IGBT, jednak nie wyglądało to najlepiej i skończyło się uwaleniem pięknego i drogiego tranzystora. uparłem się jednak, że tę rolę w moim urządzeniu ma pełnić tranzystor IGBT i zbudowałem kolejny sterownik, który naprawdę się spisuje. Całe sprawozdanie z testów znajduje się na naszej stronie internetowej www.portalnaukowy.edu.pl w dziale warsztat elektroniki/elektroprojekty.
    Impulsator do generacji silnych impulsów prądowych z baterii superkondensatorów Impulsator do generacji silnych impulsów prądowych z baterii superkondensatorów




    Nasz tranzystor IGBT z nowym sterownikiem generuje impulsy prądowe 1,8 kA (na razie) z częstotliwością 100 Hz i nawet się nie grzeje :) Powstają co prawda duże przepięcia, z którymi poniekąd już sobie poradziliśmy jednak cały układ wymaga jeszcze pewnego dopracowania.

    Link

    Jak na razie tniemy puszki i niezbyt grube blachy stalowe. Robimy próby elektro-drążenia w nafcie. Zapowiada się bardzo obiecująco.
    Impulsator do generacji silnych impulsów prądowych z baterii superkondensatorów
    I jeszcze na koniec rozebrany tranzystor IGBT CM600, który uszkodziliśmy z poprzednim sterownikiem:
    Impulsator do generacji silnych impulsów prądowych z baterii superkondensatorów


    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz pendrive 32GB.
  • #2 13 Sty 2014 19:48
    Euzebiusz23091998
    Poziom 15  

    Może trochę głupie to pytanie, ale do czego można wykorzystać takie impulsy prądu? Jakie to ma zastosowanie?

  • #3 13 Sty 2014 21:33
    Krawacik3
    Poziom 12  

    Np. spawanie punktowe.

  • #4 14 Sty 2014 11:08
    ADI-mistrzu
    Poziom 30  

    Można wiedzieć jaka jest łączna pojemność kondensatorów?

  • #5 14 Sty 2014 13:03
    michal2666
    Poziom 20  

    Bateria to 8 szt superkondensatorów BCAP3000P (2,7V - 3000F) połączonych szeregowo czyli mamy 21,5 V maksymalnie na baterii i 375F.
    Impulsator do generacji silnych impulsów prądowych z baterii superkondensatorów

  • #6 14 Sty 2014 17:15
    BRAVVL
    Poziom 1  

    Niezły sterownik i ładny efekt, a czy dało by rade użyć tego sterownika do coilgun'a?

  • #7 14 Sty 2014 19:51
    rurq
    Poziom 2  

    Witam.
    Ciekawy projekt, jednak nie bardzo widzę sens użycia tranzystora IGBT. Ich podstawowym środowiskiem pracy są układy konwersji mocy przy pracy z relatywnie wysokimi napięciami. Tutaj natomiast występuje napięcie poniżej 24V, za to spore prądy. Wzięty pierwszy z brzegu IRFP7430PBF charakteryzuje się relatywnie o połowę niższą rezystancją RdsON (użyty IGBT ma jakieś 2,4V przy 1kA czyli 2,4mOhm). Prąd w impulsie jest co prawda przynajmniej 2x mniejszy, jednak nic nie stoi na przeszkodzie użycia kilku sztuk równolegle. Nie wspomnę już o czasach przełączania oraz praktycznie 10x niższemu ładunkowi bramki potrzebnemu do pełnego załączenia. Cena w granicach 15 PLN/szt. Może kolejny prototyp jednak poszedłby w tym kierunku ?

  • #8 15 Sty 2014 08:29
    michal2666
    Poziom 20  

    Pod tymi względami, które Kolega przytoczył oczywiście to jest najlepsze rozwiązanie, jednak zastosowanie tranzystora na 40V jest całkowicie niemożliwe, przy wyłączaniu tak silnego prądu powstają kosmiczne przepięcia :)
    Impulsator do generacji silnych impulsów prądowych z baterii superkondensatorów
    Ta szpilka powyżej powstała po wyłączeniu prądu 1 kA przy napięciu 10V. Było trochę eksperymentów z różnymi mosfetami, jednak nasze warunki jak na razie ogarnia tylko ten IGBT.

  • #9 15 Sty 2014 12:23
    zuzil
    Poziom 11  

    Dobra baza do ciekawej spawarki/zgrzewarki, czy nie myśleliście o wykorzystaniu waszego cuda do napędzania przecinarki? Po małej adaptacji można by wykorzystać łuk elektryczny do cięcia i to precyzyjnego.

  • #10 15 Sty 2014 13:09
    michal2666
    Poziom 20  

    Witam, to właśnie nie jest łuk elektryczny lecz powtarzalne wyładowanie punktowe powodujące miejscowe odparowanie materiału dlatego nadaje się właśnie do precyzyjnej obróbki - drążenia, przecinania. Głównie w tym celu urządzenie powstało. Na razie trwają prace eksperymentalne ale efekty są ciekawe. Niebawem pokażę jakieś następne filmiki.

  • #11 15 Sty 2014 19:52
    rurq
    Poziom 2  

    Faktycznie, przy takich prądach każdy nH potrafi zrobić znaczącą różnicę. Ważne jest, aby przewód idący do elektrody miał możliwie niską indukcyjność. Czy próbowaliście dobrać jakiś układ gasika RC (a może wystarczyłby niskostratny kondensator) ? Mając na uwadze, że wyłączony IGBT od strony wyjścia widziane ma jakieś 60nF, można spróbować dodania równolegle kilku kondensatorów polipropylenowych, aby uzyskać w sumie ok. 1uF/250-400V. Z racji niskiej częstotliwości pracy układu kluczującego wynikające z ich dodania straty nie powinny być odczuwalne. Ciekaw jestem, jakie wówczas byłoby przepięcie...

  • #12 15 Sty 2014 22:36
    komatssu
    Poziom 29  

    rurq napisał:
    Faktycznie, przy takich prądach każdy nH potrafi zrobić znaczącą różnicę. Ważne jest, aby przewód idący do elektrody miał możliwie niską indukcyjność.

    Wystarczy cały ten układ zmontować z maksymalnie krótkimi połączeniami i dać diodę zwrotną odprowadzającą przepięcia z kolektora tranzystora z powrotem do baterii kondensatorów, a wtedy duża indukcyjność obwodu z elektrodą nie będzie robiła żadnych szkód.

  • #13 15 Sty 2014 23:36
    zuzil
    Poziom 11  

    Michał masz rację źle się wyraziłem z łukiem elektrycznym ale właśnie chodziło mi o to samo co i tobie:) mam styczność ż termiczną obróbką metali może nie zawodowo 8h dziennie ale ponadprzeciętną, często tnę i hartuję różne materiały, powiem Ci że tak maszyna przydała by mi się, powiedz mi jak finalna wersja poradziła by sobie według Ciebie z wydrążeniem otworów montażowym w hartowanej stali o grubości 3-4mm?
    Jak z całkowitym kosztem projektu na tym etapie?

  • #14 16 Sty 2014 14:50
    Frog_Qmak
    Poziom 25  

    elektro- drążenie w nafcie? można coś więcej na ten temat? Nafta jest płynna, więc nie ogarniam;)

    film robi wrażenie, kolejny profesjonalny projekt, pogratulować!

  • #15 16 Sty 2014 15:30
    komatssu
    Poziom 29  

    Frog_Qmak napisał:
    elektro- drążenie w nafcie? można coś więcej na ten temat? Nafta jest płynna, więc nie ogarniam;)

    Chłopie, czego nie ogarniasz? Obrabiany przedmiot zanurza się w nafcie lub oleju. Ciecz ta zapewnia koncentrację energii wyładowań, odprowadza urobek oraz ciepło.

  • #16 16 Sty 2014 18:52
    rurq
    Poziom 2  

    komatssu napisał:
    rurq napisał:
    Faktycznie, przy takich prądach każdy nH potrafi zrobić znaczącą różnicę. Ważne jest, aby przewód idący do elektrody miał możliwie niską indukcyjność.

    Wystarczy cały ten układ zmontować z maksymalnie krótkimi połączeniami i dać diodę zwrotną odprowadzającą przepięcia z kolektora tranzystora z powrotem do baterii kondensatorów, a wtedy duża indukcyjność obwodu z elektrodą nie będzie robiła żadnych szkód.


    Też przez chwilę miałem taki pomysł, ale :
    #1 dioda, która szybko przełączy taki prąd nie jest taka trywialna. Prawdopodobnie byłoby to kilka wysokoprądowych Schottek połączonych równolegle, spory gabaryt.
    #2 pętla obwodu powrotnego ma tak samo pasożytniczą indukcyjność, która wydłuży efektywne czasy przełączania.
    W skrajnym przypadku może się okazać, że dioda w ogóle nie zdąży się przełączyć, a przepięcie skutecznie ją przebije...

  • #17 18 Sty 2014 16:51
    krzywaj
    Poziom 25  

    komatssu napisał:
    Frog_Qmak napisał:
    elektro- drążenie w nafcie? można coś więcej na ten temat? Nafta jest płynna, więc nie ogarniam;)

    Chłopie, czego nie ogarniasz? Obrabiany przedmiot zanurza się w nafcie lub oleju. Ciecz ta zapewnia koncentrację energii wyładowań, odprowadza urobek oraz ciepło.


    Kolega pewnie tak samo jak ja uznał, że nafta to przedmiot w którym się "drąży", a nie ciecz służąca do odprowadzania ciepła lub pozostałości z drożenia z przedmiotu w którym się drąży.

    Nazwa jest myląca. Prościej byłoby np. "elektrodrążenie z naftą"

  • #18 22 Sty 2014 21:39
    aneuro
    Poziom 16  

    A ktoś testował ile takich cykli rozładowania bardzo silnymi prądami te "superkondensatory" wytrzymają?
    Z tego co kiedyś przeglądałem ich specyfikację jakoś nie wydaje mi się zeby kilka połącznych jak tutaj (szeregowo) pozwalało tak ogromnymi prądami je obciążać wielokrotnie...

    Poza tym nie widzę balancera do ładowania każdej baterii z osobna, bo wpięcie i ładowanie ich razem szeregowo to kiepski pomysł...

  • #19 23 Sty 2014 07:38
    michal2666
    Poziom 20  

    Balansery oczywiście są w tej baterii bo już dawno byśmy ja uszkodzili, przykryte są po prostu plastikiem, na którym kondensatory są osadzone, tak wygląda połączenie z balanserami
    Impulsator do generacji silnych impulsów prądowych z baterii superkondensatorów
    Teraz o wytrzymałości na impulsy. Bateria, którą pokazałem powyżej bardzo wiele już przeszła, od dość dawna testujemy możliwość formowania impulsów wysoko prądowych, różne sposoby ładowania także bardzo szybkiego dużym prądem i wszystko na tej jednej baterii. Aktualnie testujemy elektrodrążenie, gdzie bateria oddaje impulsy na poziomie 1,3 kA z częstotliwością do 150 Hz. Jak na razie nie widzę żadnych oznak uszkodzenia lub utraty właściwości baterii. Niebawem zrobimy pomiary dokładne pojemności i upływności po tych wszystkich testach.

    W kwestii drążenia otworów to ten układ radzi sobie oczywiście, pytanie tylko czy jest sens babrać arkusz blachy w nafcie by wyciąć parę otworów. Laser będzie bardziej efektywny. Lepszym zastosowaniem będzie precyzyjne elektrodrążenie.

  • #20 23 Sty 2014 10:25
    aneuro
    Poziom 16  

    michal2666 napisał:
    Aktualnie testujemy elektrodrążenie, gdzie bateria oddaje impulsy na poziomie 1,3 kA z częstotliwością do 150 Hz.

    A jakie jest ich wypełnienie-10%,30%?

    4y wystarczają do takiej zabawy-rozumiem, że rzędu 10V napięcie jest wtedy.
    Akurat zgrzewarkę na całkiem sporym trafo na prądy rzędu 1kA sobie buduję i tak z ciekawości może kiedyś na kondensatorach coś podobnego bym pokombinował, tyle że one są gdzieś do dostania w Polsce w jakimś "dobrym sklepie elektronicznym"? Jaki jest koszt takiego jednego "potwora" jak tutaj u nas ?

  • #21 23 Sty 2014 12:56
    Doctore.
    Poziom 18  

    Ciekawe, też myślałem o zgrzewaniu punktowym, bo autor tematu na swojej aukcji z allegro piszę że jeden taki kondensator = "prąd zwarcia to 9.600 A"
    A moje nieszczęsne trafo wielkości 2 takich kondensatorów wyciąga max 800A....

  • #22 23 Sty 2014 13:09
    michal2666
    Poziom 20  

    Zgrzewanie punktowe na tych kondensatorach wychodzi rewelacyjnie jednak dla grubszych elementów wymagany jest dość długi czas załączenia na poziomie 20 ms co już stanowi dość duże wyzwanie dla przełącznika (np. tranzystora IGBT)
    Impulsator do generacji silnych impulsów prądowych z baterii superkondensatorów bo prąd narasta powyżej 3 kA a na tranzystorze odkłada się w tym czasie za dużo mocy. Trzeba by już stosować bardzo wiele połączonych mosfetów. Stwierdziłem, że do zgrzewarki punktowej IGBT się nie nadaje. Ale same kondensatory jak najbardziej. Prąd 9.6 kA może połynąć na tych kondensatorach lecz jest to prąd niszczący. Ja generuję impulsy do 3 kA i jak na razie nie stwierdziłem negatywnych skutków dla kondensatorów.

  • #23 23 Sty 2014 19:28
    aneuro
    Poziom 16  

    michal2666 napisał:
    Ja generuję impulsy do 3 kA i jak na razie nie stwierdziłem negatywnych skutków dla kondensatorów.

    Żeby coś stwierdzić trzeba to zrobić jakieś pomiary, ale to ograniczenie nie jest przypadkiem w okolicy 2kA przez max 1s niepowtarzalny impuls?

    A do jakich napięć są ładowane te pojedyńcze Boostcap'y?
    W tym PDFie http://www.maxwell.com/products/ultracapacitors/docs/1014627_boostcap_product_guide.pdf
    wychodzi na to że bardziej korzystne jest ładowanie do ok. 2.5V, bo zwiększa się zywotność takiego Boostcap'a-przy 2.7V pojemność bardziej spada w okolicy maximum temp pracy i opór wewnętrzny też się pogarsza wyraźnie w porównaniu do ładowanych do 2.5V.
    Chyba coś ala takie zabezpieczenie w wersji do testów zrobię na TL431I (opisane w innym wątku), bo wychodzi na to że spokojnie da się ustawić w nim takie napięcie referencyjne, tyle że przy 2.5V chyba już nie starczy napięcia do zapalenia tej diody (ok.1.2-1.5V w optoizolatorach), bo o ile dobrze pamiętam w TL431I będzie wtedy na niej 2V..
    http://www.edn.com/design/analog/4314709/Use-...hunt-regulator-to-limit-high-ac-input-voltage
    trzeba pokombinować z zabezpieczeniem przed przeładowaniem tylko

  • #24 23 Sty 2014 21:12
    michal2666
    Poziom 20  

    Napięcie na pojedynczym kondensatorze nie przekracza 2,5V - w nietypowych zastosowaniach lepiej nie ładować do granic. Diody na balanserach się nie zapalają. Te kondensatory mają faktycznie takie ograniczenie jednak ja strzelam impulsy o czasach kilku ms więc nie powinny tego odczuć. Pomiarów dokonam jak jeszcze trochę zmęczę baterię. Ważnym jest właśnie ograniczenie napięcia, do jakiego układ ładowania pompuje baterię. Tę funkcję zaimplementowaliśmy w naszej ładowarce impulsowej.
    Impulsator do generacji silnych impulsów prądowych z baterii superkondensatorów
    Kolejny problem pojawił się w momencie jednoczesnej pracy ładowarki i impulsatora. Pomimo zmniejszenia przepięć ładowarka zdechła podobnie jak wcześniej zasilacz laboratoryjny. Impulsy poniosło po przewodach mimo tak wielkiej pojemności po drodze. Zamówiłem już kilka nowych transili, m.in.
    Impulsator do generacji silnych impulsów prądowych z baterii superkondensatorów
    76V - 10kA, myślę że ten się nie usmaży i skutecznie zdejmie przepięcia.

  • #25 23 Sty 2014 22:02
    aneuro
    Poziom 16  

    michal2666 napisał:
    Bateria to 8 szt superkondensatorów BCAP3000P (2,7V - 3000F) połączonych szeregowo czyli mamy 21,5 V maksymalnie na baterii i 375F.

    A tutaj piszesz że 21.5V czyli 2.68V /kondensator ? Przy 2.5V będzie 20V ;)
    Czy aby na pewnodokładnie tego PDFa rozpracowaliście zanim to wszzystko zostało zaprojektowane?
    Póki co wygląda mi to na to, że więcej problemów z tymi niby superkondensatorami niż realnego efektu, jak co chwilę coś tam idzie z dymem :D

  • #26 24 Sty 2014 16:53
    jupi23
    Poziom 15  

    Co do żywotności tych kondensatorów warto zapytać producenta.
    Ja kiedyś robiłem ładowarkę do baterii. Na wyjściu użyłem kondensatory Cornell-Dubilier (550C242T450CF2B). Na wyjściu mogło być do 360V. Istniało ryzyko, że użytkownik może przez przypadek zrobić zwarcie łącząc wyjściowe przewody. Dorzuciłem na wyjście specjalny rezystor 0.1Ω, który był bezindukcyjny (non-inductive) i mógł przyjąć dużą ilość energii w małym czasie.

    Wysłałem e-maila do producenta czy taka konfiguracja pomoże przedłużyć życie kondensatora, a miałem mieć do 360V na wyjściu czyli 3600A z rezystorem w szczycie przy zwarciu. Producent odpisał, że w tej konfiguracji kondensator jest w stanie wytrzymać 10 000 takich zwarć jeżeli ilość wystąpień zwarć jest mniejsza niż 100 na godzinę.

  • #27 25 Sty 2014 12:34
    michal2666
    Poziom 20  

    aneuro napisał:
    michal2666 napisał:
    Bateria to 8 szt superkondensatorów BCAP3000P (2,7V - 3000F) połączonych szeregowo czyli mamy 21,5 V maksymalnie na baterii i 375F.

    A tutaj piszesz że 21.5V czyli 2.68V /kondensator ? Przy 2.5V będzie 20V ;)
    Czy aby na pewnodokładnie tego PDFa rozpracowaliście zanim to wszzystko zostało zaprojektowane?
    Póki co wygląda mi to na to, że więcej problemów z tymi niby superkondensatorami niż realnego efektu, jak co chwilę coś tam idzie z dymem :D

    Słuchaj, w tym poście napisałem o maksymalnym napięciu dla tej baterii (dla takiego zestawu), a w kolejnym o tym, którego nie przekraczamy. A to, że coś czasem idzie z dymem to już taki urok pracy prototypowej. Oczywiście najłatwiej znaleźć gotowy opis w necie i go powtórzyć. Jak robi się coś nietypowego trzeba uczyć się na błędach. Dlaczego niby superkondensatory ? W kwestii żywotności spróbujemy sami ją ocenić w takich warunkach.

  • #28 25 Sty 2014 17:28
    aneuro
    Poziom 16  

    michal2666 napisał:
    A to, że coś czasem idzie z dymem to już taki urok pracy prototypowej. Oczywiście najłatwiej znaleźć gotowy opis w necie i go powtórzyć. Jak robi się coś nietypowego trzeba uczyć się na błędach.


    Z ciekawości zajrzałem na tą stronę co zapodałeś wcześniej i tam coś takiego piszesz:
    Cytat:

    Teraz postanowiliśmy przyjrzeć się dokładnie obwodowi naszego układu - tranzystor IGBT w swej strukturze zawiera dodatkowo bardzo szybką diodę, która służy do gaszenia impulsów samoindukcji powstających w przełączanych obwodach, jednak normalnie taki impuls powstaje w drugą stronę niż przełączany prąd i bardzo szybka dioda działa skutecznie. W naszym układzie ten impuls powstaje dokładnie w tą samą stronę co przepływ prądu dlatego dioda się nie sprawdza.

    To chyba wie każdy kto zabiera się za przełączanie indukcyjnych obciążeń, bo zrobi to co najmniej tak (link dalej):
    Impulsator do generacji silnych impulsów prądowych z baterii superkondensatorów

    Akademickie rozważania i dużo obrazków (zbyt dużej jakości, bo za wolno się ładuje ta strona co zapodałeś-na elektrodzie działają szybciej, bo moża powiększyc jak ktoś chce), ale ja na przykład w zwykłym prostowniku projektowanym na ok. 10A ciągłego prądu z dwoma IRFZ44N równolegle, dodałem na wszelki wypadek szybką diodę podobnie jak w tych testach tutaj MOSFET switching inductive loads , bo dzięki temu mogę teraz bez obaw o mosfety wstawić sporą indukcyjność do łagodzenia przełączanego prądu podczas moich eksperymentów bo inaczej to wiadomo, ze szpile będą, więc jak już ją nawet udało się zaobserwować u Ciebie to raczej chyba nie takie trudne wpaść na to skąd się może brać, bo przecież
    Cytat:
    -L*dI/dt

    przy tak dużym wyłączanym prądzie w tak krótkim czasie nawet przy niewielkiej indukcyjności tych kabli no już coś paskudnie dużego coś może wyjść :D

    A ty działałeś jak dziecko we mgle dokładając dodatkowe zabezpieczenia na przełącznik, mając do tego oscylosokop całkiem przyzwoity na którym wszystko widać ;)

    Akurat tutaj chyba popełniłeś błąd, który często początkujący robią przy sterowaniu indukcyjnym obciążeniem, chociaż nie jest takie oczywiste że takie szpile tutaj będą, no ale jak się bierzemy za prądy rzędu kA to chyba warto wcześniej trochu teorii poczytać, bo akurat to są ogólnie znane zagadnienia...

  • #30 23 Lut 2014 14:01
    wzk
    Poziom 19  

    aneuro napisał:

    Akademickie rozważania

    Raczej dyletanckie w dobie SWCADa czy MICROCAPa. :|
    Autor wątku skończy swe eksperymenty i sięgnie po wirtualne narzędzia, gdy rozwali swoje mierniki albo dostanie w głowę jakimś odłamkiem.

  Szukaj w 5mln produktów