Sterowana poprzez Raspberry Pi cewka Tesli (SSTC)

Poniżej przedstawiony jest projekt cewki Tesli - SSTC (Solid State Tesla Coil), która kontrolowana jest poprzez moduł Raspberry Pi Zero. Kontrola ta ma na celu umożliwienie m.in. odtwarzania plików MIDI. Projekt nadal jest w powijakach, jednakże jest już w stanie zaprezentować swoje możliwości:



Przyjrzyjmy się bliżej temu, jak zbudowany jest układ:

Napięcie sieciowe jest prostowane z wykorzystaniem mostka Graetza i następnie filtrowane poprzez kondensator o pojemności 900 ?F



Przefiltrowane napięcie stałe podpięte jest do mostka złożonego z czterech tranzystorów IGBT (G4PF50WD) sterowanych poprzez transformator o przekładni 100:1. Moduł sterownika SSTC wygląda następująco:



Oprócz czterech tranzystorów na PCB znajduje się osiem 15-woltowych diod Zenera (BZX85) i cztery oporniki (10 ?, 1 W). Transformator separujący autor projektu nawinął samodzielnie. Transformator ten służy do sterowania bramkami modułów IGBT z poziomu układów cyfrowych sterowanych przez Raspberry Pi. Wykorzystane w tym celu zostały rdzenie FT140-43 FAIR-RITE. Na każdym rdzeniu nawinięto pięć uzwojeń - jedno pierwotne i cztery wtórne, które sterują modułami IGBT. Na każdym uzwojeniu transformatora jest 16 zwojów.

Aby zminimalizować indukcyjność pasożytniczą pomiędzy zwojami oraz zwiększyć ich sprzężenie, uzwojenia nawinięto wspólnie. Pięć uzwojeń, wykonanych emaliowanym drutem 0,33 mm, nawiniętych zostało naraz. Aby nawinąć w ten sposób uzwojenie transformatora, należy przygotować pięć fragmentów odpowiedniego drutu nawojowego, zabezpieczyć przed przesuwaniem jego końca i nawijać je wspólnie, drugim końcem. Następnie uzwojenie trzeba umieścić równomiernie na rdzeniu. Po nawinięciu zwoje można zidentyfikować (koniec+początek), wykorzystując multimetr. Należy zaznaczyć, gdzie jest początek, a gdzie koniec każdego odseparowanego uzwojenia, ponieważ jest to kluczowe dla zachowania poprawnej fazy. Przygotowane w ten sposób uzwojenia są następnie przyłączane do mostka złożonego z modułów IGBT.





Raspberry Pi Zero podłączone jest do płytki z układami PIC, które sterują zależnościami czasowymi w systemie poprzez I?C. Interfejs ten wymaga konwertera z 3,3 V na 5 V, aby podłączyć go do "Maliny". RPi podłączone jest do laptopa sterującego systemem poprzez izolowany RS232. Do izolacji interfejsu szeregowego wykorzystane jest połączenie światłowodowe.



Światłowód podłączony jest do laptopa poprzez przejściówkę na USB wykonaną w oparciu o moduł Arduino Uni, który pozwala na konwersję sygnału z USB na interfejs szeregowy i sterowanie łączem światłowodowym.

Po zestawieniu układ musiał zostać dostrojony tak, aby możliwe było uzyskiwanie dłuższych wyładowań, szczególnie na niższych napięć/czasów załączenia. Pierwsze uruchomienie układu dobrze jest realizować poprzez autotransformator sieciowy, który w normalnym użytkowaniu systemu można pominąć.





Aktualnie system jest stereofoniczny. Pojedynczy moduł Raspberry Pi Zero steruje poprzez dwa kanały MIDI dwoma drajwerami kontrolującymi dwa mostki oparte na modułach IGBT.



Oczywiście system dwukanałowy oznacza, że w układzie odnajdziemy dwie niezależnie sterowane cewki Tesli:





Źródło: http://www.extremeelectronics.co.uk/electronic-tesla-coils/pi-zero-tesla-coil/

Nawijanie transformatorów sterujących w ten sposób jest dość nierozsądne - jest spora szansa na uszkodzenie emalii i przebicie miedzy uzwojeniami a wtedy będzie ładne pier ... Po drugie to nie jest SSTC tylko DRSSTC co można stwierdzić na podstawie przebiegów zamieszczonych na oryginalnej stronie oraz użytego drivera - autor zdaje się nie rozróżniać tych typów cewki tesli. Efekt wyładowań wybitnie mizerny jak na taką konstrukcję - jedyne co ją wyróżnia to zastosowanie Rpi zamiast AVR-a które także prawdopodobnie zbrzydnie autorowi jak tylko zechce zwiększyć moc cewek i wielkość wyładowań. Jedna z bardziej głupich rzeczy jakie można zrobić to umieścić jakikolwiek mikrokontroler w bezpośrednim sąsiedztwie tesli no ... może poza powierzeniem mu przy okazji sterowania tą że teslą ...

Najbardziej przeraża mnie, że procesor nie jest wykorzystywany jedynie jako interrupter (przerywacz), ale bezpośrednio realizuje kontrolę kluczy, przecież on kompletnie się nie nadaje do tego celu... Nic dziwnego że efekty są tak słabe. Pomijając kwestię odporności na zakłócenia (nie bez powodu coilerzy mikroporocesorowe kontrolery umieszczają na drugim końcu długiego światłowodu) programowa kontrola nie jest w stanie zapewnić precyzji i czasu reakcji wymaganych do kontrolowania tego typu urządzeń (precyzyjna detekcja przejścia przez zero, kompensacja latencji układu sterowniczego, szybki ogranicznik prądowy)...

KJ wrote:

Efekt wyładowań wybitnie mizerny jak na taką konstrukcję

O tak, absolutnie się zgadzam. Efekty małych cewek tego typu powinny wyglądać tak (na filmiku mała DRSSTC konstrukcji d3211):



I zdjęcie dla skali