Coilgun SGP33 - Volledige monteer- en toetsinstruksies: 12 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:26

Hierdie handleiding beskryf hoe u die elektronika van die spoelgeweer in hierdie video kan monteer:

SGP-33 vergadering Youtube

Daar is ook 'n video waarin u dit in aksie sien op die laaste bladsy van hierdie tutoriaal. Hier is die skakel.

Die PCB's vir hierdie demo word vriendelik verskaf deur JLCPCB. COM

Die doel was om 'n enkelfase spoelgeweer te bou wat liggewig is, goeie prestasie het en onderdele vir 'n redelike prys gebruik.

Kenmerke:

- Enkelfase, enkele opname

- Verstelbare spoelaktiveringspulswydte

- IGBT-aangedrewe spoel

- Enkele 1000uF/550V kapasitor

- Die hoogste snelheid wat 36 m/s verkry word, sal grootliks afhang van spoel- en projektieleienskappe en meetkunde

- Aanvanklike laai tyd ongeveer 8s, herlaai tyd hang af van die ontladingstyd, in die video voorbeeld is dit 5s

Die totale koste vir slegs elektroniese onderdele beloop ongeveer $ 140 VS, uitgesluit die koperdraad/ vat vir die spoel.

In hierdie handleiding sal ek slegs beskryf hoe om die PCB te monteer.

Ek sal ook al die ander inligting verskaf om die meeste uit hierdie kring te haal sonder om dit op te blaas.

Ek sal nie 'n gedetailleerde beskrywing van die meganiese samestelling gee nie, aangesien ek dink dit kan verbeter / aangepas word. U moet u verbeelding vir hierdie deel gebruik.

Stap 1: Waarskuwing

LET WEL:

Maak seker dat u hierdie gedeelte lees en verstaan!

Die kring laai 'n kapasitor tot ongeveer 525V. As u die terminale van so 'n kondensator met u blote hande raak, kan u uself ernstig seermaak. Ook (dit is minder gevaarlik, maar moet tog genoem word), die hoë stroom wat hulle kan verskaf, kan vonke veroorsaak en kan dun drade verdamp. Dra daarom altyd oogbeskerming!

Veiligheidsbril is 'n moet

Die kondensator behou lading selfs nadat die hoofskakelaar afgeskakel is. Dit moet ontslaan word Voordat u op die baan werk !!!

Tweedens gebruik ons die energie in die kapasitor en verander dit in kinetiese energie van 'n projektiel. Alhoewel die snelheid van hierdie projektiel laag is, kan dit u (of iemand anders) nog steeds seermaak, dus gebruik dieselfde veiligheidsreëls as wanneer u met elektriese gereedskap werk of ander meganiese werk doen.

Gebruik dit dus nooit op 'n persoon as dit gelaai en gelaai is nie, en gebruik gesonde verstand.

Stap 2: Gereedskap en vereistes vir die werkplek

Vaardighede benodig:

As u heeltemal nuut is in elektronika, dan is hierdie projek nie vir u nie. Die volgende vaardighede is nodig:

- In staat om toestelle op die oppervlak te monteer, insluitend IC's, kapasitors en weerstande

- In staat om 'n multimeter te gebruik

Benodigde gereedskap (die minimum):

- Fynpunt / soldeerbout met groot punt

- Soldeerdraad

- Liquid Flux of flux pen

- Desolderende vlegsel

- Vergrootglas om soldeerverbindings of 'n mikroskoop te ondersoek

- Fyn pincet

- Multimeter om die DC-skakelspanning (525VDC) te meet

Aanbevole gereedskap (opsioneel)

- Verstelbare kragtoevoer

- Ossilloskoop

- Warmlug -desolderingsstasie

Voorbereiding van die werkplek en algemene werkaanbevelings:

- Gebruik 'n skoon tafel, verkieslik nie plastiek nie (om probleme met statiese lading te vermy)

- Moenie klere gebruik wat maklik lading skep / ophoop nie (dit is die een wat vonke veroorsaak wanneer u dit verwyder)

- Aangesien byna niemand tuis 'n veilige ESD -werkplek het nie, beveel ek aan om die montering in een stap te doen, dit wil sê: moenie verstandige komponente saamdra nie (alle halfgeleiers sodra u dit uit die verpakking gehaal het). Plaas alle komponente op die tafel en begin dan.

- Sommige komponente is redelik klein, soos weerstande en kapasitors in 0603 -verpakkings, dit kan maklik verlore raak, maar een vir een uit hul verpakking haal

- Die laaier IC in 'n TSSOP20 -pakket is die moeilikste om te soldeer, dit het 'n 0,65 mm -afstand (afstand tussen penne), wat nog steeds nie die kleinste standaard in die bedryf is nie, maar dit kan moeilik wees vir iemand wat minder ervare is. As u nie seker is nie, beveel ek aan dat u eers soldeer op iets anders, in plaas daarvan om u PCB te skrap

Weereens word die hele PCB -monteerproses getoon in die video wat op die eerste bladsy van hierdie tutoriaal genoem word

Stap 3: Diagram

In hierdie afdeling gee ek 'n oorsig van die stroombaan. Lees dit aandagtig deur, dit sal u help om skade aan die bord wat u pas bymekaargemaak het, te voorkom.

Links sal die battery gekoppel word. Maak seker dat dit onder alle omstandighede laer as 8V is, anders kan die laaikring beskadig word!

Die batterye wat ek gebruik het, is 3,7V, maar hulle sal 'n spanning hoër as 4V hê as hulle onder baie ligte las is, en dit sal dus 'n spanning van meer as 8V aan die laaier gee voordat dit begin. As u geen risiko's neem nie, is daar twee schottky -diodes in serie met die battery om die spanning tot onder 8V te laat daal. Dit dien ook as 'n beskerming teen omgekeerde batterye. Gebruik ook 'n lont van 3 tot 5A in serie; dit kan 'n laespanning -lont wees, soos dié wat in voertuie gebruik word. Om te verhoed dat die battery leegloop as die geweer nie gebruik word nie, beveel ek aan dat u 'n hoofskakelaar aansluit.

Die batteryspanning by die PCB -ingangsklemme moet te alle tye tussen 5V en 8V wees sodat die stroombaan behoorlik kan werk.

Die bedieningsgedeelte bevat 'n onderspanningsbeskerming en 3 tydstroombane. Timer IC U11 met LED1 wat knipper, dui aan dat die opdrag om die laaikring aan te skakel aktief is. Timer IC U10 bepaal die uitsetpulswydte. Die polswydte kan verstel word met potensiometer R36. Met R8- en C4/C6 -waardes volgens BOM is die reeks: 510us tot 2,7ms. As u pulswydtes buite hierdie reeks benodig, kan hierdie waardes aangepas word soos u wil.

Jumper J1 kan oop wees vir die eerste toets. Die opdrag om die laaikring te aktiveer, gaan deur die springer (positiewe logika, dws 0V = laaier gedeaktiveer; VBAT = laaier aangeskakel).

Die boonste middelste gedeelte bevat die kondensatorlaaikring. Die limiet van die transformator se piekstroom is 10A, hierdie stroom is gekonfigureer met die huidige sinweerstand R21 en moet nie verhoog word nie, anders kan u die transformatorkern versadig. 10A piek lei tot 'n bietjie meer as 3A gemiddelde stroom van die battery, wat goed is vir die batterye wat ek gebruik het. As u ander batterye wil gebruik wat nie die stroom kan voorsien nie, moet u die waarde van weerstand R21 verhoog. (verhoog die waarde van weerstand R21 om die piekstroom van die transformator en gevolglik die gemiddelde stroom vanaf die battery te verlaag)

Die hoofspanning van die kapasitor word met 'n vergelyker gemeet. Dit aktiveer die LED2 as die spanning bo ongeveer 500V is en deaktiveer die laaier as die spanning bo 550V in 'n oorspanningsgebeurtenis is (dit behoort eintlik nooit te gebeur nie).

SKAKEL NOG NOOIT DIE LADER SONDER DIE HOOFKAPASITOR AAN DIE KRING AANSLUIT NIE. Dit kan die laaier se IC beskadig.

Die laaste kring is die brugkring wat die kondensator deur twee IGBT's in die las / spoel ontlaai.

Stap 4: PCB -inspeksie

Inspekteer eers die PCB vir iets ongewoons. Hulle word eintlik geïnspekteer en elektries getoets deur die vervaardiger, maar dit is altyd 'n goeie idee om dit eers te kontroleer voordat u dit monteer. Ek het nooit probleme ondervind nie, dit is net 'n gewoonte.

U kan die Gerber -lêers hier aflaai:

laai dit op na 'n PCB -vervaardiger soos OSHPARK. COM of JLCPCB. COM of enige ander.

Stap 5: Montering

Laai die Excel BOM -lêer en die twee pdf -lêers af vir die plek van die komponent

Monteer eers die kleiner PCB wat die groot elektrolitiese kapasitor bevat. Gee aandag aan die regte polariteit!

Die 90 grade koppe wat hierdie PCB met die hoof PCB verbind, kan aan die bokant of onderkant gemonteer word, afhangende van u meganiese samestelling.

Moet nog nie die koppe in die hoof -PCB soldeer nie; dit is moeilik om dit te verwyder. Verbind twee kort drade dikker as AWG20 tussen die twee PCB's.

Monteer eers die laaier IC op die hoof -PCB, as u nie daaraan gewoond is nie. Monteer dan die kleiner komponente. Ons sal eers alle kapasitors en weerstande installeer. Die maklikste metode is om 'n bietjie soldeer op een stuk te plaas, en dan die komponent met behulp van die pincet op hierdie pad te soldeer. Dit maak nie saak hoe die soldeerverbinding op hierdie punt lyk nie, dit dien net om dit reg te maak.

Soldeer dan die ander blok. Gebruik nou vloeibare vloeistof of 'n vloeipen op die soldeerverbindings wat nie so mooi lyk nie, en doen die gewrig weer. Gebruik die voorbeelde in die video as verwysing na hoe 'n aanvaarbare soldeerverbinding lyk.

Gaan nou na die IC's. Bevestig een terminaal op die PCB met behulp van die bogenoemde metode. Soldeer dan ook al die ander penne.

Vervolgens installeer ons die groter komponente soos elektrolitiese en filmkondensators, trimpot, LED's, Mosfets, diodes, IGBT's en die transformator van die laaikring.

Kontroleer alle soldeerverbindings weer, maak seker dat geen komponent gebreek of gekraak is nie, ens.

Stap 6: Begin

Let op: moenie die ingangsspanning van 8V oorskry nie

As u 'n ossilloskoop het:

Koppel 'n drukknoppie (gewoonlik oop) op die insette SW1 en SW2.

Verifieer dat jumper J1 oop is. Koppel verkieslik 'n verstelbare kragtoevoer aan die ingang van die battery. As u nie 'n verstelbare kragtoevoer het nie, moet u direk met batterye gaan. LED 1 behoort te knip sodra die insetspanning hoër is as ongeveer 5,6V. Die onderspanningskring het 'n groot histerese, dit wil sê om die stroombaan aanvanklik aan te skakel, moet die spanning hoër wees as 5,6V, maar dit skakel die stroombaan eers uit as die ingangsspanning onder ongeveer 4,9V daal. Vir die batterye wat in hierdie voorbeeld gebruik word, is dit 'n irrelevante kenmerk, maar dit kan nuttig wees as u werk met batterye met 'n hoër interne weerstand en/of gedeeltelik ontladen.

Meet die hoofspanningskondensatorspanning met 'n geskikte multimeter; dit moet 0V bly omdat die laaier gedeaktiveer moet word.

Meet met die ossilloskoop die polswydte by pen 3 van U10 wanneer u op die drukknop druk. Dit moet verstelbaar wees met trimpot R36 en wissel tussen ongeveer 0,5 ms en 2,7 ms. Daar is 'n vertraging van ongeveer 5 sekondes voordat die polsslag weer begin kan word na elke druk op die knoppie.

Gaan na stap … volspanningstoets

as u nie 'n ossilloskoop het nie:

Doen dieselfde stappe as hierbo, maar slaan die meting van die polswydte oor; daar is niks wat met 'n multimeter gemeet kan word nie.

Gaan na … volspanningstoets

Stap 7: Volspanningstoets

Verwyder die ingangsspanning.

Maak trui J1 toe.

Kontroleer die korrekte polariteit van die hoogspanningskondensator!

Koppel 'n multimeter wat vir die verwagte spanning (> 525V) gegradeer is, aan die hoëspanningskondensatorterminale.

Koppel 'n toetsspoel aan die uitgangsklemme Coil1 en Coil2. Die laagste induktansie/weerstandspoel wat ek met hierdie stroombaan gebruik het, was AWG20 500uH/0.5 Ohm. In die video gebruik ek 1mH 1R.

Maak seker dat daar geen ferromagnetiese materiale naby of binne die spoel is nie.

Dra 'n veiligheidsbril

Pas die batteryspanning op die ingangsklemme toe.

Die laaier moet begin en die GS -spanning op die kapasitor moet vinnig styg.

Dit behoort op ongeveer 520V te stabiliseer. As dit meer as 550V oorskry en steeds styg, skakel die ingangsspanning onmiddellik uit; iets is verkeerd met die terugvoergedeelte van die laaier IC. In hierdie geval moet u alle soldeerverbindings weer kontroleer en alle komponente korrek installeer.

Die LED2 moet nou brand om aan te dui dat die hoofkondensator volledig gelaai is.

Druk op die sneller, die spanning moet 'n paar honderd volt daal, die presiese waarde sal afhang van die aangepaste polswydte.

Skakel die ingangspanning uit.

Voor die hantering van die PCB's, moet die kapasitor ontlaai word

Dit kan gedoen word deur te wag totdat die spanning tot 'n veilige waarde daal (dit neem lank) of deur dit met 'n kragweerstand te ontlaai. Verskeie gloeilampe in serie sal ook die werk doen; die aantal gloeilampe wat benodig word, sal afhang van hul spanning, twee tot drie vir 220V -lampe, vier tot vyf vir 120V -lampe

Verwyder die drade van die kapasitor PCB. Om die module te voltooi, kan die kapasitor nou (of later) direk aan die hoofbord gesoldeer word, afhangende van die meganiese monteerproses. Die kapasitor -module is moeilik om van die hoof -PCB te verwyder, en beplan daarvolgens.

Stap 8: Meganies

Oorwegings oor meganiese montering

Die hoof PCB het 6 uitsparings om dit op 'n steun te monteer. Daar is min of meer koper spore naby hierdie spore. By die montering van die PCB moet daar op gelet word dat hierdie spore nie aan die skroef gekort word nie. Daarom moet plastiekafstandhouers en plastiekwassers gebruik word. Ek het 'n metaalafvalstuk, 'n aluminium-U-profiel as die behuising gebruik. As u 'n metaalsteun gebruik, moet dit geaard word, dit wil sê met 'n draad verbind met die minpool van die battery. Toeganklike dele (dele wat aangeraak kan word) is die sneller en die battery, die spanningsvlak is naby die grond. As 'n hoogspanningsknooppunt met die metaalbehuizing in aanraking sou kom, word dit kortgekrap en is die gebruiker veilig. Afhangende van die gewig van die behuising en die spoel, kan die hele eenheid baie swaar wees, sodat die greep dienooreenkomstig geïnstalleer moet word.

Die behuising kan ook baie mooier gemaak word, 3D -gedruk, geverf, ens. Dit is aan u.

Stap 9: Die teorie

Die werkbeginsel is baie eenvoudig.

Die twee IGBT's word gelyktydig geaktiveer vir 'n tydperk van 'n paar honderd tot 'n paar ms, afhangende van die opset/aanpassing van die monostabiele ossillator U10. Stroom begin dan opbou deur die spoel. Stroom kom ooreen met sterkte van magnetiese veld en magnetiese veldsterkte met die krag wat op die projektiel in die spoel uitgeoefen word. Die projektiel begin stadig beweeg en net voor sy middel die middel van die spoel bereik, word die IGBT's afgeskakel. Die stroom binne -in die spoel hou egter nie onmiddellik op nie, maar vloei nou 'n geruime tyd deur die diodes en terug in die hoofkondensator. Terwyl die stroom verval, is daar steeds 'n magneetveld in die spoel, so dit behoort tot nul te daal voordat die middel van die projektiel die middel van die spoel bereik, anders word 'n breek krag daarop uitgeoefen. Die werklike resultaat stem ooreen met die simulasie. Die eindstroom voordat die pols afgeskakel word, is 367A (huidige sonde 1000A/4V)

Stap 10: Spoelbou

Die snelheid van 36m/s is verkry met die volgende spoel: 500uH, AWG20, 0.5R, 22mm lengte, 8mm binnediameter. Gebruik 'n buis met die kleinste gaping tussen die binnewand en die projektiel en kan steeds die beweging van die projektiel moontlik maak. Dit moet ook die dunste mure hê terwyl dit baie styf is. Ek het 'n buis van vlekvrye staal gebruik en daar is geen nadelige gevolge opgemerk nie. As u 'n elektriese geleidende buis gebruik, moet u dit met 'n geskikte band (ek het Kapton -band gebruik) isoleer voordat u dit draai. Miskien moet u ekstra eindstukke tydelik monteer terwyl u wikkel, want daar ontstaan aansienlike sykragte tydens die wikkelingsproses. Ek sal dan aanbeveel om die windings met epoxy reg te maak/te beskerm. Dit sal help om te voorkom dat die windings beskadig word tydens die hantering/montering van die spoel. Die hele spoel moet op 'n manier gedoen word sodat die wikkelinge nie kan beweeg nie. U benodig ook 'n soort ondersteuning om dit op die hoofbehuizing te monteer.

Stap 11: Moontlike wysigings en beperkings van die stroombaan

Die kapasitor wat op 522V gelaai is, bevat 136 Joule. Die doeltreffendheid van hierdie stroombaan is redelik laag, soos met die meeste eenvoudige enkelfase -ontwerpe wat ferromagnetiese projektiele versnel. Die maksimum spanning word beperk deur die maksimum toelaatbare kondensatorspanning van 550VDC en die maksimum VCE -gradering van die IGBT's. Ander spoelgeometries en laer induktansie/weerstandswaardes kan lei tot hoër snelhede/doeltreffendheid. Die maksimum gespesifiseerde piekstroom vir hierdie IGBT is egter 600A. Daar is ander IGBT's van dieselfde grootte wat hoër opleidingsstrome kan ondersteun. In elk geval, as u oorweeg om die kapasitansie of IGBT -grootte te verhoog, moet u die volgende hoofprobleme oorweeg: Respekteer die maksimum stroom wat in die IGBT -datablad gespesifiseer word. Ek beveel nie aan om die laaispanning te verhoog nie; daar moet te veel veranderlikes in ag geneem word. Die verhoging van die kapasitansie en die gebruik van langer polswydtes vir groter spoele sal ook die IGBT -kragonderbrekings verhoog. Hulle het dus moontlik 'n koellichaam nodig. Ek beveel aan dat u eers 'n aangepaste stroombaan in SPICE /Multisim of ander simulasiesagteware simuleer om te bepaal wat die piekstroom sal wees.

Sterkte!

Stap 12: Die spoelgeweer in aksie

Ek het net lekker geskiet op toevallige dinge …