Coilgun SGP33 - Teljes összeszerelési és tesztelési utasítások: 12 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:41

Ez az oktatóanyag leírja, hogyan kell összeszerelni az ebben a videóban látható tekercspisztoly elektronikáját:

SGP-33 összeszerelés Youtube

Az oktatóanyag utolsó oldalán található egy videó is, amelyben láthatja működés közben. Itt a link.

Ennek a bemutatónak a PCB -jeit a JLCPCB. COM biztosította

A cél az volt, hogy egy egylépcsős tekercsfegyvert építsünk, amely könnyű, jó teljesítményű, és elfogadható áron használja az általánosan beszerezhető alkatrészeket.

Jellemzők:

- Egyfokozatú, egyetlen lövés

- Állítható tekercs aktiváló impulzus szélesség

- IGBT vezérelt tekercs

- Egyetlen 1000uF/550V kondenzátor

- A legnagyobb sebesség 36 m/s, nagymértékben függ a tekercs és a lövedék tulajdonságaitól és a geometriától

- A kezdeti töltési idő körülbelül 8 másodperc, az újratöltési idő a kisülési időtől függ, a videó példában 5 másodperc

A kizárólag elektronikus alkatrészek teljes költsége körülbelül 140 USD, kivéve a tekercs rézhuzalát/ hordóját.

Ebben az oktatóanyagban csak a NYÁK összeszerelését ismertetem.

Az összes többi információt is megadom, hogy a legtöbbet hozhassam ki ebből az áramkörből anélkül, hogy felrobbantanám.

A mechanikus összeszerelésről nem írok részletes leírást, mivel azt gondolom, hogy javítani / módosítani lehetne. Ehhez a részhez a fantáziáját kell használnia.

1. lépés: Figyelem

VIGYÁZAT:

Feltétlenül olvassa el és értse meg ezt a részt!

Az áramkör körülbelül 525 V -ra tölti fel a kondenzátort. Ha puszta kézzel megérinti egy ilyen kondenzátor csatlakozóit, súlyosan megsérülhet. Ezenkívül (ez kevésbé veszélyes, de meg kell említeni) az általuk biztosított nagy áram szikrákat hozhat létre, és elpárologtathatja a vékony vezetékeket. Ezért mindig viseljen szemvédőt!

A védőszemüveg kötelező

A kondenzátor a főkapcsoló kikapcsolása után is tartja a töltést. Az áramkörön végzett munka előtt ki kell üríteni !!!

Másodszor, a kondenzátorban lévő energiát felhasználjuk, és egy lövedék mozgási energiájává alakítjuk át. Annak ellenére, hogy ennek a lövedéknek a sebessége alacsony, mégis árthat Önnek (vagy valaki másnak), ezért ugyanazokat a biztonsági szabályokat alkalmazza, mint amikor elektromos szerszámokkal dolgozik vagy bármilyen más mechanikai munkát végez.

Tehát SOHA ne mutasson rá egy személyre, amikor fel van töltve és fel van töltve, használja a józan eszét.

2. lépés: Eszközök és munkahelyi követelmények

Szükséges készségek:

Ha teljesen új vagy az elektronikában, akkor ez a projekt nem neked való. A következő készségekre van szükség:

- Képes a felületre szerelhető eszközök forrasztására, beleértve az IC -ket, kondenzátorokat és ellenállásokat

- Multiméter használata

Szükséges eszközök (minimum):

- Finom hegy / nagy hegyes forrasztópáka

- Forrasztó huzal

- Folyékony fluxus vagy fluxus toll

- Forrasztó fonat

- Nagyító a forrasztási kötések vagy mikroszkóp ellenőrzéséhez

- Finom csipesz

- Multiméter az egyenáramú kapcsolat feszültségének mérésére (525VDC)

Ajánlott eszközök (opcionális)

- Állítható tápegység

- Oszcilloszkóp

- Forrólevegő -forrasztó állomás

A munkahely előkészítése és az általános munkára vonatkozó ajánlások:

- Használjon tiszta asztalt, lehetőleg ne műanyagból (a statikus töltéssel kapcsolatos problémák elkerülése érdekében)

- Ne használjon olyan ruházatot, amely könnyen töltést hoz létre / halmoz fel (ez az, ami szikrákat kelt, amikor eltávolítja)

- Mivel szinte senkinek nincs otthon ESD -biztonságos munkahelye, azt javaslom, hogy az összeszerelést egy lépésben végezze el, azaz ne vigyen magával értelmes alkatrészeket (minden félvezetőt, miután kivette őket a csomagolásból). Helyezze az összes alkatrészt az asztalra, majd indítsa el.

- Néhány alkatrész elég kicsi, például az ellenállások és a kondenzátorok 0603 csomagban, könnyen elveszhetnek, csak egyesével vegye ki a csomagolásból

- A TSSOP20 csomagban található töltő IC a legnehezebben forrasztható alkatrész, 0,65 mm -es hangmagassággal (a csapok közötti távolság) még messze nem a legkisebb ipari szabvány, de nehéz lehet egy kevésbé tapasztalt személy számára. Ha nem biztos benne, azt javaslom, hogy először a forrasztást tanítsa valami másra, a PCB leselejtezése helyett

Ismét a teljes PCB összeszerelési folyamat látható az oktatóanyag első oldalán említett videóban

3. lépés: Diagram

Ebben a részben áttekintést adok az áramkörről. Olvassa el figyelmesen, ez segít elkerülni az éppen összeállított tábla károsodását.

Balra az akkumulátor csatlakozik. Győződjön meg arról, hogy minden körülmények között alacsonyabb, mint 8 V, különben a töltő áramköre megsérülhet!

Az általam használt akkumulátorok 3,7 V -osak, de nagyon kis terhelés esetén 4 V -nál nagyobb feszültségűek, ezért 8 V -nál nagyobb feszültséget adnak a töltőnek, mielőtt elindulna. Nem kockáztatva, két schottky dióda van sorban az akkumulátorral, hogy 8V alá csökkentse a feszültséget. Ezenkívül védelmet nyújtanak az invertált akkumulátorok ellen. Használjon sorban 3–5 A biztosítékot is, ez lehet alacsony feszültségű biztosíték, mint a járművekben. Annak érdekében, hogy elkerülje az akkumulátor lemerülését, amikor a pisztolyt nem használja, javaslom a főkapcsoló csatlakoztatását.

Az áramkör megfelelő működéséhez az akkumulátor feszültségének a NYÁK bemeneti csatlakozóinál mindig 5V és 8V között kell lennie.

A vezérlő rész alulfeszültség -védelmet és 3 időzítő áramkört tartalmaz. Az IC U11 időzítő LED1 villogásával azt jelzi, hogy a töltőáramkör bekapcsolására vonatkozó parancs aktív. Az IC U10 időzítő határozza meg a kimeneti impulzus szélességét. Az impulzus szélessége az R36 potenciométerrel állítható be. Az R8 és C4/C6 BOM szerinti értékekkel a tartomány: 510us - 2,7ms. Ha impulzusszélességre van szüksége ezen a tartományon kívül, akkor ezeket az értékeket tetszés szerint módosíthatja.

A J1 jumper nyitható a kezdeti teszteléshez. A töltőáramkör engedélyezésére vonatkozó parancs ezen az áthidalón megy keresztül (pozitív logika, azaz 0V = töltő letiltva; VBAT = töltő engedélyezve).

A felső középső rész tartalmazza a kondenzátor töltő áramkörét. A transzformátor csúcsáramának határa 10A, ez az áram az R21 áramérzékelő ellenállással van konfigurálva, és nem szabad növelni, különben fennáll a transzformátor mag telítettségének kockázata. A 10A csúcs valamivel több mint 3A átlagos áramot eredményez az akkumulátorból, ami megfelel az általam használt elemeknek. Ha olyan akkumulátorokat szeretne használni, amelyek nem tudják biztosítani ezt az áramot, növelni kell az R21 ellenállás értékét. (növelje az R21 ellenállás értékét a transzformátor csúcsáramának és ennek következtében az akkumulátor átlagos áramának csökkentéséhez)

A fő kondenzátor kimeneti feszültségét összehasonlítóval mérik. Aktiválja a LED2 -t, ha a feszültség meghaladja az 500 V -ot, és kikapcsolja a töltőt, ha a feszültség meghaladja az 550 V -ot egy túlfeszültség esetén (ez valójában soha nem történhet meg).

SOHA ne kapcsolja be a töltőt a áramkörhöz csatlakoztatott fő kondenzátor nélkül. Ez károsíthatja a töltő IC -jét.

Az utolsó áramkör az a híd áramkör, amely két kondenzátort két IGBT -n keresztül kisüt a terhelésbe / tekercsbe.

4. lépés: PCB ellenőrzés

Először ellenőrizze a NYÁK -ot, hogy nincs -e benne szokatlan dolog. Valójában a gyártótól ellenőrizték és tesztelték az elektromos áramot, de mindig jó ötlet az összeszerelés előtt kétszer ellenőrizni. Soha nem volt problémám, ez csak szokás.

A Gerber fájlokat innen töltheti le:

töltse fel azokat egy NYÁK -gyártóhoz, például az OSHPARK. COM vagy a JLCPCB. COM vagy bármely máshoz.

5. lépés: Összeszerelés

Töltse le az Excel BOM -fájlt és a két pdf -fájlt az összetevő helyének meghatározásához

Először szerelje össze a kisebb NYÁK -t, amely a nagy elektrolit kondenzátort tartja. Ügyeljen a helyes polaritásra!

Azokat a 90 fokos fejléceket, amelyek ezt a NYÁK -ot a fő NYÁK -hoz csatlakoztatják, fel lehet szerelni a felső vagy alsó oldalra, a mechanikai összeszereléstől függően.

NE forrasztja még a fejléceket a fő NYÁK -ba, nehezen távolíthatók el. Csatlakoztasson két rövid vezetéket, amelyek vastagabbak, mint az AWG20, a két NYÁK közé.

A fő NYÁK -on először szerelje össze a töltő IC -t, amely a legnehezebb része, ha nem szokta meg. Ezután szerelje össze a kisebb alkatrészeket. Először telepítünk minden kondenzátort és ellenállást. A legegyszerűbb módszer az, ha egy pár forrasztást teszünk az egyik párnára, majd a csipesz segítségével először forrasztjuk rá az alkatrészt erre a betétre. Nem számít, hogyan néz ki a forrasztási kötés ezen a ponton, ez csak arra szolgál, hogy rögzítse a helyén.

Ezután forrasztja a másik betétet. Most használjon folyékony folyasztószert vagy fluxust tollat a nem túl jó megjelenésű forrasztási kötésekhez, és végezze el újra a kötést. Használja a videó példáit referenciaként arra vonatkozóan, hogyan néz ki egy elfogadható forrasztási kötés.

Most lépjen tovább az IC -khez. Rögzítse az egyik terminált a NYÁK -on a fent említett módszerrel. Ezután forrasztja az összes többi csapot is.

Ezután telepítjük a nagyobb alkatrészeket, például elektrolit- és fóliakondenzátorokat, trimpot, LED -eket, Mosfeteket, diódákat, IGBT -ket és a töltőáramkör transzformátorát.

Ellenőrizze az összes forrasztási kötést, győződjön meg arról, hogy egyik alkatrész sem törött vagy repedt stb.

6. lépés: Indítás

Figyelem: Ne lépje túl a 8 V -os bemeneti feszültséget

Ha van oszcilloszkópja:

Csatlakoztasson nyomógombot (általában nyitva) az SW1 és SW2 bemenetekhez.

Ellenőrizze, hogy a J1 jumper nyitva van -e. Ideális esetben csatlakoztassa az állítható asztali tápegységet az akkumulátor bemenetéhez. Ha nincs állítható asztali tápegysége, akkor közvetlenül az akkumulátorokkal kell működnie. Az 1. LED -nek villognia kell, amint a bemeneti feszültség magasabb, mint körülbelül 5,6 V. Az alulfeszültségű áramkör nagy hiszterézissel rendelkezik, azaz az áramkör kezdeti bekapcsolásához a feszültségnek magasabbnak kell lennie, mint 5,6 V, de csak akkor kapcsolja ki az áramkört, ha a bemeneti feszültség körülbelül 4,9 V alá csökken. A példában használt akkumulátorok esetében ez nem releváns tulajdonság, de hasznos lehet, ha nagyobb belső ellenállású és/vagy részben lemerült akkumulátorokkal dolgozik.

Mérje meg a fő nagyfeszültségű kondenzátor feszültségét megfelelő multiméterrel, annak 0V -nak kell maradnia, mert a töltőt állítólag deaktiválják.

Az oszcilloszkóppal a nyomógomb megnyomásakor mérje meg az impulzus szélességét az U10 3. tűjén. Állíthatónak kell lennie az R36 trimpot segítségével, és körülbelül 0,5 ms és 2,7 ms között kell változnia. Minden gombnyomás után körülbelül 5 másodperc késés van az impulzus újraindítása előtt.

Folytassák a lépéssel … teljes feszültség teszt

ha nincs oszcilloszkópja:

Végezze el ugyanazokat a lépéseket, mint fent, de hagyja ki az impulzusszélesség -mérést, multiméterrel nincs mit mérni.

Tovább a… teljes feszültség teszthez

7. lépés: Teljes feszültség teszt

Távolítsa el a bemeneti feszültséget.

Zárja be a J1 jumpert.

Ellenőrizze kétszer a nagyfeszültségű kondenzátor helyes polaritását!

Csatlakoztasson egy multimétert a várható feszültségre (> 525 V) a nagyfeszültségű kondenzátor kapcsaira.

Csatlakoztasson egy teszttekercset a Coil1 és Coil2 kimeneti kapcsokra. A legalacsonyabb induktivitás/ellenállás tekercs, amelyet ezzel az áramkörrel használtam, az AWG20 500uH/0,5 Ohm volt. A videóban 1mH 1R -t használtam.

Győződjön meg arról, hogy a tekercs közelében vagy belsejében nincsenek ferromágneses anyagok.

Viseljen védőszemüveget

Vigye fel az akkumulátor feszültségét a bemeneti kivezetésekre.

A töltőnek be kell indulnia, és a kondenzátor egyenáramú feszültségének gyorsan emelkednie kell.

Körülbelül 520V -on stabilizálódnia kell. Ha meghaladja az 550 V -ot, és továbbra is emelkedik, azonnal kapcsolja ki a bemeneti feszültséget, valami nem stimmel a töltő IC visszacsatoló részével. Ebben az esetben újra kell ellenőriznie az összes forrasztási kötést és az összes alkatrész helyes telepítését.

A LED2 -nek világítania kell, jelezve, hogy a fő kondenzátor teljesen fel van töltve.

Nyomja meg a trigger gombot, a feszültségnek néhány száz voltot kell esnie, a pontos érték a beállított impulzusszélességtől függ.

Kapcsolja ki a bemeneti feszültséget.

A NYÁK -ok kezelése előtt ki kell üríteni a kondenzátort

Ezt vagy úgy teheti meg, hogy megvárja, amíg a feszültség biztonságos értékre csökken (sokáig tart), vagy lemeríti egy teljesítményellenállással. Több soros izzólámpa is elvégzi a munkát, a szükséges izzók száma a feszültségtől függ, kettő -három 220V -os lámpáknál, négy -öt a 120V -os lámpáknál

Távolítsa el a vezetékeket a kondenzátor NYÁK -ból. A modul befejezéséhez a kondenzátort most (vagy később) közvetlenül az alaplapra lehet forrasztani, a mechanikai összeszerelési eljárástól függően. A kondenzátor modult nehéz eltávolítani a fő NYÁK -ról, ennek megfelelően tervezzen.

8. lépés: Mechanikus

Mechanikai szerelés

A fő NYÁK 6 kivágással rendelkezik, amelyek segítségével a tartóra rögzíthető. Ezeknek a nyomoknak a közelében többé -kevésbé réznyomok találhatók. A NYÁK felszerelésekor ügyelni kell arra, hogy ezek a nyomok ne záródjanak a csavarhoz. Ezért műanyag távtartókat és műanyag alátéteket kell használni. Házként fémhulladékot, alumínium U-profilt használtam. Fémtartó használata esetén földelni kell, azaz vezetékkel kell csatlakoztatni az akkumulátor mínusz pólusához. A hozzáférhető részek (megérinthető részek) a kioldó kapcsoló és az akkumulátor, feszültségszintjük a föld közelében van. Ha bármelyik nagyfeszültségű csomópont érintkezik a fém házzal, az rövidre zárja a testet, és a felhasználó biztonságban van. A ház és a tekercs súlyától függően az egész egység elég nehéz lehet elöl, ezért a markolatot ennek megfelelően kell felszerelni.

A házat sokkal szebbé is lehetne tenni, 3D nyomtatni, festeni stb., Ez rajtad múlik.

9. lépés: Az elmélet

A működési elv nagyon egyszerű.

A két IGBT egyidejűleg aktiválódik, néhány száz és néhány ms közötti időtartamra, az U10 monostabil oszcillátor konfigurációjától/beállításától függően. Ezután az áram kezd felhalmozódni a tekercsen keresztül. Az áram megfelel a mágneses térerősségnek és a mágneses térerősség a tekercs belsejében lévő lövedékre kifejtett erőnek. A lövedék lassan mozogni kezd, és mielőtt a közepe eléri a tekercs közepét, az IGBT -k kikapcsolnak. A tekercs belsejében lévő áram azonban nem szűnik meg azonnal, de most a diódákon keresztül áramlik vissza egy ideig a fő kondenzátorba. Míg az áram bomlik, még mindig van mágneses mező a tekercsben, ezért ennek közel nullára kell esnie, mielőtt a lövedék közepe eléri a tekercs közepét, különben törőerő hatna rá. A valós eredmény megfelel a szimulációnak. A végáram az impulzus kikapcsolása előtt 367A (1000A/4V áramszonda)

10. lépés: Tekercs felépítése

A 36 m/s sebességet a következő tekerccsel kaptuk: 500uH, AWG20, 0,5R, 22 mm hosszú, 8 mm belső átmérő. Használjon olyan csövet, amelynek a lehető legkisebb rése van a belső fal és a lövedék között, és mégis lehetővé teszi a lövedék szabad mozgását. A lehető legvékonyabb falakkal kell rendelkeznie, miközben nagyon merev. Rozsdamentes acélcsövet használtam, és semmilyen káros hatást nem észleltem. Ha elektromos vezetőképes csövet használ, feltétlenül szigetelje le megfelelő szalaggal (én Kapton szalagot használtam), mielőtt feltekerné. Előfordulhat, hogy tekercselés közben ideiglenesen további végdarabokat kell felszerelni, mert a tekercselés során jelentős oldalerők alakulnak ki. Azt javaslom, hogy a tekercseket epoxiddal rögzítse/védje. Ez segít megelőzni a tekercsek sérülését a tekercs kezelése/összeszerelése közben. Az egész tekercsszerelést úgy kell elvégezni, hogy a tekercsek ne mozoghassanak. Szüksége van valamiféle támogatásra is, hogy a fő házra rögzítse.

11. lépés: Az áramkör lehetséges módosításai és korlátai

Az 522 V -ra feltöltött kondenzátor 136 Joule -t tartalmaz. Ennek az áramkörnek a hatékonysága meglehetősen alacsony, mint a legtöbb egyszerű egylépcsős kivitelnél, amelyek felgyorsítják a ferromágneses lövedékeket. A maximális feszültséget korlátozza az 550 VDC megengedett legnagyobb kondenzátorfeszültség és az IGBT -k maximális VCE minősítése. Más tekercsgeometriák és alacsonyabb induktivitás/ellenállás értékek nagyobb sebességhez/hatékonysághoz vezethetnek. Ennek az IGBT -nek a maximális megadott maximális árama 600A. Vannak más, azonos méretű IGBT -k, amelyek támogathatják a nagyobb túlfeszültségű áramokat. Mindenesetre, ha a kapacitás vagy az IGBT méretének növelését tervezi, feltétlenül vegye figyelembe a következő fő kérdéseket: Tartsa be az IGBT adatlapon megadott maximális áramot. Nem javaslom a töltőfeszültség növelését, túl sok változót kell figyelembe venni. A kapacitás növelése és a hosszabb impulzusszélesség használata nagyobb tekercsek esetén szintén növeli az IGBT -k teljesítményveszteségét. Ezért szükségük lehet egy hűtőbordára. Javaslom, hogy először módosítson egy módosított áramkört a SPICE /Multisim vagy más szimulációs szoftverben, hogy meghatározza a csúcsáramot.

Sok szerencsét!

12. lépés: A tekercsfegyver működés közben

Csak szórakoztató fényképezés véletlenszerű dolgokkal…