ЭЛЕКТРОНИКА часы пропеллер, и, главное, воздушный трансформатор

IvanumASS

✩✩✩✩✩✩✩
22 Июн 2019
9
0
33
СПб
Здравствуйте, товарищи. Делаю часы - пропеллер с нормальным количеством нормальных адресных светодиодов. Питание ротора хочу осуществлять с помощью воздушного трансформатора.
photo_2022-04-05_19-45-45.jpgphoto_2022-04-08_21-02-18.jpg
Текущий вариант трансформатора с демонстрацией

Первые опыты, в которых я просто повторил варианты с интернета, в которых использовалось просто какое-то количество витков провода и один транзистор для создания пульсации напряжения, жалко провалились, так как потребление светодиодов в общем получилось около 2А 5В, а эти варианты не давали и 50мА (на 5-6 маломощных светодиодов может и хватит, но тут точно без вариантов).
photo_2022-03-31_20-23-01.jpg
26 светодиодов Sk6812 размером 35х35 оч яркие и сочные цвета, при этом меньший размер чем у классических WS2811

В процессе исследования, я понял, что как минимум нужно вместо тупо катушек ставить LC-контуры с согласованием частот, опираясь на индуктивность катушек и подбор конденсаторов нужной емкости, чтобы резонансные частоты обеих катушек совпадали. Так же, теперь используется полномостовой преобразователь постоянки в переменку на частоте 106кГц в данном случае. Пои идее нужны еще магнитопроводы, для повышения индуктивности катушек, но в данной ситуации нужные найти боюсь, невозможно.

На данном этапе имеется:
статор 50 витков МГТФ-ом 0.2, индуктивность 0.07мкГн, конденсатор последовательно 0.032мкФ, резонансная частота 106кГц
Ротор 50 витков МГТФ-ом 0.2, индуктивность 0.04мкГн, конденсатор параллельно 0.056мкФ, частота 106кГц

В таком виде при подаче на статор 12в переменки на роторе после диодного моста получается зажечь лампочку 12в 5W, (на лампочке измеряется 3.5В 200мА) очевидно, слабо, но уже сильно лучше, чем в первые разы, когда еле светился один светодиод, однако, ясно что это даже не рядом 10W которые нужны.

В основном я ориентировался на этот видос Great Scott, где он продавливал через катушки 20 ватт, но он использовал там плоские заводские катушки от беспроводных зарядок с магнитопроводом и даташитом со всей инфой. Но у него я, хотя бы узнал про согласование частот и колебательные контуры и про то, что на высоких частотах лучше использовать многожильный провод вместо проволоки из-за скин-эффекта.

В общем, понятное дело, что я упускаю много важных моментов в этом проекте, продавить такое количество энергии в катушке из говна и палок само по себе сложно, я так подозреваю, но вся инфа по этим вопросам крайне сложна для моего куриного мозга. Куда двигаться в конструировании этой схемы, чтобы получилось продавить 10W на ротор? Как минимум я знаю про параметр добротности катушки, но не могу его понять. Очевидно, инфы по данному вопросу в интернете много, но она почти сразу же превращается в стену матана, через который я почти не могу пробраться. Понятно, что без него никак, но я надеюсь, что проектирование таких схем может уложиться в относительно просто разъяснение, прошу помочь!

В данном проекте еще есть куча подводных камней, вроде управления BLDC мотором с помощью библиотеки SimpleFOC, чтобы он не пищщал как тварь, но с этим проще. Если эта штука заработает, собираюсь запилить видос с подробнейшим объяснением всего что я узнал (и упоминанием всех источников), чтобы следующий, у кого возникнет подобные вопросы мог найти всю эту инфу в удобоваримом виде в одном месте.

В общем, заранее спасибо за помощь!
 

Геннадий П

★★★★★★✩
14 Апр 2021
1,969
632
44
и про то, что на высоких частотах лучше использовать многожильный провод вместо проволоки из-за скин-эффекта.
Зависит от частоты. У медного провода на 100кГц глубина проникновения скин-эффекта 0.2мм, т.е. можно спокойно использовать провод диаметром до 0.4мм.
 
Изменено:
  • Лойс +1
Реакции: IvanumASS

IvanumASS

✩✩✩✩✩✩✩
22 Июн 2019
9
0
33
СПб
Максимум, что увидел на видео - 3 Вт на входе цепи.
по виду и размеру лампочка в конце это автомобильная лампочка для поворотников под цоколь BA15S, а они коло 20 ватт обычно.

Зависит от частоты. У медного провода на 100кГц глубина проникновения скин-эффекта 0.2мм, т.е. можно спокойно использовать провод диаметром до 0.4мм.
Учту, попробую намотать потом проволкой 0.4

Кстати, попробовал ради эксперимента подвигать катушки одну относительно другой, получилось занимательно:

Попробую сделать пару вариантов катушки тоньше (12мм высоты против 20) с разным количеством витков, так как на вид, получается эффективнее, если сместить край статора ближе к середине ротора, по идее там магнитное поле плотнее
 

rkit

★★★✩✩✩✩
5 Фев 2021
508
127
по виду и размеру лампочка в конце это автомобильная лампочка для поворотников под цоколь BA15S, а они коло 20 ватт обычно.
Это ты по размеру лампочки определил, сколько в нее фактически влили ватт?
Ставь токосъемники, куда там трансформаторы мотать.
 

IvanumASS

✩✩✩✩✩✩✩
22 Июн 2019
9
0
33
СПб
Это ты по размеру лампочки определил, сколько в нее фактически влили ватт?
Ставь токосъемники, куда там трансформаторы мотать.
по размеру лампочки я определил какой она мощности, и, судя по видео, она ярко засветилась. Может влили и не 20 ватт, но сильно больше трех.

Токосъемники я могу поставить всегда, а хотелось бы без них
 

Геннадий П

★★★★★★✩
14 Апр 2021
1,969
632
44
@IvanumASS,
На данном этапе имеется:
статор 50 витков МГТФ-ом 0.2, индуктивность 0.07мкГн, конденсатор последовательно 0.032мкФ, резонансная частота 106кГц
Ротор 50 витков МГТФ-ом 0.2, индуктивность 0.04мкГн, конденсатор параллельно 0.056мкФ, частота 106кГц
Это через какой то специальный калькулятор посчитано? Потому как у меня на открытом контуре выходит совсем другая частота:
1649522620603.png

Но вообще, если бы я делал, то сделал бы скорее всего по принципу трансформатора в обратноходовом режиме, но нужно на статор (и скорее всего на ротор) ставить ферритовый сердечник.
 

IvanumASS

✩✩✩✩✩✩✩
22 Июн 2019
9
0
33
СПб
Избыточное цитирование. Отредактируй или сообщение будет удалено
@IvanumASS,

Но вообще, если бы я делал, то сделал бы скорее всего по принципу трансформатора в обратноходовом режиме, но нужно на статор (и скорее всего на ротор) ставить ферритовый сердечник.
А можете подробнее описать как вы высчитывали эти показатели, и на основе чего?
Я как считал: измерил индуктивность катушек, посмотрел, какие есть в наличии конденсаторы и вот тут и тутвысчитал какую примерно частоту у обеих катушек получится сделать. То есть я обе катушки с помощью конденсаторов подогнал к общей частоте. Уже не помню где, но я увидел, что параллельное и последовательное подключение конденсатора тоже важно, что-то про ток и напряжение в разных конфигурацих (ссылку потерял на это объяснение), и еще в начале этого варианта уже решил, что ротор надо сделать параллельно к катушке, а статор последовательно (кажется, даже у того немца подсмотрел). Я вообще не настаиваю, что так правильно, поэтому если у вас способ отличается, я с большим удовольствием его изучу и попробую, потому как в текущем виде все это работает так себе

по поводу сердечника вот тут основная проблема - в центре всей этой конструкции стоит сам двигатель, так что сердечник как минимум некуда пихать. Варианты с сердечником я прикидывал, но все они очень сильно усложняют конструкцию, в плоть до того, что если без сердечника будет никак, то я на щетки перелезу, как бы прискорбно это ни было
 
Изменено:

Геннадий П

★★★★★★✩
14 Апр 2021
1,969
632
44
А можете подробнее описать как вы высчитывали эти показатели, и на основе чего?
(тут были кортинки)

Вообщем у вас не в мкГн данные, а в мГн, тогда все сходится:

1649526455252.png

А по поводу трансформаторного режима, можно например на половинках броневых сердечников, например таких:
1649525620180.png
 
Изменено:

IvanumASS

✩✩✩✩✩✩✩
22 Июн 2019
9
0
33
СПб
@Геннадий П,

А в принципе ход мыслей по поводу согласования частот двух контуров на ваш взгляд норм? Или я чего то упускаю?
Особенно меня беспокоит вопрос конструкции самой катушки: часто попадается инфа, что сама по себе форма катушки очень важна, но кроме соотношения высоты и диаметра ничего нет, и вся эта инфа в принципе о катушках для всяких радио, а касательно таких применений инфы мало(

Как раз с такими сердечниками я и пытался что то придумать, но тогда конструкция получается слишком громоздкой, проще сделать уже щетки
 

Геннадий П

★★★★★★✩
14 Апр 2021
1,969
632
44
А в принципе ход мыслей по поводу согласования частот двух контуров на ваш взгляд норм? Или я чего то упускаю?
В принципе все верно, разбирал лидары, в которых передача энергии на вращающуюся головку была именно таким способом как у вас, а данные передавались по светодиоду, расположенному в центре.
Но индуктивность такого воздушного трансформатора я бы посоветовал измерять конструкции в сборе, т.к. взаимное влияние катушек может сказываться.
 

IvanumASS

✩✩✩✩✩✩✩
22 Июн 2019
9
0
33
СПб
Хорошие новости! Получилось продавить 10 ватт! Правда, при немного непонятных для обстоятельствах, но, судя по измерениям - получилось!

@Геннадий П, гляньте!

В текущем виде:
на роторе 42 витка МГТФ 0,2, те же 0.04мГн, пленочный конденсатор 323нФ
на статоре 46 витков, МГТФ 0,2, 0.1мГн, пара пленочных конденсаторов общей емкостью 130нФ
частота 44кГц.
Частоту пришлось уменьшить, так как на частотах около 100кГц оч сильно грелся Н-мост. Сейчас, если скинуть до 44кГц и нацепить радиатор, то вроде ок

От прошлого варианта текущий отличается уменьшенной высотой статора и большим количеством витков, то есть теперь статор в половину ниже, но теперь 4 слоя проводника вместо двух. Ну и частота ниже


Прошу прощения за прерывание в середине, у меня только один мультиметр и только пара рук, но! в определенном положении катушке относительно друг друга на лампочку приходит 23 вольта/0.47А, а значит, 10 ватт таки получилось продавить! Я так понял, 23 вольта взялось, потому что у меня сейчас 12 вольт постоянки превращаются Н-мостом в переменку, как раз разброс получается около того

Надо разобраться, как это непонятное положение катушек причесать, но самый лучший вариант получается, если ротор опущен в статор на 5-6мм. Это явно как то связано с плотностью магнитного поля у краев катушек. Попробую другие конфигурации, благо, осознание что это вообще возможно придает энтузиазма)

У меня только МГТФ закончился, но есть ПЭТВ2 0.4мм, попробую может намотать побольше витков за одно, на частоте 40кГц проблем быть не должно.
 
Изменено:

IvanumASS

✩✩✩✩✩✩✩
22 Июн 2019
9
0
33
СПб
Кароче, получилось сделать цепочку, способоную длительно продавливать 9.2Ватт

photo_2022-04-30_19-54-17.jpg

Пришлось сделать самодельный диодный мост на диодах Шоттки SS210F, так как обычные грелись как собаки

Общее потребление схемы 1.27А при 12В

photo_2022-04-30_20-00-08.jpg

Конечные параметры катушек:

Ротор 80мкГн, конденсатор 0.15мкФ внешний диаметр 40мм, высота 12мм
Статор 130мкГн, конденсатор 0.094мкФ внешний диаметр 50мм, высота 12мм
Ротор размещен выше статора, перекрытие около 6мм
Обе катушки порядка 50 витков МГТФом 0.2

Частота 46кГц

Н-мост - HW166 оба контура в параллель, с радиатором

9.2Ватт мне должно хватить, так как даже на такую мощность вся эта конструкция будет выходить редко, в штате предполагаю около 5-6Ватт

Еще раз, когда закончу весь проект - выложу подробное описание в виде видоса на канале из первого видео, на случай если кто то придет сюда с таким же вопросом в будущем

Ставь токосъемники, куда там трансформаторы мотать.
Не понадобились токосъемники)
 

IvanumASS

✩✩✩✩✩✩✩
22 Июн 2019
9
0
33
СПб
Потому что обычные не рассчитаны на работу с большой частотой.
Ну в общем я так и понял, поэтому сразу Шоттки взял. В общем-то теперь и по току и по напряжению запас есть. Да и получается такой мостик даже меньше, чем сопоставимый по параметрам готовый вариант.

Кстати, так же плюс в том, что на них падение меньше, и на нагрев энергия не уходит. Я, фактически, около полутора ватт мощности получил!