SSTC III PLL + Audio


       Skončilo leto, začala sa zima a mám tu ďalší projekt Teslovho transformátora. Po úspešnom dokončení predošlého SSTC II v polomoste s dvoma IRFP460LC a s pridaním kvázi analógovej MIDI modulácie, to chcelo ďalšie pokračovanie a vylepšeného nasledovníka už s vychytanými muchami a nedostatkami. Na predošlom som aj testoval plný most s 4x IRFP460LC (60cm výboje), no nakoniec som ostal pri polomoste pre jednoduchosť a čas, potreboval som to na jednu akciu a nebol už čas na rozsiahlejšie prerábanie a úpravy pre ďalšie problémy spojené s plným mostom. Ďalšie nedostatky na starom SSTC II boli aj nie práve kvalitná MIDI modulácia, riziko výbuchu tranzistorov pri strate väzby s anténou pri zemnom výboji (toto sa mi ešte nestalo, no nikdy som neťahal výboj na tvrdo do zeme), problém vysokých teplôt koncových tranzistorov na budenie GDT (problém zákmitov, vysokých špičiek, problematika návrhu DPS = vysoké teploty nevhodné na dlhú CW prevádzku). A tiež, skončilo to len pri polomoste aj keď som videl, čo robil plný most za výboje. Ale aj napriek tomu všetkému to nie je také zlé, doteraz mi funguje a chodím s ním občas aj blýskať na akcie a nebojím sa, aby som to tam odstrelil pred ľuďmi :). Taktiež s ním neruším okolitú elektroniku, má veľa možnosti ukážok modulácie výbojov až na samotné MIDI s ktorým nie som spokojný.

       Toľko aspoň na úvod a teraz k novému SSTC III PLL, ktorý už rieši práve dané nedostatky. Zmenila sa budiaca elektronika na PLL s CD4046, výkonnejší koncový stupeň s 8x IRFP460, väčšia sekundárna cievka, vhodnejšia primárna cievka, namiesto toroidu už len disk, môžem na tvrdo ťahať výboje do zeme, poriadna filtrácia pre CW režim a hlavne konečne kvalitné a pekne, čisto, nahlas hrajúce audio !


Základné informácie:
  • Sekundárna cievka: 11x40cm (1:3,64)
  • Vodič: 0,35mm
  • Počet závitov: 1053z
  • Disk na sekudnárnej cievke: dural; d=24cm; h=1mm
  • f0: 270kHz (+-12kHz posun pre mohutnú plazmu)
  • Primárna cievka: d=16cm
  • Vodič: lankový 5mm
  • Počet závitov: 10z
  • Začiatok primáru: 5,5cm nad začiatkom vinutia sek. cievky
  • Napájacie napätie: sieť 230V + plne vytočený autotransformátor RA10 (pre audio nutný)
  • Príkon: 5,4kVA (CW); 3,5kVA (100Hz); 1,5kVA (50Hz)
  • Príkon pri audio: 40V-500VA; 70V-1kVA; 100V-1,5kVA
  • Výboje na 50Hz/100Hz: 60cm
  • Výboje v CW s filtráciou: tesne nad 30cm a do zeme doskok nad 35cm
  • GDT: 2x 1:1:1 - 4z (jadro T2510C - CF265)
  • Koncový stupeň: Dvojitý plný most
  • Tranzistory: 8x IRFP460 (aliexpress mix)
  • Spínaný prúd: <30Apk (cca 21,2A RMS)
  • Filtračné kondenzátory: 5x 3900uF/500V
  • Zvlnenie napätia na C: 1,5%
  • Prúd sekundárnou cievkou: 1,6Apk (cca 1,13A RMS v CW)

Finálne schémy použité na tento SSTC:
       1. Napájací zdroj napätí 5V, 12V a 13,5V
       2. Driver + audio
       3. Dvojitý plný most

schema1 schema2 schema3

Krabica pre elektroniku:
       Hlavná základňa pre elektroniku je zároveň aj veľký chladič pre výkonový koncový stupeň, na ktorom je všetko naskladané a pripevnené. Riadiaca elektronika je v dvoch krabiciach od PC zdrojov „vhodne“ upravených pre daný účel.

sstc_pll sstc_pll sstc_pll

Napájací zdroj:
       Celú elektroniku napája 16V 2,5A transformátor. Použité sú 2x LM317 a 7805 pre jednotlivé vetvy +13,5V, +12V a +5V. Hlavná vetva je nastaviteľná od cca 18V až dole, nastavil som to pre +13,5V z určitých dôvodov, ktoré sa postupne vyskytli počas ladenia SSTC pre CD4046 + audio časť. Potom +12V je čisto pre tri ventilátory a relé na pripájanie filtračných kondenzátorov a nakoniec +5V len pre 74HC14. Všade sú použité kaptónové teplovodivé podložky. Prepínač S2 zapína riadiacu elektroniku s audio s tým, že chladenie môže trvalo bežať. Nakoniec klasika kopec SMD smetia naokolo a signalizačné LED na samotnej DPS pre vetvy.

       (22.3.2020) Doplnenie schémy napájacieho zdroja o externé napájanie z 5x Li-Ion akumulátorov, širší popis a vysvetlenie dole v článku v ďalšej aktualizácií tu.

sstc_pll sstc_pll sstc_pll

Riadiaca elektronika – CD4046:
       Nový SSTC III má už iný typ budiča, prešiel som na PLL (Phase-Locked Loop) s CD4046. V jednoduchosti, ide o fázovú slučku pomocou spätnej väzby cez anténu (alebo CT - prúdové trafo), ktorá sa uzamkne na rezonančnej frekvencii f0 sekundárnej cievky a sleduje jej zmenu napr. vplyvom nárastu výbojov (kapacita plazmy), či priblížením sa ruky k cievke alebo ťahaním výbojov do ruky a zeme. Čiže SSTC sa rukou a inými predmetmi v okolí nerozlaďuje, ale budič stále beží a sleduje zmenu f0 cievky a zároveň, len v nastavenom rozsahu f pásma v ktorom pracuje a sa nastavil PLL režim. VCO CD4046 nikdy neutečie mimo nastaveného f pásma a nikdy nevypadnú oscilácie. Ak z nejakého dôvodu vypadne väzba do antény (napr. tvrdý zemný oblúk z cievky), nastaví sa prevádzková vnútorná frekvencia CD4046. Je to obrovská výhoda a dostatočná odolnosť pred odpálením tranzistorov. Rovnako aj v prípade nesprávneho nastavenia f pásma v ktorom pracuje PLL a nedôjde k uzamknutiu sa na f0 sekundárnej cievky, bude bežať VCO CD4046 na vlastnej vnútornej frekvencii. V mojom predošlom SSTC II, ak vypadla väzba do antény napr. priamym zemným výbojom, znamenalo by to najskôr explóziu tranzistorov.

       Ďalej k samotnému zapojeniu. Kondenzátor C1 (pin6 a pin7) je časovací kondenzátor. Rezistory R1 (pin11) a R2 (pin12) nastavujú prevádzkovú (vnútornú) frekvenciu oscilátora a frekvenčné pásmo (rozsah) v ktorom sa dokáže chytiť cez fázový záves a uzamknúť na danej frekvencii (spolu s C1). Reálne je to pásmo užšie, na ktoré sa dokáže SSTC chytiť, ako teoretický nastavené a odmerané (pin9 na 0V a Vcc pre zistenie min a max f). V tomto prípade pri SSTC nabehne oscilátor s CD4046 na svojej vnútornej nastavenej f a po niekoľkých cykloch (v závislosti od vnútornej f a f0 cievky) sa cez anténu postupne dostane na f0 sekundárnej cievky a tam ostane CD4046 uzamknutá v slučke cez väzbu z antény. Tu je aj jeden z dôvodov problematiky prerušovania SSTC PLL, prerušovač veľmi nefunguje správne, pretože stále trvá niekoľko cyklov, kým sa znova CD4046 po prerušení dostane na f0 sekundárnej cievky. Ďalej je nutné nastaviť vhodne f pásmo v ktorom pracuje PLL s R1 a R2, inak ani nemusí naskočiť na f0 a neuzamkne sa väzba alebo pri zvýšenom výkone a poklesu f0 proste vypadne zámok a skočí oscilátor na vnútornú f (ale nedôjde pri výpadku k deštrukcii tranzistorov).


Riadiaca elektronika – nastavenie fázy spínania:
       Taktiež je nutné s R2 následne dostaviť fázu spínania tranzistorov v nule prúdu, čo sa ideálne nikdy presne nepodarí a tiež s narastajúcim výkonom sa fáza mierne posúva a nakoniec aj tak ujde, no je vhodné sa držať pod 1/3 spínania prúdu. Mne sa tu aj pre veľkú plazmu dosť značne mení a posúva f0 nadol podľa výkonu. Potom prúd sekundárnou cievkou, opäť s R2 sa dostavuje do fázy s napätím na primárnej cievke, to je pre účinnosť a veľkosť výbojov. Avšak, nie vždy sa to darí ideálne nastaviť, prúd sekundárnou cievkou do fázy s napätím na primárnej cievke (pre účinnosť) a prúd primárnou cievkou s napätím na primárnej cievke pre spínanie blízke nuly (nízky ohrev tranzistorov). Chce to vhodný kompromis účinnosti a spínania pod 1/3 prúdu. Ja som sa skôr držal účinnosti, aj tak pri tom výkone, skôr spadne istič od prehriatia (24A odber zo siete), skôr upečiem sekundárnu cievku, ako zničím tranzistory od vysokej teploty. Meracie prúdové transformátory na prúdy sekundárom a primárom plus napätie na primárnej cievke, hodiť na osciloskop a nastavovať s R2. Niektorý riešia tiež nastavenie fázy aj s 74HC14 medzi pinmi 3 a 4, no ten IO som zo začiatku tam ani nemal, tak som to touto cestou neriešil. Ja som si to nastavil len s R2 a trochu s R1 vhodným pásmom. Funguje to. Dole video a obrázky z osciloskopu, ako to mám aktuálne nastavené, kompromis pre účinnosť a spínanie, lepšie mi to už nešlo doladiť s rezistormi. Buď začalo to vypadávať z PLL okna alebo zhoršilo sa spínanie tranzistormi viac do tvrda.



sstc_pll sstc_pll sstc_pll sstc_pll

       Ako som spomínal hore, zo začiatku som nemal a nepoužíval schmittov invertor 74HC14 no neskôr, som ho musel aj tak pridať za anténu pre posilnenie väzby do CD4046. Prvotne s anténou priamo do pinu14 CD4046 to fungovalo, no väzba bola slabá, čo sa prejavovalo značným posúvaním fázy s nárastom výkonu (teda nárastom napätia zo sekundárnej cievky) a nemožnosť nastaviť nejakého ideálneho nastavenia spínania prúdu tranzistormi blízko nuly vs. účinnosti, aj prúd sekundárnou cievkou voči napätiu na primárnej cievke sa s výkonom značne posúval a to je zle (aj keď nejako to fungovať môže). Tiež bolo možné zatieniť len rukou anténu a vypadávali oscilácie, čo je taktiež zle. Po pridaní 74HC14 sa hneď začal SSTC správať inak. V prvom rade pracuje len s 5V, tým sa znížilo napätie rozkmitu potrebné na anténe zo sekundárnej cievky len na 5Vpp z predošlých 13,5Vpp (Vcc pre CD4046), tiež vstup do CD4046 má relatívne malý vstupný odpor oproti 74HC14. Preto pri CD4046 začal vstup od antény až neskôr orezávať pri väčšom rozkmite napätia na anténe a teda aj správne fungovať. Pri 74HC14 stačí už 5Vpp a oveľa skôr už pri menšom výkone SSTC pracuje správne (včas orezáva, správne sa dostaví fáza, nevzniká posun fázy s nárastom napätia...). Týmto sa upevnila fáza po celej výkonovej krivke pri regulácií s autotransformátorom, neuteká tak do strany fáza a vzrástol výkon. Zmenila sa celková krivka výkonu a príkonu pri regulácii, hlavne v prvotnej časti pri malom výkone, kedy to predtým nepracovalo správne. Takže záver, určite nevynechávať 74HC14, ako to často vidieť na iných schémach. Má tam svoje opodstatnenie na ktoré som došiel až neskôr. Tiež si treba uvedomiť vzdialenosť antény od sekundárnej cievky a pri akých frekvenciách a výkonoch sa pracuje.

sstc_pll sstc_pll sstc_pll sstc_pll
sstc_pll sstc_pll sstc_pll sstc_pll

Budenie GDT:
       Budenie samotného výkonového koncového stupňa (8x IRFP460) je riešené cez dva identické GDT (T2510C - CF265) v pomeroch 1:1:1 po 4 závity, áno len 4 závity. Pre 4 a 4 tranzistory IRFP460. Samotné budenie GDT som chcel po predošlých skúsenostiach riešiť, čo najjednoduchšie s minimálnym počtom súčiastok a aby to bolo schopné trvalej prevádzky v CW režime a audio režime. Riešia to výkonové budiče TC4451 a TC4452, invertujúci a neinvertujúci zapojené proti sebe do GDT, napojené priamo na výstup CD4046 s nejakým blokovacím SMD smetím naokolo. Tieto konkrétne budiče sú v puzdrách TO220-5, takže pekne všetko na samostatné chladiče cez kaptónové podložky plus ofukovanie ventilátorom. Jednoduché budenie pre 2x GDT alebo 1x GDT pri paralelnom radení budičov, schopné trvalej prevádzky v CW režime. Predošlé riešenie na SSTC II bolo dosť kritické a budiace tranzistory pre GDT dosahujú vysoké teploty. Predtým som dokonca budil GDT len priamo bez posilnenia z UCC37321/2, čo tiež fungovalo, no teplotne som im dával pekne zabrať až sa strácal popis na IO. Takže jedine prerušovaný režim, ale nie CW. Jedná veľká škoda týchto budičov TC4451/2 je tá, že nemajú enable vstup pre prerušovač alebo MIDI moduláciu.


Audio časť:
       Pridaný jednoduchý zosilňovač, perfektne fungujúce zapojenie pre mobil aj s nízkym výstupom. Trimer P1 v podstate ani nie je nutný aj tak ho mám vytočený na max. Potenciometer P5 mám na prednom panely a nastavuje zosilnenie (hlasitosť), zároveň aj kvalitu danej pesničky (orezanie) vzhľadom na konkrétnu pesničku, ako znie z výboja a koróny. Pri veľkom zosilnení jednu stranu začína orezávať a tak obe. Niektoré pesničky treba samostatne si dostaviť pre kvalitný prednes alebo vzhľadom na nastavený výkon opäť dostaviť. Zároveň prvá časť je aj dolná priepusť, ktorá vyššie frekvencie pesničky stlmí pre SSTC. Prepínačom na prednom panely sa prepína audio a CW režim plus signalizácia so zelenou a oranžovou LED.

       Tiež tu bola nutná jedná menšia úprava a to prestaviť frekvenčné pásmo PLL. Jednu stranu orezávalo a hudba znela veľmi nekvalitne a šla potichu. No problém bol, že pri správnom nastavení rezistora R1 pre audio, nepracovalo SSTC v správnom režime v ostatných módoch 50Hz/100Hz/CW. Buď audio alebo zvyšok, nešlo mi to nastaviť pre všetko spoločne. Dorobil som preto s relé vyradenie jedného rezistora R1 1k8 pre audio a mimo audio je zvýšený odpor R1 na 5,94k na pine11 a tým upravené pásmo a fáza pre zvyšné režimy SSTC. Relé sa prepína spoločne s rovnakým prepínačom, ako audio/CW režim spoločne s LED signalizáciou.


Výkonový koncový stupeň – dvojitý plný most s 8x IRFP460:
       Z dávneho plánu klasického plného mosta nakoniec vzišla myšlienka spraviť rovno dvojitý plný most s 8x IRFP460. Cenovo to nebol problém, nakúpil som väčšie množstvo mixu týchto tranzistorov z aliexpress. Majú viditeľné stopy po používaní a znova napájané nožičky, sem tam odlúpnuté z puzdra či škrabance na puzdre a kove. Sú to používané originály predávané, ako nové za lacno. Avšak, či sú to používané originály alebo fejky človek zistí až následne doma. Raz som už tak kúpil fejkové výkonové mosfety, pravdaže v zapojení explodovali :). Je to úplný mix tranzistorov z rôznych sérií a rokov výroby, ale evidentne náhodné pospájanie takýchto tranzistorov do dvojitého plného mosta nerobí problém. Funguje mi to takto od začiatku stavby SSTC až po konečné doladenie a ukončenia ladenia a úprav elektroniky bez jedinej explózie, stále s rovnakými tranzistormi.

       Pozapájanie jednotlivých tranzistorov, GDT, orientácie vinutí, zapájanie rezistorov na G, všetko pekne vidieť na schéme a fotkách dole. Dodržiavať pri vedení ciest na DPS a vodičov ich dĺžky a identické vzdialenosti pre jednotlivé prepojenia. Napríklad na dva spoločné G nesmie ísť vývod z GDT na jeden rezistor k jednému tranzistoru a tak dlhý prepoj k druhému rezistoru na vedľajší tranzistor, ale presne v strede a rovnaké vzdialenosti. To isté medzi tranzistormi prepojenia, rovnaké dĺžky a minimálne dĺžky. Filtračné kondenzátory to isté aj v schéme je to naschvál takto zakreslené, prepojenie na koncoch oproti sebe. Ak by sa pripojili vodiče plus a mínus len na C6 a ďalšie kondenzátory by sa fyzicky vzďaľovali od vývodov, potom by najviac bol prúdovo zaťažovaný práve C6 a najmenej C10, plus bude to mať aj vplyv na kvalitu filtrácie. Najviac kritické je to práve u DRSSTC pri pulznom zaťažení.

       Opäť aj v tomto SSTC je riešené prepínanie 50Hz a 100Hz režimu SSTC, plus možnosť pripájať a odpájať filtračné kondenzátory (5x 3900uF/500V). Filtračné kondenzátory sú pripájané cez relé priamo na kondenzátoroch pre vynechanie dlhých vodičov niekde k vypínaču na panely. Prepínanie 50/100Hz a hlavne relé na kondenzátoroch sa robí len pri vypnutom plnom moste a nikdy nie pod záťažou. Kontakty relé by vyzerali určite veľmi zaujímavo po rozopnutí v záťaži :). Plus by som sa obával prechodových javov pri takomto prepínaní napájania pod záťažou, takže to určite nie bez ohľadu na opaľovanie prepínača.

       Autotransformátor je v podstate aj nutný, pravdaže cez soft-start 50Hz a 100Hz režim môže bežať na priamo, ale pri audio byť musí. Je to z dôvodu, že audio najlepšie pracuje na 40-80V, kedy je primeraný príkon pre filtráciu prúdu kondenzátormi, nespadne istič (veľmi skoro presahuje odber nad 16A), neuvarí sa regulačný autotransformátor, neuvarí sa sekundárna cievka pod primárnou cievkou a chladiče s tranzistormi sú chladné.

sstc_pll sstc_pll sstc_pll sstc_pll
sstc_pll sstc_pll sstc_pll sstc_pll
sstc_pll sstc_pll sstc_pll sstc_pll

Primárna a sekundárna cievka:
       Sekundárna cievka je vinutá lakovaným vodičom priemeru 0,35mm na 110mm odpadovej HT rúre s výškou vinutia 40cm s 1053 závitmi. Vinutie je 4x lakované lodným lakom na drevo. Na vrchu rúry je prilepený kus DPS so závitovou tyčou M8 zabrúsenej do hrotu. Podľa potreby, najmä pri CW režime dávam na hrot ešte Cu hrot vytvorený stočením niekoľkých 1,5mm2 drôtov, ktorý sa tak netaví a nesvieti. Namiesto klasického toroidu, používam 1mm duralový disk o priemere 24cm.

       Primárna cievka je vinutá na 160mm HT rúre s hrubým lankovým audio káblom priemeru asi 5mm s 10 závitmi. Začiatok vinutia je vo výške 5,5cm nad prvým závitom sekundárnej cievky. Jednotlivé rozostupy medzi závitmi primárnej cievky sú asi po 0,5cm. Celková výška vinutia je 10cm.

       Cievky sú prilepené na podstave z plexiskla a doske. Do plexiskla sú prevŕtané jednotlivé 8mm diery pre lepšie chladenie cievok. Pri tak veľkom výkone v CW režime je dosť veľký ohrev sekundárnej cievky priamo pod primárom. Problém vôbec nie je chladiť 8ks tranzistorov plného mosta, problém je neprehriať sekundárnu cievku. Preto ani nie je vhodné, mať prisilnú väzbu a príliš blízko primárnu cievku nalepenú pri sekundárnej cievke a už vôbec nie priúzku na výšku. Preto primárnu cievku je vhodné roztiahnuť viac do výšky, aby teplo sa rozložilo na väčšiu plochu a mať primeranú vzdialenosť medzi cievkami.

sstc_pll sstc_pll sstc_pll
sstc_pll sstc_pll sstc_pll sstc_pll

Finalizácia:
       Na tej sa ešte pracuje. Zatiaľ pár fotiek, ako to vyzerá aktuálne. Pribudli popisy na prednom panely, ďalší ventilátor zdola chladiča na rebrá pod dvojitý H most. Bude mi treba ešte doriešiť vrchný kryt na výkonovú časť a kondenzátory. Potom aj nejaké tie estetické úpravy, nech to aj nejako lepšie vyzerá na oko, ale to postupne a tak tu pridám ešte doplnenie za nejaký čas.

sstc_pll sstc_pll sstc_pll sstc_pll

Albumy fotiek výbojov:
       K záveru nesmie chýbať pravdaže veľká zbierka fotiek výbojov. Rozdelené na výboje pri rôznych režimoch 50Hz/100Hz/CW s filtráciou. Nafotil som toho veľa, je tu nejaký výber rôznych zaujímavých momentiek. Ako reálne chodí bežne SSTC, nato je najlepšie video dole. Veľmi zaujímavé sú však aj napriek veľkej filtrácií tie rôzne malé tenké výboje, ako sú vystreľované z mohutnej plazmy výboja pri CW. Správa sa to takto len pri veľkom výkone a veľkom výboji, iné menšie SSTC o menších výkonoch a vyšších frekvenciách sa až takto nesprávajú. Možno nejaká nestabilita plazmy pri veľkom výkone ? alebo proste len stále nie dostatočná filtrácia.


50Hz napájanie – 1,5kVA:

SSTC SSTC SSTC SSTC SSTC
SSTC SSTC SSTC SSTC SSTC
SSTC SSTC SSTC SSTC SSTC


100Hz napájanie – 3,5kVA:

SSTC SSTC SSTC SSTC SSTC
SSTC SSTC SSTC SSTC SSTC
SSTC SSTC SSTC SSTC SSTC

SSTC SSTC SSTC SSTC
SSTC SSTC SSTC SSTC SSTC


Filtrované CW napájanie – 5,4kVA:

SSTC SSTC SSTC SSTC SSTC
SSTC SSTC SSTC SSTC SSTC
SSTC SSTC SSTC SSTC SSTC
SSTC SSTC SSTC SSTC SSTC
SSTC SSTC SSTC SSTC SSTC

SSTC SSTC SSTC SSTC SSTC
SSTC SSTC SSTC SSTC SSTC
SSTC SSTC SSTC SSTC

Finálne video SSTC PLL:
       Finálna video ukážka SSTC PLL vo všetkých režimoch 50Hz/100Hz/CW okrem audio, video s hudbou nižšie v článku. Ukážka ťahania výbojov na tvrdo priamo do zeme. Kovová tyč je uzemnená na PE, neťahám výboje priamo do ruky. Nato je tam priveľký VF výkon a prúd vo výboji, ktorý spôsobuje už značne veľký ohrev tkaniva, čo je aj vnútorne cítiť. Chytať do ruky 50Hz pulzujúce výboje nie je problém, ale ťahať oblúk v CW pri takomto výkone, už problém je aj keď to nekope. Problém je ohrev tkaniva v ruke a vodivosť nervov v ruke. Prúd prechádza celým telom, pre značný odpor tela nedochádza ku skin-efektu a prúd nie je vytlačený len na povrch kože. To sa deje len pri vodičoch, napr. Cu drôt (preto Cu trubky na primárne cievky). Druhé video dole je len krátka ukážka CW režimu ešte počas stavby SSTC PLL.





Testovanie rôznych hrotov:
       Koniec oceľovej závitovej tyče M8 sa ukázal byť, ako celkom problematický pri takto veľkom výkone. Dostal som tip, nech skúsim volfrámový elektródu pre TIG zváranie. Tak prečo nie, ešte v daný deň som si zohnal krátky kúsok zvyšku z práce, na test to bude plne dostačujúce. Výsledok ? Hrot ostával stále do špica, nestekal dole, neprskal, držal svoj tvar... ale koniec sa úplne rozžeravil do biela a doslova horel a špic bol roztavený. Vzhľadom na svoju tuhosť a bez kontaktu s iným materiálom si držal svoj tvar. Ale hrot žiaril silným bielym svetlom s určite značným množstvom podielu UV svetla, nedalo sa do toho pozerať ani cez slnečné okuliare. To už chce zváračskú kuklu, teplota plazmy na volfráme je v tisícoch °C a je to pre SSTC nepoužiteľné. Výsledok si pozrite na priloženom videu.

       Potom som ešte skúšal namotaný hrubý medený hrot z niekoľkých Cu drôtov. Ten sa ukázal byť, ako najlepší. Najmenej sa taví, najmenej svieti, len dosť oxiduje a tavenina z neho zvykne meniť smerovanie výbojov, ale inak OK. Chce to značné množstvo medi alebo priamo z jedného veľkého masívneho kusu medi vyrobiť hrot.

       Oceľová závitová tyč M8 je tiež fajn, ale až po čase, ako sa roztavil špic a ostal tupý uhol hrotu. Teraz je už aj takýto hrot použiteľný, ale na dlhší čas je stále ta meď lepšia.

       Dole videá z jednotlivých testov plus par fotiek výboja z volfrámu a elektródy. Začína video s volfrámom, tak oceľ a nakoniec medená elektróda.

SSTC SSTC SSTC SSTC SSTC

       (4.1.2020) Menší dodatok, skúšal som ešte rôzne hroty. Nakoniec sa mi osvedčil tento vyrobený masívny hrot z medi. Je to 5mm Cu trubička omotaná Cu pásovinou a 1,5mm2 drôtom. Natavený koniec a tak zabrúsený do mierneho hrotu. Spodok na pružinu, ktorá sa namotá na pôvodný hrot. Je to pekne rozoberateľné, vymeniteľné atď. Teraz tento hrot sa vôbec netaví a ani nesvieti. Ak niekto zoženie jeden kus masívnej medi na hrot, tak perfektne. Ja som improvizoval z toho, čo som práve našiel doma.

SSTC SSTC SSTC SSTC







Dva sekundárne cievky a jeden primár:
       Čo tak položiť vedľa ďalšiu sekundárnu cievku ? Táto je z DRSSTC III a rezonuje blízko pôvodnej od SSTC. Zaujímavé je, že ak sa položí cievka na vhodné miesto na stole. Potom anténa sa chytá nie na hlavnú sekundárnu cievku v primárnej cievke, ale práve na tu druhú od DRSSTC a práve z nej potom ide väčší výkon a väčšie výboje. Až po vytočení autotransformátora nad určité napätie a po presiahnutí určitého výkonu sa anténa chytí a preskočí na rezonančnú f0 prvej hlavnej sekundárnej cievky. Pekne to vidieť na videách dole. Vzájomným ovplyvňovaním cievok, veľkosťou výbojov sa priebežne podľa výkonu menia ich vlastné rezonančné f0 a následne pri určitom výkone, keď to začne medzi nimi preskakovať je to asi +-15kHz.

SSTC SSTC SSTC SSTC





Tyč na výboje:
       Tyč na chytanie a ťahanie výbojov pri veľkom výkone. Ako som už aj vyššie spomínal a budem sa znova opakovať, VF výkon je tu už značne veľký a aj ohrev tkaniva VF prúdom. Vzhľadom na veľký odpor tela, nedochádza tu k dokonalému skin-efektu a teda nešíri sa prúd z TC po povrchu kože, ale prechádza celým telom do úplnej hĺbky tkaniva. Skin-efekt sa perfektne prejavuje pri dobrých vodičoch. Aj keď nespôsobuje VF prúd zo SSTC kŕče, sťahy svalstva, nemá vplyv na srdce, skrátka „nekope“... tak je tu problém veľký ohrev tkaniva a veľmi dobre vodivé nervy a cievky, ktoré prúd uprednostňuje. Pulzujúce 50Hz výboje nie sú problém, avšak ťahať oblúk v CW s filtráciou už problém je, hlavne na veľkom výkone. Preto mám nato túto tyč, ktorá je uzemnená priamo na chladič samotného SSTC PLL. Pri pulzujúcich výbojoch, nie je ohrev tkaniva tak veľký, pulz trvá krátky čas, ohrev je nízky, často ani nie je nič cítiť. Prietok krvi nemá problém ochladzovať tkanivo. Kým pri CW už často je cítiť ohrev v ruke. Kontinuálny prúd je problém a ešte ak je takto veľký pri tomto výkone SSTC. Len pre zaujímavosť, prúd sekundárnou cievkou sršiaceho výboja do vzduchu dosahuje 1,6Apk špičkovo a v CW s filtráciou je to okolo 1,13A RMS ! Pri ťahaní oblúka do zeme, prúd klesá nadol.

SSTC


Audio modulácia – video ukážky:
       Konečne sa dostávam k audio modulácií. Na videách ukážky pesničiek od Morčiat a Powerwolf. Reálne je predsa zvuk lepší, celkom dosť som zápasil s polohou zrkadlovky Nikon D3200 k polohe SSTC. Mobil som nemohol použiť na natáčanie, ako v predošlých videách, keďže bol zdrojom pre audio (musím si zohnať ešte niečo iné na audio heh). Syčanie výboja je tiež menej hlasné k zvuku hudby aj krajšie znie hudba na ucho, ako to zachytil mikrofón v zrkadlovke. No je to celkom problém, buď to chce inú techniku alebo si nájsť iný systém na natáčanie hrajúcich výbojov. Syčanie koróny výboja bude počuť stále, je nutné ísť s frekvenciou nahor k MHz. Vôbec nepočuť korónu len pri plazmovom plameni nad 10MHz, kedy prechádza do žltého plameňa plazma výboja a teda ani žiadna koróna tam nie je.






8.2.2020

Meranie U a I na vstupe SSTC za regulačným autotransformátorom RA10:
       Počas ladenia a meraní na SSTC som si všimol, jednu najprv veľmi zvláštnu a zaujímavú vec. Keď som meral kliešťovým multimetrom UT210E odber prúdu za autotransformátorom RA10 na vstupe do SSTC, prúd najprv narastal až na hodnotu 25A pri 230V, teda na odbočke vinutia RA10 priamo na sieť. Primerane k odberu vznikal pokles napätia na sieti. Meral som napätie aj prúd multimetrami. No ak som prešiel cez odbočku na vinutí autotransformátora RA10 odrazu odber prúdu klesal z 25A až na 18A ! A napätie nielen zvýšeným napätím na autotransformátore, ale aj vplyvom menšieho odberu vzrástlo nahor. Vo výsledku som mal menší príkon až o 1,1kVA nadol ! A to najlepšie, výboje sa ešte o niečo predĺžili. Merané to bolo v CW režime s 5x 3900uF filtráciou.

SSTC SSTC

       Pridaná indukčnosť za odbočkou na sieť autotransformátora RA10 fungovala, ako pasívny PFC (Power Factor Correction). Pridaná indukčnosť kompenzovala účinník, posun fázy prúdu k napätiu.

PFC

       Na ukážku sem dávam merania z dvoch rôznych dní, v rôznych časoch a fáze ladenia SSTC. Výsledne hodnoty sú preto rozdielne. Taktiež máme doma dosť mäkkú sieť a slabý okruh na ulici od VN 22kV transformátora. Veľmi silno závisí, či SSTC zapínam ráno, na obed alebo večer. Mení sa výška napätia v sieti a aj tvrdosť a pokles pri veľkom odbere. To je tiež ďalší dôvod, prečo sa merané hodnoty takto líšia. Tento problém so sieťou som mal aj dosť na VTTC XI s GU-5B, kedy mi problém so sieťou robilo rozdiel aj niekoľko cm dĺžky výboja ! Večer som mal stále o niekoľko cm dlhšie výboje, ako pred obedom. Rovnako mi to robilo problém so žeraviacim napätím na elektrónke a rovnako pozorujem rozdiel vo veľkosti výbojov aj na tomto SSTC, večer mám stále viditeľne väčšie výboje, ako pred obedom.

1. Prvé meranie v nejaký deň a v určitý čas dňa v nejakej fáze ladenia SSTC:

Odbočka na sieť 230V:
  U1 = 216V
  I1 = 25,1A
  P1 = U1 x I1 = 216 x 25,1 = 5421,6VA

Max vytočený RA10:
  U2 = 241V
  I2 = 17,9A
  P2 = U2 x I2 = 241 x 17,9 = 4313,9VA

P_rozdiel = P1 - P2 = 5421,6 - 4313,9 = 1107,7VA !!

SSTC SSTC

2. Druhé meranie v nejaký iný neskorší deň v inom čase dňa na záver ladenia SSTC:

Odbočka na sieť 230V:
  U1 = 213V
  I1 = 22,9A
  P1 = U1 x I1 = 213 x 22,9 = 4877,7VA

Max vytočený RA10:
  U2 = 230V
  I2 = 18A
  P2 = U2 x I2 = 230 x 18 = 4140VA

P_rozdiel = P1 - P2 = 4877,7 - 4140 = 737,7VA !!

SSTC SSTC




Meranie U a I na vstupe SSTC s osciloskopom:
       Ďalej ma ešte zaujímalo, ako vyzerá priebeh prúdu a napätia na osciloskope. Prúd meraný na „prúdovom transformátore“ spraveného z toroidu. Zmerané napätia na toroide a závite, prepočítané na vhodný merací rezistor 126ohm spolu s vhodne nastaveným osciloskopom na meranie prúdu. No vo výsledku RMS prúd sa aj tak líši s kliešťovým multimetrom UT210E, ale vzhľadom na „prúdový transformátor“, by som viac veril pochopiteľne kliešťovému multimetru. Tu mi šlo hlavne vidieť daný tvar priebehu. Merané v CW režime s 5x 3900uF filtráciou.

SSTC SSTC

SSTC SSTC

       Posledné priebehy pre zaujímavosť a porovnanie. 50Hz, 100Hz a CW s filtráciou. Popisy stále pri jednotlivých obrázkoch. Ľavý stĺpec je odbočka z RA10 priamo na sieť 230V a pravý stĺpec je vytočený RA10 na maximum.

SSTC SSTC
SSTC SSTC
SSTC SSTC


22.3.2020

Dokončovanie SSTC PLL + externé napájanie elektroniky:
       Postupne naďalej dokončujem SSTC. Pribudlo krytie na koncový H most, pribudla na vstupe napájania H mostu modrá krabička s filtrom cez euro konektor. Tiež som zmenil uzemnenie SSTC, pôvodne som uzemňoval SSTC na PE napájania elektroniky (PC krabica), teraz je to odpojené a ide hlavná zem na PE napájania H mosta (modrá krabička) cez filter s kondenzátormi X2 a Y2. Čiže len jedna cesta na PE cez jeden euro konektor na napájaní H mosta a vodič z PE euro konektora ide priamo na chladič. Druhý euro konektor (PC krabica) ma odpojený PE.

sstc_pll sstc_pll sstc_pll sstc_pll

       Pribudla tu ďalej možnosť externého napájania riadiacej elektroniky z päť Li-Ion akumulátorov (18 – 21V). To je čisto pre moju potrebu pre bezpečnosť SSTC. Buď môže ísť elektronika čisto z akumulátorov alebo môžu byť pripojené v zálohe. Ak by spadol istič od prehriatia, tak riadiaca elektronika bude naďalej bežať. Problém tu je pri pripojení filtrácie 5x 3900uF, pri prípadnom spadnutí ističa, riadiaca elektronika skôr vypadne a klesne napájanie elektroniky pod kritické napätie, ako sa stihnú vybiť filtračné elektrolyty na H moste. Týmto si odstrelím celý H most. Doma som to doteraz riešil s napájaním z dvoch fáz. Jedna fáza na napájanie celej elektroniky a druhá fáza cez autotransformátor RA10 pre napájanie H mosta. Ak spadol istič prehriatím, elektronika bežala ďalej z inej fázy na inom ističi. Avšak v prípade blýskania v iných priestorov pre verejnosť je to celkom vážny problém. Tak som pridal aj napájanie z Li-ion akumulátorov.

sstc_pll sstc_pll sstc_pll sstc_pll

       Tento problém sa dá efektívne riešiť podpäťovou ochranou, ktorá rýchlo vypne budiacu elektroniku (priamo výkonové budiče) v prípade poklesu napätia pod kritickú hodnotu. Pre čo najvyššiu rýchlosť sa to rieši vypnutím priamo budičov na enable vstupy. Avšak ja používam, ako budiče 4x TC4451, ktoré žiadny enable vstup nemajú. Preto by tu boli nutné väčšie úpravy a zásahy do elektroniky, čo sa mi už pravdaže riešiť a znova to celé prerábať nechce. Tento problém môžem doriešiť niekedy v budúcnosti na ďalšom SSTC a myslieť nato už dopredu, tu budú musieť stačiť Li-Ion akumulátory.


Video audio modulácie a malá ukážka SSTC:
       Na záver ešte ďalšie video SSTC, rýchla ukážka a jedná TOP pesnička Elektronik Supersonik, ktorú som si nemohol odpustiť pustiť na SSTC :D





© copyright 2010 - 2020   |   Jakub Tejiščák   -   tesla.kubo(zavináč)gmaiI(bodka)com