Hur ändrar jag frekvensen på strömmen/spänningen?

[SnakeDragon]

Hej allihopa!

Jag har en fråga och det gäller "Hur ändrar jag frekvensen på strömmen/spänningen".

Det är så att jag och tre av mina klasskompisar håller på med ett gymnasieprojekt. Vi är just nu fast i en kritisk situation. Vi har en spole där vi måste öka frekvensen från vanliga 50 Hz till ca 150 KHz (+/- 30 KHz är okej).

Frågan är hur vi enkelt kan göra detta. Vi befinner oss i en extremt tidspressad situation och är tacksamma för all hjälp vi kan få!

Det absolut enklaste vore om det fanns en färdig sak som ändrade 50 Hz --> 150 KHz. Strömmen vi behöver är 4 - 10 A på 4 - 24 V (beror på hur vi utformar vår spole).

Om det inte finns en färdig sak som kan ändra frekvensen kan vi även tänka oss att skaffa lösa komponenter och löda ihop dem, men vi vet inte vilka komponenter som krävs. Vi har tittat på kristaller och keramiska resonatorer - men vi vet varken hur de fungerar eller hur man använder dem.

Snälla, hjälp oss!

Bästa hälsningar
Thomas Jacobson
med gruppmedlemmar

[danei]

Kan du förklara lite mer vad uppgiften är?

[SnakeDragon]

Kan du förklara lite mer vad uppgiften är?

Tack för ditt svar.

Ursäkta om jag förklarade mig otydligt.

Det är så att vårt projekt går ut på att överföra energi trådlöst med hjälp av magnetism. Använder vi frekvensen 50 Hz, samma som vi har i vägguttagen, får vi en extremt dålig verkningsgrad. Med 150 KHz har vi en oerhört mycket bättre verkningsgrad på den magnetiska energiöverföringen.

Vi har två spolar, en sändarspole och en mottagarspole. Spolarna är platta och har ett mellanrum mellan varandra på ca 1 cm. I sändarspolen stoppar vi in en växlande ström. I mottagarspolen får vi en inducerad spänning vi kan använda till att t.ex. ladda en datormus.

Energiöverföringen mellan de två spolarna är beroende på varvtalet, hur stor ström som genomgår sändarspolen och frekvensen på den växlande strömmen. Därför har frekvensen en mycket stor betydelse i detta fall.

[bengt-re]

Du får likrikta och sedan växelrikta igen....

Du skriver inget om spektral renhet (övertonshalt) eller så så jag antar att det är av mindre vikt.

I princip bygg så här.

1.Trafo,likriktar brygga, glättningskondensatorer
(1. Ett labbaggregat som kan ge önskad ström DC)

2. En frekvensgerator som driver växelvis med lämplig dödtid (40-150ns minst) varsin del a primärlindningen med N-kanals MOSFET på en trafo. Till mittenuttaget kopplar ni in DC-spänningen. Om ni gör så var noga med att pulskvoten är exakt lika på båda halvorna för annars så kommer transormatorn mättas vilket ger överströmmar och haveri.

3. Ut på sekundären har du nu någn lämplig spänning (beroende på omsättningstalet på trafon)


* Några tips. 150kHz är så högt att det MÅSTE vara ett ferritmaterial till trafon - plåttrafo fungerar inte vid dessa frekvenser.

* Överdimmentionera storleken lite på kärnan för att slippa riskera mättnad - tämligen liten kärna ändå så ingen större förlust

*Sätt Snubbelfilter på primärsidan för att slippa riskera ringningar i trafon - testa att köra utan om ni vill, men verifiera då med oscilloskop att det ser "snyggt" ut. Om inte så på med lämplig snubbelfilter.

*Matningen till trafon skall ha någon eller några låg ESR kondesatorer och gärna någon 100nF till 1uF kondensator också.

*Fundera på att använda litztråd eller linda med 3-5 parallella isolerade koppartrådar då det börjar bli en del skinneffekt vid dessa frekvenser. Det GÅR linda med en tjock tråd också, men värmer i onödan.


Finns fler sätt att göra det på , men detta är det enklaste och billigaste. Skall ni köra prylarna utan övervakning så måste det till nogrannare konstruktion och säkerhetstänk med säkringar, riktiga mosfet drivers(måste och måste - går att lösa säkert utan också om man vet vad man gör), termosäkring på transformatorkärnan, genomtänkt jordning och så vidare...

[SnakeDragon]

Du får likrikta och sedan växelrikta igen....

Du skriver inget om spektral renhet (övertonshalt) eller så så jag antar att det är av mindre vikt.

I princip bygg så här.

1. [...]

2. [...]

3. [...]

* [...]

* [...]

Tack så mycket för ditt svar bengt-re!

Jag måste erkänna att jag inte förstod mycket av det du skrev på andra punken, men resten förstod jag.

Jag vet inte om du läste mitt andra svar till danei innan du gav mig ditt svar. Efter att ha läst det du skrivit låter det som att du uppfattat det som att vi ska göra en "vanlig" transformator, något vi inte riktigt ska göra. Låt mig utveckla det lite till.

1. Vi har en platt spole där vi stoppar in växelspänning (sändarspole). Denna spole skapar ett växlande magnetfält (magnetfält som ändrar riktning eftersom vi har växelström).

2. Vi har en annan platt spole (mottagarspole) vi placerar ovanpå sändarspolen med ca 1 cm mellanrum. Det växlande magnetfältet från sändarspolen gör att mottagarspolen får en inducerad spänning. Denna växelspänning gör vi sedan om till likspänning genom en likriktarbrygga och en kondensator. Likspänningen använder vi sedan till att ladda ett batteri i t.ex. en datormus.

3. Vi laddar batteriet trådlöst! Inga sladdar behöver kopplas in eller liknande. Det som krävs är att mottagarspolen befinner sig i magnetfältet skapat av sändarspolen.


Vårt problem är att med vägguttagets 50 Hz får vi en mycket låg effektivitet (under 1%). Det är ju inte särskillt mycket att komma med direkt. För att kunna öka effektiviteten måste vi öka frekvensen, till önskvärda 150 KHz.

D.v.s. vi vill att den växlande strömmen som går genom sändarspolen ska ha frekvensen 150 KHz istället för 50 Hz.

Tack så mycket åter igen!

[bengt-re]

DÅ kan du förenkla det hela lite och skippa din trafo. Linda sändarspolen med ett mittuttag så var det löst! Vill du få spännings/effekreglering så kan du köra med PWM (korta tilltiderna och öka dödtiden. Glöm inte snabba frihjulsdioder mellan kalla sidorna på primären och Vcc!

[SnakeDragon]

DÅ kan du förenkla det hela lite och skippa din trafo. Linda sändarspolen med ett mittuttag så var det löst! Vill du få spännings/effekreglering så kan du köra med PWM (korta tilltiderna och öka dödtiden. Glöm inte snabba frihjulsdioder mellan kalla sidorna på primären och Vcc!

Tack så mycket igen för ditt svar bengt-re!

Jag ber om ursäkt för att jag och mina projektkompisar inte är så insatta bland elektroniska komponenter. Har du möjlighet berätta för oss vad ett mittuttag är och hur man kan få tag på ett sådant (t.ex. hos ELFA?).

PWM vet jag vad det är, men vad är frihjulsdioder och vad menar du med primären och Vcc?

[JimmyAndersson]

Bara en liten kommentar:
För att bli medlem här så måste man läsa reglerna. Du verkar ha missat den första regeln, dvs att man inte ska citera det senaste inlägget.

Här finns reglerna.

[bengt-re]

Den här typen av trafo/spolar får man oftast linda själv - då det sällan finns exakt det man vill ha.

Kärnor eler spolformare köper man däremot.
Ett exempel bara:
http://www.elfa.se/elfa-bin/setpage.pl? ... 011498.htm

jag har inte räknat på om den räcker till för era behov.

Sen så lindar du med sådan här tråd:
http://www.elfa.se/elfa-bin/setpage.pl? ... 178344.htm

Men eftersom du skulle driva en "sändarspole" då kan du klara dig utan trafo.

[prototypen]

Bengt-re, om pojkarna sätter frihjulsdioder till Vcc kommer ena halvan av spolen att kortsluta den andra halvan. Man måste låta spänningen svänga till dubbla Vcc. Transientskyddsdioder är väl bättre.

Spolstommar blir väl fel, det måste vara en platt spole som "går att fräsa ned i skrivbordet" och det blir inte fler varv än att den går att frilinda.

Mittuttag är bara en anslutning till lindningstråden på mitten, ett alternativ är att man säger att spolen har 2 lindningar där slutet på första sitter ihop med början på andra lindningen. Mittuttageg ansluts till plus och ändarna till varsin N kanal MOS transistor. transistorn måste tåla dubbla plusspänningen. transistorerna drivs växelvis.

Om man sätter en feritstav i mottagarspolen så suger den åt sig mer energi och blir inte lika kinkig på placeringen av musen för laddning.

Prototypen

[bengt-re]

Snubbelfilter är nog bäst tror jag. Och nej inte kortsluter frihjulsdioder. Men som vanligt - jag saknar bilduppladdning, vore ofta så mycket enklare att visa med en princip schema. Så ofta i många trådar där folk pratar runt varandra och blir oense på grund av att de helt enkelt missförstår varandra och pratar om olika saker....


Så, OT, men ge mig bilduppladdningsfunktion

EDIT: Och jo, spolformaren är för en trafo, men det var som svar på frågan hur man fixade en sådan, skrev i inlägget att det inte behövdes nu när man fick veta vad de skulle göra med sin frekvens. Intressant problem egentligen att överföra effekt så där, men ingen vidare räckvidd lär man kunna få. OT igen..

[SnakeDragon]

Tack så mycket för era svar JimmyAndersson, prototypen och bengt-re!

JimmyAndersson:
Tack för påpekandet! Jag ska bättra mig direkt!

prototypen:
Tack för att du förklarade vad ett mittuttag var och tipset med feritstaven!

bengt-re:
Även om detta forum saknar bilduppladdningsfunktion så kan du ju t.ex. ladda upp bilden på http://allyoucanupload.webshots.com/ och länka till bilden? Du får mycket gärna - om du vill och kan - rita ett schema över det hela så att jag förstår dig bättre.

Frågor:
1. Vad fyller MOS transistorn för funktion i det hela? Jag vet vad en vanlig transistor är men vad är skillnaden mellan en MOS transistor och en vanlig?

2. Låt oss säga att vi har likspänning från början, hur gör jag om det till en växelspänning med önskad frekvens?

3. Vad är "frihjulsdioder"? Jag vet vad en vanlig diod är.

4. Måste jag använda litztråd? Kan jag inte använda vanlig lackisolerad koppartråd?

Tack på förhand!

[bengt-re]

1. en MOS transistor är spänningsstyrd och har ofta bra switchegenskaper (snabba och låg Rds-on)

2.Men en oscillator och ett drivsteg av något slag beroende på effektbehov

3.Frihjulsdioder ÄR vanliga dioder, namnet symboliserar funktionen och inte sorten

4.Nej, man måste inte använda litztråd, men när man börjar gå upp i frekvens så kommer något som kallas skinn-effekt vilket får strömmen att bara vilja gå på ytan på ledaren och detta visar sig som ökad resistans gentemot DC/LF-fallet. Finessen med litztråd är att man fler tunna ledare och då arean ökan med r2 och omkretsen (vilken ger ytan som strömmen går i) ökar med r så är det effektivt att dela upp sin ledare i flera tunnare ledare även om dess samanlaggda area är något mindre än den homegena trådens.

[prototypen]

Bengt-re

Lindningarna är starkt kopplade till varandra magnetiskt och det som matas in i den ena induceras till den andra. Se det hela som en gungbräda när ena änden går mot 0 Volt så mäste den andra upp till dubbla Vcc och mittpunkten är lagringen i gungbrädan.

Sedan Beng-re, du har skrivit snubbelfilter ett antal gånger och jag har av många insatta hört att det heter snubberfilter från engelskans snub (snäsa av, stoppa plötsligt). Du får gärna snubbla vidare men jag översätter det direkt till snubber.

Uppladdning av bilder går att göra till geting.se

Protoypen

[bengt-re]

Ja, självklart gör spänningen det, men det som är problemet när man inte diskuterar något schema. Syftet med filter/RC-länk/frihjulsdioder/transientskyddsdioder/zenerdioder i en sådan här applikation är att få bort korta elaka spikar som kan döda switchtransistorerna om man har otur. Men mittmatning så får man lägga en snabb 15V Zener i serie med dioden och sätta en liten kondesator över zenerdioden för att kompensera dess relativa långsamhet. Syftet är en sak och exakt hur man löser det väljer man när man har mer data och börjar närma sig en fungerande konstruktion. Det är inte ens säkert att man behöver skydda switcharna, ibland går det helt utan och ibland kan man öka switchtiden lite genom att öka gatemotståndet och på det viset bli av med spikar/svägningar.