230 V, 50 Hz till 115 V, 60 Hz omvandlare för klocka

[j_tomas]

Håller på att konstruera en omvandlare för 230 V, 50 Hz till 115 V, 60 Hz. Skall användas för att driva ett Pinewood-Numechron klockverk.

numechron_PS.jpg

Det drivs med en 115V, 60 Hz synkronmotor nedväxlad till 1 rpm. Det gör att den 60 Hz som omvandlaren skall generera måste vara noggrann över lång tid för att inte klockan skall dra sig. Den behöver inte nödvändigtvis var stabil på kort tid.
Nätets 50 Hz är ju långtidsstabil, så jag tänkte använda den som referens.

Omvandlaren styrs av en ATMEGA 328 som dels mäter aktuell frekvens hos 230V matningen och dels genererar pulser med 1.2 gånger högre frekvens till omvandlaren som ger modifierad sinus. Den här typen av omvandlare tål inga stora laster, men klockan drar å andra sidan bara ett par Watt och man slipper transformatorer och induktanser.

schema.png

Vågform hos utsignal simulerad i LTspice med 4W last:

waveform.PNG

JLCPCB har fått beställning av mönsterkort:

pcbPS.png

Återstår att se om det fungerar

[rvl]

+5V till båda optokopplarnas "högspänningssida"... Är det helt genomtänkt?

[j_tomas]

+5V till båda optokopplarnas "högspänningssida"... Är det helt genomtänkt?

Jag kan hålla med om att det inte är snyggt. Egentligen behövs inte optokopplaren OK3. Minussidan på högspänningen har gemensam jord med +5V-matningen och Q2s source är ansluten till denna jord. Funkar fint.

Jag har inte lyckats hitta någon annan lösning för att få gatespänning till Q1. Där åker ju source upp och ner med utspänningen. I den negativa halvperioden laddas C9 från 5V-matningen och när Q2 stänger så har jag 5V gate-spänning till Q1 refererat till dess source.

Försöker man använda högspänningssidan för att skapa gate-spänning till Q1 får man obalans i omvandlaren med en DC-komponent på utspänningen som resultat. Åtminstone enligt de simuleringar jag gjort hittills. Det utesluter inte att det finns en sån lösning.

[Glenn]

Du kan ske vill bygga det oavsett, men ofta är tydligen motorn som driver sådana där nån standardmodell, och finns både för 50 och 60Hz, så det kan vara enklare att hitta en 50Hz 230V-motor ?

[TomasL]

Varför gör du inte så som till exempel REVOX mfl gör för att styra motorerna.
Om du kikar i ett schema för till exempel A77 så hittar du en bra styrning, annars skulle jag gå på Glenns förslag

[grym]

personligen hadde jag valt att köra med en liten trafo , ex 12+12v som primär och en 115v som sekundär

dels mindre bekymmer med högre spänningar
men, lättare att göra filter för att få någurlunda sinusvåg, med lite otur så låter motorn av övertonerna

60 hz kan man ha kristallstyrt via en 4.1852 Mhz kristall

[Zhorts]

C8 ser... lattjo ut. Det... kommer väl fungera, antar jag? Men det finns väl i alla fall risk att reset-timing blir off. "Normalt" sett har du väl konding till jord och reset-pinnen i programmeringskontakten direktkopplad?

5V till gate-drivarnas utsida är ju säkerhetsmässigt tveksamt. Om något går knas så kommer ju då hela 5V-sidan ryka, inklusive ev. programmerare som du debuggar med. Och kanske datorn också. Det ska inte hända, men jag hade separerat och dubblerat alla komponenter (så att ett enkelfel, oavsett typ, aldrig ger 230V på logik-sidan)

[j_tomas]

Du kan ske vill bygga det oavsett, men ofta är tydligen motorn som driver sådana där nån standardmodell, och finns både för 50 och 60Hz, så det kan vara enklare att hitta en 50Hz 230V-motor ?

Det är absolut en lösning, men då får jag inte utlopp för elektronikhobbyn

Varför gör du inte så som till exempel REVOX mfl gör för att styra motorerna.
Om du kikar i ett schema för till exempel A77 så hittar du en bra styrning, annars skulle jag gå på Glenns förslag

Det ser ut som om Revox A77 använder ett återkopplat reglersystem med tachometer. Jag ser inte att det skulle vara tillämpligt här.

... lättare att göra filter för att få någurlunda sinusvåg, med lite otur så låter motorn av övertonerna

60 hz kan man ha kristallstyrt via en 4.1852 Mhz kristall

Det finns en risk att motorn "låter", ja. Återstår att se om det är ett problem.

Ja, 4.1952 MHz är jämt delbart med 60. Då behöver man också en räknare till 81920; blir nog fler kretsar än nuvarande lösning. Min avsikt är också att dra nytta av långtidsstabiliteten hos nätets 50 Hz.

C8 ser... lattjo ut. Det... kommer väl fungera, antar jag? Men det finns väl i alla fall risk att reset-timing blir off. "Normalt" sett har du väl konding till jord och reset-pinnen i programmeringskontakten direktkopplad?

5V till gate-drivarnas utsida är ju säkerhetsmässigt tveksamt. Om något går knas så kommer ju då hela 5V-sidan ryka, inklusive ev. programmerare som du debuggar med. Och kanske datorn också. Det ska inte hända, men jag hade separerat och dubblerat alla komponenter (så att ett enkelfel, oavsett typ, aldrig ger 230V på logik-sidan)

Resetkopplingen fungerar.

Jag kommer självklart inte att ha programmerare och dator ansluten när kretsen är spänningssatt med 230V. Programkoden är redan skriven och utprovad i en testuppkoppling. Behövs, mot förmodan, någon uppdatering, kan kretsen matas med extern 5V.

[TomasL]

Det ser ut som om Revox A77 använder ett återkopplat reglersystem med tachometer. Jag ser inte att det skulle vara tillämpligt här.

Ja det gör man, men det är ju inte nödvändigt, du kan använda 50Hx som referens i stället.
Vad jag menade är själva drivdelen av motorn.

[j_tomas]

Ett första 'smoke test' är gjort. Ingen rök

Med en 3.9 kohm last på utgången, ungefär som klockan, så verkar det fungera som avsett. Ingen speciell värme på transistorerna heller.

110 V RMS

IMG_1727_ps.jpg

60 Hz, nästan, men 50 Hz på nätet låg också lite lågt.

IMG_1728_ps.jpg

Vågform ser ut som simuleringen:

IMG_1729_ps.jpg

Fortsatt provning sker med klockan, men jag måste nog göra lite mekanik först för att kapsla omvandlaren.

[j_tomas]

Provningen fortsätter med klockverket inkopplat:

IMG_1732.MOV

Den induktiva lasten som synkronmotorn utgör, gör att vågformen avviker en hel del från den ideala:

waveformNoCompMeas.png

Mätte upp synkronmotorn till att ha resistansen 631 ohm och induktansen 2.7 H.
Simulerar man med en sådan last får man:

waveformNoComp.png

Dags för lite grundläggande kretsanalys. Man får då att det behövs en anpassningskondensator på ca 1.9 uF:

impedansmatchning.png

En simulering bekräftar att det ser bättre ut:

waveformComp.png

En komponentbeställning är lagd. Äventyret fortsätter när jag fått tag i rätt kondensator.

[j_tomas]

Projektet är avslutat. Mekaniktillverkningen tog en del tid, men det här var ju inte bara ett elektronikprojekt

modIMG_1811.jpg

modIMG_1813.jpg

[Glenn]

Snyggt!

[Mickecarlsson]

Tjusigt

[bruka]

Riktigt fint bygge!