A's LabⅡ

アスラボと読みます。ロボトレースやマイクロマウスの大会に向けて、機体の構造設計・回路設計・基板設計・プログラミングを中心に行っています。趣味のパワーエレクトロニクス系では、テスラコイルやコイルガンなどを製作・評価・改善を繰り返しています。興味を持って頂ければ幸いです。アドバイスや感想などございましたらコメント欄にお願いします。

考察

テスラコイルを展示する際に当たっての注意点

お久しぶりです。充実した高校生活に終止符が打たれ、春からの大学生活に向けての準備をしているHaidoです。長文ですが、きっと参考になると思うので読んでみてください。

さて本題です。
先日2回展示会に行ってきました。 そこでテスラコイルを展示して実演までしたのですが、ちょっとヤバイ事が色々と起きたので、それについての考察と改善点を考えたのでメモがてら書いておきます。テスラコイルを展示しようとか考えてる人は参考にしてください。

まずどんな事が起きたかというと、
DSCN0485
このようにコンデンサの端子から凄まじい煙と若干火が出ました。基板はガラスエポキシのユニバーサル基板で、耐熱クラスはFR-4という積層基板で4番目にいいとされているものを使用していたので、テスラコイルのD比を下げることによって自然消火されました。燃えたのはコンデンサではなく端子だけのようです。配線をどう回すか、その辺を考え直す必要がありそうです。そこで前回の記事で書いたコンデンサの配線ですが、それには今回の改善点が生かされています。
B9oVJYfCIAEn9AS
このように、コンデンサの端子は最短にカットし、太いIV線に ハンダ付けしました。配線は各コンデンサに電流が偏らないように考えられています。

続いての事故はこちら
DSCN0484
あまりに電流が流れすぎていたせいか、30Aワニ口クリップの絶縁ゴムが溶け落ちようとしていました。こちらも煙が上がった時点で止めたので、大事には至りませんでしたけど危険ですね。これは表皮効果を無視して電流を流しすぎていたことが考えられます。私のテスラコイルには、平均で500W程の電力を使用しています(事故当時)。それなら電流の平均値は5Aほどになり、このワニ口クリップで十分に思えますが、ここに流れている電流は直流ではなく100kHz程の高周波交流です。表皮効果で抵抗が増し、発熱量が増えて溶け落ちたのではないかと考えています。そもそもワニ口クリップを使うこと自体間違っているのかもしれません。その部分の接触面積は本当に小さい。そこの熱が伝わったのかなと推測しました。改善点としては接触面積を増やせる接続端子を使用すること。例えばヒューズフォルダ。エクストリーム工作の教科書にはその方法で接続されていました。テスラコイルについて書かれた本があると色々と参考になります。

この展示会で気づかないといけないのが、 どうして自宅での実験では成功していたものが、展示会ではトラブルが発生したのか。これを考えないとまた同じことを繰り返します。そして考えた結果、アースが完全でなかったことが挙げられます。まず、展示会でどのようにアースをとってたかというと、テスラコイルを置いている机の足のところにアース線を踏ませて対処していました。展示しているところは8階で、到底アース棒を埋めてアース線を引ける距離ではありません。周りを見渡してもそれっぽいものはないし、展示しているのは部屋の中央部だったし。そんなことで、アースは怠っていました。それにより、自宅ではアースをつないだ状態で共振を合わせていたのに展示会では思いっきり共振周波数がズレる始末。それによりパワーコントロール(インタラプタ)のD比を普段より高めに設定し稼働させていました。それに、演奏している曲の周波数が高かったことも原因の一つです。MIDIインタラプタでは、周波数の数だけONにして音階を作り演奏しています。周波数が高くなればONの回数も増えてしまいます。D比はNE555のワンショットトリガを利用して調節しているので、周波数が高い=電力を多く利用するということになります。そんな感じのことが原因でこのような事態になったわけです。話がズレてしまいました。共振周波数は制御回路がオートチューニングしてくれて最適な周波数で駆動できるようになっているのですが、その共振は2次コイルのインダクタンス成分と浮遊容量によるキャパシタンス成分とのLC共振の共振周波数の調整のみで、DRSSTCの場合は1次共振の調整は自分でやらなければなりません。要するに、展示会では1次共振がうまいこといかなかったので、結果的に放電が弱くなり、D比を高めて放電を自宅で実験していた時の大きさに近づけるようにとパワーコントロールしていたら燃えだしたということ。要するに、アースは怠るなということ。アースがなかったら実演してはいけないと考えたほうがいいかも知れない。火事になるよりマシだ。ここまで全部私の推測ですが、まあ間違ってはいないと思う。もう少し書きたいけど、手が疲れてきたのでこの辺で。

それから、修正版のSSTCプリント基板も発注するので、そろそろ試験的にプリント基板をヤフオクに出店してみたいなと思っています。それと同時にサポート掲示板かチャットルーム的なものでのサービスも考えています。やっぱり完全独学でテスラコイルはハードルが高すぎますからね。

【おまけ】
恒例の(?)おまけです。1ヶ月ずつ更新しようと考えていましたが、やっぱり書きたいことがありすぎて収まりきりませんね。色々あった時はその都度更新したほうがよさそうです。

まずはこちら
B-dQIETCQAApKZ3

B-dQIq_CEAA2nAA

テスラコイルを展示するにあたり、やっぱり手元のコントローラにも目が行くと思うので、少しいい感じに仕上げました。まだLCDの窓が空いてないことや1chしか動きません。これから作っていきます。Twitterでは、値段「ケース>回路」という声もありました。まあ確かにこの形にするために結構お金かかりましたけど・・・

それからヤフオクでフェライトコアが安かったので買ってしまいました。
B_TA90kU8AAcNhH
直径4cm越えの大きいコアは6個で500円、小さいのは15個で1kだったと思います。マルツで買うとこれだけで15kくらいかかりそうですよね。

そしてCTを巻いてみたり
B_TA7y-VIAA-p-B
2段がさねにするので1:33:1:33とかで1:1000のTCとみなして使用します。1000回も巻くとか考えられないんでね。

そしてなんといっても卒業式が終わってしまったこと。このブログを開設したときは日常生活は載せずに、工作系の記事ばっかり書いていこうと思っていたんだけどね。
S__977961032
最高の3年間だったよ。みんなありがとな!

 23496_12
卒業式の日の夜はクラスみんなで打ち上げ。飲み放題食べ放題の2時間。勿論呑んでないですよ。

これが一昨日のことか。みんな仲良しで楽しいクラスだったな。また会える日を楽しみにしてるよ。

【追記】
bandicam 2015-03-05 19-06-30-383
Twitterでこんなコメントをいただきました。
確かにそうですね。リッツ線よりもなまし銅管の方が安いし、なまし銅管よりもIV線の方が安い(場所による)ですからね。表皮効果といっても、この周波数帯域ではそこまで慎重にならなくてもいいかもしれません。 

【テスラコイル】人が近づくと放電が弱まる現象についての考察

こんにちは。今日で中間テストが終わって楽になったHaidoです。テスト返しが残ってるから楽にはなってないか。。。

今回は二重共振テスラコイル(DRSSTC)に近づくと放電が短くなってしまう原因・対処法について考えていきたいと思います。あまり深くは解説してないので、感覚的な理解が出来る程度に解説してあります。因みにSGTCについてはまた別なので予めご了承ください。また、今回は考察のみで次回の更新で自分の考えと合っていたか間違っていたかを報告したりしなかったりします。

【はじめに】
〇そもそも人が近づくとどのような現象が起きているのか。
人や物が近づくと2次コイルの浮遊容量が増加します。浮遊容量が増加すると、下の式で2次コイルの共振周波数が下がります。
7dda51722e1a42c15df8f8efa47697e65
テスラコイルは共振から外れると一気に放電が弱くなると言うのが元の原因です。

しかし、私のSSTC制御基板はアンテナフィードバック式で、テスラコイルに合わせて周波数がオートチューニングされます。なので人が近づくと共振周波数の増加→フィードバック制御で最適周波数にオートチューニングという流れです。

〇ならばどうして放電が弱くなるのか。
現在の個人的な考えでは、周波数の変化により共振コンデンサが共振できる範囲ではなくなり放電距離が短くなるという事だと思うんです。ならばSSTCの場合は柔軟に対応できるのか。まずはそれを調べてみます。SSTCで放電距離が変わらなかった場合、原因は共振コンデンサにあると断定できます。今調べられればいいのですが、生憎部屋にテスラがないのですいません。(ちょっとしたお披露目のようなもので)

ここまで放電が弱まることを前提に考えてきましたが、人が近づいた状態で共振が合っていれば、人が離れたときに放電が弱くなります。ここで言う共振合わせは周波数を弄るということではなく、1次コイルのインダクタンス調整やトロイドの静電容量の調整のことです。それらを人が近づいた時に可変するのは中々難しい。

〇どのように対策を取っていくか
マイコンに共振コンデンサで共振させられる周波数を覚えさせ、リレー等によって共振から外れたら切り替えるというくらいの方式を現在検討中。何を切り替えるか。共振コンデンサの静電容量をリレーによって並列にしたり切り離したりをやってみようかと考えてます。その前にマイコンが壊れる可能性がものすごく高いです。別にマイコンを使わなくても放電(ノイズ)の強さを比較したりしてロジックICでもできないことはなさそうな気がします。色々とやってみないと分かりません。

あんまり細かいことを書いても需要がなさそうだし第一自分の偏見たっぷりな文章をネットに投下していいのかということも不安なので、取り敢えず今回はここまで。最終的には対処法を見つけるところまで持っていきたいと思ってます。それにしても共振コンデンサが共振できていないという仮定が正しかったらどうやって対処しようか・・・

今のところ自分ではこんな考えです。コメント欄にでもアドバイスや気づいたことなどがあれば指摘いただけるとありがたいです。 

-----------追記------------
御二方コメントありがとうございました。色々考えてみます。


【おまけ】 
先日ヤフオクでUEWの5.7kgが1k円で出品されていたので4k円までなら出していいかなと入札しておいたところ、なんと落札出来てました。画像を見る限り、φ0.3mmがメインのようです。これがあれば更なるテスラコイルやコイルガンなどの発展的研究が出来るかと思います。
 BnhZr4pCYAET4CB

それではこの辺で。
Twitter プロフィール
今の出来事
非公開コメント

管理人へ直接コメントされたい方はこちらからお願いします。

名前
メール
本文
ギャラリー
  • 2017年春休みの進捗
  • 2017年春休みの進捗
  • 2017年春休みの進捗
  • 2017年春休みの進捗
  • 2017年春休みの進捗
  • 2017年春休みの進捗
  • 2017年春休みの進捗
  • 2017年春休みの進捗
  • 2017年春休みの進捗
  • 2017年春休みの進捗
  • 2017年春休みの進捗
  • 2017年春休みの進捗
最新コメント
訪問者数カウンター
  • 今日:
  • 昨日:
  • 累計:

アクセスカウンター
  • 今日:
  • 昨日:
  • 累計:

QRコード
QRコード
  • ライブドアブログ