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ACポンプコントローラー(正弦波インバーター)作製(自作) Feed

2012年1月22日 (日)

やっぱりトランジスタが良かった

先日、ACポンプインバーターで 偶にポンプが不安定になる場合があったので

アンプをトランジスタからMOSFETに替えてテストしてみたけれども

やっぱりトランジスタの方が良さそうな感じがする


MOSFETの方が どちらと言うと熱による電圧の変動が少ないようだけど

実際にポンプを回した時の安定性が MOSFETは良くなくて

低回転時には いくら電圧を調整しても 回転時に時々、グラっと不安定な状態を

見せる事がある


MOSFETの波形は トランジスタと比べて 波形のクロスオーバー歪みが

大きくなるけれども その程度の事でも ポンプが不安定になるのかも知れない

そう考えると やぱり2極のACポンプを低回転で回すのは非常にシビアな

条件が必要だという事のようだ


そんな事で 結局、トランジスタに戻した



今回、プログラムも改良して 万一、ポンプが不安定になって止まっても

リセットするように書き換えたので 偶~~に起こるポンプの停止も

これで解決できるので ポンプの停止の心配はしなくて良いし

MOSFETよりも回転が安定する事は間違いじゃなかったようだ!! 

2012年1月17日 (火)

ちょっと遊んでみた

もうすっかり実用稼働している ACポンプインバーター

その名も「AC激波」


これが最近 少し波が小さくなってきていたのと

ポンプであるコラリアマグナム8が ちょっと煩くなってきていたので

バラして きれいに掃除してみた


やはりインペラの表面がザラザラになるほどのコケが着いていたので

奇麗に洗って組み直して 水槽にセットしてみると

えらくパワフルな水流が立ってきた


これは面白い!!

ちょっと悪戯心が ウズウズと・・・・・・・


よし それなら


このAC激波は 電源の周波数を好きな値にセットできる

普段は 関西の標準である60Hzに 少し上乗せして 

高回転側を62Hzで回してますが

これを 70Hzにセットして 波を立ててみる


だははは・・・・

これは面白い!!

笑ってしまうような波が・・・・・・


魚はみんな すっかり寝てるので お騒がせでしたが

ちょっと遊んでみました


これを続けると ポンプが早くイカれてしまうだろうし

フランジに波が当たる音が チャッポン チャッポン と

うるさくて寝れやしないし

水槽もイカれてしまいかねないので ちょっとやってみただけですが

なかなかの性能です(笑)

2012年1月14日 (土)

ACインバーター3作目 改良 

もう既に 実稼働させているACポンプコントローラー3作目に

時々少し不安定になる現象が出ていた

日によって 安定してる日と 少し不安定になる日があるようで

不安定な時に電圧を測ってみると 設定時の電圧よりも高めに出ている

高回転側で5V程度、低回転側で2~3V高い


高回転側は 少々電圧の変動が出ても どって事はないけれども

低回転側は電圧に対して非常にシビアなので 3Vも変動すると

不安定になる


この変動は作った時から予想していた事で 

アンプにトランジスタを使っているために トランジスタの温度によって

出力電圧も変化する

けれども ある程度トランジスタが温まってしまえば大きな変動は

出ないだろう、と思ってたところが 実際には結構な変動が出る


MOSFETだとトランジスタほど 温度による変化は出ないだろうから

やっぱりアンプにはMOSFETを使った方が良いかな?


MOSFETは起動初期の安定性が悪かったので 

トランジスタに替えたけれども 

もっと長時間で考えれば MOSFETの方が安定するのかも知れない


本当はトランス以後のアンプ領域も オペアンプで制御できれば

温度やなんかで 電圧が変動する事もないだろうけれども

シンプルな回路にしようとすると難しいから・・・・・  



ま、考えているよりやってみよう


以前に トランジスタとMOSFETはいつでも簡単に切り替えられるように

作っておいたので 取り換えるのは簡単!!

P1140088

MOSFETに取り換えて 40Wのランプを負荷にして

電圧計を繋いだまま 高回転で稼働させておく



トランジスタだと 時間と共にゆっくりゆっくりと電圧が上がってきたけれども

MOSFETだと 上がるのは最初のしばらくの時間だけで

ある程度の暖機が終わると そこからはあまり大きく変化しない


この辺を踏まえて もう一度MOSFETで テストに入ってみる事にしよう



それから プログラムも少し改良を加えてみた

今、使ってるコラリアマグナムには過電流になったときの保護回路が

組み込まれているようで ポンプが不安定になると

保護回路が働いて 電流を止めてしまう

電流が止まると 当然ポンプも止まる!

これが働いて止まってしまうと 電源をリセットしないと回り出さないので

留守の間に これが働くと それに気付いて手動でリセットしてやらないと

それまで ずっと止まったまんまになる


以前は それを防ぐために 電流センサーを取り付けて

ポンプのストップを感知させようか、とも思ったのですが

それも また回路が複雑になるので 躊躇していた


でもでも 決して販売する商品を作ってる訳じゃないので

そんなに上等な回路を入れなくても

プログラムで 定期的に電源をリセットさせれば

たとえポンプが止まっても 次のリセットのタイミングでまた

回転し始める事ができる


そんなところで とりあえず 1分に1回のペースで0.3秒間の

電源OFFの時間が入るようにしたのと

再度、電源が入った時には なるべくスムーズに再スタートするように

コントローラーから高回転の信号が入っていても

必ず低回転からスタートするようにプログラムを書き換えてみた


それから それから

こうやってプログラムを書き換えるときは プログラマーの接続端子が

基板に付いてるので いちいちビスを外してケースのカバーを開けて

プログラマーの端子を接続する必要があったのですが

それも面倒なので プグラム用の端子もケースの外までケーブルで

延長して引っ張り出しておいた


これで いちいちケースを開けなくてもプログラムを書き換える事ができる


そんなところで また MOSFETでの長期テストに入る事になった!!

2011年12月26日 (月)

冷却ファン

ACポンプインバーター1作目で コラリア4を2台同時に回すテストをしていたところですが

トランスを換えて スムーズに2台駆動できるようになって長時間テストをしていて

これも難なくクリア、かと思われたのですが

ここまでのテストでは ケースのカバーを外してのテストだったのを

カバーを閉めて 最終テストに入ったところ 

稼動して数時間後に ポンプが不安定になり始めた


見ると LCDの色も何か変な感じになっていて ケースを触ってみると 

デジタルアンプの周辺の温度がやたらと高くなっている

ケースを被せた事で 温度が逃げずに高温になってしまうようで

それが原因で アンプの出力が安定しなくなってるのが原因のようだ 

要するにオーバーヒートの状態!!


これを解決するのに まずケースに通気するための穴を周囲に開けてみた

Pc250030

これで どうかと、かなり長時間回してみたところ 前回よりは長く持ったけれども

やはり何時間か後に不安定になった


小さいと思ってたポンプですが なかなか電気も食うようで

負荷も大きいのか2つ回すとかなり発熱するようだ

もっとたくさんの穴をケースに開ければ解決するかも知れないけれども

強力にするために アンプに冷却ファンを付ける事にした

Pc250028

↓ケースにも一つ!

Pc250032

これで 2台のポンプでも長時間安定するようになった



しかし

今まで コラリアマグナム8(20W)で ずっとテストしてきた1作目が

公称わずか13Wのコラリア4を2台回しただけで こんなに苦しくなるのも変だ!!


先日 想定していたよりも大きな電流を食っている事は分かったのですが

もう一度 ポンプをACインバーターを繋がずに

単独で商用電源に繋いで電流を測ってみると

コラリアマグナム8が230mAだったので23W(公称20W)

これは ほぼ想定内ですが これに対して

コラリア4を測ってみると300mA

と言う事は30W(公称13W)



えっ???

そんなはずは無い

マグナムより大きいはずは無い

間違ったか、と思って何度も測り方も変えて測定してみたけど 間違いない

なんと、コラリアマグナム8よりもコラリア4の方が消費電力が大きい

流量はコラリアマグナム8の方が3倍ほど大きいし 実際に感じるパワーも

3倍くらい大きいのに・・・・・・なんで??


コラリアマグナム8を2台繋ぐより大きい事になるんだから

ACインバーターが音を上げて オーバーヒートするのも当たり前でした

計算が合わない筈だ!!

だから前バージョンは販売中止になったのかも知れないなぁ




逆に考えると コラリアマグナムは非常に効率が良いポンプだと言える!!


ま、でも これで長時間テストに入って 耐えられるかどうかを見て

大丈夫なら コラリアマグナム8を2台でも回せる事になるので(笑)

それはそれで 良し、とする

2011年12月22日 (木)

コラリア4を2発

少し前の記事で 中間サイズのコラリア4で

ACポンプコントローラーのテストをやってた事は書きましたが


今回、海ボーズさんから 同じコラリア4をもう一台 送って頂いて

1台のACポンプコントローラーで 同時に2台のポンプを駆動するテストも行いました


1台でのテストは 問題無く回す事ができたのですが

なぜか 2台を同時に回すと安定しない


公表されてる消費電力で考えると 1台が13Wとなってるので

2台合わせても26W

コラリアマグナム8は公表20Wでしたが 実際は25Wでしたので

26W程度なら 問題は無いとの思いだったのですが


実際の電流から測ってみると 2台同時に回した場合

およそ50mAの電流がポンプに流れる

という事は およそ50W

1台でも25Wほど 

となると マグナム8と さほど変わりない事になる(パワーは全く違うのに)


電圧も測ってみると 2台同時に繋ぐと 65V程度まで下がってしまう


公表されてる消費電力など アテにしてはいけなかった、という事か??


そんな事で 今回テストに使ったのは デジタルアンプを使った1作目ですが

早速、最終出力のトランスを30VA程度のトランスから 

少し大きな50VAのトロイダルに取り換えて 再テストしてみた



あっさり解決!!




トランスが小さいと 「焼ける」心配があるだけじゃなくて

出力インピーダンスが上がってしまう、という事にもなるのが よく分かった!!




あとは微調整を ゆっくりやっていく!! 

2011年12月15日 (木)

ACポンプコントローラー(正弦波インバータ)作成 完結!!

正弦波インバーター3作目、長期テストも特に問題はなく

至って順調で安定していて トランジスタの発熱も問題ないので 

ケースの作成に入った


ケースと言っても 大したものではなく

単なる透明アクリル板で作った箱!!

俗に言う キカイダースタイルです

Pc150002_2

また気が向いたら 木工で化粧箱に加工するかも知れませんが

手間が掛かるので

今のところはキカイダースタイルで仕上げにするつもり・・・・・



とりあえず これで3作目も完成、という事になりました!!



ポンプの回転も安定して 非常に効率も良く仕上がりましたが

何の問題もない訳ではなく 一つだけ 「まだまだだなぁ?」と思う点が

冷えた状態から通電を始めて しばらく(1~2分)暖機運転をする必要がある点

おそらくトランジスタの温度変化によるものだと思われるもので

一旦、温まると その後は至って安定している


このインバーターが 売り物ならこの部分も改良する必要があるので

暖機運転からスタートさせるプログラムでも組み込むところですが

あくまでも自分で使うために作った物ですから ここは気にしない事にした

回し始めてからの安定感は ハイパワーデジタルアンプを使った1作目に匹敵する

安定感で 暖機運転など気にさせない仕上がりになった



ただ やはり商用電源AC100Vから降圧せずに ダイレクトにDC141Vを取り出して

使うところに危険が無いとは言えないし

ひょっとすると 爆弾を抱えてるのかも知れない?


そんなところで 決して人には奨めません!!


が・・・・・

個人的には満足できる物が完成しました!!



ACポンプインバーター作成シリーズも この3作目で 納得できる物ができたので

これで ★完結★


となるかも知れません




本当は あと ちょっと付け加えたい事があるんだけど・・・・・・



ここで最後に

ここまで電気の事では いろいろ御指導下さった

中年会社員Aさん そらさん

おかげさまで なんとか望むものが完成しました

いろいろ ありがとうございました

2011年12月 4日 (日)

フィードバックしてみる

昨日のテストで 思い通りの波形でフィードバックできそうだったので

今日は実際にオペアンプにフィードバックするように配線して

通電してみる



奇麗なツルツルの正弦波が出てくる事を頭に思い描いてオシロで確認すると・・・・

Pc040002_2




ありゃっ??  ダメだ

歪みというより 変形ですね(笑)



オペアンプから出力されて 3段分のトランジスタプッシュプルを通った上に 

途中で2つのトランスを通って 返ってくるのはちょっと遠過ぎるのか?

オペアンプでは制御できないようだ


企画倒れでした・・・・・・・(笑)

オペアンプにフィードバックできるか?

3作目で使っているトランジスタは非常に安定しているけれども 

波形の歪みは はっきりと出ている

ポンプが安定してれば 波形の歪みなど それはそれで良いんですが

正弦波フェチの私としては できる事なら綺麗な正弦波が作りたい


この波形の歪みを抑えるには オペアンプを使うのが一番良いだろうし

以前に中年会社員Aさんに 御指導頂いたように 中間のトランスの後ろに

もう一つオペアンプを入れると良いのですが それをするには

アンプ回路の構成を一から組み直す必要があるので

どうにか他に方法は無いか、といろいろ考えてみて

私の頭の中で考え付いた方法が


オペアンプを追加する訳ではなく 最終出力から先頭のオペアンプにフィードバックを返す方法


でも 普通に返したのでは 絶縁が破れる事になる

そこで考えたのが 出力から返すのもトランスを挟んで絶縁した状態で返せば どうだろう?

おそらくトランスを挟んで返す事はできるだろうけども

オペアンプからの出力は +側の半波だけを取り出したものから直流成分を抜いた波形で

3

マイナス側も使っている波形ですが

その波形を二つ 中間のトランスで合成して 交流にしてるので 

34

最終出力から返した信号を 単純にもう一度 上下半波に切り離すと

33

プラス側だけの信号で 

こうなるので このまま返すと 元の信号は直流成分が抜き取られてるので

元の信号からマイナス部分を切り取った形になると思われる

おそらく

37

こうなるだろう

これを2つ合成すると

311

余計に歪みが大きくなる事になる


なので 一つ上の画像の波形から もう一度 直流成分を抜き取って

3_2

一番上の画像と同じ こんな波形にしてオペアンプに返してやる必要がある



まずは このあたりを考えて 入力信号と同じパターンのフィードバックを返す事ができるか

というところからテストしてみる為に

フィードバックする信号を抜き取る仮の回路を組んでみる

Pc030605

まずは トランスを通して返しただけの信号が

Pc030609

ここから +側の半波だけを取り出して 直流成分を抜くつもりでしたが

なかなか 思うようにはいかず

いろいろ試してみて 組んだ回路がこれ

Pc030608

やっと 思うように抜き出す事ができた

Pc030604

よ~~し これだ!!


これを オペアンプに返してやれば 波形を制御する事ができるだろうか??

これなら 本気で回路を組んでも良さそうだ

25

2011年11月27日 (日)

コラリア4でテストしてみる

海ボーズさんから テスト用にパワーヘッド コラリア4が届いたので

これでもテストしてみる

Pb270006

Pb270007

このコラリア4、面白いのが インペラのシャフトが やたらと長くて 上の画像でも

シャフトの先端が写って見えている


回してみて この長いシャフトの意味が分かったのですが

インペラが逆回転したときには クラッチが働くのではなくて

インペラが前に飛び出してきて マグネットが前に抜けてしまう仕組みになってるようだ

(新型はシャフトが無くなったようですが)


そのせいもあって ACインバーターで低回転で起動すると 

逆転してもインペラが前に飛び出し切らず 逆転のままで回転し続けるのが面白い!!

これは 一度、高回転信号が入ると勢いで飛び出して正転に戻るので問題は無いですが



で、実際にテストしてみると 予想通りではありますが

やはりコラリアマグナム8と同じ調整では上手く回らないので

低回転時の回転数、電圧をチューニングしていく(高回転側は固定なので)


今まで大型のマグナム8、小型のナノはテストしてきて性格は分かってますが

中間サイズは初めて扱うので楽しみです


とりあえず チューニングし始めて思うのが

ポンプはサイズが小さいほど 素直で扱い易い

コラリアマグナム8は なかなかの偏屈で 機嫌を取るには非常に微妙な調整を必要としますが 

このあたりのサイズだと調整値が そんなにシビアではない(適当な調整でも機嫌良く回る)



ある程度 簡単に調整した値では 低回転時(25Hz)の適正電圧が 

なんと たったのAC14V

マグナム8の場合だと およそ30Hz時でAC39Vあたりなので 半分くらいの電圧になる



少し回してみて 回転は安定しているけれども 

回転がハイに切り替わるときにポンプが唸る症状が出ていたので 

12段階で切り替わる回転数を 

3段階で一気に切り替わるように プログラムを書き換えたところ 唸りは消えた

インペラが小さいので 周波数を一気に変化させても付いて来れるようで

ゆっくり変化させようとすると 逆にブレーキになるようで きっとそれが原因で

唸るんだと思われる


ここから じっくり調整を煮詰めていく事にする!!

2011年11月26日 (土)

すぐに取り換えられるように

今のところ ほぼ思うように稼動できている3作目ですが

一つだけ 気になる部分があって

それは 電源を入れてすぐのときと 電源を入れてしばらく回してからとで

出力電圧に 少し差が出る事!!


これは MOSFETの温度によるものなのかな?、と思ってるところで

冷えてるときは 少し電圧が低めになるような感じです


以前に中年会社員Aさんからアドバイス頂いたように 出力段側にもオペアンプを入れて

出力段からのフィードバックを返す事ができれば 電圧の変化もオペアンプが

抑えてくれるはずなんですが まだ私の頭の中では その回路を 

DC141Vの単電源でコンパクトにまとめる案が浮かんできてません(コンパクトでなければ できそうですが)


そこで とりあえず もう一度 出力段をトランジスタに換えてみてテストしてみるんですが

もしも状態が改良されなければ またMOSFETに戻す事になるし 

ひょっとすると 何度もトランジスタとMOSFETの入れ替えを繰り返す事になるかも知れないので 

簡単に付け替える事ができるように配線をハンダ付けではなくて 

すぐに取り替えられるように平型端子で繋ぐようにしてみた

本当はカーショップなどで扱ってる 4極のコネクターを使えば良いんですが

コネクターを買いにカーショップに行ってみると まぁ そんなに買う人も多くないんでしょう

売ってるけれども 数が足りない


なので 仕方なしに 平型端子を使う事にして買って帰った


それから トランジスタもMOSFETも どちらも 3作目にしてから非常に発熱量が減ったので

2つ有ったヒートシンクを一つにする事にした

Pb260602

↑こちらがMOSFET回路

Pb260601_2

↑こちらがトランジスタ回路



こんな風に ヒートシンクごと いつでも簡単に取り換えれるようにしてみた


で、とりあえず もう一度トランジスタに換えて 様子を見る事にした

Photo