Постройка ультразвуковой ванны на TL494

[wendom]

Потребовалась мне в мастерской большая ультразвуковая ванна для мойки деталей топливных систем авто и АКПП. Купить большую промышленную как то показалось накладно да и в силу наличия различных железяк думаю смогу собрать сам, тем более что так интереснее. Долго копал интернет на тему готового законченного проекта, в итоге нашел законченный вариант на базе TL494 и пьезоколец ПКВ460 (на ней собственно и остановился в силу ее большой мощности и возможности ручной подстройки частоты). Варианты и самовозбуждением на транзисторах как сделано в 35 и 60вт китай ваннах откинул - т.к. под мои нужды с увеличением мощности придется пересчитывать трансформатор, дроссель и резонансный контур - не думаю что моих знаний хватило бы.
Вот схема
В общем, накидал за пару вечером вот такую ПП, прошу покритиковать разводку. Самостоятельно вроде ошибок не нашел, рискнул вытравить и запаять.

Сейчас осталось намотать трансформаторы и дроссель. И тут возникли вопросы.
1.Можно ли согласующий трансформатор намотать обычным проводом а не МГТФ? какой диаметр взять?
2.Можно ли намотать дроссель проводом ПЭВ-2 диаметром 1.0 мм по меди?
3.Силовой трансформатор я так понимаю мотается проводом МГТФ 1 мм, проводом ПЭВ-2 1.0мм я так думаю его будет сложно намотать вручную?
4. Силовой трасформатор складывается из двух колец, кольца не изолировать друг от друга ?
5. Какие то непонятные транзисторы irfP 44, я поставил irfz44n.
6. Конденсатор с20 в резонансном контуре я так понимаю нужен на напряжение не менее 5кВ, как считаете? просто у многих кто делал вылетал именно этот кондер.

[сэм]

Схема рабочая. Дроссель на выходе должен иметь регулировку индуктивности. Настройка должна производиться с заполненной ванной. Неплохо иметь датчик аккустического давления (можно сделать из любой пьезокерамики с линейной АЧХ в рабочей области или учитывать нелинейность. Как вы считали необходимое напряжение вторички? Нужно предусмотреть снижение мощности для режима настройки, иначе ПЫХ.

[wendom]

сэм, я толком то ничего и не считал, только сделал печатную плату. Автор схемы настраивал ее через ЛАТР, по его уверениям при использовании излучателя как на чертеже индуктивность дросселя должна быть именно такая. А как можно реализовать регулировку индуктивности дросселя чашеобразного типа? Там между чашками зазор 1мм - видимо чтобы не улетела в насыщение. Напряжение вторички должно быть 100 вольт если мне память не изменяет.
Еще автор под каждый промывочный раствор выставлял свою частоту добиваясь кавитации, из за разных составов и разной плотности среды кавитацию каждый раз приходилось ловить. Есть промышленные ванны дорогого сегмента с автоподстройкой частоты и выходом на резонанс но там дорогая и сложная схемотехника, а эта схема по сути и *овна и палок

[mickbell]

wendom писал(а):

А как можно реализовать регулировку индуктивности дросселя чашеобразного типа? Там между чашками зазор 1мм - видимо чтобы не улетела в насыщение.

Вот зазором и регулировать. Например, переменной толщиной прокладок. Или чашки уже с зазором?

[wendom]

mickbell, нет, там между чашками нужно сделать зазор самостоятельно. Вы мне скажите, зачем применен МГТФ - там что температура будет высокая при работе или просто им удобнее мотать было? насколько мне известно он боится влаги хоть и термостоек в отличие от ПЭВ.

[сэм]

Зазор меняется в чашке + последовательно небольшая индуктивность с резьбовым ферро сердечником. По-моему, 100В маловато . Напруга должна быть результатом вычисления паспортной номинальной мощности и R внутр. Нужен послед с излучателем шунт+осциллограф для настройки. Вообще, надо искать схему с самовозбуждением, с этой намучаетесь подстраивать при работе. Я бы . честно сказать, делал на лампе (хотя бы выходной каскад). Легче в настройке, проще по схемотехнике, надежней в работе будет. Можно любой провод, хорошо пропитывать лаком +межслойная изоляция. Скачки U могут быть значительные. из-за резонансных явлений.

[wendom]

сэм, на дросселе тоже нужна межслойная или можно обойтись? Ну с самовозбуждением есть только китайские варианты, там надо пересчитывать транс и дроссель под этот излучатель. У одного человека что повторил эту схему резонанс слетал время от времени, а у автора все хорошо работает.

[mickbell]

wendom писал(а):

Вы мне скажите, зачем применен МГТФ - там что температура будет высокая при работе или просто им удобнее мотать было?

Видимо, просто "я его слепила из того, что было". Кроме того, у МГТФа толще изоляция, чем у обмоточных (даже ПЭЛШО), значит, межвитковые ёмкости меньше, выше и частота собственного резонанса. Скорее всего, несколько выше добротность из-за этого, также и из-за многожильности, пусть и неизолированной.

[сэм]

Дроссель попроще, можно ПЭВом, там витков мало, и доматывать -отматывать , возможно , прийдется. Это ж еще зависит, какой вклад по индуктивности рассеивания внесет транс. Снимите АЧХ, мне тоже любопытно, что она из себя представляет. У меня своих полно от разной керамики, просто сравнить.

[wendom]

В общем закончил с платой. Намотал дроссель и трансформатор. Пкв460 кольца найти не могу, ванна будет большая, поэтому хочу заказать с Китая 4 готовых излучателя 60вт. Подскажите на какую резонансную частоту заказывать излучатели? Схема думаю потянет 240 вт, для ключей это небольшой ток. Да и саму схему можно крутить по частоте, а резонанс можно построить зазором в дросселе .

[сэм]

не путайте электрический и механический резонанс. Механический-это характеристика самой керамики, электрический надо подгонять под механический индуктивностью (дросселем). частоту берите ту, что используется широко в мойках .

[wendom]

сэм, скажите а какую мощность примерно можно снять с этой схемы без изменения трансформатора ? Обмотка 1мм и 2 кольца 40*25*11. Из китая хочу заказать 4 излучателя по 60вт, это получается 240 вт, не уйдет ли сердечник трансформатора в насыщение и не критична ли будет плотность тока как считаете?
Можно по идее рассчитать в экселлансе, но сейчас нет под рукой да и не знаю какая частота на выходе тл494 будет.
Теперь по настройке резонанса. Как я понял мех резонанс это пик амплитуды колебаний кварца который возникнет при определенной индуктивности дросселя. Допустим выставлю зазор дросселя как по схеме 1мм, последовательно подключу переменный дроссель. Какой переменный дроссель лучше использовать? После настройки меряем его индуктивность и подгоняем индуктивность основного дросселя к их суммарной индуктивности правильно?
И ещё есть вопрос по поводу измерения мех резонанса. Можно поставить последовательно дросселю резистор 0.01 ом и мерить на нём осциллографом пики и добиваться максимума, правильно размышляю? Либо можно поместить кварцевый резонатор в качестве датчика в моющую среду и снимать с него осуиллограмму. Как считаете как будет правильнее?
Частотой тл494 можно в узком диапазоне настраивать схему на резонанс как я понял? Скажем если мы меняем моющую жидкость на другую то наверное схема может слетать с резонанса. А скважностью тл494 можно регулировать коэффициент заполнения на ключах и как следствие управлять мощностью мойки, я прав?

[сэм]

1)Мех резонанс по макс. току с шунта осциллом на воздухе (это ориентировочный), точный- в готовой емкости с жидкостью и макетом деталек по весу. ( так,как будет в жизни происходить)
2) по мощности, не считал. но думаю 250 ВА, дадут.
3) Насыщение не зависит от мощности, а зависит от ампер Х витков на холостом ходу (под минимальной нагрузкой)
4) Чтобы точно посчитать допустимую плотность тока проводов, нужно знать R внутр, на частоте резонанса, я удивляюсь, почему ее не дают в даташитах. Можно самому измерить лабораторным способом, но технология волокитная. Температура провода сама покажет, правильно ли выбрана плотность тока.
5) Дроссель нужен подстраиваемый феерит.сердечником, оставить потом на всю жизнь, постоянный не нужен, он уже есть- индуктивность рассеяния транса. Есть одно НО, если индуктивность рассеяния великовата, то дроссель только усугубит ситуацию, поэтому транс должен быть намотан правильно.
6) чтобы резонанс не плавал, делают следящую систему (обратную связь)

Если у вас опыта мало, надо начинать с одного излучателя и маленькой ванночки, 4 настроить гораздо сложнее

[wendom]

сэм, спасибо вам за ответы. У меня уже готов корпус и ванна 10 литров, поэтому нужно несколько излучателей в параллель. Неужели могут быть проблемы с их неравномерной работой если у них одна частота и они в параллели. Сейчас смотрел фото промышленных моек, там излучатели соединены в параллель.
1. Есть вопрос по первому пуску, изначально настраиваться на резонанс думаю стоит через латр вольт этак с 60? Судя по трансыорматору из схемы на 220в сетевого он выдает около 150в в излучатель.
2. По поводу коэффициента заполнения тл494 вы не ответили будет ли регулироваться мощность излучателей её изменением.

Вообще сейчас бы собрал схему с автогенератором как у китайцев сделано, но уже полностью сделал эту и не попробовать её просто не могу . На самом деле не разу не работал с резонансной электроникой, есть кое какой опыт сборки силовой электроники (частотники, сварочники и.т.п . ), но здесь пробел а знаниях. Кстати вы говорили что проще и надежнее собрать на лампе, а схемки случаем у вас нет? Лампа ГУ 50 небось? На случай если эта схема не заработает то сделаю на ней.

Добавлено after 7 minutes 8 seconds:
Касательно схем с автогенерацией тоже не все так гладко пишут. Лучшее решение это добавить в схему контроль и подстройку резонанса но схем таких я нигде не встречал, наверное это применено на каких то дорогих мойках. Видел фото промышленной мойки с 8 излучателями в параллель, там применена раскачка на игбт ключах, 2 огромных транса и тл494 с драйвером ключей на it. Наверное принцип работы аналогичен этой схеме.
В любом случае думаю работать будет, разве что если не добиться резонанса то упадет КПД сильно. Ну и главное чтобы справлялись снабберы с поглощением иголок напряжения от индуктивного контура, и не перенасытить транс.

[сэм]

Я бы как делал. 1-этап.Сначала вместо излучателя включил резистор (лампочку = 60-100 Вт, 220В), параллельно ей емкость 100- 200 пик 500В. На ней бы посмотрел , как работает генератор в общем. 2-этап. Потом излучатель, последовательно резистор (спиральку) 10-20 Ом, поигрался с настройкой в резонанс ( обязательно в воде). Все с одним излучателем, чтобы нюансы узреть, стабильность, диапазон регулировки , мощность потребления , мощность на излучателе и т.п На лампе чем проще? транс нужен не повышающий, а понижающий, значит КПД выше, L рассеяния меньше, надежность при настройке выше , мощность легко регулировать анодным напряжением. Мощность от заполнения конечно будет зависеть, но не по линейному закону. Допустим, вы качели в резонансе раскачиваете каждый раз или через 2 раза, амплитуда не 2 раза же упадет.
Рабочие отработанные схемы можно взять от советских старых корабельных эхолотах с дальностью до 1км. Хоть на лампах, хоть на транзисторах, передающие части там простые (как помню ) были да и приемные без особых задумок.

[wendom]

сэм, сегодня подключил на выход лампу 50 вт. Частота с генератора 22кгц, напряжение 110в . Нашел исходную статью автора по этому преобразователю, у него он рассчитан под излучатель 22кгц напряжение 100в. У меня излучатели 40кгц, то есть думаю придется увеличивать частоту на тл до 40кгц. Зазор в дросселе сейчас 1мм, хочу сделать набор подкладок от 0.2 до 1 мм с шагом 0.2 и посмотреть за изменением осциллограммы.
Напряжение 100в наверное будет мало на несколько излучателей как вы писали выше, нужно знать сопротивление излучателей, как его правильно можно измерить? Или может можно сразу перемотать вторичку транса и поднять напряжение до 150-170в?
Пытался найти в инете какую нибудь литературу или статьи по расчету резонансного инвертора, но ничего не нашёл. Не понимаю назначения кондера 220пф параллельно излучателю, по факту излучатель сам является емкостной нагрузкой.

[сэм]

Излучатель на частоте резонанса-АКТИВНАЯ нагрузка с небольшой емкостной составляющей. (емкостная нагрузка работы производить не может). Проверить это легко, достаточно снять фазо- частотную характеристику излучателя и посмотреть сдвиг фазы между током и напряжением на разных частотах. Снимите характеристику со своих излучателей на воздухе и в воде, наложите графики друг на друга, по ним можно увидеть много интересного. добротность, полосу, частоту резонанса (к стати таким же способом можно определить частоту резонанса) 100 в конечно мало, но для испытаний пойдет. Делайте стенд на лампе (гу-50, гу- 29 и тп) для экперементов, иначе готовьте ведро транзисторов.

[wendom]

сэм, понял вас. Спасибо.
Ещё не понял по самим излучателям и в частности по излучателю приведенному к этой конструкции. Там 2 медных кольца прилегают к корпусу излучателя, то есть получается что излучатель и корпус ванны при работе будут находиться под напряжением? Или они изолируются от корпуса излучателя скажем через текстолит?
Если угроблю ключи то возможно сразу соберу на гу-50, есть у меня 2 штуки, только вот схемы нигде найти не могу.

[сэм]

А и ничего страшного , что один провод (общей массы ) будет на ванне. Вороны же сидят на высоковольтных проводах. Опасно , если ДВА потенциала сойдутся на вашем теле, а под одним мы все ходим, наша земля тоже имеет очень большой потенциал.
Схемотехника на гу-50 это радиолюбительская "шарманка" на 3Мгц, только колебательный контур на 40кГц. Я смотрел схему 20 кВА ТВЧ нагревателя для гибки труб диаметром 100-200мм, всего одна лампа, штук 10 условных деталек по количеству (условных потому ,что напруги -киловольты и кондеры и резисторы собраны из кучи последовательных деталей)
Очень похожа схема генератора для катушки Тесла, транс только свой сделать надо ,на феррите (кольцо или Ш с зазором)

[wendom]

сэм, так а получается что на ванне будет переменка с большими всплесками напряжения. Или вы имеете в виду что надо заземлить ванну?
В общем завтра попробую снять осциллограммы с датчика тока и с самого излучателя.