電源回路がほぼ完成

電圧測定用の回路に問題があって、２度も爆発をさせてしまったが、ようやく実験用の電源装置が完成した。

左側の表示がトランスの２次側電圧。100/220vを逆さまにつないであるので、44～45Vの表示が出ている。

右側の表示が直流出力電圧で、写真は３倍に昇圧した後の電圧。

ひとつ気がついたことは、メインブレーカーを切っても、負荷がかかっていないため、コンデンサに充電された電気がたまったままになっている。ブレーカーを切ったあと、気をつけないと感電して火傷する恐れがある。放電用の抵抗器が必要で、実験の後は必ず放電してやらないと危険だ。

それから、メインのトランスを昇圧側に接続すると、出力が最大でDC１０００Vぐらいになると思われる。まず、一般の機器や配線はAC600V用なので、絶縁破壊する可能性が出てくる。だから、今日はこのテストはやめておこう。

この電源回路、メインのトランスを使わないで、AC100Vを直接整流回路とつないでしまうことも可能だ。その場合、100V、200V、300Vの直流電圧が得られるはずだ。

いったん電源回路はこれで終わりにして、次は、壊れたSSTC１号機を修理して、動作中の特性をスペクトラムアナライザで測定しなくては。
電源回路の設計を開始してから２ヶ月近くも要してしまい、予定が大幅に遅れている。

それが終わったら、3相信号発生器のコントローラーを作って、3相信号発生器がきちんと動作することを確認する必要がある。

爆発の原因が判明

図面を修正して、回路もそのとおりに直したのだが、原因がわからなかったので不安が残ったままだった。

それで、確認のためメインブレーカーを投入したところ、また同じ箇所でブリッジダイオードが爆発した。
今度は２度目だったので、あまり動揺はしなかった。

そして壊れた回路を調査していたら、また同じように、ブリッジダイオードのプラス側の配線が吹き飛んでいた。かなりの電流が流れたようだ。

これは、トランスの突入電流だろうか？しかし、ブリッジダイオードは600V1Aのものだし、直流側の抵抗も燃えるはずなのだが、抵抗は前回も今回も無傷。

お茶を飲んでしばらく考える。。。

その後、突入電流の対策として、耐電圧の大きいブリッジダイオードを使おうかと準備していたら、ふと、グランドがおかしいんじゃないかということに気がついた。

改めて回路を見ると、おっ、これはおかしいぞ。


ブリッジダイオードの交流入力側の片方とマイナス出力側とがアースでつながってしまっている。

絵を描いてみた。回路は絵の１番上のようになっている。
交流がプラス側のときは、絵の2番目のようになり、９０ｋオーム負荷抵抗が入っているため、電流は数ミリアンペアとなる。これは正常。

しかし、絵の３番目、交流がマイナス側に入ったときに、異常事態が発生する。
矢印で書いたように、グランドを通じて電流が迂回するため無負荷になってしまう。ショート状態になるためにダイオードならびに、AC100Vコンセントとダイオードの間には、数A～数十Aが流れる。幸い、貧弱な配線と定格が１Aのダイオードだったため、これらがヒューズ代わりとなって、解けて断線し、大きな被害には至らなかったということだった。

原因が完全に分かったため、ダイオードの交流入力側に絶縁トランスを入れた。



これで一安心。

メインのトランスが絶縁型でなく、しかも、数倍の電圧が複数選択できるように、半波整流を選択したために、グランドが共通になり、いろいろな問題を生じさせてしまったようだ。

回路図を修正し、組み立てなおしをおこなった。今回は電圧の調整が簡単になるように精密半固定抵抗を入れた。

検電器

電源回路のアースが、商用100Vのアースと極性が同じかどうかがすごく気になったので、手持ちのネオン管と3Mオームの抵抗で作った。

写真はコンセントに入れて確認しているところ。ネオンがわずかにオレンジ色に光っている。これでHOT側を調べておいてから、電源回路のHOT側とが同じになるようにすれば、グランドが共通になるので、心配した問題は回避される。

電源回路の見直し

回路を大幅に見直して、余計なものは排除した。

・電流と電圧の切り替えにリレーを２個使っていたが、電圧の表示に小数点が不要になったので、6pスイッチで済ませた。
・そもそも、交流電流と交流電圧の測定回路が間違っていたので、それを正しく動作するように修正し、回路の入力ではなく、トランスの２次側出力（整流回路の前）に入れた。
・回路図は実際の組み立てで実際のパーツの配置やコネクタ間の配線がわかりづらかったので、メインの整流回路を別図面にしたほか、パネル面、計装部を分離して表現するようにした。
・±5Vの電源を削除した。

これで、回路はかなりすっきりした。

実際の組み立て方に関しても、予備のスペースが多かったので、少し小さくしたこと。それと、電圧電流計パネルの向きを今までの正面としていたところから左側側面に移した。これは、高圧部分と計装部分の配線が接触していたので、それを避けるため。


以上のことを、一通り終えた。組み上げるところまで組み終わった。あとは調整だが、また次の機会にゆずって、今日は終わり。

爆発（その後）

関係するパーツをひとつひとつチェックした。

当初、リレーが吹っ飛んだと思ったのだが、リレーは問題なかった。

ひどかったのは、配線で、リレーと整流後の分圧抵抗の間をつないだホルマル線の塗り物がすべて蒸発して裸になっていたのと、AC100V側の電圧を取り出すビニル被服線の１本が断線してところどころ内部から線がむき出しになり黒くなっていた。それと、ブリッジダイオードが内部でショート。爆発したように見えたのは、このビニル電線だろうと思う。

原因が良くわからない。片線だけが焼けて、もう片方は損傷が認められないのだ。
電線の耐圧が超えたことはなんとなく想像がつく。電子回路の5Vで使う貧弱な線を商用100Vにつないだのは間違っていた。

トランスは絶縁型じゃないから？
アースがうまくとれていないから？

トランスは、片側だけを昇圧した簡単な構造のものだから、出力側から想定外のサージが入るととたんに入力側にも影響がでる。

しかも、整流回路は半波整流で3倍まで昇圧している。それにACの片側をグランドにしているので、商用100VのグランドとHOTが逆に接続されたなら、ちょっとまずいような気がする。


とりあえず、100V以上の電圧が掛かる箇所については、耐圧600Vの電線に置き換えることにした。

カレントトランス

秋葉に行って交流電流を検出するためのカレントトランスを買ってきた。
ラジオセンター内の東邦無線で1050円だった。




当初、カレントトランスはトロイダルコアにエナメル線を１００回巻いて作ったものを使う予定だった。
電流計の調整中に、自作したカレントトランスの性能を測定してみた。

負荷に１２００Wのヘアドライアーを使って実験してみた。１０A以上は電流が流れるはずなので、１００Ωの抵抗をつけると１０Vぐらいは出るはず。だが、非常に性能が悪く１Vすら出ない。オシロで波形を観測しても非常にノイズが多く、とても使用に耐えない。

トロイダルコアの型番は不明なので、なんともいえないけれど、透磁率が低すぎるのだと思う。巻き数を１０００回ぐらいにすれば性能が上がる気もするけど、ちょっと自作は無理そうに思えた。







買ってきたカレントトランスで同様な実験をおこなった。なんら問題なくしっかりと値が出ている。
WEBカタログに特性がちゃんと出ている。
http://www.u-rd.com/products/CTL-6-S-H_tab1.html#detail_tab
結合係数（K特性）をみると、0.1A～20Aはほぼフラットな特性が出ている。申し分ない。

爆発

先週の日曜日、電圧計の調整をおこなって、ほぼいい感じになったので、ばらしてあったものを組み上げて電源を入れて最終確認をおこなっていた。
それで、メーターのスイッチを切り替えた瞬間、バン！と。

まさか、電圧計の回路で。。。

そのショックで、少し精神的に立ち直れなくて。Blogにも書けず。

原因不明。あまりやりたくないが、詳しい調査は、明日やる予定。

回路図の見直しもやらねば。

実験用電源（続き）

この連休も実験用電源を作っていた。

整流回路周りをユニット化（というほどでもないが）したので、配線が以前に比べてすっきりとした。

組み立てが終わり、一通り配線も終わったので、電源を投入して、出力電圧をテスターで測定。


トランスを逆つなぎ状態（ＡＣ１００Ｖ→ＡＣ４４V）にして、直流電圧を測定すると、大体６０Ｖ、１２０Ｖ、１８０Ｖが得られた。

しかし、パネル前面の数字がおかしい・・・ＡＣ１００Ｖがつながった時点で点燈するのはＯＫだが、ブレーカーを投入しないと値が出ないかエラー表示になるはずなんだが・・・

回路図を眺めていたら、どうやら入力側メーターの整流回路の位置が間違っているようである。それと、出力側メーターは切り替えスイッチの配線が外れていた。

う～ん、ちょっと肩が凝って頭痛がするので、今日はここまで。

目的の直流電圧が出力されるのはＯＫだが、メーター類の校正など、完成までまだ少し時間がかかりそうである。

こいつが完成したら、次は炎上したＳＳＴＣの修理をして、テスラコイルの特性計測をしなければ。

実験用電源の製作

この土日は、実験用電源を作っていた。

まだ、全体のパーツを配置した程度で、配線や回路の組み立ては翌週以降だ。

図面も書かず、その場、その場で組み立てているので、あちこちに問題点を抱えてしまった。

一番の問題点は、整流回路部分。秋月で１個100円で売っていた4700uF、５０V用の電解コンデンサを7個直列に接続して、３５０V耐圧にする。それをコンデンサを三段重ねで配置するのだけれど、非常に配線がしずらくて、後々メンテナンスが厄介な構造になりそう。だから、ここの部分はモジュール化を考慮して配線しやすい形に作り直すつもりだ。

配線はビニル絶縁電線IV1.6ｍｍを使っているが、太くて配線が大変。半田付けにしても温まるのに多少時間がかかる。先日、即熱半田ごてを買っておいて正解だった。

実験用電源の設計

実験用の電源回路を設計した。

100V/200V、1500VAのトランスを正・逆に接続可能にして、
Vp-p電圧が70V,141V,212V,282V,566V,849Vを取り出せるようにした。

また、入力電圧と入力電流、出力電流を表示するLEDメータと、ACコンセント４つ、制御用の±5Vなどをつけた。

これを木製ベースの上に作る予定。