Max's DRSSTC - First Demo! :D

[nero]

Das selbe hatte ich bei meinem ud2.7 auch sobald man zum Testen ein Signal (bei mir war es ein 4046) anstelle des CT anschliesst ist die Länge des ersten Pulses nicht.
Im normal betrieb wird sobald das Interuper Signal 1 ist wird die Spule angeregt und es fliesst der erste Strom durch die Prim

Viel wichtiger ist es das am Ende des Interuper Signals nicht einfach ausgeschaltet wird

Gruss Nero

[kilovolt]

Gelöscht

@kilovolt: Also ist der Phase-lead-Effekt abhäng vom Feedbackstrom? Richtig?

Ehrlich gesagt, ich bin mir nicht sicher. Könnte mir aber vorstellen, dass ein sehr kleiner Strom eine solch tiefe Spannung über dem RL-Glied verursacht, dass man da nicht mehr viel sieht. Immerhin geht es ja um ganz wenig Phasenverschiebung.

Oder vielleicht hast Du die falsche Spule genommen für Deine Frequenz?

Gruss kilovolt

[MaxZ]

Guten Mittag!

@zeeman: Deinen Edit habe ich erst viel zu spät gesehen. Sobald die Brücke bis aufgebaut ist, werde ich Tests unter Last durchführen!

@nero: Abschalten tut er richtig im Nulldurchgang.

@kilovolt: Ob Phaselead nun funktionniert oder nicht, werde ich wohl erst wirklich wissen, wenn ich einen funktionnierenden Primärkreis habe. Ich habe das Modell verbaut, das loneoceans auf seiner UD2.7-Seite für DRSSTCs mit CM200/CM300 Bricks empfiehlt: 7M3-393.

Ich habe endlich einen sinnvollen Entwurf für die Busbars hinbekommen. Zwischen die einzelnen Busbars kommt natürlich ein Isolator. Verschraubt wird das Ganze mit Plastikschrauben. Was haltet ihr davon?
Rot:........................Plus
Dunkelgrau/Schwarz:.Minus
Hellgrau:.................Verbindung zwischen in Serie geschalteten Elkos
Grün, Blau:..............Halbbrücke Ausgang

(Ohne Elkos)

Busbars3D.png (62.06 KiB) 2470 mal betrachtet

Busbars3D_2.png (68.41 KiB) 2470 mal betrachtet

Busbars2D_1.png (23.1 KiB) 2470 mal betrachtet

Busbars2D_2.png (27.41 KiB) 2470 mal betrachtet

Liebe Grüße,
Max

[kilovolt]

Max, die Endstufe gefällt mir sehr. Die Busbars werden bestimmt sehr niederohmig, viel niederohmiger als bei meiner Brücke. Allerdings muss ich auch sagen, bin ich mittlerweile nicht mehr ganz so sicher, was wieviel bringt. Gemäss Theorien von 4hv.org ist meine Brücke recht ungünstig aufgebaut, da die positive und die negative Rail als einfache Schienen nebeneinander verlaufen, und nicht in grossflächiger Sandwichbauweise übereinander. Im Betrieb konnte ich jedoch kaum was feststellen, dass diese leicht höhere Induktivität irgendwelche Probleme verursachen würde und das trotz fehlendem Phase-Lead...

Beste Grüsse
kilovolt

[MaxZ]

Guten Abend!


@kilovolt:
Danke für's Loben!
"Recht ungünstig" finde ich eine ziemlich strenge Beurteilung deines Aufbaus. Busbars an sich sind ja bereits niederohmiger und niederinduktiver als Verdrahtung (auch mit dickeren Kabel). Du bist bisher mit dem Primärstrom in recht sicherem Bereich geblieben und du hast deine IGBTs auch noch mit TVS-Dioden und Snubber abgesichert. Deshalb wundert es mich wenig, dass bei dir alles einwandfrei funktioniert.
Die Sandwichbauweise versucht nur durch parasitäre Kapazitäten den Induktivitäten weiter entgegen zu wirken. Der Sinn dahinter ist ja der gleiche als der hinter Phase-Lead: Reduzieren der Spannungsspitzen beim Schalten. Diese machen sich im Betrieb wohl kaum bemerkbar, verkürzen aber gerne die Lebensspanne der IGBTs, wenn sie zu hoch sind.
Hast du die Spannung eigentlich schon einmal mit einem Oszilloskop überwacht? Würde mich interessieren, wie "schlimm" es wirklich ist.

Von meiner Seite her gibt's wenig Neues. Ich bekomme vielleicht die Möglichkeit, mir die Rohre für den Torus biegen und schweißen zu lassen. Von morgen bis Mitte nächster Woche werden wir verreisen; deshalb werde ich mich mit der Programmierung des Interrupters beschäftigen. Eventuell werde ich auch den Rest der Spule am PC modellieren, um die Maßen besser abschätzen zu können.


Liebe Grüße und frohe Ostern!
Max

[kilovolt]

Hallo Max

vielen Dank für die Rückmeldung. Wegen der Spannungsspitzen mache ich mir so wenig Sorgen, dass ich tatsächlich den Output nie mit nem Scope angesehen habe. Die TVS-Dioden sollten alles über 400V sauber clampen, was ich übrigens im kleinen mal überprüft habe. Die Dioden sind sehr sehr schnell und schneiden alles zuverlässig ab, was darüber liegt. Da die IGBTs eine CE-Sperrspannung von 1200V vertragen, glaube ich weniger, dass 400V Spitzen hier irgendwie problematisch wären hinsichtlich der Lebensdauer der Endstufe.

Die Laminatbauweise wäre aber wohl nicht nur wegen den Spannungsspitzen günstiger, sondern auch, weil breite Flächen niederohmiger daherkommen als dicke Schienen wegen der geringen Eintauchtiefe bei der gegebenen Frequenz. Die Kupferschienen können hier leider nicht sinnvoll ausgenutzt werden.

Wegen des Stroms hast Du Recht, hier werde ich wohl schon noch etwas höher gehen. Bin bis jetzt nie über 1000A gegangen und ich denke, mit den 400A Bricks müsste mehr zu machen sein. Allerdings habe ich momentan eher Probleme mit der Versorgung über den Variac. Die Stromaufnahme vom Netz ist schon recht happig.

Gruss kilovolt

[MaxZ]

Guten Abend!


Allmählich nimmt das Konstrukt Form an - zumindest auf dem Schirm. Nachdem ich die letzten Tage etwas an einem rudimentären 3D Modell der DRSSTC werkeln konnte, bin ich nun dabei die Pläne anzufertigen, um alles auf Maß schneiden zu lassen.
Das 3D Modell beinhaltet nur die Basis, vom Rest bekomme ich die Pläne auch ohne Modell hin. Hier eine kleine Vorschau:

2016-03-31 23_13_49-DRSSTC by mmmzzzz - download 3D model - Sketchfab.png (155.28 KiB) 2436 mal betrachtet

Das Modell habe ich hier hochgeladen, sodass jeder es in 3D betrachten kann. Das Gehäuse ist (inkl. Kühlkörper) 66cm x 66cm x 40cm groß - größer als ich anfangs dachte. Dafür ist auch für alles genügend Platz.

Nachdem ich folgendes Thema im 4hv Forum gelesen habe, glaube ich, dass es sinnvoll ist, auch bei meiner Spule ein Kühlsystem für die Primärspule einzuplanen. Da mein Kühlkörper eh viel zu groß ist für die 4 IGBTS, kann ich die restliche Fläche für einen Wasserkühler nutzen. Ich dachte dabei an einen Kupferblock von 120mm x 300mm x 20mm, in den ich eine 10mm breite und 15mm tiefe Bahn fräse, nach folgendem Schema:

Weiß: 15mm tief
Blau: durchgehend
Grün: 1-2mm tief für Dichtring

2016-03-31 23_55_41-Kofferkiller.pdf - Adobe Acrobat Pro.png (6 KiB) 2437 mal betrachtet

Seitlich werden in den Block zwei Löcher gebohrt zur Wasserzu- und abfuhr. In die weißen Löcher wird ein Gewinde geschnitten; sie dienen zur Befestigung des Deckels.
Der Kupferblock wird dann auf den großen Kühlkörper geschraubt (durch die blauen Löcher). Bis jetzt habe ich - aufgrund seiner üppigen Größe - keine aktive Kühlung vorgesehen. Falls diese doch nötig sein sollte, hat jemand eine Empfehlung für 80mm oder 92mm Lüfter die "teslaspulentauglich" sind? Diese Größe wäre mir am liebsten, da ich die Lüfter dann seitlich an den Kühlkörper montieren kann, ohne dass sie oben oder unten überstehen.
(Im oberen Bild) vor dem Kühlkörper will ich den Wasserbehälter inklusive dieser Pumpe platzieren; daher ist im Modell noch so viel Platz frei.

Heute habe ich auch endlich die Treiberplatine ganz testen können. 3/4 Mosfethalbbrücken arbeiten einwandfrei; die vierte produziert noch Mist. Um die kümmere ich mich morgen. Somit konnte ich den Treiber schonmal an einem GDT + 2 Halbbrückenmodulen testen. Resultat: Ich glaube, ich werde die Gatewiderstände überbrücken/weglassen müssen:
So sieht das Signal an den Gates mit Widerständen aus:

Gelb: Ausgang einer Mosfethalbbeücke des Treibers gegen Masse.
Blau: Signal an einem von 4 angeschlossenen Gates

IMG_1654b.jpg (182.08 KiB) 2436 mal betrachtet

Und so ohne:

Gelb: Ausgang einer Mosfethalbbeücke des Treibers gegen Masse.
Blau: Signal an einem von 4 angeschlossenen Gates

IMG_1660b.jpg (188.27 KiB) 2436 mal betrachtet

Möglich, dass kürzere Kabel am GDT ebenfalls die Flaken verbessern können, allerdings ist das Überbrücken der Gatewiderstände wesentlich schneller getan.
Die Stromaufnahme lag für 4 angeschlossene Gates bei rund 320mA (am 24V Ausgang des Netzteils). Überbrücke ich einen Gatewiderstand, steigt die Stromaufnahme auf 360mA.


Liebe Grüße,
Max

[Norbi]

An so einen Kühler für die Primärspule hatte ich auch schon mal gedacht.
Ich frage mich nur ob es da keine Probleme gibt da der Schwingkreis quasi hintenrum übers Wasser kurzgeschlossen wird und der Wasserkreislauf nicht unbedingt gut geerdet werden kann. Auch Elektrolyse oder Korrosion könnte auftreten.

Ein Block aus Alu würde bestimmt eben so gut funktionieren wie einer aus Kupfer da könnte man ein paar Cent sparen

[kilovolt]

Die Wasserkühlung halte ich für übertrieben und fehleranfällig. Bei mir wurde das 8mm-Rohr nicht mehr als handwarm bei 1000A Primärstromspitzen und 600µs Impulsdauer und einem Betrieb von einer Minute am Stück. Die einzige Problematik sind die Anschlusstellen. Zuerst hatte ich bei den Kontaktierungen der Primärspule einfache Sicherungshalter genommen, aber das war ein Pfusch. Mittlerweile hab ich grossflächige Kupferbleche gebogen und verschraubt, das gibt einen akzeptablen Kontakt.

Möglich, dass kürzere Kabel am GDT ebenfalls die Flaken verbessern können

Keine Ahnung, wie Dein Setup zur Zeit aussieht, aber die GDT-Kabellänge machte bei mir sehr viel aus und bevor Du die Widerstände einfach weglässt, würde ich die Kabel auf ein Minimum kürzen, wenn irgend möglich. Ich denke aber auch, bei den tiefen DRSSTC-Frequenzen darf man durchaus etwas mehr Flankenzeit tolerieren als bei einer 400kHz-SSTC, nebst dem, dass eine grössere Flankensteilheit auch gewisse Vorteile mit sich bringt, nämlich das geringere Risiko von Shoot-Throughs. Wenn ich mich richtig erinnere, habe ich bei meiner DRSSTC fast 1µs, weil der GDT-Kern nicht so toll ist, trotzdem läuft das ganze sehr zuverlässig. Auf der anderen Seite kann ich mir schon auch vorstellen, dass man bei sehr hohen Strömen dann schon eine optimale Flankensteilheit möchte, resp. dann, wenn man wirklich an die Grenzen geht. Seit ich jedoch in der Praxis gesehen habe, wie laut und krass die Entladungen nur schon bei so 1.3m oder so daherkommen, bin ich gar nicht mehr so scharf darauf, das ganze System bis ins Letzte auszureizen. meine Philosophie hat sich in letzter Zeit etwas geändert, was das angeht. Betriebssicherheit / Langlebigkeit ist halt schon auch eine wertvolle Sache und bei Entadungslängen in der erwähnten Grössenordnung kommt es mir nicht mehr auf jeden cm an.

EDIT: Falls Du wirklich eine Wasserkreislauf einplanst, würde ich unbedingt destilliertes oder entmineralisiertes Wasser nehmen und dieses auch hin und wieder komplett erneuern. Korrosion kann es natürlich trotzdem geben (oder sogar erst recht), aber zumindest sollte es elektrisch gesehen mehr oder weniger neutral sein. Ob es allenfalls dielektrische Wirkungen haben könnte, muss ich mal offen lassen, keine Ahnung.

Gruss kilovolt

[Thunderbolt]

An so einen Kühler für die Primärspule hatte ich auch schon mal gedacht.
Ich frage mich nur ob es da keine Probleme gibt da der Schwingkreis quasi hintenrum übers Wasser kurzgeschlossen wird und der Wasserkreislauf nicht unbedingt gut geerdet werden kann. Auch Elektrolyse oder Korrosion könnte auftreten.

Ein Block aus Alu würde bestimmt eben so gut funktionieren wie einer aus Kupfer da könnte man ein paar Cent sparen

Bei meinem Induktionsofen hatte ich damit nie probleme korrosion, elektrolyse, leckströmen o.ä. (allerdings bei nur ~600V im schwingkreis), wobei ich da auch Destilliertes wasser verwendet hab.

[MaxZ]

​Guten Morgen!


@Norbi: Ich muss gestehen, ich weiß auch nicht, wie viel mehr an Kühlleistung ein Kupferblock hier bringen würde. Preislich ist der Unterschied aber schon etwas mehr als "ein paar Cent"... Mal sehen ob ich dazu noch weitere Infos im Netz finde.

@kilovolt: Bisher hielt ich eine Wasserkühlung ebenfalls für absolut unnötig. Fakt ist aber, dass Phillip Slawinski seine Spule mit nur 640A betreibt und auf eine derartige Kühlung angewiesen ist. Genau wie ich es vorhabe scheint er auch mit langen Pulsweiten herumzuexperimentieren (wobei ich natürlich keine Ahnung habe, ob ich soweit komme, wie er). Das hat mich dann doch etwas nachdenklich gestimmt und mich überzeugt, eine Kühlung vorzusehen.
Ich kann nicht mehr genau sagen, wie die obrigen Fotos der Gatesignale entstanden sind, nur habe ich heute festgestellt, dass die Freilaufdioden doch funktionieren und die Fallzeit in beiden Fällen gleich ist (<500ns). Die Kabel die zum GDT führen, und die, die vom GDT zu den Gates führen sind je 10cm lang. Die alle zu kürzen, zu löten, zu crimpen, zu schrumpfschlauchen würde ich nur ungern tun...
Sieht das Signal ohne Gatewiderstände denn schlecht aus? Steile Flaken, nur ein Überschwinger, der zuverlässig von einer TVS-Diode auf 26V gekappt wird - was fehlt dem Signal?

@Thunderbolt: Danke für die Info. Ich hatte auch vor, destilliertes Wasser zu nutzen.

Der Fehler in der 4. Mosfethalbbrücke des Treibers war schnell gefunden. Das motiviert den Treiber aber noch nicht dazu gänzlich zu funktionieren:
Schließe ich einen GDT + 4 Gates an, gibt es keine Probleme - egal ob ich ihn an den einen oder anderen Treiberausgang anschließe. Kommt der 2. GDT + 4 Gates aber dazu, beginnen die Kerne zu surren und die Gatesignale sacken über die Dauer der On-Zeit immer mehr ein. Ich vermutete, dass das Schaltnetzteil durch die kurzen Belastungsspitzen immer kurz abschalten würde, deshalb habe ich den Treiber an mein Labornetzteil gehängt (maximal 3A) und zusätzlich mit 5000uF stabilisiert. Damit sollte der Treiber nicht mehr ausgebremst werden.
Doch das Surren und die schlechten Signale verbessern sich nur wenig. Deshalb habe ich einen 1R Widerstand als Shunt in Reihe zum Treiber geklemmt und folgende Messungen gemacht:
1 GDT:

Blau: Signal an einem Gate
Gelb: Stromaufnahme des Treibers an 24V (1V entspricht 1A).

IMG_1666b.jpg (174.96 KiB) 2410 mal betrachtet

2 GDTs:

Blau: Signal an einem Gate
Gelb: Stromaufnahme des Treibers an 24V (1V entspricht 1A).

IMG_1670b.jpg (179.78 KiB) 2410 mal betrachtet

Die Stromaufnahme hat sich mit 2 GDTs verdreifacht. Außerdem nimmt das Gatesignal nur an positiver Spannung ab, im negativen bleibt sie konstant...

Ehrlich gesagt, ich habe keine Ahnung wieso es mit einem GDT problemlos klappt, aber mit zwei nicht...


Liebe Grüße,
Max

[alpin]

Erster Schnellschuss: Sieht für mich auf einen schnellen Blick aus, als ob du den GDT in Sättigung treibst. Hast du einen DC-Block-Kondensator in Reihe zu den GDTs?

[kilovolt]

Sieht das Signal ohne Gatewiderstände denn schlecht aus?

Neinnein, es sieht sogar extrem schön aus! Was ich jedoch prinzipiell unschön finde ist die Lage für die Ausgangsstufe des Treibers und für allfällige Schutzdioden an den IGBT-Gates. Das Gate des IGBTs muss eigentlich als Kondensator gesehen werden und schliesst somit bei den schnellen Rechteckflanken den Treiber jedesmal kurz. Die mittlere Stromaufnahme des Treibers mag ja im grünen Bereich sein, aber die Stromspitzen werden mit Sicherheit sehr hoch, wenn nirgends mehr begrenzt wird. Grundsätzlich sollte immer entweder die Last oder die Quelle den Strom begrenzen, andernfalls ist die Situation nicht definiert und es fliesst einfach der maximal mögliche Strom, der übrigens noch nicht mal konstant sein muss, je nach Verhalten der Quelle und/oder Last. Entweder die Last oder die Quelle leidet in einem solchen Fall. Ausserdem werden allfällige Schutzdioden an den Gates, die die Spitzen abschneiden sollen, stark beansprucht, wenn sie den maximalen Treiberstrom verkraften müssen. Klar wird die Induktivität des GDTs der sache noch etwas entgegenwirken, aber das hat man nicht definiert im Griff.

Zur Wasserkühlung: Wenn die Zeit ohnehin nicht beliebig verfügbar ist, so würde ich mich zuerst auf das absolut Wesentliche konzentrieren und die Spule zuerst ohne Wasserkreislauf bauen, jedoch könntest Du ja für den Fall der Fälle gewisse Vorbereitungen treffen, damit die Sache später nachrüstbar ist. Nur aufgrund einer vaagen Vorstellung einen solchen Aufwand treiben würde ich nicht unbedingt, schon gar nicht rein präventiv.

EDIT: Zu Deinem GDT-Problem: hier könnte ich mir durchaus vorstellen, dass selbst Dein Labornetzgerät mit 3A schlicht nicht ausreicht. Du treibst ja nun acht Gates, wenn ich das richtig verstanden habe, oder? Und das sind acht Gates mit ziemlich hoher Kapazität. Die andere Variante sehe ich noch darin, dass die Sache zu schwingen beginnt, wenn die Gateleitungen zu lang sind (ohne Gewähr).

2. EDIT: Du könntest auch noch testen, ob die 2 GDTs besser laufen, wenn Gatewiderstände zur Entkopplung vorhanden sind.

Beste Grüsse
kilovolt

[alpin]

hier könnte ich mir durchaus vorstellen, dass selbst Dein Labornetzgerät mit 3A schlicht nicht ausreicht.

Ich sehe da einen steigenden Strom (gelb) über die Zeit, zu dem "parallel" die Spannung (einseitig) einbricht. Ich sehe keinen Grund, warum der Strom bei zu kleinem Netzteil erst nach paar hundert µs seinen Maximalwert erreicht, aber einen Kern, der scheinbar in eine Richtung nicht mehr sauber überträgt. Daher meine Interpretation in Richtung "Sättigung des GDT-Kerns".

Zugegeben, eine typisch exponentielle Kennlinie ist da nicht.... Ist eh eher ein Blick in die Glaskugel

[kilovolt]

Deine These tönt grundsätzlich schlüssig, alpin, aber sie erklärt nicht, warum es mit einem einzelnen GDT funktioniert.

Gruss kilovolt