4级加速线圈炮制作和相关思考
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做一把电磁枪的想法,早在上个学期末就有了,但是由于种种原因。被搁置到两个星期前我才开始动工。
经过一个星期的努力,主要的部分都已经完成了。但是个人觉得不够完善,于是做了一些外围电路的改进,并且尝试给装上一个外壳。拖到今天才发出来。而且由于个人水平有限,理论可能有误的地方还请大家指出。
在看这个帖子之前,如果你对电磁枪的原理有疑问,请移步到本版的置顶帖看一看先。

首先是演示视频
点击此处查看视频
这个是一个星期的时候的半成品样子。请无视这是小会会提供的友情电源后面那句话


这个是他目前的样子。外壳只是做好了,本来设计的有自动供蛋,但是个人水平和材料限制,只作出了蛋夹。





这个月比较忙,估计只能中午上来看看,添加一些相关理论了。
+1  学术分    虎哥   2011-09-14   好实验+好文章。建议上几张击发效果的图片,建议适当增多理论分析。
+20  科创币    云烟   2011-09-14   坐等版主加分、多级。
+50  科创币    ehco   2011-09-15   优秀文章
+50  科创币    任某人   2011-12-03   此帖绝对经典。难得的一个多级作品
+50  科创币    ◤◢◣◢◣◥   2012-04-28   做的不错
+100  科创币    猎鹰   2012-06-01   内容充实,经典之作
+50  科创币    听我说瞎话   2013-08-07   还没给潜水员加过分呢,补回来,话说好久没见潜水员冒泡了
+50  科创币    hetyinput   2014-09-06   求一把
来自 电磁炮
 
1
2011-9-14 18:34:04
坚定的潜水党(作者)
1楼
那么,从头说起。
我开始进行了一些验证性质的实验,比如线圈的绕制,电容的选择。
开始是续流二极管的取舍,我0.85的线绕了一个200匝的线圈,然后用1Kuf450v的单体电容提供储能,使用市电整流为电容充电。

开始没有用开关器件,直接用短接代替开关(超级不推荐,心脏不好的人就不要试了,吓死人)。发现接上续流二极管和不接续流二极管相比,后者威力小了一些,但是不排除是因为偶然原因。综合考虑,为了防止破坏开关原件,我还是加上了续流二极管。
首先是线圈的绕制,我开始用不同的线径0.33和0.85的漆包线绕了两个一样大小的线圈,然后用同样的电容储能,实验发现0.85线绕的线圈在同样大小的情况下,威力比0.33的线绕的大了快一倍。然后又实验了的同样匝数的0.33线和0.85线的区别。区别不是很大,但是0.85的威力能感觉出大一些。

然后是电容的选择,首先用330V100UF的电容逐个添加上去,在1Kuf内威力都是逐步增加的,说明应该没有出现反拉现象。


我用330v100uf的电容10个并联,同单体450v1000uf的电容冲到330v进行对比,发现10个并联的效果要好一些。推测是因为等效内阻小一些的原因。所以后来的方案里面,我都是用多个电容并联而非直接使用单体大电容。

最后是子弹的选取,我在家的时候,做了不少的子弹。(3寸钢钉锯断,只留前面几CM,保险起见,做了2CM的10个,4cm的40个,3cm的50个,平均造价0.05/枚,包括买钉子的钱)。实验发现4cm的钉子威力最大,2cm的最小,由于没有做5cm的,不知道是否越长效率越高。顺便提一下,我绕的线圈也是4cm长。

后来使用了SCR,TYN1225并联,具体在我另外一个帖子有说明。



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坚定的潜水党(作者)
2楼
这些验证性实验让我心里大概有谱了,我最终使用的组合是0.85线径漆包线200匝,220uf450V电容多个并联,4cm子弹。

然后就开始进行系统设计,这是我最开始画的系统示意图(电容线圈SCR模块、光电开关模块、升压模块、电压限制模块、电源)。提醒新手,做一个项目如果不知道从何做起可以先想总体方案,然后一个一个解决。



然后就是系统的实现,首先是升压系统,这个简单,ZVS是不错的选择,使用论坛最常见的ZVS加上最近比较流行的电源和控制分离方案。


zvs的话,我之前有搭过一个棚。(个人非常喜欢搭棚,但是不推荐,优点是很节约空间,缺点也很明显,一旦发生失误,毁坏的原件很难更换)直接使用就行了。但是要手动绕一个变压器。我用了一个买来的EE25磁芯,初级0.33的线双股6+6匝,次级多少忘了。如下图。
  



  然后是光电开关模块,这里我参考了一些论坛的帖子,画了一个电路图。
其中的电压比较器用任何型号都可以,只要耐压足够。
这个电路图实际上让我烧了不少东西。因为有一些缺陷。以后再提。



然后是电容线圈模块。


电磁加速,基本的电磁枪原理。
但是我得说一下效率的问题,根据大家的经验,单级加速在2000UF,1mm线圈300匝的时候已经是极限了,再加电容会导致反拉。下面我根据我所知道的理论解释一下。
根据我所知道的知识,线圈加速其实是属于磁阻加速,在这个过程中,加速线圈和子弹的组合其实相当于一个电感值会变化的电感。弹丸进入之前其电感很小,弹丸进入时,电感开始增加,电流上升率开始下降,此时的电流会使铁芯加速。铁芯到达线圈中点时,电感值最大,之后电感值开始下降。此时若给线圈通以电流,会使线圈工作在发电状态,由于我们串联了续流二极管,发出来的电其实以热量的形式被耗散掉了。同时发电会使铁芯受到后拉的力,也就是会使子弹减速,严重的时候会使子弹从后面飞出来。【参考了《开关磁阻电机设计与应用》北京机械工业出版社 2000年版】

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坚定的潜水党(作者)
3楼
然后是一些失误。
首先,那个光电开关部分有缺陷,开始实验的时候,使用市电为高压部分供电,12V电源为控制部分供电,工作的还算好。但是3次发射以后烧掉了10个TYN1225 。 发现1225的G级需要串电阻,后来加上了。
但是后来改用ZVS充电的时候发现了一个严重的问题,不知道为何,ZVS充电过程中光电开关总是会莫名的失效,导致能量提前被释放。检查光电开关部分,发现原来的电路只有在12V的条件下工作正常。低于12V的电压会导致光电开关提前导通。于是进行了以下改进。


然后实测3个光电开关的静态工作电流为40ma左右,刚好能带动一个激光管。于是把激光管串上50欧姆电阻再并上电容整体串联在光电开关的电源上。工作的很好。
本人没有示波器,在输出串联一个发光二极管是为了观察电路的工作状态。同时,电压比较器的低端输出并不是0V,而是0.3V左右(不同型号的IC可能不同),加上发光二极管可以减小误触发的概率。

还有充电控制部分,不知道为何,工作的很不好,电压的确会被限制在450V,但是ZVS的MOS管发热严重。我之后试着焊了一个滞回比较器,但是也不能很好的工作。只好取消了这一部分,改为电压指示。充满电LED发亮。



然后是加壳,用PVC和木板制作。
下面是一些制作过程。



  
最后。使用4节18650锂电为电源,充电时间6S,顺便提一下,ZVS充电很奇怪,初始电流大概在2A,然后3S的时候提升到8A左右,并且变压器发出奇怪的声音(这个时候电容电压在150V左右,电压上升速度最快),最后几秒电流又掉到3A左右持续到充电结束,实际充电过程中ZVS只有变压器会发热,发射5发子弹以后变压器就因为过热导致充电速度下降了,威力依然同视频中,但是由于外型比较和谐,就不发图了。
锂电还是比较给力的,目前我试射了30多发,总电压只是从17.15V下降到16.90V


另外有一些诡异的现象,ZVS充电到200V左右时,发出奇怪的声音,同时不知道为什么光电开关的输出端有微弱的电流,足以点亮LED,但是不能触发SCR。等电压升到300V以上,又正常了。难道是电磁辐射太强? 应该不是电源内阻导致的现象。因为实测电池电压在充电过程中波动不到0.5V。
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坚定的潜水党(作者)
4楼
主要内容发完了。
下面是一些杂七杂八的图。
另外威力还行,射实心木板可以插进去1.5CM,易拉罐穿6个没问题,再多没试过。主要是没有多的罐子了。
重量可以接收,大概在1.5KG左右。
一次充电可以发射30发以上。反正目前射了30多发还没给电池充电。
成品的电路不是暴露的,0楼的图片是盖上侧盖之前的。















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5楼
充电控制电路我认为运放输出不足以驱动ZVS,ZVS的G级电阻是470欧,电源16V的话,电流不小了。而且最好让充和停中间有个电压差值
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6楼
有可能是运放输出不足,让场管处于一定时间的线性工作区间了
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7楼
光电开光有误动作,不知道你的运放电源脚之间有没有加一个小的瓷片电容?比较器2脚上也加个小电容试试哦
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坚定的潜水党(作者)
8楼
回 5楼(wangyang386) 的帖子
应该不是驱动能力的问题,我也考虑过这个可能性,在上面那个绕制的变压器后面隐约有个电路图,那个也是我试过的控制方案,可以看到我试过输出加图腾。
但是问题依旧,充电时正常,但是一旦电压到达设定电压,ZVS的MOS管就开始严重发热。用滞回比较器加MOS管也试过,还是不行。

刚才去隔壁寝室收罗了一个露露一个雪碧。射了一把。
露露在雪碧后面



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9楼
不错`````值得借鉴`嘿嘿``就是想问问你那开关管的价格是???
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10楼
我用ZVS给电容充电的时候,刚充的时候也会有个叫声,很奇怪啊。。。
我正准备做电磁枪呢,楼主给了我很大启发哈,话说多个可控硅并联的方法,我正是从你发的帖子里看到的呢
那个充电关断的的电路,正常的话ZVS应该不工作了啊,怎么MOS还会发热呢,奇怪了,是2个管子都发热,还是一个管子巨热啊?
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2011-9-15 09:17:44
11楼
光电开关型号,多少钱?谢谢!
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坚定的潜水党(作者)
12楼
你是说光电对管么?用普通的LED加上光敏就可以的。

我这里使用的是 反射式的红外传感器。拆开成两颗单独的作为对管使用,可以比较好的避免自然光的干扰。
就是这种

+1  科创币    火箭爱好者   2012-04-28   用槽型光电开关吧,拆这个比较麻烦~~~~~
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2011-9-16 01:05:07
13楼
子弹的磁导率也很重要,感觉楼主的东西跟我的差不多但威力差了老远。记得以前M也做过跟我差不多的但威力也不行百思不得其解,现在想应该是子弹材料的问题,我当时子弹用的是从内六角螺丝批上弄下来的一截,先是烧红,自然冷却,锯下,烧红,迅速水冷淬火,很可能因为材料好&淬火过所以磁导率高些,打出去更猛。
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14楼
囧,查了一下,发现淬火会降低磁导率...
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坚定的潜水党(作者)
15楼
回 14楼(10班陈大葱22号) 的帖子
我参考过你的作品,首先你的作品很成功,给过我很大启发。

对比你那个我这个的威力比较小是可以理解的,首先你的电容电压在610V,根据我们共同的分析提高电压应该是提升威力的最直接方法。其次你使用的电容组容量大一些。

还有导磁率的问题,我参考了以前坛子里面的数据。常规铁基材料的磁导率其实提升空间并不大,而且在我们这种工作条件下,基本上都处于过饱和状态,这种状态下,体积大的铁芯比较有利(以前有人说子弹质量大的效率高,我觉得没有说到点子上去,关键在体积),俺使用钢钉只是因为制作简单。但是和仓管的配合不是很好。导致子弹在线圈中间和线圈中无子弹的磁路磁阻变化不大,磁场利用率不高。

然后你使用了单片机精确控制了导通位置,我的方案是比较简陋的。毕竟总体造价只有150元不到。对导通位置的调整我使用了可动的线圈和固定的光电开关方案,(可动线圈是先在管子上绕一层塑料膜,然后用胶水成型线圈制成),通过手动实验调整线圈位置找到大概的最佳击发位置。只能对固定的参数起作用。一旦电容参数改变,效率就会下降。

当然,这些都是我的方案中间的缺点,以后需要改进。目前单片机学习中。我也期待将来做出威力和重量都更加优秀的线圈炮。
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2011-9-27 00:42:20
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16楼
建议楼主提高电压,严密配合好发射管管径与弹丸弹径的大小,尽力达到严丝合缝
弹丸重的话效率高这个理论到目前未经过实地验证
我们70g弹丸的速度只有50g弹丸速度的80%不到
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17楼
不知道威力射程精度怎么样?
请提供数据[s:271]
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2011-10-22 13:32:11
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18楼
真厉害呀 ,可以画一张详细的电路图给我吗 ? 我的QQ  邮箱     15648734@qq.com    ,谢谢
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2011-10-23 22:45:46
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19楼
最近也在动手制作一门电磁炮,纯新手,没一点经验,LZ对元器件参数的分析很好,让我有了个大致的概念,应该选用什么样参数的元器件。
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2011-12-17 16:55:29
2011-12-17 16:55:29
20楼
[s:271]  [s:271] 威力很好啊,我的卫生纸都击不穿= =、(3节9v电池)
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21楼
借鉴下实验结果!!以后也弄个成功的出来
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2011-12-20 20:49:22
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22楼
我也想自己做一个,可惜现在手里没材料啊……
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2011-12-28 12:57:38
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23楼
先保存网页 去看理论
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2012-1-10 18:25:33
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24楼
回 3楼(潜水员) 的帖子
变压器有声音估计是因为买的变压器磁芯是分开的不是整体的,我的也是有声音,还有潜水哥的变压器用的线好粗,我的是初级用细线具体多少不知道,估计最多0.3,绕10+10,次级用更细的线绕300+,充电速度大概六七秒,也是滋滋叫
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2012-2-26 16:23:36
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25楼
还是潜水哥的抢经典
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2012-3-4 23:01:32
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26楼
回 3楼(潜水员) 的帖子
光电在电容充电时由于充电电流比较大,电源电压被拉低所以出现有输出的现象,由于花皮哥加了电容和二极管所以不会导致输出很高,不信花皮哥可以换个大容量电池试试,用电动车上的电池都不会,这是俺在烧了十几个电压比较器后得出的结论
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2012-3-25 10:37:47
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27楼
请问有具体的电路图么?总共需要什么材料?
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2012-4-7 11:57:46
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28楼
建议用555控制ZVS,或者用思密特,
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2012-4-27 22:12:42
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29楼
想问下你的pvc管什么规格的
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2012-4-28 17:03:52
30楼
回 17楼(史玉柱) 的帖子
精度是靠弹道来决定的,也在关注远射程的威力
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2013-8-7 11:41:55
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31楼
很经典的帖子,顶上来供新手拜膜[s:274]我挖.....
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32楼
还没给潜水员加过分呢,补回来,话说好久没见潜水员冒泡了
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33楼
顶一下,比我做的好看多了
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2013-12-23 18:51:07
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34楼
过大的线径会导致线圈匝数密度急剧减小,同样的电流下磁场强度下降   对这句话提出疑问,请详细解答,谢谢
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35楼
LZ幸苦了
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36楼
这得费多少功夫啊
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2013-12-27 22:12:05
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37楼
弹夹牛
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38楼
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2014-4-12 15:17:03
2014-4-12 15:17:03
39楼
可以列出你买的材料及价格吗?锂电池不是很贵吗?
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2014-4-13 15:43:33
2014-4-13 15:43:33
40楼
厉害
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41楼
lihai
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42楼
[s:1]
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2014-4-14 17:42:07
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43楼
不错[s:1]
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44楼
摩拜
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2014-4-15 13:59:57
45楼
我也想做一个,帖子真好,就是详细的器材没有
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46楼
教学贴膜拜
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2014-4-21 20:47:52
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47楼
go炮君 发表于 2013-12-23 18:51
过大的线径会导致线圈匝数密度急剧减小,同样的电流下磁场强度下降   对这句话提出疑问,请详细解答,谢谢


B=μ0nI       n为单位长度内线圈匝数
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2014-9-4 18:29:39
2014-9-4 18:29:39
48楼
wangyang386 发表于 2011-9-14 22:26
光电开光有误动作,不知道你的运放电源脚之间有没有加一个小的瓷片电容?比较器2脚上也加个小电容试试哦


这是为什么呢?
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2014-9-5 20:03:24
2014-9-5 20:03:24
49楼
可以做出单级威力大的吗,,多级感觉太大了,不好带
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