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
20110904367.jpg
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。
20110911377.jpg
20110909374.jpg

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    AsyncMaster   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:物理高能技术 / 电磁炮动手实践:实验报导严肃内容:专著/论述
54
 
1
坚定的潜水党 作者
10年5个月前
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。
20110904370.jpg
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。 20110903356.jpg
20110903364.jpg
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坚定的潜水党作者
10年5个月前
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。
总体设计.png

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部分.png
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。
   20110903361.jpg
20110911376.jpg
  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。
光电开关.png

然后是电容线圈模块。
电容,线圈,scr.png
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】
attachment icon 开关磁阻电机设计与应用.pdf 5.21MB PDF 151次下载 预览

那么提高效率就要解决放电时间的问题,也就是说,使电流尽量在子弹过线圈中点之前减小到可以接受的值。
由于我只做了无关断的,那我就先说说无关断的
首先是电阻,电阻越小,电流越大,放电时间越短,这个是无条件的。电阻来源于电容的内阻,线圈的电阻。所以采用多个小电容并联会导致电容内阻减小从而提升效率是可行的。同时采用大线径的漆包线绕制线圈也可以减小电阻。需要注意的是,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。同时过大的电流对开关器件也提出了挑战。
然后是电容的容量,电容容量越大,电流持续越久。同时我要指出的是,在容量一定的情况下,提升电压对效率的影响应该是比较小的。但是提升电压对威力的影响是必然的。同等电感和电阻下,放电时间只由电容容量决定,和电压关系不大。
那么在同样的能量下,采用高电压小容量的电容比采用低电压大容量的电容要好(无关断的情况下)。即使是在有关断的情况下,由于高电压的情况下电荷能够更快的释放,所以效率也会高一些。否者可能出现加速效率高(被释放的能量利用率提高)但是整体效率低的情况(电容里的电未被完全释放就被关断,体现为对电容容量的浪费。)换句话说,同样两个电容,串联时效率应该比并联高。但是过高电压比较危险,你只有一次失败的机会。。。然后,你懂的。
综合考虑,我最终选用了450V电压,880uF作为一二级加速,660uF作为三四级加速。应该说效率还是不错的。
还有就是电感,起始电感越大电流上升越慢 ,由于体积和内阻的综合考虑,线圈电感一般都选择较大线径密绕200-400匝,可变动范围不大。

然后是电压限制,实际上第一个星期的时候,我已经按照下面的电路图做出来了一个,虽然能够工作,但是很不理想。会导致ZVS严重发热。后来调试的时候发现了很多问题,暂时没有解决,留待后人讨论。
充电控制.png
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坚定的潜水党作者
10年5个月前
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。
光电开关改进.png
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。
电压指示.png

然后是加壳,用PVC和木板制作。
下面是一些制作过程。
20110907371.jpg
20110909375.jpg   
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
10年5个月前
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。 20110903356.jpg
20110904369.jpg
20110904366.jpg
20110903358.jpg
20110904365.jpg
20110907372.jpg
20110903363.jpg
20110903362.jpg
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wangyang386
10年5个月前
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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wangyang386
10年5个月前
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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wangyang386
10年5个月前
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
10年5个月前
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 20110914383.jpg
20110914382.jpg
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飞天狂想
10年5个月前
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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wangyang386
10年5个月前
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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tan
10年5个月前
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
10年5个月前
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
view_image.jpg
+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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10班陈大葱22号
10年5个月前
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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10班陈大葱22号
10年5个月前
14楼
囧,查了一下,发现淬火会降低磁导率...
attachment icon 磁导率变化的半无限大媒质涡流问题解析解.pdf 287.49KB PDF 103次下载 预览
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坚定的潜水党作者
10年5个月前
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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膜拜大师
10年5个月前
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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史玉柱
10年5个月前
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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15648734
10年4个月前
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@XXXXXX    ,谢谢
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feifucong
10年4个月前
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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滴滴又滴滴
10年2个月前
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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zgchen
10年2个月前
21楼
借鉴下实验结果!!以后也弄个成功的出来
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lxliang09
10年2个月前
22楼
我也想自己做一个,可惜现在手里没材料啊……
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liy90424
10年2个月前
23楼
先保存网页 去看理论
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听我说瞎话
10年2个月前
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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听我说瞎话
10年0个月前
25楼
还是潜水哥的抢经典
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听我说瞎话
10年0个月前
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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elvis
9年11个月前
27楼
请问有具体的电路图么?总共需要什么材料?
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找自己
9年11个月前
28楼
建议用555控制ZVS,或者用思密特,
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lovevirus
9年10个月前
29楼
想问下你的pvc管什么规格的
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五星红杉树
9年10个月前
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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听我说瞎话
8年6个月前
31楼
很经典的帖子,顶上来供新手拜膜[s:274]我挖.....
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听我说瞎话
8年6个月前
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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小小小小鸟
8年6个月前
33楼
顶一下,比我做的好看多了
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go炮君
8年2个月前
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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go炮君
8年2个月前
35楼
LZ幸苦了
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ufo008sss
8年2个月前
36楼
这得费多少功夫啊
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火焰山
8年2个月前
37楼
弹夹牛
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火焰山
8年2个月前
38楼
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菲菲里西
7年10个月前
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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ZZCLL
7年10个月前
40楼
厉害
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ZZCLL
7年10个月前
41楼
lihai
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ZZCLL
7年10个月前
42楼
[s:1]
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王WZJ_97
7年10个月前
43楼
不错[s:1]
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w1053006466
7年10个月前
44楼
摩拜
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放屁了的风格
7年10个月前
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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流氓兔2014
7年10个月前
46楼
教学贴膜拜
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勤奋的小黄瓜
7年10个月前
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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bule
7年5个月前
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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781775356
7年5个月前
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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aping228
7年5个月前
50楼
赞一个,请问做一个十级的瓶颈会在哪
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