测试放电管大电流下的导通压降以及击穿电压
上个月弄了些放电管测了一下,趁现在放假把测到的东西发出来

这里提到的放电管指的是“气体放电管”。由于是用击穿气体的方式导电的,所以会有比较大的导通压降,然而手册上通常只会给出1A电流下的数据。显然,这个测试条件和电磁炮开关的应用条件差别太大。之前也曾经到处搜过,不过没查到相关的数据,所以就自己实测了一下。

这次主要测试了标称直流耐压350V的三极放电管(型号:T83-A350X)
这个东西长这样
279425

附上它的手册:这次测试使用了两种不同的触发方式,首先是主功率回路接在三极放电管的两侧,触发接在中间的电极
279430

之后也尝试了把主功率回路和触发都接在放电管的两端
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以上两种方式均可可靠的触发,且测得的电流电压曲线没有明显区别。
其中,主功率回路上的电感使用0.8mm漆包线双线并绕,大概一共20到30匝,有三层。线圈内径13mm,长约17mm,外径小于21mm。线圈电感10uH,内阻30.2mΩ。测试时使用空线圈,没有加弹丸。
1mΩ的电阻是一根长3cm,直径0.8mm的裸铜线,用来检测电流。
变压器是高压条用的变压器,用电桥测电感的方法得到它的匝比约为119:1
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变压器初级的开关是普通的微动开关,变压器次级的电容是两个1nF的1812贴片电容并联。

主功率回路上的电容用实测容量189uF,内阻0.9mΩ的薄膜电容时,电容充电至104V触发,得到放电管上的电压电流图像如下
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由于检流用的1mΩ电阻寄生电感的影响,直接把电阻上的压降当成电流会出现比如“触发瞬间电流不为零”,“电流反向压降却没反向”的错误。用电阻上的压降和电容上的电压相加减可以得到正确的电流曲线,不过当时比较懒,没去测。请大家自行脑补蓝色线和一个指数衰减的余弦函数相加减,得到两端过零的实际电流……不过至少,直接拿电阻上的压降当电流不会出现特别大的误差,要求不高的话直接这么看貌似问题也不大。
电容充电至约250V时如下
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电容充电至约340V时如下
279434

从中可以看出,T83-A350X大电流下的导通压降在20V左右。会随电流变化,不过变化不十分明显,即使通过1kA以上的电流,导通压降也仅增加到接近25V。还可以看出,放电管没法可靠有效的关断。在高频下,即使电流过零且电容电压没到直流击穿电压,放电管也不会自动关断。

主功率回路上的电容用0.3uF的电磁炉电容时,测试放电管的击穿电压如下:
下图是接在放电管中心和侧边引脚时的电压时间曲线(看起来这里用的电容充电电源还挺恒流的)
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下图是接在三极放电管两个侧边引脚时的结果
279435

可以看出,三极放电管的两侧引脚间的击穿电压与两侧到中间引脚的击穿电压既不相同也不是二倍关系。更长时间的测量结果显示,放电管短时间内每次的直流击穿电压没有可观测到的区别,但是长时间放电后(大概5分钟)击穿电压会有十几V的下降,上面两张图就是放电5分钟后记录的。不过当时忘了测这个电压下降的原因是长时间放电导致的温度升高,还是放电导致的老化。

另外捎带着试了一下3500V的二极放电管(型号:A71-H35X)
这东西长这样
279437

附上它的手册:
A71-H35X.pdf122k7次

测试用电路如下
279428

出于某种原因,那个119:1的变压器输入12V时,只接示波器表笔的时候,能产生4kV左右的尖峰(可能是变压器漏感和表笔电容谐振到了二倍压)。然而,接到测试电路里之后就测不到任何尖了……放电管也没能被成功的触发。不过,放电管貌似依旧会有轻微的导通。在用5uF的电磁炉滤波电容做主功率回路电容充电到三四百V的时候,每次按下触发键的时候,电容上的电压都会有轻微的下降,从几V到几十V都会有。不过当时忘记把波形记录下来了。


来自 电磁炮
 
2018-1-18 17:22:38
1楼
看这两种放电管的资料,kA级寿命都是个位数,实际上放电管每次放电后性能都会下降,本身只是防雷器件,作为偶然的防感应雷是可以的,用在电炮上基本就是消耗性的器件,用几次就得换。。
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2楼
这几天看的关于开关电源的书里有提到它的放电曲线和特性,看看能不能用上
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3楼
8/20us的脉冲周期极短,这个周期下再考虑到储能大小、弹丸的惯性,应用场合非常有限
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三水合番(作者)
4楼
引用 iSee:
关于放电管的寿命问题,我没查到它会因为什么而性能下降……也没查到寿命耗尽后哪些参数会发生怎么样的变化……所以我才没主动对于放电管的寿命问题发表观点😂
那个三极放电管测试完后被夹开了,里面长这样
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被夹开之前它应该经历过不到十次的大电流放电,以及共计5分钟左右的0.3uF电容的放电(6mA充电至击穿)
有一侧的电极表面略有发黑,没有肉眼可见的形变。
至于应用场合嘛,个人感觉它无比适合感应式(要不然我也不会去测它了)
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5楼
引用 三水合番:
楼主测试用的340v/189uf电容储能只有11J左右,所以看上去影响不大,但从电极表面已发黑可以知道已经有影响了。如果一个感应式输出动能做到50J,假设转换效率做到20%,那么储能至少要250J,比现在的11J储能大22.7倍,并且放电周期还会更长,这个还能坚持几次就难说了。。

[修改于 2 年前 - 2018-01-18 19:22:43]

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三水合番(作者)
6楼
引用 iSee:
250J的话……放电管可能会炸😂(线圈也可能会炸)
个人感觉,对于动能武器来说,追求“单级50J”这种级别的加速度意义不大,因为在一级线圈的长度之内,电容存不了那么多电能……

[修改于 2 年前 - 2018-01-18 19:51:28]

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7楼
引用 三水合番:
感应式要做多级感觉比磁阻式的困难,所以单级就做到一个较高的动能还是有意义的。
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三水合番(作者)
8楼
引用 iSee:
单级还用啥放电管嘛……直接用机械开关不就完了😂
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9楼
引用 三水合番:
对啊,所以这个既不能关断、大电流寿命又有限、触发电路也复杂、笨重的放电管,在电炮应用中实在是有点尴尬,用的人应该不多吧😂
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10楼
这种防感应雷的放电管功率实在是有限。如果真的要用击穿放电形式,可以考虑一下“氢闸流管”等大功率器件,或者干脆自制一个带触发的钨铜电极的尖端放电器,可能更适合高压大电流放电,寿命也长的多。不过还是不能关断。。
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三水合番(作者)
11楼
引用 iSee:
我的意思是……既然用放电管,肯定是要做多级……
触发电路笨重复杂说明……触发电路的设计不好😂

[修改于 2 年前 - 2018-01-18 21:17:42]

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12楼
引用 三水合番:
多级感应能做好效果肯定比磁阻式好很多,不过光是想想就觉得实在是困难。。
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2018-1-25 09:36:04
2018-1-25 09:36:04
13楼
放电管还是挺靠谱的,不过论坛里好像一台多级感应的电炮都没出现过。
是有什么技术难题在困扰吗?还是效费比不高。

[修改于 2 年前 - 2018-01-25 09:37:09]

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14楼
引用 rb-sama:
由于是斥力推动的关系,所以需要比磁阻更精确、精准的定时机制:如果定时早了点的话就相当于对弹丸当头一棒;晚了点的话电流上升速度可能还赶不上弹丸离开的速度,效率就急剧下降;归纳起来磁阻可以用多线圈通电的磁行波紧密加速方式,感应可能不行;说白了只要能制造出一个移动的合成磁场,多级磁阻就可以持续加速,对系统设计的要求比较低;而多级感应必须抓住每个稍纵即逝的瞬间,容错率太低。。。对比与电子设计吧,相当于一个是找电平,一个是找边沿,难度差别大多了。。
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三水合番(作者)
15楼
引用 iSee:
触发精度并不是问题……对于触发的随机误差来说,使用光电开关完全可以做到小于1mm的位置误差;使用软件定时的话,时间的误差就是一个时钟周期加上晶振的误差。这种精度做到音速都绰绰有余……

曾经有人尝试过多级感应式,比如这位
https://kechuang.org/t/70091
不过他的放电管炸了……后来也没有更多的内容了
记得也曾经有人试图用可控硅做多级感应式,不过貌似也是开关烧掉了,而且没有以帖子的形式发表
看起来最大的问题在于开关的性能不够
至于效费比,这个因素顶多是导致做的少,而不会导致一个都没有

另外,楼歪的有点厉害了……如果要继续讨论多级感应式,建议另开一贴

[修改于 2 年前 - 2018-01-25 16:02:39]

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16楼
引用 三水合番:
我觉得因为“多级感应必须抓住每个稍纵即逝的瞬间”,是“边沿”驱动,所以必须在极短的时间里响应并供给相当数量的能量,这就对系统的实时性、瞬时功率等各方面都提出了非常高的要求。而磁阻可以利用多线圈磁场叠加产生的磁行波,只要用合适的电流去合成一个能快速移动的磁场中心就可以了,即使单个线圈断电慢有反拉,但放到合成磁场中从整体上来看,这种单级的反拉对性能的影响相当有限。
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2018-1-26 07:20:30
三水合番(作者)
17楼
引用 iSee:
额……讨论多级感应式请另开一贴……
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2019-4-5 02:29:56
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18楼

电流通过太小

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2019-4-13 14:45:17
2019-4-13 14:45:17
19楼


 

 我们锅炉用的高能点火器上的R-12M,性能和上图一致,价格大概300元一只,寿命应该够用。

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2019-8-17 18:35:51
2019-8-17 18:35:51
20楼

这个电路里面2nf2kv的电容是干什么的呀?感觉不用的话也可以正常触发。

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2019-8-18 01:12:34
三水合番(作者)
21楼

想的是用电容隔直,让放电管的总耐压变成两个缝隙的耐压之和。

不过你这么一提,确实感觉这里接的不对。应该接两个电阻分压一下,要不然其实和没接这个电容没啥区别

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22楼
引用 三水合番 发表于 21 楼的内容:
想的是用电容隔直,让放电管的总耐压变成两个缝隙的耐压之和。不过你这么一提,确实感觉这里接的不对。应该.....

完了,我又没听懂。

现在这个电路接不接这个电容应该是没区别的,但是怎么用加上两个电阻的方法来将‘放电管的总耐压变成两个缝隙的耐压之和’呢?

有三个电极的放电管不应该是将一个缝隙击穿后就能继续击穿第二个缝隙吗?毕竟压降只有十几伏。

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23楼
引用 BSP 发表于 22 楼的内容:
完了,我又没听懂。现在这个电路接不接这个电容应该是没区别的,但是怎么用加上两个电阻的方法来将‘放电管.....

他的意思是用分压电阻让两个火花隙击穿前同时达到相同的最大电压。

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