电磁炮
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[连载]EP-65:一台高压电磁发射器是如何炼成的
WangGC 2018-10-30 22:04:55
引言

初入坑电炮时曾受@Ma3.02的守望YB-5的影响,计划做一台能够实用化、便携、性能优异的电炮,但因为对整个设计过程不甚了解,迟迟没有动手。后来在和@三水合番交流后得到很大鼓励,加之一段时间的学习中已经基本有了一些思路,遂下定决心,开始了EP60-EP65(EP为我的命名习惯,不代表一共有65个版本)工程。

预计的设计指标

由于走的是“实用、便携、性能优异可靠”的路线,也困于没有时间和设备加工,所以整个加速系统的大部分机械部件都将使用可以便捷购买的标准件,只是在此基础上做一些简单加工。

整体电子学结构为光电检测,为了安全和系统稳定性驱动-功率(强弱电)全部光-电/电-磁隔离,这样哪怕只有一级能够正常工作,弹丸也可以被发射。控制部分有简单的人机交互程序,能够反馈基本情况以及根据操纵者指令更改运行情况。开关采用IGBT并管。

机械结构最终测试完成后使用6061铝合金及环氧板做框架和内部系统绝缘隔离

为了能把电磁发射的优点最大化,我将其设计为可以单发/连射的两种模式,并且会在之后尝试使用各种手段将有效射程及精准度提高。

一些基本参数(预计):

电源:22.5v 6s 6Ah 30c Li-ion电池

加速级数:14

电容组电压:450v

总储能1kJ-1.5kJ(由于有关断,所以非一次性全部消耗)

期待初速:110m/s+

弹丸:ø6mm*25mm GB-119 #45钢制圆柱

加速管材:内径6.2mm壁厚0.3mm不锈钢管

线圈线材线径:0.8mm高温铜线

射速上限:120Rpm

此次技术难点主要在电容充电和缩短延迟上

120Rpm的射速即0.5s/发,是一个较快的速度了,这意味着至多需在0.5s内使电容电压升高至设定发射电压(可由操作者更改,最终体现于弹丸动能),假设发射后电容余电为220v,储能1.5kJ,则升压器的净输出功率须高达约2282W,折算效率若为85%则需约2685W输入功率,这意味着电池和开关管要承受的瞬态电流为170A左右。

预计初速破百,也就是1ms的延迟对应10cm的误差,所以想要高效率,高初速,必须要控制好系统的延迟,并适当加大各级间距,若效果不理想,可以尝试光电-单片机混合控制以增加精度。

关于连载

由于是学生党,所以可能更新不会很频繁,制作过程也会时快时慢,一期目标为搭建整体构架并完成全部上电测试,时间6-8个月(可能会附加一些调试电源的时间),二期目标为编写控制系统和外形设计,包括供弹系统,约4个月。一期期间基本保持周更,二期为有进展后更新。整体过程可能耗时1年至2年。

最后

希望最终这个工程能够完成各项指标,欢迎各位一起交流探讨,轻喷也是可以的2333

致谢@三水合番@Ma3.02的守望@虎哥@金坷居士@坚持and突破以及@rb-sama的支持和指导

[修改于 18 天前 - 2019-04-01 21:17:47]

加载全文
2019-4-18 14:00:44
30楼
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引用:rb-sama 发表于26 楼的内容:
问你个问题,反激电流包线乘时间乘电压是个什么量纲?

emmm……我还以为你能用一层回复解决这个问题呢……

如果你要用这种形式讨论的话,建议另开一贴,要不这楼就歪了

2019-4-18 14:39:05
31楼
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引用:三水合番 发表于30 楼的内容:
emmm……我还以为你能用一层回复解决这个问题呢……如果你要用这种形式讨论的话,建议另开一贴,要不这.....

自己看LT官方的介绍

32楼
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引用:rb-sama 发表于31 楼的内容:
自己看LT官方的介绍

抱歉,以BCM为关键词,没能在ADI官网上(LT前年被ADI收购了)搜到“证明BCM是最优的理论推导”。如果你那有相关资料,可否分享一下?

33楼
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引用:三水合番 发表于32 楼的内容:
抱歉,以BCM为关键词,没能在ADI官网上(LT前年被ADI收购了)搜到“证明BCM是最优的理论推导.....

https://www.analog.com/cn/technical-articles/dcdc-converter-capacitor-charger-takes-inputs-from-475v-to-400v.html

The LT3751 operates in boundary-mode, between continuous conduction mode and discontinuous conduction mode. Boundary-mode operation allows for a relatively small transformer and an overall reduced PCB footprint. Boundary-mode also reduces large signal stability issues that could arise from using voltage-mode or PWM techniques.

多百度,百度不行Google,要多增加自己搜索文献解决问题的能力。

我并不是老师,没有义务解答你所有的为什么。

34楼
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引用:rb-sama 发表于33 楼的内容:
https://www.analog.com/cn/technical-articles/dcdc-.....

这又不是“证明BCM是最优的理论推导” 他只是提出了一个观点,但是并没有证明啊……总不能因为他们的文章贴在了ADI的网站上,就认为他们的内容“不言自明”得正确吧……

关于BCM,我试着在各个学术搜索上都搜过,有很多“我们做了什么”以及“我们怎么做的”内容。但是至于“为啥这个东西这么好以至于我们要做它”,却全都是压根不提,或者是写一句类似“BCM就是中间的黄金比例”这种,通过“讲道理”而不是“动手算”的方式来回答。真正算过这个问题的,还真是一个都没找到……所以才想请你分享一下相关资料的嘛。

其实这个问题很有意思,刚才我粗略的算了一下,结果是论变压器铜损,是DCM=BCM<CCM。如果把铁损和外部电路的损耗也考虑进来,还不知道结果会是啥样。等我啥时候有空了发篇帖子详细算一下这事


35楼
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引用:三水合番 发表于34 楼的内容:
这又不是“证明BCM是最优的理论推导” 他只是提出了一个观点,但是并没有证明啊……总不能因.....

没兴趣看你错误的计算,我又没强求你相信我说的。

但我要对其他读者负责,所以我简单讲一下,BCM模式可以保证最小的Ipk情况下,最大的磁动态范围。

同功率下,Ipk在DCM下比BCM高,而CCM的Irms比BCM高。电流大损耗大,同条件BCM单周期传输能量最大,这其实是个常识。

我从不迷信经典,但是我也不相信LT半导体的人是傻子,会开发BCM而不是DCM/CCM模式用于他的电容充电方案。

给你一个思维方式,研究一个客观问题前先多想想他的底层逻辑,如果不行就仿真一下,这样可以避免你的很多烦恼。

36楼
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引用:rb-sama 发表于35 楼的内容:
没兴趣看你错误的计算,我又没强求你相信我说的。但我要对其他读者负责,所以我简单讲一下,BCM模式可以.....

看都没看就知道是错误的计算,很牛逼。

pic

 

37楼
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引用:信仰は儚き人間の為に 发表于36 楼的内容:
看都没看就知道是错误的计算,很牛逼。 

错误的结论能有正确的计算?抱歉我说话很直,因为我确实不接受无脑质疑。

[修改于 2 天前 - 2019-04-18 18:10:33]

WangGC(作者)
38楼
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几位不要急,如果能有详尽的理论计算或模拟数据,我想这是比较有说服力的,如果两位有时间把理论依据甚至实验过程发到这里,验证BCM相对于C/DCM两种的优势(比如磁芯利用率-大概是BCM高、等工作条件下折合铜损铁损的效率...等)的话,我很想对此借鉴学习。我认为我们也正需要这样的学术探讨。

如果各位没有意见的话,我会开一个用于探讨高压电容充电技术的专帖,也算是整合一下相关资料。

[修改于 1 天前 - 2019-04-18 20:59:23]

39楼
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嗯,我可能过激了点言语。

三水是个爱技术的好同志,唯一的缺点就是杠精,我每个帖子都要来莫名其妙质疑一番,但是今天就事论事不论人。

看看YouTube NXP的quick learning,

https://m.youtube.com/watch?v=khn5udAjuYY

这个视频在Google搜索SMPS BCM的第1个结果,短短6分钟的视频比较了CCM和BCM的特性区别,这里有你想要的一切理论依据。

pic

 

从黑板上看,精简内容,

更低的变压器体积,更低的峰值电流带来更低的消耗,自适应频率让变压器时刻处于能量转换,开启零电流准ZCS这些都带来更高的效率,其变频特性能够让电容电压在任何状态得到最大的输出功率。

这个视频里还讲到了这类峰值电流控制的模式,相比CCM只有一个极点,更容易实现环路稳定控制。

这么简单就能Google到的内容,为什么还要一直纠结?说那么多计算起来似乎不符合直觉之类的话。

我并不希望指责谁,只是三水同学太过于想通过自己的一套方法辩证对错,当然这在研发中是求真精神的表现,但是我认为在这是学术造轮子,因为结论根本就错了。我更希望你能通过搜索引擎去得到你想要的知识。

为什么我一直不回复技术细节,因为我把BCM模式控制电容充电最优默认为一个成熟结论了,技术问题的讨论并不是科普,何况我已经在前面几个帖子描述得很清楚了BCM的工作原理。

反驳别人观点的时候,我更希望你能提出一个支撑自己观点的理论依据,因为我一直在解释BCM为什么适合电容充电,反而三水好几帖一直神秘兮兮“据我的推论、据我的计算”说我错误了,却不给出任何推论和事实依据,难道你是研究神秘学的嘛?你说我错了,证明给我看啊。

甚至还有人说我没有看计算结果草草下结论,何罪之有呢?楼主是在讨论电磁枪的工程问题,而我也不想和三水一直无谓的争辩到底什么充电模式好,这样的基础理论。不然我们做python编程,还需要知道沙子怎么变成硅的提炼工艺,才肯罢休?

如果工程设计中,对每一个你不懂的问题都要刨根问底,各种质疑他人。而不自己想办法获取原因,我觉得你永远是杠精,而不能成长为一个合格的工程师。

这也是我的一点小小心里话,话糙理不糙,望谅解。

[修改于 1 天前 - 2019-04-18 22:47:28]

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十步芳草
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