高压技术
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测试大能量脉冲电容
slof 2018-12-6 21:00:35


从闲鱼购得几个脉冲电容,左一左二规格为10kv,2060uf,103kj,体积约43升,重量60kg,生产日期18年,储能体积比为2.3,就目前技术来说算比较高。左三为10kv,720uf,36kj,重量29kg,最右端是个24kv,75uf,重约50kg。总的来说这批电容无论体积储能比还是重量储能比都比前些年产品提高不少。为了避免有虚标或套壳的嫌疑,我将对它们的耐压、容量、放电能力等参数进行测试。

 这是2个103kj的大家伙

 

[修改于 10 小时前 - 2019-02-21 21:49:18]

+5  科创币    虎哥   2018-12-06   长见识了。
2018-12-6 21:11:27
slof(作者)
1楼
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10kv,720uf,36kj体积比较小,重量也比较理想,适合移动测试,24kv,75uf,21.6kj这个重量和体积偏大,适合高电压,高上升率实验。

lcr表测2060uf的容量,两个实测都差不多在1700uf左右,与标签有些差距,估计不是虚标原因,可能使用中是一定程度过度放电衰减造成的,查阅资料显示,多次强电流放电会造成电容量衰减,一般衰减不超过10%都认为合格,这两个略微不理想。

 

[修改于 10 小时前 - 2019-02-21 22:00:42]

slof(作者)
2楼
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   24kv,75uf基本合格,看来没怎么用 pic

720uf的容量衰减不足10%,基本算合格。

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下面做充电实验,使用tl494+全桥逆变器+X光机高压油箱提供+-双高压分别充2个电容。

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 充电开始电压上升很快,基本以超过百伏/s速度递增,后来逐渐变慢,充到8kv左右时,速度上升低于10v/s。

此时充电时间接近5分钟,因为担心逆变器和高压承受不住,停止测试。103kj这个型号最高测试到8kv左右。达到额度电压的80%,储能值的64%。

[修改于 10 小时前 - 2019-02-21 22:07:00]

slof(作者)
3楼
1

这是测试10kv,720uf的图片,因为测试单个电容,而X光机输出双电压感觉不够方便,换成使用电视机高压包升压,效果良好。

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虽然使用电视机高压包,但功率也不差,电压从0充至8kv,只用了2分钟时间。后来继续充,发现高压包初级绕组发热严重,绕组使用特富龙线绕制,虽然没有冒烟软化,但颜色变得发灰,严重过热,最后将电压充至9.7kv,绕组将高压包临近塑料外壳烫变形,停止测试,电容电压接近额定值,禁受住了耐压考验。

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所有电容充完电后都是用这个电阻组合将电分2次放空,超过1kv时使用52K阻值泄放,低于1kv时切换到2K继续快速放空。

 

[修改于 10 小时前 - 2019-02-21 22:10:34]

slof(作者)
4楼
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此类实验危险性极高,甚至超过能才,不但严重威胁试验者本人安全,还可能会危及其他不相关人员,所以设置了严格的安全保护措施,实验中不接触任何电器部件,尽可能采用非接触操作,即使是线路中低压部位也避免碰触,一般性绝缘材料不予信任。

充电启停操作采用无线遥控完成,电压测试棒连接长度超过半米的塑料杆延长操作,避免人体距离高压部分靠近,电阻泄放使用特富龙杆操作,只有当电压表显示电压低于50v以后使用导体将电容两极短路以后才动手,整个实验过程中一直佩戴航空耳机做隔音罩,避免异常放电损伤听力,放电完成后才会摘除,有时放电前还需要佩戴防护眼罩。对于能量较大,可能发生材料迸飞的实验,操作者会躲到防护掩体后操作。

[修改于 10 小时前 - 2019-02-21 22:36:10]

5楼
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好恐怖的电容,实验过程危险性高,作者保护措施到位,不建议其他人随意模仿。

6楼
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这能量密度确实惊人。60kg储100kJ的话,相当于1.67J/g。之前见过的能量密度最高的电解电容也才1.1J/g,它这个比电解电容还要高一大截。

slof(作者)
7楼
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能量体积比和质量比确实比前期产品提高不少,目前已经超过普通铝电解电容。

现在开始考虑放电开关采用什么形式,以前使用的可控硅,虽然安静无烧蚀,但耐压和耐流都是硬伤,无法进行超过4kv电压的放电试验。

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 后来找了个真空接触器,耐压没有问题,耐流估计不够,不知道在几十KA的电流下会发生什么状况。

拆自以下开关。

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 目前没有更好的方案之前,先制作一个普通机械电接点开关,既能通过手动拉线启动,也计划将来通过遥控方式气动控制。缺点也是显而易见的,除了巨大噪音,烧蚀也不容忽视,而且准接通速度也比较慢。如果电容储能足够大,极有可能就是个一次性的东西。

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[修改于 2 个月前 - 2018-12-09 20:51:25]

8楼
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20kJ如果转换为电磁波瞬间释放,应该能看到EMP的破坏作用。

[修改于 2 个月前 - 2018-12-07 13:21:32]

9楼
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可以用磁场压缩易拉罐、金属管玩了

2018-12-9 21:07:04
slof(作者)
10楼
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考虑到原本泄放电压用的电阻功率和耐压不足,有损坏的风险,就从淘宝购了2个所谓高压泄放专用电阻,参数为1kw,20K。

单纯看体积,似乎能满足耐压和功率要求。

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但看它缠绕的电阻丝,竟然比头发丝还要细,并且接头部分悬空拉过去的,不但极易碰断,而且如果用它给24kv放电,电流1.2A时安全性值得怀疑。问候国产山寨货他老母。

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上个后期测试24KV,110uf电容的充电和使用这个电阻放电视频,充电电路使用ZVS推动高压包结构,供电使用24V电池,视频中左侧钳型表显示低压回路电流,最大时接近39A,右侧表显示电容电压,充电过程中zvs出现怪响,原因不明,最终充到24.2KV,达到电容额定耐压值,电容和充电装置没有出现异常。电阻放电时不出意料的打火烧毁,上次22kv时勉强扛过去了,这次没扛住。充放电完成后zvs散热片基本没有温升,高压包没有温升,电阻损坏

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[修改于 2 天前 - 2019-02-20 12:21:23]

11楼
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放电开关一般用火花塞触发的球隙放电

2018-12-11 11:37:10
slof(作者)
12楼
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先压缩个易拉罐尝尝鲜

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 本次试验使用一个24kv,110uf电容,用电视机高压包充电,因只有一个易拉罐,放电压缩好几次,能量逐渐提高,最后一次使用5kv电压,大约1300J的能量,压缩效果如图,放电开关使用机械电接点,手动拉线启动,触点烧蚀如图,可以认为较轻微。线圈使用NH-bv2.5铜线绕制12匝,最后线绝缘皮破裂,没有继续试验,操作人员佩戴隔音耳罩,噪音轻微。

 

 

13楼
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引用:slof 发表于12 楼的内容:
先压缩个易拉罐尝尝鲜     本次试验使用一个24.....

貌似匝数有点多。这个能量应该可以把易拉罐切成两半了。

https://sciencedemonstrations.fas.harvard.edu/presentations/can-crusher-magnetic-implosion

比如这个链接里,他们用4.8kV100uF和三匝半线圈,能把易拉罐切断

14楼
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拍个视频嘛,看着一定很爽

slof(作者)
15楼
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 将就看看吧

2018-12-12 17:37:40
slof(作者)
16楼
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听从楼上建议,将压缩线圈匝数减至4匝,因bv2.5硬铜线上次测试爆皮,耐流有限,这次采用6mm直径铜管绕制,外套热缩管,性能良好。分别测试1kj,1.5kj压缩小直径易拉罐,和2kj压缩大直径易拉罐,其中2kj将罐拉断。其实估计不用这么大能量就可以拉断,只是前2次压缩的是细罐,罐体与线圈之间至少有8-10mm空隙,耦合较差,而粗罐与线圈紧密贴合,耦合较好。图片视频如下:

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17楼
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请问开关的作动器是气缸还是弹簧,出现图片中的烧蚀用了多少次。

slof(作者)
18楼
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引用:虎哥 发表于17 楼的内容:
请问开关的作动器是气缸还是弹簧,出现图片中的烧蚀用了多少次。

弹簧,一共7次,都在1-2kj之间。

slof(作者)
19楼
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再来一张慢放的,电压6.2kv,储能2.1KJ,比较猛。整体系统稍作改造,全部采用电池供电,适合室外没有交流电源的操作。

 

[修改于 2 个月前 - 2018-12-14 21:55:41]

2018-12-15 13:17:03
20楼
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引用:slof 发表于16 楼的内容:
听从楼上建议,将压缩线圈匝数减至4匝,因bv2.5硬铜线上次测试爆皮,耐流有限,这次采用6mm直径铜.....

话说,开关上的烧蚀主要是光影效果,还是真的被烧掉了很多东西?打磨一下之后是啥样的?触发的时候会焊上吗?

另外如果这个电容能充到24kV的话,也许可以试试压缩铝质硬币了

slof(作者)
21楼
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引用:三水合番 发表于20 楼的内容:
话说,开关上的烧蚀主要是光影效果,还是真的被烧掉了很多东西?打磨一下之后是啥样的?触发的时候会焊上吗.....

烧蚀很浅,不超过0.5mm,黄铜材质没有熔接在一起过。硬币是后续试验,目前还不具备保护条件。另外如果充到24kv,可能有些过猛了,30KJ估计能压碎硬币。

[修改于 2 个月前 - 2018-12-15 16:43:27]

slof(作者)
22楼
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10kv,720uf电容的体积重量都比24kv的差不多小一半,但能量储备却比那个高,改换成它做放电试验,充电到3.1kv,能量约3.2kj,结果将铜管线圈炸变形。而且还发生匝间短路放电情况。


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2018-12-22 09:01:23
slof(作者)
23楼
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从库房翻出一块以前拆高压仪器的板子出来,发现可以用来做高压固态开关。

开关采用十级可控硅串联模式,每级耐压1.6kv,串联后估计耐压能到15kv,电流不大,不超过25A,可控硅触发使类似电流互感器方式,用10个磁芯互感线圈,每个线圈次级接可控硅触发端,初级是一根高耐压线穿过磁芯。还有部分配套的驱动电路。

通电测试,我没有使用原板的驱动电路,仅使用一个2V,1A的电源,接到初级线圈2端,接通瞬间传递到互感器次级的电信号就可以触发可控硅让它导通。简单的方法实现了可控硅的串联应用。

实验中发现几个问题:这个电路维持导通需要相当大电流,在主回路小于1.5A电流时经常难以保持导通状态而自行关断,在电流更小时,呈现出类似继电器的性质,即触发瞬间导通,随后断开,可靠性不高。以上试验都是在低压下测试,不超过50V,高压下未做测试。

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slof(作者)
24楼
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继续压缩易拉罐,其中有未开瓶的。

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[修改于 2 个月前 - 2018-12-22 20:14:08]

25楼
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话说,视频里触发瞬间整个屏幕都会白一下。是真的是哪个地方在发光,还是相机被干扰到了?

slof(作者)
26楼
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这个使用机械开关,电接点部位肯定有闪光,看视频慢放截图,能看到闪光来自开关。但下面这个视频,明明是在两个电极之间打火,视频就是看不到,而是满屏闪光,应该是干扰造成的。

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[修改于 2 个月前 - 2018-12-22 20:31:10]

2018-12-23 17:32:26
27楼
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电容能量那么大,不知道如果拿去做轨道炮威力有多大。

2018-12-25 12:21:20
slof(作者)
28楼
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水电包扎,电压2.5kv,能量2KJ。第一次试验把一个塑料桶弄烂了,没拍视频。

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[修改于 2 个月前 - 2018-12-25 12:40:02]

2018-12-28 13:02:10
29楼
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白光应该还是CCD检测到的,只不过因为时间太短,而采样需要时间,因此只有部分幅面感知。

验证办法是用镜头盖吧镜头遮起来,如果还是能看到白光,那就说明电路受到了直接干扰。

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