测试大能量脉冲电容


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 5 个月前 - 2019-02-21 21:49:18]

+5  科创币    虎哥   2018-12-06   长见识了。
来自 高电压技术
 
6
2018-12-6 21:11:27
slof(作者)
1楼

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 5 个月前 - 2019-02-21 22:00:42]

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slof(作者)
2楼

   24kv,75uf基本合格,看来没怎么用 

720uf的容量衰减不足10%,基本算合格。

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。

 

 

 

 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 5 个月前 - 2019-02-21 22:07:00]

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slof(作者)
3楼

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。

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。

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 5 个月前 - 2019-02-21 22:10:34]

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slof(作者)
4楼

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 5 个月前 - 2019-02-21 22:36:10]

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5
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5楼

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。

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2018-12-7 09:43:07
6楼

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。

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slof(作者)
7楼

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。

 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。

 

 

 

 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。

 

 

 

 

[修改于 7 个月前 - 2018-12-09 20:51:25]

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8楼

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 7 个月前 - 2018-12-07 13:21:32]

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9楼

可以用磁场压缩易拉罐、金属管玩了

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2018-12-9 21:07:04
2018-12-9 21:07:04
slof(作者)
10楼

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。

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。

 

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

 

 

 

 

[修改于 5 个月前 - 2019-02-20 12:21:23]

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2018-12-10 00:23:07
11楼

放电开关一般用火花塞触发的球隙放电

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2018-12-11 11:37:10
2018-12-11 11:37:10
slof(作者)
12楼

先压缩个易拉罐尝尝鲜

 

 

 

 

 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。

 

 

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13楼
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

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14楼

拍个视频嘛,看着一定很爽

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slof(作者)
15楼

 将就看看吧

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2018-12-12 17:37:40
2018-12-12 17:37:40
slof(作者)
16楼

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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2018-12-13 02:22:12
17楼

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。

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slof(作者)
18楼
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。

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slof(作者)
19楼

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 7 个月前 - 2018-12-14 21:55:41]

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2018-12-15 13:17:03
2018-12-15 13:17:03
20楼
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

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slof(作者)
21楼
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 7 个月前 - 2018-12-15 16:43:27]

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slof(作者)
22楼

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
2018-12-22 09:01:23
slof(作者)
23楼

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

继续压缩易拉罐,其中有未开瓶的。

 

 

 
 

 


 

 

 


[修改于 7 个月前 - 2018-12-22 20:14:08]

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25楼

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?

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slof(作者)
26楼

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。

 

 

[修改于 7 个月前 - 2018-12-22 20:31:10]

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2018-12-23 17:32:26
2018-12-23 17:32:26
27楼

电容能量那么大,不知道如果拿去做轨道炮威力有多大。

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2018-12-25 12:21:20
2018-12-25 12:21:20
slof(作者)
28楼

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。

 

 

 

[修改于 7 个月前 - 2018-12-25 12:40:02]

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2018-12-28 13:02:10
2018-12-28 13:02:10
29楼

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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2019-1-7 17:50:38
2019-1-7 17:50:38
slof(作者)
30楼

近期本来计划压缩硬币的,东西已经都组装完成。然而充电时发生意外,原本一直使用的电视机高压包,在以前电容测试时因长时间工作导致过热烫坏外壳,这次充电时电容达到3KV时,发生不明原因的放电,一声巨响以后电容放空,开始没有发现放电部位,然后再次充电,到3Kv时再次放电,隐约观察到在高压包部位,基本断定高压包废掉。现在高压包外壳已经破损严重,通电冒烟,无法使用。只得重新找个合适的高压包,压缩试验暂停。

我原本的计划是使用8kj能量做实验,如果用110uf电容,需要充至12kv,如果使用700uf电容,只需要充到5kv左右。不知大家有什么好的建议?


 

 

 

 

 

 

  

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31楼
引用:slof 发表于30 楼的内容:
近期本来计划压缩硬币的,东西已经都组装完成。然而充电时发生意外,原本一直使用的电视机高压包,在以前电.....

12kv吧。。。这个看起来很吃上升率

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2019-1-8 20:37:34
2019-1-8 20:37:34
32楼

可以试一下炸一根1米长度的细铜丝,可能声音感人

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2019-1-12 10:38:13
2019-1-12 10:38:13
slof(作者)
33楼

本来手头还有几个高压包可用,但都不太合适给电容充电,就从网上找了个GE X光机配套高压发生器。这个发生器满负荷可以输出60KV,400ma,2个组合使用,一个输出正极性,一个输出负极,组合成120kv。因嫌麻烦,不打算将它浸泡在绝缘油中,所以要降级使用,如果不受潮,输出30kv以内感觉问题不大。相中这个包主要是因为它有个好处,倍压整流电路都在塑料保护壳内部,外壳可以拆开进行改造而不破坏结构。处于安全考虑,我喜欢用低压igbt全桥驱动高压包,一般电压不超过60v,所以需要对初级线圈做调整,减少匝数。

这是高压包原来的样子

 

 

 

 

 

 

这个是初级线圈,采用铜皮绕制而成 

 看样子有10多匝

这是内部磁芯

   

我要自己重新绕制初级线圈,原机铜皮宽50mm,厚0.3mm,手头没有合适的,用38mm的铜皮按原尺寸缠绕6匝,试验发现电压输出还略偏低,改成4匝,在30v初级输入时空载可输出接近25kv,基本满足使用要求。改造完成。

 

 

 

 

 

 

 

[修改于 6 个月前 - 2019-01-12 12:03:53]

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slof(作者)
34楼

改造完成后继续压缩硬币,上次发生不明原因的放电,当时误判为高压包损坏所致,在这次实验中当电压充到2kv时放电再次发生,说明与高压包破裂无关,仔细检查后发现,在开关两极之间的电木绝缘板部位,经历多次放电后表面溅射了一层黑色不明物质,导致两极间绝缘强度大幅度降低,电压稍高即自行击穿,属于设计缺陷。使用无水酒精对该部位擦拭后查看,电木表面洁净光滑无烧蚀破损现象,可继续使用。

异常放电的部位:

 

本次使用24kv,110uf电容,充电到9.5kv,开关部位没有再发生异常放电,说明修复基本成功。

开始进行试验,继续使用以前的电路,5KJ电量通过9匝2mm线径漆包线对一角的硬币压缩,强烈的放电将漆包线、尼龙绝缘底座、四氟塑料保护罩全部炸碎,但硬币安然无恙,没有发生任何变形,实验以失败告终。结论:钢制硬币硬度较高,很难压缩,铝制应该好些。本次实验未拍摄视频。

实验装置及现场:

 

  

  

 

 

 

 

 

  

[修改于 6 个月前 - 2019-01-12 11:42:00]

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2019-1-14 14:23:28
2019-1-14 14:23:28
slof(作者)
35楼

再次测试压缩硬币,这次找了一枚铝制一角硬币。从外观看,正反面图案与钢制完全相同,色泽也相近,但重量差别较大。

本次实验仍用原装置,电压也和上次接近,为9.6kv。之所以用这个电压是因为我发现电容到这个电压以后升压非常缓慢,可能是因为在带载的情况下高压包输出也就这么大能力,要想提高,恐怕还要减少初级匝数才好。

这是压缩线圈和硬币2枚,左钢右铝,钢制仅供对比使用

 

 

实验完成后一地狼藉,一如既往线圈炸碎,硬币开始没有找到,后来在泡沫塑料的一个小洞中找到了,原来是压缩的高温导致泡沫融化,硬币陷入其中所致。

破碎的线圈

 

 

压缩完成后效果如图

 视频如下
 

 

 

[修改于 6 个月前 - 2019-01-14 14:33:56]

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2019-1-15 01:47:35
36楼

这真是凶残,硬币都被挤成球形了。

还是希望能研究一下放电的EMP效应(或者丢人的说法叫EMI)…

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slof(作者)
37楼
引用:虎哥 发表于36 楼的内容:
这真是凶残,硬币都被挤成球形了。还是希望能研究一下放电的EMP效应(或者丢人的说法叫EMI)…

多谢虎兄,本来就是一个实验记录性质的帖子,没多少技术含量,还给蛇精了。
我也很想研究这个所谓emi,但是我所在的工作间实际也算是一个库房,里面有许多的各类精密电子设备,如果产生大能量的emp,可能会导致巨大损失。

另外我个人感觉最有希望产生emp的应该就是这个压缩硬币的实验,首先能量5kj已经不小,在放电过程中线圈瞬间被炸碎,符合电感量瞬间变化特点。但实际的效果却是连距离2米远的手机相机都没有被干扰到。从库房里找到一个远距离无线网桥的抛物面天线,考虑用作发射天线,只是发生器部分还不知道怎么做,看 YouTube也都是些儿科级别的小实验,没啥可参考的资料。

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38楼
引用:slof 发表于37 楼的内容:
多谢虎兄,本来就是一个实验记录性质的帖子,没多少技术含量,还给蛇精了。我也很想研究这个所谓emi,但.....

这个“电感量迅速减小”是磁通量压缩中的概念,对于含有磁通的闭合线圈回路中通过外力快速作用减小线圈电感量可以使得线圈中的磁通被压缩到更小的面积中,获得更大的磁通密度和电流,从而使外力做功转化为电能。对于这种单纯电容驱动的大概并不适用。

也许可以试试用爆炸丝断路开关驱动一个LC电路?

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39楼

实用的EMP发生器需要依赖炸药,造成了极大的限制。然而这么大的电流都不能产生多少有效的辐射,确实让人心灰意冷。也许,需要理论上有所建树,才能搞明白如何把电容的能量在尽量短的时间内有效的辐射出去。

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2019-1-16 11:39:39
40楼

恭喜  好手艺 那个大变压器我开始就想过整流在里面  就是没有打开看看


恭喜     玩机快乐

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slof(作者)
41楼

上一段国外制作的动画视频。

 

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2019-1-17 12:53:54
42楼

楼主做得壮观,老外也舍得花功夫,动画制作成本很高

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2019-1-21 14:05:48
2019-1-21 14:05:48
43楼

楼主帮忙看一下这个ASCOM电源的密码是啥  我也有一个没有密码电压和电流不能调整

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slof(作者)
44楼

记得是0123,如果不是就没办法了,现在我的电源因电击,液晶屏坏了不显示,但能输出,没法调节。

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2019-1-26 17:01:18
2019-1-26 17:01:18
46楼

电容量太大,电压又不够高,加之采用空气间隙开关,恐怕这种方式能产生的dI/dt不够高,即使总能量很大也难以达到EMP的效果。

而且怎么处理试验中发射端和接收端(靶)之间的空间耦合,是个问题。如果只是在发射端放一个线圈的话,恐怕产生的是一组低频阻尼震荡而不是单次尖峰。

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2019-1-27 21:29:52
2019-1-27 21:29:52
47楼

话说有个比较有意思的例子,2.4GHz的WiFi,在10mW发射功率和50Ω阻抗的情况下,它的di/dt大概是……10kA/us。上面压缩硬币时候的di/dt应该比这小不少……也就是说炸个线圈产生的“EMP”可能还没隔壁WiFi开机的影响大


关于没有观测到EMP,感觉主要是辐射效率太低。如果把楼主用的线圈当成一个环天线来看的话,这种天线的辐射电阻公式为

$ R_{r} = \left( \frac{177NS}{\lambda ^{2}} \right) ^{2} $

其中N为匝数,S为环面积,λ为波长。即使考虑到线圈破碎时,可以产生比如10MHz级的高频分量,算下来这个线圈的辐射电阻也只有1uΩ左右。只有在辐射电阻上消耗的能量才能真正辐射出去。然后……看起来这个线圈的电阻应该会有10mΩ级,也就是说即使对于这种极高频的分量,最多也只能辐射100ppm左右出去……实际上考虑到线圈破碎后电阻飙升,线圈的巨大感抗等,辐射出去的能量可能还会小几个数量级……

想要产生有效的辐射,就得大幅度增加匝数,提高天线尺寸,或者缩短波长(也就是提高频率)。增大天线尺寸和匝数会导致电感太大,进而导致谐振频率下降,可能会起反作用……增加频率,其实和楼上说的di/dt的问题有点类似,但是这个问题应该没法通过比如减小电容,提高电压的方式解决,因为这里差的是一堆数量级……

比较有用的办法应该是,加一个振荡器,比如脉冲磁控管。这样可以直接把频率提高4到6个数量级,然后就可以用比较普通的天线形式,把脉冲能量辐射出去了。甚至还可以实现定向辐射,应该可以极大的提高EMP的效果。当然,也会极大的提高成本……


[修改于 6 个月前 - 2019-01-27 21:31:09]

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48楼
引用:三水合番 发表于47 楼的内容:
话说有个比较有意思的例子,2.4GHz的WiFi,在10mW发射功率和50Ω阻抗的情况下,它的di/.....

如果没算错的话,假如这些电容在1us之内把能量全部释放出去,功率也只有数十兆瓦,这大概是一台古代大功率雷达的脉冲功率。

但似乎雷达并不能很容易的烧坏几百米之外的电器,即使它的天线还有数十dB增益。我就提着频谱仪被一台脉冲功率100kW的雷达照过,大概距离几十米,啥都没烧坏,但后来军方的人说,没烧坏只能算幸运,他们就烧坏过。

通常核爆炸产生的EMP,来源于伽马射线对高层大气的轰击,这种辐射的空间尺度很大,传播到地面的主要是低频辐射,因此主要损坏电力系统、有线通信系统和较低频率的无线电通信系统。对于一个手掌大的无线电设备,脉冲微波应该是最见效的办法。

兆瓦级的磁控管,成本极大的提高了。可以考虑兆瓦级脉冲火花发射机,例如把这个东西提高到兆瓦量级,同时把频率提升到VHF波段(短波以下由于波长太长,对孤立的电器没有多大作用)。https://www.kechuang.org/t/83081

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2019-1-28 12:53:39
slof(作者)
49楼

来一个11kj炸钢丝球的视频,使用标称10KV,2060uf,实测1700uf的电容,充电电压3.6kv。

 

还有几个实验的小花絮

 

[修改于 6 个月前 - 2019-01-28 15:15:50]

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