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]

加载全文
2019-1-7 17:50:38
slof(作者)
30楼
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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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2019-1-7 19:43:59
31楼
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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

2019-1-8 20:37:34
32楼
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可以试一下炸一根1米长度的细铜丝,可能声音感人

2019-1-12 10:38:13
slof(作者)
33楼
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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

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这个是初级线圈,采用铜皮绕制而成 

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 看样子有10多匝

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这是内部磁芯

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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。

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[修改于 1 个月前 - 2019-01-12 12:03:53]

slof(作者)
34楼
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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:

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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:

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[修改于 1 个月前 - 2019-01-12 11:42:00]

2019-1-14 14:23:28
slof(作者)
35楼
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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

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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。

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破碎的线圈

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压缩完成后效果如图

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 视频如下
 

 

 

[修改于 1 个月前 - 2019-01-14 14:33:56]

36楼
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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)…

slof(作者)
37楼
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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。

38楼
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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?

39楼
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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。

40楼
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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

slof(作者)
41楼
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上一段国外制作的动画视频。

 

42楼
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楼主做得壮观,老外也舍得花功夫,动画制作成本很高

2019-1-21 14:05:48
43楼
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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

slof(作者)
44楼
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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。

2019-1-26 17:01:18
46楼
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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。

2019-1-27 21:29:52
47楼
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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 25 天前 - 2019-01-27 21:31:09]

48楼
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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

slof(作者)
49楼
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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 25 天前 - 2019-01-28 15:15:50]

50楼
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楼主你可以尝试一下把拉线开关完全放在桶里,桶内浸没变压器油


slof(作者)
51楼
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引用:yuyue3106 发表于50 楼的内容:
楼主你可以尝试一下把拉线开关完全放在桶里,桶内浸没变压器油

如果放到密封的桶内,操作将非常不方便,如果是开放的桶,几乎能肯定在接通瞬间会发生小爆炸而导致桶内的油喷溅而出,比较难收拾。

52楼
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引用:虎哥 发表于48 楼的内容:
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.....

需要补充的是,雷达尽管脉冲功率可以做到很大,但是它单个脉冲的总能量较小(脉冲宽度小)。总能量小就可能被器件或其保护措施给硬扛下来。

slof(作者)
53楼
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13KJ炸钢丝绵,电压4KV。

威力比较大,4米开外明显感受到冲击波,房顶灰尘纷纷掉落。

 

经历过几十次放电后的机械拉线开关,目前是下面的模样,能量超过10KJ的没几次,最大的就是本楼的实验,最高接通电压10kv左右,除了电极间异常击穿,没发生过其他问题,烧蚀很浅不算严重,没有粘连过。

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[修改于 23 天前 - 2019-01-29 22:32:33]

54楼
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引用:slof 发表于53 楼的内容:
13KJ炸钢丝绵,电压4KV。威力比较大,4米开外明显感受到冲击波,房顶灰尘纷纷掉落。video&n.....

这两天刚好看到一本书上提到了“金属线爆炸喷涂”,就是用强电流气化金属丝,然后溅射到工件上形成涂层。看起来和这个几乎一模一样,也许在旁边放块板子就能看到有金属涂层了

不过也只是偶然看到了,没有仔细研究,附上那本书的相关页面:

金属线爆炸喷涂.pdf2.74M9次下载

 

55楼
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引用:虎哥 发表于48 楼的内容:
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.....

1us的话,应该是数十GW……大概相当于一个三峡 1ms脉宽的话,是数十兆瓦。

关于脉冲磁控管,在ebay上搜了一下,看到了一个2万人民币的600kW的,和一个6千元1MW的。比我之前想象的便宜不少,不过貌似还是有点像为了瓶醋包了顿饺子……(还不一定好使

2019-2-10 19:57:06
56楼
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楼主实验的串联可控硅触发电压如果提高些是否会好些

57楼
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引用:三水合番 发表于55 楼的内容:
1us的话,应该是数十GW……大概相当于一个三峡 1ms脉宽的话,是数十兆瓦。关于脉冲磁控.....

确实。。算错了。GW在量级上应该是够了,主要问题缩小到如何让这些能量变成有效辐射,而不是热量……

@slof 注意到分流器上安装了一个BNC插座,有考虑过录波吗

slof(作者)
58楼
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引用:虎哥 发表于57 楼的内容:
确实。。算错了。GW在量级上应该是够了,主要问题缩小到如何让这些能量变成有效辐射,而不是热量……@s.....

分流器装bnc是打算接数字示波器看电流的,一直还没有实验,分流器规格为1200A/50mv,如果能保持线性,在120KA时可以输出5v。

59楼
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引用:slof 发表于58 楼的内容:
分流器装bnc是打算接数字示波器看电流的,一直还没有实验,分流器规格为1200A/50mv,如果能保.....

和示波器的等电位做好,避免出现被忽视的阻抗,而带来大的压差损坏仪器。负载两端的电压可以经分压器同步测量,能够比较客观的描述火花放电的阻抗特性,以及电流的频谱特性。然后根据这些参数优化赫兹实验,产生电磁波辐射。

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