问一个关于感应炮开关选择的问题
BSP 2019-4-11电磁炮

情况是这样的,大家知道我最近在尝试制作感应式电磁炮,然后呢,这两天准备扩大试验规模,在使用科创爆款模拟器对计划中的电路(电容1100V1050uF 电感10uH)进行模拟之后,发现电流达到了10KA 0.1ms量级。如果实验后期结果不理想,要继续疯狂堆储能(4400V350uF)的话,还有可能上升到20KA 0.1ms甚至更多。根据70TPS16 datasheet 5KA 0.1ms 10ms已经是4个70TPS16的极限数据了。

我在前期制作的过程中,因为制作的是感应炮,对开关的要求很高,所以用的是四线并绕,用4个70TPS16,但是如果照这个趋势做下去的话,4个70TPS16八成是扛不住了。

所以现在我就面临着几个选择:

一、仍然使用四线并绕,每条线用两个70TPS16,一共8个。

二、换用八线并绕,用8个70TPS16。

三、换用一种在科创以及业余电炮制作圈子中不常用到的可控硅类型:平板式可控硅。

前两个选项问题不大,

但是,由于平板式可控硅生产厂家众多(淘宝卖家众多),可以预见的是品质良秀(莠you)不齐更大的问题则是网络上并没有关于平板式可控硅的data sheet,所以并不知道他的包括过流能力在内的其他技术参数,尽管它的纸面性能看起来比70TS16要好很多,我仍然不敢选用。

所以问题就来了:有没有了解平板式可控硅坛友可以介绍一下这方面的行情。或者说有没有人能够找一个敢给出data sheet的卖家。

但是我问了很多阿里巴巴的卖家,都没有符合耐压和耐流条件的可控硅(或者说是他们不想找),所以问题就来了:市面上是否存在一种可控硅能满足上述要求。

[修改于 6 个月前 - 2019-04-18 18:45:25]

来自 电磁炮
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2019-4-11 20:57:45
1楼

平板SCR注意电流上升率喔。。。要是电流上升率过快很容易烧的建议好好看看datasheet,确认龟不会在还没有完全导通时就挂了(指仔细看看最大允许电流上升率)

另外,70tpsxx的最大脉冲电流并不一定是1.2kA(datasheet上说的是1.2kA@1ms),要是脉宽不是太长,似乎往更大的用不见得会有什么问题。

最后,注意一下龟不能乱并,哪怕是两个并联,没做好均流和配对都有可能出问题。一定要并,估计只能用均流电路+管子配对,并且多留点余量

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2楼

1、可控硅存在电流上升率的限制,单平板可控硅恐怕不能满足感应炮的电流上升率要求。

      70TPS16的电流上升率为150A/us,按楼主描述的100us脉宽、多SCR并联的话,理论上是可行的。

      但是耐流更大的平板可控硅,其电流上升率并没有显著提升,比如KP300A为100A/us。

 


     SCR电流上升率限制的实质是:SCR刚触发时,只有门级附近的区域被导通,导通区域会以一定速度向整个硅平面蔓延。这个速度比较慢,只有50-   100m/s,甚至比一些子弹还慢。所以,SCR耐流和电流上升率没有直接关系。


2、网络上关于平板可控硅的datasheet不少,看您怎么搜了。

 

    不过,这里的“KP300a”和淘宝上的是否是一个东西,还没有验证....

3、既然不要求关断的话,可以考虑机械开关或放电管。当然,没有固态元件那么低调优雅



//部分借鉴了三水同学的资料

PS:我码完字才发现二楼已经被人抢了....

[修改于 6 个月前 - 2019-04-11 21:07:56]

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BSP(作者)
3楼
引用:314152 发表于1 楼的内容:
平板SCR注意电流上升率喔。。。要是电流上升率过快很容易烧的建议好好看看datasheet,确认龟不.....

更大的问题则是并没有关于平板式可控硅的data sheet

好吧,现在的问题不是没有data sheet,是没有敢把自己的data sheet拿出来的卖家。

[修改于 6 个月前 - 2019-04-11 21:25:37]

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4楼
引用:Ma3.02的守望 发表于2 楼的内容:
1、可控硅存在电流上升率的限制,单平板可控硅恐怕不能满足感应炮的电流上升率要求。  &nb.....

二楼已让出

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5楼
引用:Ma3.02的守望 发表于2 楼的内容:
1、可控硅存在电流上升率的限制,单平板可控硅恐怕不能满足感应炮的电流上升率要求。  &nb.....

来一波自制放电管?

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6楼
引用:314152 发表于5 楼的内容:
来一波自制放电管?

上一个帖子不是说自制放电管极其复杂吗

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7楼
引用:BSP 发表于6 楼的内容:
上一个帖子不是说自制放电管极其复杂吗

莫非直接把两根金属棒子末端膜平,然后摆起来中间留1-2mm空隙,整个开关放空气中?

10kA,100us,好像商品防雷管撑不过几次啊

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8楼
引用:314152 发表于7 楼的内容:
莫非直接把两根金属棒子末端膜平,然后摆起来中间留1-2mm空隙,整个开关放空气中?10kA,100u.....

10KA的话,我原先的电路是可以扛得住的,问题是20KA怎么办

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9楼
引用:314152 发表于7 楼的内容:
莫非直接把两根金属棒子末端膜平,然后摆起来中间留1-2mm空隙,整个开关放空气中?10kA,100u.....

我用这个方法还不如用两个石墨电极和一个棒槌。

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10楼
引用:BSP 发表于9 楼的内容:
我用这个方法还不如用两个石墨电极和一个棒槌。

有没有人试过石墨电极和棒槌的方法?感觉有戏。

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11楼
引用:BSP 发表于8 楼的内容:
10KA的话,我原先的电路是可以扛得住的,问题是20KA怎么办

或者是放弃单级高储能?不然开关太麻烦了,而且搞不好线圈机械强度都会变成难题

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12楼
引用:314152 发表于11 楼的内容:
或者是放弃单级高储能?不然开关太麻烦了,而且搞不好线圈机械强度都会变成难题

真心话这个储能真的没有特别高好吧,而且之前那个2019j2项目你也看到了,就是我之前那个感应炮,600V低压下根本没反应,虽然其中原因之一是线圈电感过大,但是不能否认,感应式在低压下效果确实没有特别好。

这个提问帖就是为下一个项目做准备的:


本项目将延续受科创基金2019J2资助的项目中的项目内容并在实验目的上做适当的推广。


项目目标:

探究单级感应炮的初速和效率与电容储能-电容电压-线圈自感的关系。

申请该项目的起因:

在包括科创在内的业余电子炮制作界内,绝大多数人对磁阻式电磁炮情有独钟,但是磁阻式发射系统自身的缺陷包括:存在反拉现象、需要考虑关断、热损耗严重等问题难以解决或者说解决方式极其复杂,而这些缺陷对于提高磁阻式发射系统的初速以及效率影响巨大,我在2017年下半年到2018年上半年也曾尝试制作磁阻式电磁炮,对他的缺陷也有着深刻的认识,由此,在2018年我重新开始着手制作电炮的时候,选择了感应式这种新的不常被使用的加速方式。但是在2018年末,我发现在感应式电磁炮在制作过程中,由于缺少系统性的数据和经验性的总结,导致对炮的参数考虑不足,在实验中引发了诸多问题。所以在新的项目中我放弃了只是做一个可堪一用的感应式电磁炮的想法,转而去探索感应式电磁炮的一般规律。

[修改于 6 个月前 - 2019-04-11 21:23:18]

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BSP(作者)
13楼
引用:314152 发表于11 楼的内容:
或者是放弃单级高储能?不然开关太麻烦了,而且搞不好线圈机械强度都会变成难题

嗯,确实之前从来没有考虑过机械强度的问题,一直就是认为用环氧灌封就能解决所有关于机械强度的问题了,我不会做这方面的仿真,这个可能要再单开一个帖再问一问。

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14楼

关于放电管的问题,感觉这个帖子有所帮助:https://www.kechuang.org/t/82580

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15楼

我也来出个馊主意:很多场效应管和IGBT的耐压耐流数据极其变态,也许可以考虑一下。就是不知道电流上升速率如何?

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16楼
引用:浪里黑条 发表于15 楼的内容:
我也来出个馊主意:很多场效应管和IGBT的耐压耐流数据极其变态,也许可以考虑一下。就是不知道电流上升.....

考虑一下SiC的MOSFET?

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17楼
引用:浪里黑条 发表于15 楼的内容:
我也来出个馊主意:很多场效应管和IGBT的耐压耐流数据极其变态,也许可以考虑一下。就是不知道电流上升.....

FET和BJT的耐压还好,同等级规模耐流实在比不上SCR,在电炮上最常见的是成本惊人的海量并联...

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18楼
引用:Ma3.02的守望 发表于2 楼的内容:
1、可控硅存在电流上升率的限制,单平板可控硅恐怕不能满足感应炮的电流上升率要求。  &nb.....

我有一个大胆的想法:使用大量较小的SCR经均流后并联。这样就能以较低的成本获得高dv/dt开关。当然,均流电路的设计是个不小的麻烦。

另:SCR的一致性问题可通过使用同一批次的管子来缓解。

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19楼
引用:Robot_V1 发表于18 楼的内容:
我有一个大胆的想法:使用大量较小的SCR经均流后并联。这样就能以较低的成本获得高dv/dt开关。当然.....

让一个SCR管理一个/串电容,然后接一些网络然后并联,也许能一定程度上缓解这个问题吧

不知道管子可否自己测导通延时,然后手动配对。。。

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20楼

竟然三个小时就有了19回复,可喜可贺

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2019-4-13 14:44:09
2019-4-13 14:44:09
21楼

可控硅标称的脉冲电流是比如10ms脉宽下的电流,如果脉宽只有100us的话,脉冲耐流会高得多。这篇帖子里(https://www.kechuang.org/t/82409),实测类似70TPS这种可控硅,可以承受宽约130us,峰值约2.6kA的正弦半波。没有发现有损坏或者性能下降之类的。8个70TPS跑20kA应该没啥问题。

可控硅直接并联问题也不大。在几百上kA的电流下,可控硅的电阻足够明显,不会出现那种“导通压降的些微差别导致所有电流都走一个可控硅”的问题。另外,可控硅导通的时候,门极电压会有一个小的跃升,所以先导通的可控硅会拉着没导通的一起导通各个可控硅导通时间基本只会相差“一个可控硅的导通耗时”那么多(几us)

如果还是担心的话,可以在电容的引出线上套些磁环,当“磁开关”用。在刚导通的时候,用磁环带来的大电感降低电流上升率,给可控硅充足的时间全部导通。之后磁环饱和,电感归零,不再阻碍电流,不影响效率。(不过需要的磁环还是不少的……比如半斤这种级别……

其实如果不打算做多级的话,还是机械开关最省心。不过石墨电极+锤子…估计会把石墨砸碎……而且石墨在大电流密度下的电接触性能比金属差到不知哪里去了……不如弄俩铜片拿锤子砸……


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BSP(作者)
22楼

三水你终于回我的帖子了。

其实如果要并联八个70tps的话,还要注意一个问题,它的电流上升率是150a每us算出来20us能升到24ka,差不多够。

或者说高的上升率也是并联多个可控硅的一个优点?

话说如果不够的话,能不能通过升高门级触发电压的方式来提高电流上升率?

半斤重的磁环倒是有,之前自绕变压器拆了就有了,不过这个要实验效果的话八成要示波器啥的,暂时估计是搞不定了。

[修改于 6 个月前 - 2019-04-13 16:19:41]

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BSP(作者)
23楼

哎不对,如果用70tps16还有一个问题,实验后期估计要用2-3kv的串联电容,70tps16耐压不够啊,串联可控硅又是一堆麻烦事,有大佬尝试过么?

[修改于 6 个月前 - 2019-04-13 19:16:23]

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24楼

给楼主推荐一个NB的可控硅!

y5002nc.pdf151k33次下载

 
 

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25楼
引用:hanbreen 发表于24 楼的内容:
给楼主推荐一个NB的可控硅!y5002nc.pdf  

呃,又是全英文。

我贫乏的英语阅读能力告诉我,这款硅的电流上升率为100a每us,不太够。

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26楼
引用:BSP 发表于25 楼的内容:
呃,又是全英文。我贫乏的英语阅读能力告诉我,这款硅的电流上升率为100a每us,不太够。

是11kA/us……

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27楼
引用:BSP 发表于25 楼的内容:
呃,又是全英文。我贫乏的英语阅读能力告诉我,这款硅的电流上升率为100a每us,不太够。

电流上升率11KA/uS,250uS时间内可以承受50KA电流。

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28楼
引用:三水合番 发表于26 楼的内容:
是11kA/us……

啊?是吗?在哪里?

这个硅耐压2500,耐流50kA,上升率11ka,指标相当诱人啊。

刚搜了一下,淘宝卖350,会不会是假货。



[修改于 6 个月前 - 2019-04-14 18:21:18]

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29楼
引用:BSP 发表于28 楼的内容:
啊?是吗?在哪里?这个硅耐压2200,耐流50kA,上升率11ka,指标相当诱人啊。刚搜了一下,淘宝.....

这龟可以的这是直逼氢闸流管的耐di/dv能力啊

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2019-4-16 19:32:54
2019-4-16 19:32:54
BSP(作者)
30楼

找到了一个耐压够的硅:FG1000BV-90。耐压4500,上升率1000,峰值8400。

就是报价贵了点,进口的卖1200-1800,国产的卖700-900,这个价格合理吗?总感觉是卖家瞎报的。

[修改于 6 个月前 - 2019-04-17 19:43:12]

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31楼
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32楼
引用:BSP 发表于30 楼的内容:
找到了一个耐压够的硅:FG1000BV-90。耐压4500,上升率1000,峰值8400。就是报价贵.....

少量买这价似乎是合理的不过鉴于高性能开关原件坑爹的价格,考虑多级分摊能量性价比更高?

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33楼

70TPS16 datasheet 5KA 0.1ms的极限数据是从哪里来的?我看了很多datasheet,都没看到这个参数。请指教。

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34楼
引用:chenxuy 发表于33 楼的内容:
70TPS16 datasheet 5KA 0.1ms的极限数据是从哪里来的?我看了很多datash.....

没啥指教的,我也是新人。

感谢指正。

这个是当时笔误,应该是“4.8KA 10ms”,而不是“5KA 0.1ms”。注意,此处说的是四个70tps16并联的整体耐流数据,而不是一个的。

而且,如果“根据datesheet和实际经验猜测”现在来看5KA 0.1ms 也猜错了,应该高一截,如15KA 0.1ms ,现在的唯一一个可信的实验数据是三水前辈的“2.6KA 0.13ms”(一个70tps16)。

帖子原文中的错误将在明天在PC端用下划线更正,因为如果直接改的话,就触犯了“篡改原文(姑且这么说吧)”的版规。

[修改于 6 个月前 - 2019-04-16 22:49:12]

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BSP(作者)
35楼

原文里还有个错别字有人看出来没?悬赏两个kcb,(现在kcb跟现金挂钩了,完全不敢给多,万一你们找出来了怎么办)

~明天截止。

[修改于 6 个月前 - 2019-04-16 22:46:14]

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BSP(作者)
36楼
引用:314152 发表于32 楼的内容:
少量买这价似乎是合理的不过鉴于高性能开关原件坑爹的价格,考虑多级分摊能量性价比更高?

准备做的实验是想实测一下感应式的极限水准才把最高电压升到了4400v,然后上升率啥的自然也跟着上来了,而且感觉可控硅的价格跟耐压相关性极大,耐压高的硅别的数据也不好看。

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37楼
引用:hanbreen 发表于24 楼的内容:
给楼主推荐一个NB的可控硅!y5002nc.pdf  

这个可控硅很不错,就是太太太贵了,淘宝要¥350一个。

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38楼
引用:chenxuy 发表于37 楼的内容:
这个可控硅很不错,就是太太太贵了,淘宝要¥350一个。

别看淘宝的,这个我找阿里88和一些别的方式询价了,正品800,国货400(大概)。如果你仔细问了,那些标350的都不卖的。

而且耐压不够。

[修改于 6 个月前 - 2019-04-16 23:07:34]

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2019-4-17 11:04:51
39楼

为啥要那么高电压……“高压多匝”和“低压少匝”是完全等效的,如果耐压高的元件不好搞,那就用低电压然后把线圈匝数降下来呗……

另外……为啥一定要用可控硅,机械开关或者火花开关不好嘛……反正你这里既不打算做多级,也不需要成千上万次的寿命……拿省下的钱多买点电容,效果的提升可显著多了

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BSP(作者)
40楼
引用:三水合番 发表于39 楼的内容:
为啥要那么高电压……“高压多匝”和“低压少匝”是完全等效的,如果耐压高的元件不好搞,那就用低电压然后.....

高压多匝和低压少匝真的是完全等效的嘛?

而且线圈已经只有十几匝了,再减减的话线圈就减没了(线圈电阻都快比导线内阻小了。

谁?谁说我不做多级的?感应式怎能不做多级,我只是现在不做多级而已。

机械开关不会考虑,我宁可不申请基金自费买可控硅都不用机械开关,怕机械开关用着用着把自己玩没了。

我不会弄放点管的触发,我再找几家,如果可控硅真的这么贵,可能八成用放电管了。放电管抗的下20KA?

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41楼
引用:BSP 发表于40 楼的内容:
高压多匝和低压少匝真的是完全等效的嘛?而且线圈已经只有十几匝了,再减减的话线圈就减没了(线圈电阻都快.....

柱壮感应炮单级的效率确实是极其感人。。。当然,要是分多级,对开关原件的要求是会下降,也有利于降低线圈的压力。。。

另外,看到国外有作品是拿自制的放电管的还有用氢闸流管的。倒是可以研究一下开式空气放电管是否也可以将能量损耗(还有噪音)降到合理的水平?

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BSP(作者)
42楼

在淘宝上找到一个放电管:B88069X0270S102 (淘宝链接:https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z0d.6639537.1997196601.4.561c7484QlTVCr&;id=591184093026)店家说这个管子20KA能用50次。

话说放电管的驱动怎么做啊?真的是像三水这篇帖子(https://www.kechuang.org/t/82580)里用一个电容和一个高压变压器就搞得定吗?

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43楼
引用:BSP 发表于38 楼的内容:
别看淘宝的,这个我找阿里88和一些别的方式询价了,正品800,国货400(大概)。如果你仔细问了,那.....

350很便宜了,所以可能是二手货。

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2019-4-18 09:22:51
44楼
引用:BSP 发表于42 楼的内容:
在淘宝上找到一个放电管:B88069X0270S102 (淘宝链接:https://item.tao.....

讨论放电管建议另开一贴(或者改一下本帖标题),避免跑题,也方便后人检索

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2019-4-22 22:30:08
2019-4-22 22:30:08
45楼
引用:BSP 发表于40 楼的内容:
高压多匝和低压少匝真的是完全等效的嘛?而且线圈已经只有十几匝了,再减减的话线圈就减没了(线圈电阻都快.....

关于高压多匝和低压少匝有这么篇帖子https://www.kechuang.org/t/79380

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2019-7-1 00:23:03
2019-7-1 00:23:03
46楼

可控硅不能一味求大,大的可控硅在高压下漏电流也大

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2019-7-9 22:10:27
2019-7-9 22:10:27
47楼

建议看下我那个帖子引用国外网友的高压放电管设计

https://www.kechuang.org/t/71530

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48楼
引用 lovevirus 发表于 47 楼的内容:
建议看下我那个帖子引用国外网友的高压放电管设计https://www.kechuang.org/t/.....

这个办法挺好的,放电管制造工艺还得研究一下,里面最好封上氢气。

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