电感储能轨道炮初尝试

      

      虽然此前一直有电感储能的想法,但是一直专心学习没有时间实践。现在高三毕业了,也进入了自己理想的大学,可以乘着人生中最闲的一个暑假放开手脚弄了。

      现在进入正题


      电感储能有两个优点:

      1.能量密度要比电容储能高出1-2个数量级;

      2.可以实现电流倍增;

      实际上,对于没有强劲的初级电源的业余电磁炮,终究还需要电容作为初级电源,讨论能量密度没有多大用处,能够实现输出电流的倍增才是电感储能真正的有用之处。

      目前主流的电感储能拓扑有XRAM拓扑和meat grinder拓扑,下面对这两种拓扑进行简要介绍:

      XRAM拓扑:就是把“MARX”倒过来写(取名字的人是真的皮),马克思发生器的对应,也就是电感串充并放,实现电流加法级倍增,不怎么有前途,但是制造简单

      meat grinder拓扑:通过电感耦合来实现电流的放大,本身由于对关断开关的要求太高而不实用,但是其衍生拓扑的进展迅猛。目前有经典的STREATCH meat grinder拓扑和最为简单也最不可控的EEOS meat grinder拓扑,以及由清华大学于歆杰团队研发的STREATCH meat grinder with ICCOS拓扑、XRAM单级嵌入meat grinder拓扑,以及相对最有实用价值的meat grinder with SECT拓扑


      根据目前的经济能力以及加工条件,我选择meat grinder with SECT作为尝试对象制造轨道炮


限于篇幅,理论分析部分请参阅原论文:

班瑞,于歆杰,刘旭堃,李臻  基于meat grinder with SECT电路的50kJ电感储能型脉冲电源的研究

https://wenku.baidu.com/view/ee57337958eef8c75fbfc77da26925c52cc591c8.html


用Multisim14搭建仿真环境如图


QQ截图20190712131408.png


       简单来讲就是,L1,L2是高度耦合的空心线圈,换流电容C1预先充630v的电S1先被导通,C3对L1,L2放电,适当的时机导通S2,S1受到反向电压而关断,此时大部分能量被转移给L2,实现电流倍增对用模拟负载放电,剩下的漏感能量转移到电容C1里,随后S3打开C1放电,通过LC回路C1复原。


QQ截图20190712134049.png

电流探针设置为1mV/mA,关断前L1,L2的电流如灰色线所示,约640A,关断后第一峰值1650A,第二峰值2420A,能持续1000A以上输出1.2ms,500A以上2.7ms

emm。。。I'M VERY VERY EXCITED


实验材料已经寄到了一部分,比如这个能承受2.7KA的二极管

BF3CC1B53CF392E0AC78E349194EF2F1.jpg

下周应该就能开始试验机的制造



来自 电磁炮
2019-7-12 15:07:43
1楼

额……说是电感储能,但是电感的电能不还是电容提供的?

所以这种“电感+电容储能”的能量密度,必然是要比“单独电容”的低了。这时候还强调“单独电感”的能量密度比电容高,岂不是很尴尬了……

只有用其他能量密度显著更高的储能方式,直接给电感供电(比如用电池、发电机之类的东西),才有可能得到比“单独电容”更高的能量密度

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ChairmanC(作者)
2楼

我一开始也打算单独电源供电,比如锂电池和超级电容,可是如果想要威力大就没有合适的,所以还是设计成了电容加电感的储能方式,实际上论文里用的就是电容组做一级电源

实际上第一阶段的小实验就是锂电池直接供电的,但威力会小很多

然后,电感储能的目的不仅仅是为了减小体积,还有使脉冲电流倍增和要维持的作用,如果单独用电容直接对轨道炮放电的话,短路电流极大,但是脉冲时间很短,不仅容易造成损坏,而且效率也不高,所以通过电感的二级储能获得大电流的宽脉冲


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ChairmanC(作者)
3楼

其实电感储能,还是混合储能,对于我们业余爱好者来说除了获得宽脉冲基本没有其他意义了

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2019-07-16 20:55:03
2019-7-16 20:55:03
ChairmanC(作者)
4楼



制作简易eeos开关,为之后的原理验证做准备

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2019-07-17 20:52:45
5楼
引用 ChairmanC 发表于 4 楼的内容:
videovideo制作简易eeos开关,为之后的原理验证做准备

有观察到电压尖峰的波形吗?

另外刚注意到,顶楼仿真里的电流是几百或者一两kA这种级别……这个拿来做轨道炮恐怕不太行。比如按0.5uH/m的电感梯度来算,1kA只能产生0.25N的电磁力,都不够抵消摩擦力的

[修改于 5 个月前 - 2019-07-17 21:24:08]

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6楼

Screenshot_20190717_230321.jpg

话说这种陶瓷保险丝做eeos似乎挺靠谱的样子,比如这个标着分断能力50kA


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