一种基于半桥式的磁阻炮结构改进
不以物喜2023/02/11电磁炮 IP:北京

前排提示:我是一枚新人,如有什么基础性原则性的错误,求轻喷


传统半桥式结构电磁炮是将发射后电感中剩余的能量回收至原本电容中

回收电容中的能量并没有继续用于发射

因此在储能电容能量相同时这种结构对最终动能并没有很大的提升

如何解决这种问题呢?

最简单的方式是将所有电容并联到一起,这样回收的能量可以继续提供给下一级继续加速

有人可能会说并联会导致LC常量的增加,在高速发射中不可取

但其实IGBT可以主动关断

并不需要等电容电压降为零后再关断

而且这种结构的另一个好处在于因为电容中原本就有电压

众所周知,电感中电流下降率等于

di/dt=U/L     (我不会插入公式...)

因此电感中的电流能快速下降,将储存的磁能转为电能,减少反拉

仿真如下

(电容为400V 6800uF)

捕获.png

因此可以发现,仅第一级效率就达到了9.1%,加速后电容还有374V的电压,回收效率也有71%,可以在下一级继续进行加速

而随着弹丸速度的增加,效率还能继续上升

(50mps时效率可达25%+,但是每级加速太小,需要更多级)

捕获.png

但是,这种结构还有一个致命的缺点

随着发射的进行,电容中的电压将不断下降,但为了使每次输出能量不至于太小,减少级数,需要增加放电时间

而放电时间的增加又会增加反拉,使得效率下降

那么怎么进行改进呢?

很简单,就是用两个电容,第一个(容量大,耐压小)管前n级,第二个(容量小,耐压大)管后n级

但是,发射后,第一个电容中必然还有剩余的电能,目前想到2种处理方法

  1. 留着,减少充电时间

  2. 将剩余的能量送入一个电感,升压后充电给第二个电容,这样同时也省去了zvs同时输出两路电压的麻烦

这里比较推荐第二种

至此,对半桥的改进基本完成

这种结构级数越多,效率越高,且随着速度增加效率得到显著提升

捕获.png

(100mps时效率22%+)

估测理论上效率极限可能在35%左右

不知道有没有坛友愿意实践一下这种结构

来自:物理高能技术 / 电磁炮
2
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~~空空如也
440Nx
1年2个月前 IP:广东
916272

首先这个软件忽视了互感,用来估算还行但不能妄下结论。当使用半桥方式时其显示的“效率”不正确,毫无意义。

虽然大型电容有这个问题,但是要注意,没必要追求尽量大的电流。由于线圈产生的磁场总是超过了弹丸的饱和值,因此磁场越大效率就越低。随速度提高必须减少线圈匝数,但由于igbt性能有限所以后段100m/s以上根本搞不了多大的磁场。根据w=i^2rt,电阻和导通时间减少所以消耗少,后段效率可以40%以上。要做的是减少前段的严重消耗,方法就是增加匝数减少电流,后段500a前段350a就够了。

关于“无视互感”的问题,直观的理解是线圈之间的距离大到不会产生影响,这样你就需要非常长的炮管了,那么小的加速度当然难以忍受。

在考虑这种构型时,电容当然是越大越好,大到电压变化很小就没有那些问题了。6800uf都是不够的,总共你至少需要10000uf以上。

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三水合番
1年2个月前 IP:四川
916399

升压后充电给第二个电容

这种做法就变成“为了回收而回收”了,而不是“为了性能而回收”,对性能并没有提升。因为能充电给第二个电容的前提是,第二个电容没有“充满”,要不就过压了。在发射时用脉冲大功率把第二个电容充满,和在发射前用电容充电电源把第二个电容充满相比,第二个电容的能量并没有区别,性能也就没有区别。

可以考虑这么操作:

1. 发射前把所有电容都充满

2. 发射时,先用第二个电容(或者两个电容一起)给前几级供电。把电压降下来,给回收留余量。

3. 之后再用第一个电容放电,回收到第二个电容上,然后用第二个电容放电。

这个做法也可以给常见的boost拓扑用,比如 https://www.kechuang.org/t/87576 避免“为了回收而回收”的问题。

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