(理论向)关于电容充电电压选择的可能误区
Ball_Lightning2023/02/19原创 电磁炮 IP:河北
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不要再选450V充电器啦!这里有更好的选择

序言:电磁炮要想走向小型化,实用化,充电的快速是必须要保证的一件事。有些新人在网上查阅资料时很可能会读到这样的句子:

1.png

于是乎,他们就理所应当地使用有效电压等于目标电压的充电器,然后不耐烦地等上5个RC。甚至有些卖家在变压器选型时也会直接迎合最常见450V或400V的耐压。

实际上,在小型电磁枪充电电路中RC的值很大,比电容的ESR*C大得多,导致充到末尾电压上升得极慢。笔者认为,他们最大的问题在于混淆了目标电压与耐压之间的关系,过于迎合耐压而导致选择了非最优的电源电压。

本文旨在为大家定性地开拓思路并定量地分析一种特殊情况。

--------------------------我是分割线----------------------------------------

首先我们要假设一个由充电电路性质决定的条件:假设充电电路的短路功率是一个定值,并且在充电电路与储能电容之间没有其他元件。

定性地说,如果充电电压过于接近耐压,则虽然τ=RC中的R较小,但充电到末尾电路中的电流很小,导致电压上升很慢,很难达到目标电压;如果充电电压过高,则虽然充电到目标电压的整个过程中电压的上升速率变化不大,但是由于R很大,充电电流始终很小。我在使用高压包时对这个印象很深刻。电容的电压几乎是匀速上升的。

so,我们一定可以在这两个极端之间找到一个平衡使得充电到目标电压的时间最短。

下面,开始计算!用微分方程求解(假设这是个直流电源,电压等于真实交流源的有效值)

2.jpg

带入我们的约束条件减少变量的数量,得到最终表达式并寻找其极值:

3.jpg

最后这个方程以花体ε就是我们满足充电时间取得极值时的电源电压有效值。

可惜这是个超越方程,我不会解,于是只好请出卡西欧,用牛顿法尝试一下不带参量U的解。

下面是随意带入u值得到的一些解,为的是让大家清楚应该选怎样的充电电压。

5.jpg 7.jpg 8.jpg

将最后一个t-ε函数图像绘制在计算器中

无标题.png

趋势和我设想的一样,ε十分接近目标电压时曲线很陡,十分远离时也比较慢。

------------------我是分割线-----------------------------------

当然,P=Const这个条件只是为了方便,事实上,电压有效值比较小的充电电路往往能爆发出更大的短路功率。如果大家还有更好的想法,欢迎讨论,谢谢!

来自:物理高能技术 / 电磁炮严肃内容:专著/论述
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~~空空如也
Ball_Lightning 作者
1年2个月前 IP:河北
916749

这个牛顿法解的时候要注意尽可能把初始值选的和估计的解近似,不然容易跑出复数

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Ball_Lightning作者
1年2个月前 IP:河北
916823
引用书呆子lhj发表于5楼的内容
恒功率源就可以了,为什么要恒流恒压?理论上,电压源充电容效率最高只有50%,而恒流电充电容理论上最高...

啊,传统zvs充电的过程不是次级逐渐断路的过程吗?为什么是恒定功率的呢?就好像感应加热不带载的电流几安,带载时可以跑到几十安。如果您想要充到蓝线的末端,那要等到天荒地老——如果变压器次级匝数不够,似乎只能舍弃最后几十几百伏电压来压缩等待时间,我说的就是这个问题。

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Ball_Lightning作者
1年2个月前 IP:河北
916824

各路大神说的恒流或恒功率源似乎是更好的解决方案,但我写文章时只想到了爱好者常用的zvs。那玩意简单廉价还皮实,是实验或制造低成本电磁枪比较经典的充电电路。

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