HRC18电磁炮(8*14mm 101mps 29.8%)
440Nx2023/11/16电磁炮 IP:广东

超高的效率来自于更小的功率。

IMG_20231115_200051.jpg

本来这个项目的目标不止这点,达到165mps@980v。但是由于本人的电气修养不够,设计时忽略了很多问题,因此实际使用时电压不可能达到近千伏,性能指标只能一砍再砍。

pcb1.png

阵列需要多到离谱的飞线,以至于放个线槽都很合适。

-30b7ba201d0b8b39.jpg

电路中对称放置了8组半桥,组成2*4*4的阵列共32级。原理验证和拓扑简图在我上一个帖里。两个阵列能满足大部分性能需求,一个阵列则不行,因为每个阵列只能允许打开其中的一对开关,也就是一级。打开时电流上升,而关闭后电流下降的过程无需考虑。这里说的“无需考虑”其实存在影响,前后3cm内未完全关断的线圈会产生不必要的感应电流,降低效率。然而只要阵列较大且线圈够长,位于阵列中开通线圈同行同列的没有靠那么近的,这个影响就小到忽略不计。对于双阵列来说,每级加速允许的位移是2倍线圈长+0.5倍弹长。在我这个项目中弹长和线圈长都是14mm,加速位移最大是35mm。若是单阵列,这个位移仅有21mm,完全不够用。对于弹丸长度,我的建议是不要超过2倍弹径,因为太长的弹尾端对拉力贡献较小,几乎能当成死重;而太短的弹又很轻,能量较小。在这种趋于紧密线圈的模型中,建议关断的时机是弹丸前部到达线圈中心前1mm处,这样能提高加速的稳定性。反正maxwell可以使用位移控制,比时间控制方便多了。

volt1.png

买的45钢柱子看来实际上是a3钢,没有剩磁。在maxwell中使用1008钢,比1010略强,对比实际结果没有什么问题。也就是说,a3钢的“饱和磁化”能达到2.1T以上。

电容方案是KHE 3并2串,组成单个电容900v1320uf。这里我忽略了第一个问题,串联电容的漏电流不一样大,短时间没事而长时间就会使得电压不均等,有过压爆炸的风险。而我没有做均压措施,因此只能降压使用。使用单一电容的特点就是这样,电压会逐渐降低,并且需要两倍的容量比较笨重。搭配半桥可以更精准地控制脉宽调节电流来补偿,所以更容易做到恒定功率。速度达到101而不是仿真的103,只是因为mcu使用stc89这个龟速机,定时不够精准所以留了一点冗余。

在低电压测试中烧坏了很多管子,原因主要有两个问题:第一个是器件质量差,除了IGBT外还损坏了几个二极管和光耦。由于线圈使用了非常多的匝数,测试中电流仅有几十安,若不是质量问题我真的不能相信。换过不少器件之后现在能正常在500v电压发射了。由于以前用过的ccps最高电压仅有520v,所以目前只在这个电压下使用。第二个我忽略的严重问题是在电炮这种环境中emi非常强,我在画板时无视了这个问题甚至没铺铜。小功率下这些干扰其实无伤大雅,在管子额定电流以内烧管没那么容易;但在大功率下干扰造成的振铃就比较致命了。感谢欧阳兄的现场指导给我指出了这些问题,最好的解决办法是加铜箔屏蔽层但做起来不方便。

wx_camera_1699866911091.jpg

这是430V下的放电波形,振铃存在但持续时间均低于2us,这种情况不应造成炸管,所以目前很稳定。危险的振铃应该是大功率并持续较长时间。更高电压的波形会更难看,但我暂时没有测量。igbt驱动部分看起来状态良好,问题严重的是5v信号部分,干扰输入了光耦并打开了它。具有良好滤波和屏蔽的电路看起来会整洁得多,管子运行会很安全并能够承载更大的电流。

VID_20231115_094446.mp4 点击下载

暂时没做弹匣,单打一塞入弹丸来装填,用按钮启用充电。由于电容很小,所以即使充电功率不大也不会花费很多时间。目前的24级总共仅消耗95j。也因为容量小,使用24级以后电压低于350v不再适合加速。当前电流峰值仅有85A,若使用600v管子甚至没达到额定电流,“极其安全”。因为存在干扰,mcu运行不太稳定,偶尔还是会尿弹,所以现在不能进一步提高电压。后续会更换mcu面板,尝试从控制电源抑制信号干扰。

这个炮还有待升级,后续还会根据波形的情况来决定工作电压。

目前状态:启用24级

线圈总长:480mm

重量:3.0kg,不含电池和瞄具

电容组:520v 1320uf

弹丸:8*14mm 5.3g

速度:101m/s

动能:约27j@29.8%

[修改于 3个月17天前 - 2024/03/10 09:32:15]

来自:物理高能技术 / 电磁炮动手实践:实验报导
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~~空空如也
暗影魔王
7个月11天前 IP:广东
926999

牛批,能给个图纸吗👀

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440Nx作者
7个月7天前 IP:广东
927118

换了面板,放大了信号使用20v/0v来控制光耦,结果除了可以用stc12几乎没有任何变化

1a22f65a2d1f81d5.jpg

仍然是430v的放电波形,但是可以看到,需要管子开和关时没有多严重的振铃

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liunian198
7个月7天前 IP:河南
927133

想问下20v的驱动你用的什么方案,多大的驱动总电流。

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gugugu
5个月20天前 IP:上海
928152

大佬,maxwell位移控制应该怎么搞啊?

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440Nx作者
4个月21天前 IP:广东
929052

完蛋,它修不好了已经被拆解。失败的原因我大概找到了

-cd36bda742e5d60.jpg

线圈离信号区很远,而管子很近。在开关动作瞬间会在管子上产生速度上M的高频干扰信号,电流变化率高达数百A/us。将管脚看作单匝线圈,用右手定则比划一下,就能发现图上的电路有大问题。如果管子是正面安装,那么干扰对控制信号形成负反馈,而且光耦只要4ma就会响应,然后造成igbt严重振铃并发热烧坏。如果管子反面安装就会形成正反馈,这样管子就可靠得多。

我这台用的两张一样的pcb,正面朝左,所以右侧的管子显著比左侧的容易坏。左板试过170a也能用,右板根本不行。

在设计控制电路的时候得注意回路方向,屏蔽只是表面而反馈才是本。


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440Nx作者
4个月19天前 IP:广东
929096

损坏二极管的情况,我觉得要特别说明一下。其实二极管也是热烧毁。静态下,二极管两端无压差,其实处于导通状态。igbt导通的时刻才施加反向电压,有那么一瞬间处于短路状态,然后才恢复为截止。高速管可以硬扛,低速管很容易就烧掉。这时半桥可将igbt并联2M的电阻,这样二极管静态即为截止状态。回收时即使低速管的导通时间也可忽略不计,所以对管子恢复时间要求不高。boost就不一样了,加这电阻也没用,所以必须使用快恢复管子


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才高十八斗
1个月27天前 IP:广东
931626

这个可以发射25-75MM钢球不 我想做撞击测试  速度不用块 80米/S 以内就可以 


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