MR9电磁炮
440Nx2024/03/25电磁炮 IP:广东

先上当前性能进度:速度124mps,效率31.7%,线圈全开无故障。

这个炮使用全新的架构,有很多新设计要验证,来积累经验,同时也想挑战一下只使用3个牛角电容(?!)来达到一百多的速度。阵列拓扑适合较大规模的设计,因此非常有发展潜力。由于每个igbt都要多次开关,考虑到器件热量的均衡和降低线圈排列的复杂度,这次采用了两个4*5的阵列共40级,每级1cm。线圈不再保持相对的满层,反正每个都大两百圈我也没法绕整齐,所以除了前5级用更细的线后面的35级统一用了0.41mm线。仿真时每级匝数逐渐地减少,保证各线圈的峰值电流相差不大。当然,这么小的储能不应该输出多大的电流,所以最大电流只有约90a。

仿真时我还发现,使用较粗的线绕线圈确实可以提高效率,因为粗线的电阻比细线小。但为了限制电流大小必须增加线圈体积,会增加重量,同时也不一定能提高速度。

由于我的设计特点,线路很长,电阻高,所以设计上提高工作电压降低电流,能稍微提高效率。另外,这个炮具有大量对我来说的新设计细节,想一次成功不炸管,所以特意降低了功率,像上次一样。炮管用细线多匝,所有线圈有200圈以上,电阻1Ω以上,这样500v的工作电流也才100a,用4067根本不会炸。

用半桥的话整体还是没法像boost那么小。本来想做无托布局,但炮管较短,用新结构会很丑,所以画成有托布局了。正好也方便做机械半自动机匣。

)E1_0U9`@2J(A9KFM3M7V)U.png

外观这次比性能重要,所以建模花了点功夫。整个后托做成了电源总成。电容使用3个并联,容量2700uf内阻35。下方是电池和升压。上方是电源面板,包含接线、开火保险、升降压控制和dcdc。电容的粗线和控制板的细线从外边绕。

Image_1711350542987.jpg

测试的时候用这小功率电源,面板用钮子开关正合适,也是我此前一贯用的。现在换功率大点的电源,开久几秒钮子内部就焊住了要用力才扳动🤣看来以后要直接拔电池来切断电源

IMG_20240325_151638.jpg

这根扳机线本来跟别的线一起装在内部,装好之后开两炮烧了两个mcu🤣内部的emi很强,本来就直连5v没串电阻,加上感生电压就烧了这个io。这是因为我以前用的stc89非常耐造,用法也一直没改,现在换stc15才出问题了。把线挪外边加两10k电阻再改高阻输入,mcu才没烧。

最后附上现在装配好的样子,整体重量3.5kg。这几条外露的线不易安装,没什么内走的想法,但相对以前线路全外走已经好很多了。

IMG_20240330_222726.jpg

-下面是喜闻乐见的测速环节-

由于建模时的疏忽,弹头的起始位置比设定的前了3mm,这导致原定的代码不那么适用。但经过粗略调整,速度接近了预期的128m/s。 Image_1711446150407.jpg 奇妙的是,发射电压为460v而非480v,发射后剩余350v,此时效率已达32%。但是测试时必须先上膛再发射,使用半自动时反而达不到了而且速度非常不稳定。这让我不得不增加初级脉宽,在半自动时才稳定一点。设计中弹头起始位置进入线圈2mm,以前别的炮这样速度很稳定,但现在离开了1mm就非常不稳定了。

经过倒腾好几次,现在确认炮管实在没做到预期性能,耗电显著低于预期。过低的能耗并不意味着效率高,而是在给定时序下的功率上不去。只能增加脉宽或者电压来提高功率,减小脉宽虽然能匹配更高的速度,但功率会降低从而丢步。如果输入电压高于匹配的话同样会丢步,因为拉力太大造成了反拉,所以测试时用480v的结果还不如460v。

炮管整体实在做不到128了,但因为需要的启动电压没达到设定,所以调整了启动位置和初级脉宽以适配较高的启动电压,并且将mcu时钟调整为32mhz。当前已经做到稳定的连发。虽然动能与许久之前的上一台完工的炮相同,但是重量更轻,外观更帅,射速更快并且更加稳定。

[修改于 8天8时前 - 2024/04/13 01:12:59]

+1  学术分    虎哥    2024/03/29 优化思路具有创造性,开拓了新方向。
来自:物理高能技术 / 电磁炮动手实践:实验报导
14
 
12
已屏蔽 原因:{{ notice.reason }}已屏蔽
{{notice.noticeContent}}
~~空空如也
gugugu
26天9时前 修改于 26天7时前 IP:上海
930514

sticker ,测速测速


引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
Erichan
25天13时前 IP:江苏
930522

怎么解决电路板与飞线之间的绝缘问题的?

引用
评论(2)
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
OMEGAERJSH
24天21时前 IP:辽宁
930531

机械半自动大爱了,不过...有图没😅

引用
评论(4)
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
gugugu
24天21时前 IP:上海
930533

时序可以尝试缩放,电压提高时时序需要缩。其实为了实现负反馈调节,时序也需要适当缩(当然负反馈代价是速度会变小一点点)。按理来说行波加速时对弹头的起始位置不应该如此敏感,合理怀疑MR9并没有工作在负反馈调节的状态。


引用
评论(1)
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
rb-sama
22天23时前 IP:湖北
930598

说明到末级的脉宽太小了,对速度很敏感,100mps的速度 1cm的线圈,5mm的加速距离

约为50us的脉宽,

按照STC51的1-2T时钟周期 32Mhz时钟的IO速度够快,执行一次for大概4-8个机器周期

最大时间裕度按照16*1/32M=0.5us 

单片机系统基本上是没问题的,但是写法要注意,最好能用汇编来实现,

避免反复重入函数或者程序结构导致的延迟不固定问题。

-

前几级速度不够,后级的匝数是适配高速的话,作为可以控制开和关时机的全控方案

确实可以试试前级减短脉宽的情况下,上高压,整体时序在Maxwell里面仿真的时候可以做一次归一化差异测试

来看整体电压上下变动的时候,每个线圈的加速边界离失速或者过早进入距离有多远


引用
评论(1)
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
440Nx作者
15天22时前 IP:广东
930865

测波形的时候不小心把它炸了🤣

测到的波形仍然有问题,但在意料之中,某种意义上说这问题是故意弄出来验证的,但画板时考虑得不够全面。

Image_1712030519470.jpg

波形放大看是这样的,但忘了拍照: Image_1712245475058.jpg

问题不是下降沿的振荡,而是高电平的缺口。igbt短暂的关了一下,因此损失了约1/30的功率,不一定是炮管做得不好。布线方向故意画成这样,igbt硬开关时会产生脉冲,对控制信号产生正反馈:硬开时感生启动信号,硬关时感生关闭信号。器件动作的时间周期正好是us级的,并且离信号区很近。旁边的igbt关闭时产生的干扰大到把信号弄没了所以这个该开的igbt也关了一下。

虽然有这方面的考虑,比以前好,但问题没解决。多阵列的igbt会互相影响,所以没消除它就仍然没法上强度。现在电流在90a以下,管子根本不炸,但是200a以上就不一定了。

由于生活的压力,这项目必须暂停了,修也不修了等有时间再说

引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
gugugu
13天11时前 修改于 13天8时前 IP:上海
930966

      经过模拟,我得出了两个结论。

     第一个结论是:我发现使用细线(如0.4线径)时因为线圈电流低 所以需要双阵列来提供更高功率。但是如果使用粗线(如0.8线径)就不需要双阵列,使用双阵列甚至是副作用,(这里引入一个前提即:电容能提供的功率其实是有上限的)。 当然代价是,单阵列时igbt需要承担的电流会更高,我的建议是让4067承受300A或许较好,如果仅为100a就有些浪费性能了。   

    第二个结论是:使用电解电容串联以提高电压的方案来提高功率 其实是无济于事的,因为电磁炮的性能其实很大程度上取决于电容的储能大小和时间常数 而串联时电容的储能大小和时间常数不变,不如改成并联来的好。  其实三水大佬以前在帖子里就证明过 低压大电流方案和高压小电流方案 其实是等价的,所以与其 使用通过串联搞成 高压小电流方案,不如改成并联大电流方案,当然前提是igbt能承受住。


引用
评论(2)
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
gugugu
12天23时前 修改于 12天23时前 IP:上海
930985
引用gugugu发表于7楼的内容
      经过模拟,我得出了两个结论。     第一个结论是:我发现使用细线(如0.4线径)时因为...

第一:500v90a和90v500a其实是一样的,但前提是90v的电容的时间常数和500v的电容时间常数一致,但这是不可能的,因为市售的90v的电容性能很差。但是500v90a和1000v45a的效果是一样的,因为串/并联电容 其时间常数一致(关于 “高压细线(小电流)的方案和低压粗线(大电流)的方案是可以等效互换的” 的证明可以去看 定性分析 线圈炮效果与线圈匝数和电压的关系 三水大佬的帖子;关于电容的性能方面 可以参考 用“时间常数”来分析电磁炮里的电容和线圈 这篇帖子 )。

第1.2:不使用超级电容的原因一是超级电容的时间参数太大,性能远没有450v的铝电解电容好。二是和igbt性能有关,超级电容2.7v的电压如果做到和450v相同效果的话igbt需要承受的电流会非常之大,承受不住。

第1.5:如果非要上1000v来改善功率,请使用薄膜电容而非电解电容串联。但代价是薄膜电容储能密度很低。

第二:“在市面上有1200v140a的igbt,比600v的那些强得多。”  未必,我600v igbt 硬并联不就好了,同样价格下可以得到的开关管的功率容量更大!

第三:用粗线的话工程麻烦不少且线圈难绕,这个并不会,使用单阵列肯定比双阵列容易且省钱。

第四:整体也会更重,这个是真的,但可以采用铝线圈的方式大幅降低线圈重量(我已经买了铝线圈了,看上去很有搞头啊)

(我们讨论时 尽量用引用而不是评论 可能比较好,评论有字数限制不方便。)

引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
440Nx作者
12天23时前 IP:广东
930987
引用gugugu发表于8楼的内容
第一:500v90a和90v500a其实是一样的,但前提是90v的电容的时间常数和500v的电容时间...

看看你这方法弄两三百的炮要多大一坨😏比方说人家有平板,你觉得贵说不如带个几斤重的电脑。不是不行,但值得吗

我这思路远远没到器件的上限,容错率高,但因为电容笨重所以没怎么想提高功率

引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
gugugu
12天22时前 修改于 12天22时前 IP:上海
930988
引用440Nx发表于9楼的内容
看看你这方法弄两三百的炮要多大一坨😏比方说人家有平板,你觉得贵说不如带个几斤重的电脑。不是不行,但...

你说的容错高只是因为MR9现在才90A才高,你上到900v搞到200A容错就不高了啊!  (还不如用450V400A的方案🤔) 

上900v 其实面临一堆问题比如 电容均压问题,ccps要重新设计输出900v,还要担心1200V igbt的性能是否可靠(反倒是4067已经被证明很可靠了。)

当然以上所有的讨论其实都和铝电解电容的性能有关,450v的铝电解电容是现在性价比最高的选择。如果以后电解电容的技术发生了突破,比如可以耐压900v之类的,那么上900v是非常值得的,但如果仅是通过串联来上900v我认为可能是没必要的。当然了对已经是细线的MR9来说只能上900V了。。。。。


引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
440Nx作者
12天22时前 IP:广东
930990
引用gugugu发表于10楼的内容
你说的容错高只是因为MR9现在才90A才高,你上到900v搞到200A容错就不高了啊!  (还不如用...

1200v管子有75a,200a不到3倍,换成4067等效已经过了3倍,哪个更稳我不好说。均压没细想,省事的办法是用的时候看着点不超压就行。ccps?那从来都不是事。

4067没在这种奇葩用法检验过,你也不知道它多次开关还有没有那么抗造。


引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
gugugu
12天22时前 修改于 12天22时前 IP:上海
930991
引用440Nx发表于11楼的内容
1200v管子有75a,200a不到3倍,换成4067等效已经过了3倍,哪个更稳我不好说。均压没细想...

4067 400A是比较稳的,更高的话可以用硬并联,并联俩管子。   在 关于IGBT的极限性能 这个帖子里提到“。。。准备用IKQ75N120CT2,英飞凌的管子,1200V300A1ms。拆机管,七块钱一个,搞了十个回来测试,发现虽然耐流是达标了,但远没有4067稳,稍不注意就挺容易烧,也许这是高压igbt的通病。” 。 1200v管子极有可能不稳啊!  “4067没在这种奇葩用法检验过。。。”,但同样的1200v管子也没在这种奇葩用法检验过啊😂


引用
评论(13)
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
gugugu
12天20时前 修改于 12天20时前 IP:上海
931006

总结一下就是,

一:高压细线小电流方案和低压粗线大电流方案等价。

二:电磁炮的功率和开关管的功率密度与 电容的时间常数和储能大小有关

    2.1  :4067的功率密度比1200v75a管子大,并联4067的功率密度比1200v150a管子大 ,而且稳,以及便宜。

    2.2 :功率和电容性能相关,在电容规模一定时,低压粗线大电流方案不需要双阵列来提高功率,因为电容性能跟不上,除非说电容储能大小提高多倍。

    2.3 :如果想追求理论极限当然是高压 粗线 大电流 大储能 好!搞 1200V560A ,但不现实啊钱包不支持啊。 sticker 上高压就只能采用细线小电流了。 

引用
评论(2)
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
440Nx作者
12天19时前 IP:广东
931013
引用gugugu发表于13楼的内容
总结一下就是,一:高压细线小电流方案和低压粗线大电流方案等价。二:电磁炮的功率和开关管的功率密度与 ...

你还能去对比一下那些管子的手册,对比一下它们的压降。然后会发现人家测的ct2后缀非常的垃圾,几乎只有4067的一半…😂

引用
评论(3)
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论

想参与大家的讨论?现在就 登录 或者 注册

440Nx
学者 机友
文章
13
回复
111
学术分
1
2021/12/12注册,3时54分前活动
暂无简介
主体类型:个人
所属领域:无
认证方式:手机号
IP归属地:广东
文件下载
加载中...
{{errorInfo}}
{{downloadWarning}}
你在 {{downloadTime}} 下载过当前文件。
文件名称:{{resource.defaultFile.name}}
下载次数:{{resource.hits}}
上传用户:{{uploader.username}}
所需积分:{{costScores}},{{holdScores}}下载当前附件免费{{description}}
积分不足,去充值
文件已丢失

当前账号的附件下载数量限制如下:
时段 个数
{{f.startingTime}}点 - {{f.endTime}}点 {{f.fileCount}}
视频暂不能访问,请登录试试
仅供内部学术交流或培训使用,请先保存到本地。本内容不代表科创观点,未经原作者同意,请勿转载。
音频暂不能访问,请登录试试
支持的图片格式:jpg, jpeg, png
插入公式
评论控制
加载中...
文号:{{pid}}
投诉或举报
加载中...
{{tip}}
请选择违规类型:
{{reason.type}}

空空如也

加载中...
详情
详情
推送到专栏从专栏移除
设为匿名取消匿名
查看作者
回复
只看作者
加入收藏取消收藏
收藏
取消收藏
折叠回复
置顶取消置顶
评学术分
鼓励
设为精选取消精选
管理提醒
编辑
通过审核
评论控制
退修或删除
历史版本
违规记录
投诉或举报
加入黑名单移除黑名单
查看IP
{{format('YYYY/MM/DD HH:mm:ss', toc)}}