这些验证性实验让我心里大概有谱了,我最终使用的组合是0.85线径漆包线200匝,220uf450V电容多个并联,4cm子弹。
然后就开始进行系统设计,这是我最开始画的系统示意图(电容线圈SCR模块、光电开关模块、升压模块、电压限制模块、电源)。提醒新手,做一个项目如果不知道从何做起可以先想总体方案,然后一个一个解决。
然后就是系统的实现,首先是升压系统,这个简单,ZVS是不错的选择,使用论坛最常见的ZVS加上最近比较流行的电源和控制分离方案。
zvs的话,我之前有搭过一个棚。(个人非常喜欢搭棚,但是不推荐,优点是很节约空间,缺点也很明显,一旦发生失误,毁坏的原件很难更换)直接使用就行了。但是要手动绕一个变压器。我用了一个买来的EE25磁芯,初级0.33的线双股6+6匝,次级多少忘了。如下图。
然后是光电开关模块,这里我参考了一些论坛的帖子,画了一个电路图。
其中的电压比较器用任何型号都可以,只要耐压足够。
这个电路图实际上让我烧了不少东西。因为有一些缺陷。以后再提。
然后是电容线圈模块。
电磁加速,基本的电磁枪原理。
但是我得说一下效率的问题,根据大家的经验,单级加速在2000UF,1mm线圈300匝的时候已经是极限了,再加电容会导致反拉。下面我根据我所知道的理论解释一下。
根据我所知道的知识,线圈加速其实是属于磁阻加速,在这个过程中,加速线圈和子弹的组合其实相当于一个电感值会变化的电感。弹丸进入之前其电感很小,弹丸进入时,电感开始增加,电流上升率开始下降,此时的电流会使铁芯加速。铁芯到达线圈中点时,电感值最大,之后电感值开始下降。此时若给线圈通以电流,会使线圈工作在发电状态,由于我们串联了续流二极管,发出来的电其实以热量的形式被耗散掉了。同时发电会使铁芯受到后拉的力,也就是会使子弹减速,严重的时候会使子弹从后面飞出来。【参考了《开关磁阻电机设计与应用》北京机械工业出版社 2000年版】
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那么提高效率就要解决放电时间的问题,也就是说,使电流尽量在子弹过线圈中点之前减小到可以接受的值。
由于我只做了无关断的,那我就先说说无关断的
首先是电阻,电阻越小,电流越大,放电时间越短,这个是无条件的。电阻来源于电容的内阻,线圈的电阻。所以采用多个小电容并联会导致电容内阻减小从而提升效率是可行的。同时采用大线径的漆包线绕制线圈也可以减小电阻。需要注意的是,过大的线径会导致线圈匝数密度急剧减小,同样的电流下磁场强度下降。同时过大的电流对开关器件也提出了挑战。
然后是电容的容量,电容容量越大,电流持续越久。同时我要指出的是,在容量一定的情况下,提升电压对效率的影响应该是比较小的。但是提升电压对威力的影响是必然的。同等电感和电阻下,放电时间只由电容容量决定,和电压关系不大。
那么在同样的能量下,采用高电压小容量的电容比采用低电压大容量的电容要好(无关断的情况下)。即使是在有关断的情况下,由于高电压的情况下电荷能够更快的释放,所以效率也会高一些。否者可能出现加速效率高(被释放的能量利用率提高)但是整体效率低的情况(电容里的电未被完全释放就被关断,体现为对电容容量的浪费。)换句话说,同样两个电容,串联时效率应该比并联高。但是过高电压比较危险,你只有一次失败的机会。。。然后,你懂的。
综合考虑,我最终选用了450V电压,880uF作为一二级加速,660uF作为三四级加速。应该说效率还是不错的。
还有就是电感,起始电感越大电流上升越慢 ,由于体积和内阻的综合考虑,线圈电感一般都选择较大线径密绕200-400匝,可变动范围不大。
然后是电压限制,实际上第一个星期的时候,我已经按照下面的电路图做出来了一个,虽然能够工作,但是很不理想。会导致ZVS严重发热。后来调试的时候发现了很多问题,暂时没有解决,留待后人讨论。