解答为什么各种电武喜欢使用高压电容
daxus2012/10/09电磁炮 IP:上海
之前一直想不通为什么大家都走高压的储能路线,而不走低压大电容的储能路线。
昨晚试图从理论上解除自己的这个疑惑,查了以下电容的储能公式终于知道了原因。

E = UUC/2
U是电压,C是电容。

电容所存储的能量与电容量成正比,与电压平方成正比。
所以提高电压所能达到的增加储能的效果会非常显著的高于增加电容所能达到的效果。

明白这个这不是最重要的,重要的是我对这个电容的储能公式是怎样推导出来的产生了兴趣。
一晚上没睡好,一大早起来推导终于搞定出来,微积分知识早还给老师了。
所以用了一点取巧的办法,Word编辑的,公式与格式都不好贴,所以用图片贴上来。

1. 基本公式
图1.jpg

2. 面积法求输出能量
   图2.jpg

3. 假设电容恒流放电
   图3.jpg

4. 电容恒流放电时的电压-时间曲线
图4.jpg

5. 最终公式出炉
   图6.jpg

第一次发现推导公式还是比较有意思的。。。话说还是有点成就感的。
离开学习太久了,微积分已经不会了,但这不妨碍俺一颗追求真理的心,哈哈[s:116]
+15  科创币    lv    2012/10/09 高质量发帖
+25  科创币    badboy-fly    2012/10/09 全给可谢谢LZ
+20  科创币    科学人    2012/10/09
+25  科创币    原子裂变    2012/10/09 高质量发帖
来自:物理高能技术 / 电磁炮
12
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~~空空如也
钱小燕
12年4个月前 IP:未同步
459059
正找这公式呢,你给帮忙了
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量子隧道
12年4个月前 IP:未同步
459075
推倒赞。但是撸主思路有些问题。
1,用高压电容的原因是,可以获得更快的电流上升沿,更快地建立磁场力。这是至关重要的。否则效率就不会高。
2,储能确实与C线性相关;与V平方相关。但是若考察介电质的储能,其实是线性相关于介电质体积的。(相同介电质体积下,V加倍,C必然减半)
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badboy-fly
12年4个月前 IP:未同步
459085
非常感谢LZ我正需要这些公式
+1
科创币
猎鹰
2012-10-09
你的签名中的话不是我说的,我只是把里面的理工大学换成了科创论坛
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daxus作者
12年4个月前 IP:未同步
459094
引用第2楼量子隧道于2012-10-09 12:47发表的  :
推倒赞。但是撸主思路有些问题。
1,用高压电容的原因是,可以获得更快的电流上升沿,更快地建立磁场力。这是至关重要的。否则效率就不会高。
2,储能确实与C线性相关;与V平方相关。但是若考察介电质的储能,其实是线性相关于介电质体积的。(相同介电质体积下,V加倍,C必然减半)

嗯,更快的电流上升沿这点没有考虑到。

我推公式是假设的理想情况,以下两点是理想化的:
1. 恒流放电
2. 完全放电(放电结束后电容里不会残留电荷)
这两个条件在实际情况中是达不到的,只是为了推导公式而设定的。

关于高电压必然低容量的问题这个应该是常识了,但这应该是材料的问题,如果能找到一种材料:
1. 有很高的介电常数
2. 有很强的绝缘性能
那高压大电容就成为可能了,这应该是所有电武爱好者甚至JUN方的梦想。

但材料学的发展一向是所有基础学科中最讲运气的,也许这个材料明天就被研究出来,也许100年后也研究不出来。

所以对于高压大电容,个人认为储能方式的变革可能是另一条可行的道路。

偏楼了。。。[s:247]
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emp_
12年4个月前 IP:未同步
459099
作为一个局外人来说,我觉得不只是按LZ所说的原因,还有一个P=U*I,如果需要较大的瞬时功率P,而电压U较低,那么电流I就会很大,电流一旦大了,那么在导线上的压降u=I*r就大,那么能量损耗大,而且所用导线需要很小的阻抗才行,这样的话就很难办到了。
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daxus作者
12年4个月前 IP:未同步
459105
引用第5楼emp_于2012-10-09 13:59发表的  :
作为一个局外人来说,我觉得不只是按LZ所说的原因,还有一个P=U*I,如果需要较大的瞬时功率P,而电压U较低,那么电流I就会很大,电流一旦大了,那么在导线上的压降u=I*r就大,那么能量损耗大,而且所用导线需要很小的阻抗才行,这样的话就很难办到了。


这一点我不太赞同,以电磁Q为例,最重要的应该是磁线圈产生的磁场强度,而电磁铁的磁场强度是与线圈匝数以及电流成正比的,也就是说电流越大越好,匝数越多越好。但是匝数太多阻抗会上升,所以需要用电压来克服。

总的来说,走高压这条路从理论上看是灰常正确的。
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emp_
12年4个月前 IP:未同步
459114
回 6楼(daxus) 的帖子
无论如何,最终磁场强度什么的都会体现在能量上,如果没有瞬时的高功率电能提供,谈何能量输出。最后,还是逃不了P=U*I,结果一样[s:274]
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猎鹰
12年4个月前 IP:未同步
459118
请楼主给出理由说明本坛在使用高压的理由。(我倒是看到不少人在用低压。[s:220]    [s:220]    )

这是不同种类电炮适合的电源电压。
电炮电源.jpg


玩过电炮应该会知道电炮的瞬间电流是非常大的,如果电容量增加之后必然要通过加大电流来使放电时间(磁阻式线圈炮对放电周期有着严格的要求,如果周期的控制不当效率会很低)保持不变,这时放电的电流会很大,而承受大电流的可控硅价格昂贵。比如我之前做的线圈炮,储能约350J,电容量达到了9900uF,此时的峰值电流达到了2KA,超过了许多可控硅的承受能力而合适的可控硅价格也很高,因此我使用自制的大功率机械开关代替。 同时电流大了导线以及电容内阻的压降也会变得非常大,这也就是在业余条件下制作轨道炮难度大的原因之一,而且电容的内阻很难测量出来,如果电流太大,在之前的设计与计算中也会很麻烦,最后造成的结果是理论数据和实验结果差距很大。


目前本坛的线圈炮的电压还是挺合适的,就是轨道炮除了“曾哥”以外电压都有些偏高了。







外加放电波形,电流与电压的关系式。(可以发现由于负载的阻抗在不断变化,要达到合适的变形,电压也要不断变化)
放电波形.jpg
+25
科创币
badboy-fly
2012-10-28
好一个分析,我看到我的花名靓了。。。
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daxus作者
12年4个月前 IP:未同步
459134
回 8楼(猎鹰) 的帖子
通常,1KV以上就叫高压了,坛子里很多朋友都是用的几百V到上千V的电容来做电武。

大家不使用更大电压的电容(如10KV级别),个人觉得有几个原因:

1. 体积问题,通常耐压越高的电容体积越大
下图是1uF 20KV的电容,图片来自:
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/51244
图6.jpg

2. 成本问题,电压越高,价格越贵,同时配套的器件(如猎鹰兄所说的可控硅)价格也越贵

论坛里大部分还是爱好者,想做便携的,同时资金也有限,因此。。。

另外,本人没有做过电武,只是对这玩意很有兴趣,纸上谈兵,有错误的地方还请大家海涵。
但不用给面子,直接指出来大家讨论就是了。
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原子裂变
12年4个月前 IP:未同步
459165
所以我一直在找寻高压电容。。。不过高压比较危险,电源也不好找
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laji3865689
12年4个月前 IP:未同步
459849
引用第10楼原子裂变于2012-10-09 19:17发表的  :
所以我一直在找寻高压电容。。。不过高压比较危险,电源也不好找

电源不难搞吧,大不了用马克思发生器脉冲充电。
如果电压超过兆伏,电容不如发电机好搞
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