测试放电管大电流下的导通压降以及击穿电压
三水合番2018/01/18电磁炮 IP:未同步
上个月弄了些放电管测了一下,趁现在放假把测到的东西发出来

这里提到的放电管指的是“气体放电管”。由于是用击穿气体的方式导电的,所以会有比较大的导通压降,然而手册上通常只会给出1A电流下的数据。显然,这个测试条件和电磁炮开关的应用条件差别太大。之前也曾经到处搜过,不过没查到相关的数据,所以就自己实测了一下。

这次主要测试了标称直流耐压350V的三极放电管(型号:T83-A350X)
这个东西长这样
image.png
附上它的手册:
attachment icon T83-A350X.pdf 191.04KB PDF 107次下载 预览 这次测试使用了两种不同的触发方式,首先是主功率回路接在三极放电管的两侧,触发接在中间的电极
三极放电管 中间触发.jpg
之后也尝试了把主功率回路和触发都接在放电管的两端
三极放电管 两侧触发.jpg
以上两种方式均可可靠的触发,且测得的电流电压曲线没有明显区别。
其中,主功率回路上的电感使用0.8mm漆包线双线并绕,大概一共20到30匝,有三层。线圈内径13mm,长约17mm,外径小于21mm。线圈电感10uH,内阻30.2mΩ。测试时使用空线圈,没有加弹丸。
1mΩ的电阻是一根长3cm,直径0.8mm的裸铜线,用来检测电流。
变压器是高压条用的变压器,用电桥测电感的方法得到它的匝比约为119:1
image.png
变压器初级的开关是普通的微动开关,变压器次级的电容是两个1nF的1812贴片电容并联。

主功率回路上的电容用实测容量189uF,内阻0.9mΩ的薄膜电容时,电容充电至104V触发,得到放电管上的电压电流图像如下
104v.png
由于检流用的1mΩ电阻寄生电感的影响,直接把电阻上的压降当成电流会出现比如“触发瞬间电流不为零”,“电流反向压降却没反向”的错误。用电阻上的压降和电容上的电压相加减可以得到正确的电流曲线,不过当时比较懒,没去测。请大家自行脑补蓝色线和一个指数衰减的余弦函数相加减,得到两端过零的实际电流……不过至少,直接拿电阻上的压降当电流不会出现特别大的误差,要求不高的话直接这么看貌似问题也不大。
电容充电至约250V时如下
250V.png
电容充电至约340V时如下
340V.png
从中可以看出,T83-A350X大电流下的导通压降在20V左右。会随电流变化,不过变化不十分明显,即使通过1kA以上的电流,导通压降也仅增加到接近25V。还可以看出,放电管没法可靠有效的关断。在高频下,即使电流过零且电容电压没到直流击穿电压,放电管也不会自动关断。

主功率回路上的电容用0.3uF的电磁炉电容时,测试放电管的击穿电压如下:
下图是接在放电管中心和侧边引脚时的电压时间曲线(看起来这里用的电容充电电源还挺恒流的)
中间击穿电压.png
下图是接在三极放电管两个侧边引脚时的结果
两侧击穿电压.png
可以看出,三极放电管的两侧引脚间的击穿电压与两侧到中间引脚的击穿电压既不相同也不是二倍关系。更长时间的测量结果显示,放电管短时间内每次的直流击穿电压没有可观测到的区别,但是长时间放电后(大概5分钟)击穿电压会有十几V的下降,上面两张图就是放电5分钟后记录的。不过当时忘了测这个电压下降的原因是长时间放电导致的温度升高,还是放电导致的老化。

另外捎带着试了一下3500V的二极放电管(型号:A71-H35X)
这东西长这样
image.png
附上它的手册:
attachment icon A71-H35X.pdf 121.93KB PDF 97次下载 预览
测试用电路如下
二极放电管.jpg
出于某种原因,那个119:1的变压器输入12V时,只接示波器表笔的时候,能产生4kV左右的尖峰(可能是变压器漏感和表笔电容谐振到了二倍压)。然而,接到测试电路里之后就测不到任何尖了……放电管也没能被成功的触发。不过,放电管貌似依旧会有轻微的导通。在用5uF的电磁炉滤波电容做主功率回路电容充电到三四百V的时候,每次按下触发键的时候,电容上的电压都会有轻微的下降,从几V到几十V都会有。不过当时忘记把波形记录下来了。


来自:物理高能技术 / 电磁炮动手实践:实验报导
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1
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~~空空如也
三水合番 作者
6年11个月前 IP:未同步
842655
引用 iSee:
关于放电管的寿命问题,我没查到它会因为什么而性能下降……也没查到寿命耗尽后哪些参数会发生怎么样的变化……所以我才没主动对于放电管的寿命问题发表观点😂
那个三极放电管测试完后被夹开了,里面长这样
IMG_20171204_140129.jpg
被夹开之前它应该经历过不到十次的大电流放电,以及共计5分钟左右的0.3uF电容的放电(6mA充电至击穿)
有一侧的电极表面略有发黑,没有肉眼可见的形变。
至于应用场合嘛,个人感觉它无比适合感应式(要不然我也不会去测它了)
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三水合番作者
6年11个月前 修改于 6年11个月前 IP:未同步
842661
引用 iSee:
250J的话……放电管可能会炸😂(线圈也可能会炸)
个人感觉,对于动能武器来说,追求“单级50J”这种级别的加速度意义不大,因为在一级线圈的长度之内,电容存不了那么多电能……
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三水合番作者
6年11个月前 IP:未同步
842663
引用 iSee:
单级还用啥放电管嘛……直接用机械开关不就完了😂
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三水合番作者
6年11个月前 修改于 6年11个月前 IP:未同步
842668
引用 iSee:
我的意思是……既然用放电管,肯定是要做多级……
触发电路笨重复杂说明……触发电路的设计不好😂
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三水合番作者
6年11个月前 修改于 6年11个月前 IP:黑龙江
842827
引用 iSee:
触发精度并不是问题……对于触发的随机误差来说,使用光电开关完全可以做到小于1mm的位置误差;使用软件定时的话,时间的误差就是一个时钟周期加上晶振的误差。这种精度做到音速都绰绰有余……

曾经有人尝试过多级感应式,比如这位
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/70091
不过他的放电管炸了……后来也没有更多的内容了
记得也曾经有人试图用可控硅做多级感应式,不过貌似也是开关烧掉了,而且没有以帖子的形式发表
看起来最大的问题在于开关的性能不够
至于效费比,这个因素顶多是导致做的少,而不会导致一个都没有

另外,楼歪的有点厉害了……如果要继续讨论多级感应式,建议另开一贴
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三水合番作者
6年11个月前 IP:黑龙江
842845
引用 iSee:
额……讨论多级感应式请另开一贴……
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三水合番作者
5年4个月前 IP:欧洲
862584

想的是用电容隔直,让放电管的总耐压变成两个缝隙的耐压之和。

不过你这么一提,确实感觉这里接的不对。应该接两个电阻分压一下,要不然其实和没接这个电容没啥区别😂

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三水合番作者
2年4个月前 IP:四川
905445
引用Ball_Lightning发表于25楼的内容
三水,问你两个问题能不能讲一下1.上图这个电路的工作原理是啥啊。我没看懂(为啥缝隙两端不会被电容压降...
  1. “缝隙两端被电容压降”是啥意思?

    这个电路在触发前2nf电容一端电压是0(通过变压器接地),另一端是储能电压。触发时,变成一端是变压器输出电压,另一端是“变压器电压+储能电压”。只要“变压器电压+储能电压”大于放电管耐压,就能击穿放电管触发

  2. 你是指22楼提到分压电阻吗?那个要用两个阻值一样的高阻值电阻,从三极放电管中间的电极,分别接到两端的电极上。

    击穿一个缝隙后,一方面产生等离子体会有一部分扩散到另一个缝隙那里,降低另一个缝隙的耐压。另一方面,储能电压从两个缝隙平分,变成集中在一个缝隙上。

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三水合番作者
2年4个月前 IP:四川
905458
引用Ball_Lightning发表于28楼的内容
刚才我把高压包和自制的高压电容(3nf左右)串联然后(在大电容没电的情况下)并在二级间隙两端,打开高...

我不了解“他的电弧为啥会出现两条路径”


你在25楼引用的那张图,我当处用它也没能成功触发放电管。对此我倾向的解释,之前在你的帖子下面回复过

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/s/xykxo08x 

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三水合番作者
2年4个月前 IP:四川
905467
引用Ball_Lightning发表于30楼的内容
emmmmmmmmmmmmm…………可能那个2nf电容不能原样把电势差抬高,我的小电容被充电也许就是...

sticker 啊……那估计是给350v的放电管用,两种都能可靠触发。但是给3500v的放电管用的时候,后面那种就不能触发了

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