薄膜谐振关断磁阻(理论篇)
书呆子lhj2022/10/22电磁炮 IP:广东
关键词
薄膜电容可控硅谐振关断能量回收

最近,想用薄膜电容当作磁阻炮的储能元件,替代传统的铝电解电容,感觉效率能做挺高的,甚至有希望达到20%,设想如下:

IMG_20221022_161138.jpg

当电容、线圈、电阻和开关构成上图的电路,给电容储存一定的能量后,闭合开关S,然后电路上就会出现这样的放电情况:

IMG_20221022_161143.jpg

特别地,如果储能电容是铝电解电容,放电就不会是这种情况,原因是铝电解电容不允许反压。而这种现象叫做零输入(无输入)的RCL谐振(其实也就是RCL震荡放电)。

IMG_20221022_161528.jpg

如果线圈没有对外做功,波形与横轴的交点间距是一定的,如上图,2t为一个谐振周期。

当在0--t/2时间时,电容放电而电感(线圈)在充电,电感把电能转化为磁场能暂存越来。

当到t/2时,电容电压为零,而电感电流达到峰值。

当t/2--t时。电感反过来给电容充电,此时电容出现反压。

当到t时,电容反压达到最高。

……如此周而复始下去……

上面的电路图中,因为S是双向导电的,所以电路会一直发生谐振,直到电路上的能量被电阻耗尽为止。

而从上面的现象也该了解到。电容电压在0时刻时电压最高,而在t时刻又出现一个反压的最大值,此时电路上电流为零,是电流由正向变反向的临界点。从电容电压为零开始,到反压最高,仔细想一下,其实这就是一个电容把线圈的电磁能回收的现象。就是所谓的能量回收,这个就是今天所谈论话题的重点。为什么会想到用薄膜作储能元件。


那么如果想把这个电路应用在磁阻炮上。那该怎么去用呢?就想方设法让电流为零,电容为最高负压时中止谐振。

嗯……想想?

用igbt可以?是可以开也可以关的器件😄。但,今天主角不是它。因为薄膜电容耐压普遍比较高,igbt耐压是个问题,而使用薄膜电容的电路上的电流也很容易做挺大。所以igbt会吃不消,不是最佳选择。


而我选择常见的可控硅充当开关。它会发生怎么样的情况?

嗯?但印象里可控硅能开不能关呀?怎么让谐振中止?

对于这些问题,比较有意思的是,先注意一下可控硅的符号:

IMG_20221022_170438.jpg

像二极管不?就多了条尾巴。为什么电气工程上会把可控硅的符号画得这么像二极管呢?原因是,它也有像二极管一样的单向导电的特性,加上可以控制,所以多了条尾巴。

把它替换开关S后,由于单向导电性,谐振电路的工作就会停止在t时刻。

再留意一下可控硅70tps16的关断条件:

  1. Ikg=0、Uka<0(k极与g极之间电流为零,K与A之间为反压)(注意:是可控硅KA极的反压,不是电容的反压)

  2. Ikg=0、Ika<200mA(k极与g极之间电流为零,k与a之间电流小于维持电流)

可控硅有KAG三极(分别是阴极、阳极、触发极),可控硅的导通并不需要Ikg来维持,对于70tps16只需要100ma 10us的脉冲即可。

在t时间上,发现这两个条件都满足(只需满足其中条件之一即可),所以可控硅在工程上多用作整流桥器件就是这个原因。

上今天所论述的电路图,重点:

IMG_20220913_220716.jpg

一个电容给两个线圈供电,把从第一个线圈回收到的能量给第二个线圈用,并让电容的余压回到正压。为下一次zvs充电带来方便。这也是为什么说这个电路做磁阻的主功率回路效率高的原因。

[修改于 2年2个月前 - 2022/11/02 07:20:31]

+1  学术分    虎哥    2022/10/30 提出一种新的理论构想并做了逻辑检验。
来自:物理高能技术 / 电磁炮
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~~空空如也
书呆子lhj 作者
2年2个月前 修改于 2年2个月前 IP:广东
909616

这个方法,有igbt的可关断磁阻的能量回收,效率也高,优势在于控制简单,用光电控制即可,协调好L与C的关系,就能控制脉宽(即放电时长),出速稳定,劣势是体积稍大。

但全面优于铝电解无关断磁阻。与无关断磁阻相比的缺点是工程量稍大。

但工程量又远低于igbt磁阻。所以薄膜谐振关断磁阻是两者之间的存在

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书呆子lhj作者
2年2个月前 IP:广东
909622

过几天我会发表完整方案及注意事项。

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rb-sama
2年2个月前 IP:湖北
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学习了,已在群里拜读,

打算买电容回来玩这个,SCR方案的好处是单位体积比IGBT耐操

最近仿真看,似乎调试的基础是要求在正、负电压半周调整到均摊效率最大,

才能保证对两级(一电容)的总体能量利用率最大

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rb-sama
2年2个月前 IP:湖北
909728

我最近也在思考一个问题,能否用两个电解电容背靠背的方式来代替薄膜电容?

这样储能密度就可以大大提高,并且降低体积

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书呆子lhj作者
2年2个月前 IP:广东
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引用rb-sama发表于3楼的内容
学习了,已在群里拜读,打算买电容回来玩这个,SCR方案的好处是单位体积比IGBT耐操最近仿真看,似乎...

嗯对,最优出速是需要前后两级来调配的。在模拟的过程中,我希望在保证前级的效率与出速的前提下保证多留点能量给后级。搞谐振磁阻的模拟仿真,想得到比较好的数据,难点确实在这。

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三水合番
2年2个月前 IP:四川
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引用rb-sama发表于4楼的内容
我最近也在思考一个问题,能否用两个电解电容背靠背的方式来代替薄膜电容?这样储能密度就可以大大提高,并...

用两个电解电容背靠背“,可以试试无极性电解电容,淘宝上关键词用cd60,能搜到给电机启动用的无极性电解电容

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书呆子lhj作者
2年2个月前 修改于 2年2个月前 IP:广东
909745

纠正一下,上文为了方便解释原理,只作个草图的图象,各个波形与横轴的交点与实际的有点偏差,原因就是R(已包括线圈内阻,电容内阻在里面)的存在,使得电流的峰值与电容电压的零点不在同一时刻的现象,为了得真正的放电情况,特地去跑了一下Multisim仿真,结果如下:

mmexport1666784033214.png mmexport1666784030717.png

上面的草图的t/2时刻在此图中分裂为t1和t2了。

供参考。

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虎哥
2年2个月前 IP:四川
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有那么一点粒子加速器的气氛了😂

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头疼脑壳昏
2年2个月前 IP:湖北
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sticker   呆佬


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书呆子lhj作者
2年2个月前 修改于 2年2个月前 IP:广东
909782
引用头疼脑壳昏发表于9楼的内容
  呆佬

😰要叫就叫我书佬

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花雨繁星
2年2个月前 IP:广东
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