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轨道炮电流数据,去除检流电阻的寄生电感的影响
三水合番2025/01/31电磁炮 IP:黑龙江

前段时间,我们推出了一款轨道炮产品:

https://www.kechuang.org/t/90735

产品帖子的20楼里,给出了“可以代表电流波形的数据”,如下图

image.png

它是一根导线上的电压波形,这根导线用来将轨道连接到电路板上。测试时的场景如下图,示波器探头接在右下角的红线上

image.png

导线电阻是1mΩ,所以每1V电压对应1kA的电流,把电压波形的数值乘以一千,就得到对应的电流波形。

但是这个对应关系只适用于直流和低频信号,对于高频分量是很不准的。这是因为该导线上带有寄生电感,所以测量到的高频信号幅度会严重偏大。在上面的电压波形图里,这主要体现在两个红圈处:一个是,在刚触发时,电压波形瞬间跳变到了5V,这显然不对应正确的电流波形,因为回路电感不可能允许如此快速的电流上升。另一个是,在接触不良时,会出现负的电压,而该电路拓扑不可能出现反向的电流。



想要得到正确的电流波形,需要对上述电压波形进行处理:将“寄生电感+检流电阻”的总的电压波形里的“寄生电感”的分量去掉,变成“只有检流电阻”的电压波形,简称为“去电感”。因为“寄生电感+检流电阻”的系统是一个线性时不变系统,且可以用低阶微分方程描述,所以可以通过解析公式,实现去电感。实际操作时,先将示波器测到的原始电压波形保存为表格文件,然后将“去电感公式”以代码的形式施加到这个文件上。

可以用ai来实现上述操作。我的做法是,与ai(openai的o1模型)进行三场对话。第一场对话里,让它推导去电感的解析公式。第二场对话里,让它写一个适配示波器文件格式的,导入数据用的脚本。然后在第三场对话里,让它把解析公式变成代码,并且和导入数据的脚本结合起来,再加上绘图,保存文件等细节功能。

三场对话如下:

https://poe.com/s/BUZBl7q7qpBLyCxEl8QT

image.png


https://poe.com/s/rQ6jtTGMTrwB8kwR7qrC

image.png


https://poe.com/s/1JGW9WMuZdjxtikSzqpT

image.png


之后会得到两个python脚本。运行其中的“de_Indc.py”,即可得到去电感后的电流波形,如下图

image.png

实验数据和脚本如下:

attachment icon实验数据去电感.zip9.39MBZIP1次下载

上图里,红线是原始的示波器电压波形除以1mΩ,橙线是去电感后的电流波形。

接触不良时的波形如下:

image.png

image.png


上述操作都是ai完成的,存在胡说八道的可能。所以我用仿真进行了验证:在仿真里,令一个已知的电流波形通过“电感+电阻”,然后将得到的电压波形导入到上述脚本里,对其进行去电感操作,再将“去电感后的波形”和已知波形进行比较,看它们是否一致。

仿真用的电路如下,用了一个输出chirp信号的电流源。

image.png


脚本输出的结果如下:

image.png

红线是“电感+电阻”的波形,蓝线是去电感后的波形,绿色点线是输入波形。蓝线和绿线基本重合,所以上述去电感脚本应该是正确的。不过蓝线和绿线之间还是存在一点微妙的不同,表现为蓝线的幅度略大一点,原因不明,可能脚本不是那么正确。但至少比没修正之前准太多了,还是够用的。

验证用的仿真文件和脚本如下。仿真用的是multisim 14。

attachment icon仿真验证.zip401.18KBZIP1次下载


[修改于 1个月2天前 - 2025/01/31 21:29:16]

来自:物理高能技术 / 电磁炮严肃内容:专著/论述
10
 
10
新版本公告
~~空空如也
三水合番 作者
1个月2天前 修改于 1个月2天前 IP:黑龙江
941756

去电感后的电流的积分(电荷量)和导数(di/dt):

current_kc5080.02 Vcap Irail 1mR_000_ALL.png

current_kc5080.02 Vcap Irail 1mR_000_ALL_derivative.png

current_kc5080.02 Vcap Irail 1mR_000_ALL_integral.png


接触不良时的波形如下:

current_kc5080.02 Vcap Irail 1mR_002_ALL.png

current_kc5080.02 Vcap Irail 1mR_002_ALL_derivative.png

current_kc5080.02 Vcap Irail 1mR_002_ALL_integral.png


最大di/dt基本都在110A/us附近,电荷量基本在1.7C附近。

储能电容的容量,按标称值算是0.22F。1.7C的电荷量,对应7.7V的电压变化,即从15V降到7.3V。示波器测到的发射后电压是7V左右,差别不大


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BSP
1个月1天前 IP:广东
941765

酷啊,三水是加入科创论坛了吗1f60d

这个校准的思路感觉有点像去嵌,这个准确性是不是得依赖于精确测得的寄生电感值,nH量级的电感是用的啥表测的

我看这个带宽大约在10MHz量级,是否可以用经过校准的罗氏圈或者电阻式电流探头验证一下最终的结果


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三水合番作者
1个月1天前 修改于 1个月0天前 IP:黑龙江
941773
引用BSP发表于2楼的内容
酷啊,三水是加入科创论坛了吗这个校准的思路感觉有点像去嵌,这个准确性是不是得依赖于精确测得的寄生电感

酷啊,三水是加入科创论坛了吗

没,我现在还在上学1f62d

这个轨道炮的项目算是各取所需的合作:科创得到一个轨道炮的设计,我则是得到一个“以产品的形式公开发表”的成果。

这个轨道炮在我手里也是拖得太久了。最初的版本应该是19年就做出来了,当时就曾经做到过对穿铝易拉罐。但是我严重缺乏生产力,一直没能做到足以发表的完成度,就一直拖了下去。后来23年在武汉的那次电炮会议上,我带了个和现在的版本比较接近的东西,这个炮才算是“私下”发表了。然后以此为契机,24年初科创收到了一个小订单,于是我把这个炮的设计细化到了和现在基本一样的形式,量产了一小批。

上述“轨道炮”都是指炮体本身,不包括其它部分,比如电容,开关。我的生产力极为有限,像是 #940072 里的那种电路板,我是没有精力去做完的。24年初的那一小批,电源用的是淘宝上现成的“电池储能的点焊机”。这种操作是最省心的,但是不适合作为产品,毕竟点焊机的成本还是太高了。所以之后在24年底,由科创那边出力,设计了PCB,并且微调了各种细节,才形成了适合发售的产品,也就是 #940072 。要是没有科创提供生产力的话,这个炮恐怕还要在我手里继续鸽下去,时间长了就要消失在历史长河中了


这个校准的思路感觉有点像去嵌,这个准确性是不是得依赖于精确测得的寄生电感值,nH量级的电感是用的啥表测的

是的,需要有准确的电感量。这应该是 @书呆子 测的,我不了解细节。估计就是用lcr电桥夹了一下。

他发给我的电感量是65nH,顶楼里“去电感”的脚本里用的电感量是40nH。

这个电感量除了事先测量,还可以反过来,根据去电感后的结果修正。因为这个电流波形是存在一些预先知道的特征的,比如它在弹丸出膛后,会迅速下降到零。同时根据电路结构,它又不会出现负值。所以在弹丸出膛后,它应该是以刚好不会出现负值的速度,迅速下降到零,可以据此调整算法里的电感量——若算法用的电感量过小,则会出现负电流;过大则会在弹丸出膛后,出现看起来很不合理的拖尾。

这个路子比较野,最好不要这么做,至少也应该用其他手段来验证结果准确性,比如你提到的各种探头。不过这些都还没做


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RodTech
1个月1天前 IP:美国
941776

考虑到罗氏线圈要积分,检流电阻有电感问题和差分探头共模性能差,光纤隔离差分探头太贵等问题,古人发明了一种直读式分布式补偿电流变压器。频率和相位响应平直,是一个CT接一个电阻所不能比拟的。


https://www.pearsonelectronics.com/


里面是许多绕组和许多RC元件堆起来的,就连低带宽的版本拆解也较为复杂。

https://highvoltageforum.net/index.php?topic=2997.0


有人尝试DIY,我们也尝试diy,效果不佳。

https://highvoltageforum.net/index.php?topic=914.0


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量子隧道
1个月1天前 IP:广东
941797
引用三水合番发表于3楼的内容
酷啊,三水是加入科创论坛了吗没,我现在还在上学这个轨道炮的项目算是各取所需的合作:科创得到一个轨道炮

很不错的应用,尤其是考虑到借用了LLM AI的力量。从65nH到40nH是自己逐渐试出来的吗?

btw,我也买了一个同款轨道炮玩了一下,挺不错,能轻松穿快递纸壳子。我根据出口速度60m/s,和磁场强度1T估算了一下,发现出口瞬间动子反电动势大约是零点几伏。具体值不记得了,大概吧。我在想,这是否说明此炮的效率还有很大提升空间。原理上是电枢反电动势占剩余电容电压的比例越大,效率越高。我在想,如果把炮管加长到几十厘米,同时加大总电容量,让电枢在运动的后半截达到一个可观的(更高的)速度,让反电动势达到一个可观的总比例,例如,达到几伏/15V,可否让此炮表现更为惊艳。


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BSP
1个月0天前 IP:广东
941809
引用RodTech发表于4楼的内容
考虑到罗氏线圈要积分,检流电阻有电感问题和差分探头共模性能差,光纤隔离差分探头太贵等问题,古人发明了

看错横坐标了,频率是10kHz数量级,上升时间5us,峰值电流2kA,那其实用符合量程的任意电流探头就可以验证了吧,除了电流大点别的参数都不是很极限


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BSP
1个月0天前 IP:广东
941810

话说像泰克ticp系列这种电阻式电流探头,看说明书也没给配分流器,是让用户直接用普通电流检测电阻吗,是不是有别的选配电流检测电阻的款式,公司没有这种需求没机会玩到这种好东西,

之前展会有看到国产电阻式电流探头用了个什么“同轴电阻”宣称能减小寄生电感,当时没在意,现在也找不到叫什么名字了


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BSP
1个月0天前 IP:广东
941812
引用三水合番发表于3楼的内容
酷啊,三水是加入科创论坛了吗没,我现在还在上学这个轨道炮的项目算是各取所需的合作:科创得到一个轨道炮

你不会读博了吧我刚上大学你在上学我都毕业上班了你还在上学1f643

像是 #90735 里的那种电路板

你你引用的俩文号都是晶体养成的老老老帖子里面的一层回复帖,是贴错了吗还是有bug

后来23年在武汉的那次电炮会议上

艹,啥时候开的电炮会议,我没成果居然不邀请我,下次要带我啊

是的,需要有准确的电感量。这应该是 @书呆子 测的,我不了解细节。估计就是用lcr电桥夹了一下

这个电感量除了事先测量,还可以反过来,根据去电感后的结果修正。因为这个电流波形是存在一些预先知道的特征的

这么说来,其实这篇帖子测到的波形也相当于一个“lcr电桥”在测量时注入激励后测到的电压波形,能够使用算法还原也是自然而然的事情了,根据已知的波形特征也能像lcr电桥一样“测量”寄生电感。

这个路子比较野,最好不要这么做,至少也应该用其他手段来验证结果准确性,比如你提到的各种探头。不过这些都还没做

做嘞做嘞,这样一套下来就变成一个完美的实验了

还好没有消失在历史的长河中。。



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三水合番作者
1个月0天前 IP:黑龙江
941828
引用量子隧道发表于5楼的内容
很不错的应用,尤其是考虑到借用了LLM AI的力量。从65nH到40nH是自己逐渐试出来的吗?btw

从65nH到40nH是自己逐渐试出来的吗?

是的


我在想,这是否说明此炮的效率还有很大提升空间。原理上是电枢反电动势占剩余电容电压的比例越大,效率越高。

是的。永磁轨道炮里,只有消耗在反电动势上的电能,才会变成机械能。所以提高效率的核心就是提高“反电动势占电源电压的比例”。如果没有摩擦力的话,这个比例就是效率。

这个反电动势的影响也能在顶楼的波形图里看出来:

image.png

波形在最后会有一个小的上升。这个就是因为弹丸已经脱离了磁场区域,所以反电动势消失,但是依然和轨道保持接触,所以电流会有所上升。


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三水合番作者
1个月0天前 IP:黑龙江
941829
引用BSP发表于8楼的内容
你不会读博了吧我刚上大学你在上学我都毕业上班了你还在上学像是 #90735 里的那种电路板你你引用的

看错横坐标了,频率是10kHz数量级,上升时间5us,峰值电流2kA

去电感后的电流上升时间是80多us


你不会读博了吧我刚上大学你在上学我都毕业上班了你还在上学

是啊1f623


你你引用的俩文号都是晶体养成的老老老帖子里面的一层回复帖,是贴错了吗还是有bug

刚改过来了,我之前以为文号就是链接后面那一串数字……


艹,啥时候开的电炮会议,我没成果居然不邀请我,下次要带我啊

这有个会议报道:

https://www.kechuang.org/t/89166

下次就不好说是啥时候了1f602 曾经科创还有年会呢,但最后一次都已经是2018年的事了


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