www.FoAr.ru - ФОрум АРсенала » Архив (только для чтения) » Теория » Различные топологии койлгана

Страниц (2): [1] 2 »
 

1. Evgeny - 17 Августа, 2008 - 02:04:09 - перейти к сообщению
В данной теме приводятся различные основные способы организации работы электромагнитного ускорителя.
2. Evgeny - 17 Августа, 2008 - 02:32:10 - перейти к сообщению
Часть 1. Одноступенчатая система.

В простейшем случае электромагнитный ускоритель содержит всего одну ускоряющую катушку - такая конструкция получила название одноступенчатой.

Катушка питается от единственной батареи конденсаторов, в простейшем случае от одного конденсатора, либо от нескольких, соединённых параллельно, последовательно, либо параллельно-последовательно.

В момент выстрела замыкание цепи питания катушки (её подключение к конденсатору) происходит с помощью какого-либо ключа.

Ключ может быть с размыканием и без размыкания.

Ключ без размыкания является более простым. При выстреле катушка подключается к конденсатору и через катушку начинает течь ток. Ток течёт до тех пор, пока конденсатор полностью не разрядится на катушку.
В качестве ключа без размыкания может применяться мощная кнопка (тумблер), пакетный электровыключатель, тиристор, а при высоковольтных конденсаторах - разрядник.
Основной недостаток ключа без размыкания - невозможность прервать ток в катушке в момент, когда пуля уже полностью втянулась в катушку и дальнейшая работа катушки вызывает торможение пули - появляется так называемый эффект обратного втягивания.

В электрической цепи ключ может находиться сверху (см. левый рисунок) и снизу катушки. Выбор места определяется удобством управления этим ключом, поэтому при использовании тиристора ключ чаще расположен снизу, так как удобнее тиристором управлять относительно его катода (на рисунке справа).
3. Evgeny - 17 Августа, 2008 - 03:18:07 - перейти к сообщению
Избавиться от обратного втягивания можно с помощью ключа с размыканием. Такой ключ может быть выполнен с помощью транзистора, который можно не только включить, но и выключить в нужный момент. В качестве транзисторного ключа в койлгане применяются полевые (MOSFET) транзисторы и IGBT-транзисторы.

Ключ включается в момент, когда пуля находится перед катушкой, а когда пуля втянется внутрь катушки, ключ выключается. Ток в катушке прекращается и торможения при дальнейшем движении пули не возникает. Это даёт прирост энергии пули процентов на 15 больше, в сравнении с неразмыкающимся ключом.

Тиристор также можно применить в качестве ключа с размыканием, если суметь его закрыть. Кроме того, существуют специальные запираемые тиристоры.
Обычный тиристор так просто не закрывается и находится в открытом состоянии до тех пор, пока ток через него не прекратится по какой-либо причине. Например, пока конденсатор не разрядится полностью.
Известны несколько схем принудительного запирания тиристора. Одна из таких схем, например, применялась в тиристорном узле телевизионной развёртки, но для применения в койлгане обычные схемы запирания тиристора не очень подходят. По этой причине я придумал схему запирания, специально адаптированную для использования в электромагнитном ускорителе. Впервые эта схема была применена в койлгане "Псков-1100" и названа "V-switch", по первой букве моей фамилии и за характерные очертания, напоминающие букву V. Название к схеме привязалось, и так она теперь и называется и у нас, и за рубежом.
Схема была повторена и с индуктивными датчиками положения пули, и с оптическими.
Топология V-switch не очень простая, её применение даёт некоторую прибавку к КПД ускорителя, но на мой взгляд, эта прибавка всё же не оправдывает требуемого для V-switch усложнения схемы. Другие конструкторы, проверившие и повторившие эту топологию вероятно придерживаются того же мнения: Да, результат увеличился, но возможно не на столько, как хотелось бы. Такого же прироста можно достичь простым увеличением на 15-20% исходной энергии конденсатора (это же соображение касается и применения транзисторного размыкающегося ключа).

Работа V-switch подробно описана здесь: Электромагнитный пистолет " Pskov 1100" .

Про V-switch приходится здесь писать больше, чем эта схема заслуживает, лишь потому что в некоторые деятели, от природной злобы и просто, по скудоумию, пытаются плеваться в мою сторону, утверждая, что эта схема стянута мной на иностранных сайтах по электромагнитному оружию и якобы была применена в других койлганах раньше, чем в Пскове-1100. Это, конечно, ложь, но зато впредь мне наука - теперь свои новые идеи я патентую. V-switch тоже, кстати, хоть и не очень полезная, но красивая и патентоспособная схема. Но в 2003 году мне как-то совершенно не пришло в голову, что в будущем схема V-switch будет вызывать какой-то шум. Так что если у вас есть новаторские идеи - или патентуйте, или никому про них не говорите. Иначе стырят и вас же обвинят в плагиате. Оформить патент стоит 2700 рублей. Ладно, лирическое отступление закончили и поехали дальше.

Слева на рисунке упрощённо показана топология с ключом на IGBT-транзисторе, справа - V-switch
4. Evgeny - 17 Августа, 2008 - 03:34:34 - перейти к сообщению
К моменту выключения конденсатор либо не успеет разрядиться полностью, и в нём останется какое-то напряжение и энергия, либо будет полный разряд конденсатора. В некоторых случаях, при определённом соотношении параметров катушки и конденсатора, они образуют колебательный контур с затухающими колебаниями. Тогда к моменту выключения ключа, конденсатор может не только успеть разрядиться, но и успеть и перезарядиться до некоторого противоположного напряжения. Для недопущения такого обратного перезаряда конденсатор должен быть зашунтирован диодом в обратной полярности. Такая же ситуация может произойти и в схемах с неразмыкающимся ключом.
На рисунке красным цветом показан шунтирующий диод, защищающий конденсатор от перезаряда противоположным напряжением.
5. Evgeny - 17 Августа, 2008 - 03:41:11 - перейти к сообщению
Так как катушка обладает существенной индуктивностью, то при попытке резко оборвать ток через неё, индуктивность будет этому очень сильно препятствовать. В результате на выключенном ключе возникнет высокое напряжение (ЭДС самоиндукции), стремящееся найти где-то лазейку, например, пробить выключенный ключ, и таким образом поддержать ток в индуктивности на прежнем уровне. Чтобы защитить ключ, катушку необходимо зашунтировать диодом. При выключении ключа ток с выводов отключенной катушки направится через диод, и постепенно спадёт из-за потерь на сопротивлении катушки.
Отмечу, что сразу после размыкания ключа весь ток, только что проходивший через ключ, полностью пойдёт через диод. Поэтому диод должен быть выбран с учётом этой силы тока.

Чтобы ток в катушке спадал побыстрее, последовательно с диодом можно включить добавочный резистор. Тогда ток будет уменьшаться не только благодаря сопротивлению катушки, но и сопротивлению этого резистора.

Но добавочный резистор мешает прохождению тока и на отключенном ключе напряжение будет повышенное. Поэтому тут нужно найти компромисс - с одной стороны резистор должен быть достаточно большим, чтобы ток спадал относительно быстро, не вызывая обратного втягивания пули. С другой стороны, повысившееся напряжение на ключе не должно пробить сам ключ.

Сопротивление самой катушки обычно может быть порядка 1 Ома, а добавочный резистор при этом может быть около 10 или 15 Ом. Такая прибавка сопротивления может существенно ускорить спад тока после выключения ключа, а напряжение на ключе при этом повысится примерно раза в полтора-два.

На рисунке слева красным цветом показан защитный диод, а справа - схема с защитным диодом и добавочным резистором.
6. Evgeny - 17 Августа, 2008 - 04:47:31 - перейти к сообщению
Следующую любопытную топологию предложил __Санёк__.
В его схеме применены два ключа, соединённые последовательно. Один - только замыкаемый - К1, второй - только размыкаемый - К2 (рисунок слева).

Пример реализации таких ключей показан на рисунке справа.
Первый ключ - тиристор, второй - предохранитель.
При включении тиристора через катушку начинает течь ток, в какой-то момент срабатывает предохранитель и ток от конденсатора прекращает течь в катушку.
Предохранитель может быть одноразовый (плавкий), или многоразовый (автоматический). Предложенное решение теоретически красивое, но на практике, вероятно, будет обладать некоторыми недостатками.
7. Evgeny - 17 Августа, 2008 - 04:53:30 - перейти к сообщению
Вероятно, автоматический сетевой выключатель - пакетник (см. рис.) при определённых условиях может совместить в себе замыкаемый и размыкаемые ключи, так как способен и включать цепь, и выключать при срабатывании токовой защиты. Если остальные элементы (конденсатор, пулю и катушку) подобрать так, чтобы время срабатывания защиты в пакетнике совпадало с моментом втягивания пули, как раз получится автоматическое размыкание. На сколько я знаю, некоторые пакетники имеют регулировку тока срабатывания (иногда он расположен внутри, иногда регулятор торчит наружу). Регулируя ток срабатывания можно более точно подобрать момент выключения.
8. Evgeny - 17 Августа, 2008 - 05:14:21 - перейти к сообщению
Наиболее эффективной топологией управления катушкой является схема косого полумоста. В такой схеме ток в катушке начинает течь при одновременном замыкании двух транзисторных ключей. Размыкаются ключи также одновременно. После этого катушка оказывается через диоды снова подключена к конденсатору, но остающийся в катушке ток теперь заряжает конденсатор. Если в конденсаторе после выстрела осталось напряжение, это вызовет ускоренное уменьшение тока в катушке.
В сравнении с другими схемами койлганов, полумост направляет остаток энергии, находящейся в катушке после выстрела, обратно в конденсатор. То есть пуля в одноступенчатой системе с полумостом не полетит быстрее, чем в системе с одним транзистором, но после выстрела в конденсаторе останется больше энергии. Поэтому преимущества полумостовой топологии наиболее ярко проявляются в многоступенчатой конструкции.

Схема с косым полумостом показана на рисунке. Поскольку другого полумоста (прямого, обычного) в койлгане пока не встречалось, косой полумост называется здесь просто "полумост".
Недостаток схемы - наличие двух последовательных ключей и усложнённое управление, так как один из ключей "верхний". Правда, современные микросхемы - драйверы управления транзисторами, существенно упрощают задачу управления ключами. Среди таких драйверов есть двухканальные, как раз предназначенные для управления двумя ключами: верхним и нижним.
9. Evgeny - 17 Августа, 2008 - 05:22:43 - перейти к сообщению
Часть 2. Многоступенчатая система.

В многоступенчатой системе, как легко догадаться, применяется много отдельных ступеней-катушек, работающих поочерёдно. Ступени могут переключаться поочерёдно тремя способами:
1. Строго поочерёдно: в этом случае следующая ступень включается одновременно с отключением предыдущей.
2. С паузами. В этом случае между работой соседних ступеней есть паузы - после выключения одной ступени следует некоторая задержка и только после этого включается следующая ступень.
3. С перекрытием. Здесь следующая ступень включается немного заранее, не дожидаясь выключения предыдущей ступени.

Строго поочерёдный способ часто более простой. Но если катушки установлены с промежутками, то применение переключения с паузами может оказаться предпочтительнее.
Кроме того, если используются комбинированные тиристорно-транзисторные ключи, о которых речь будет впереди, тиристорам может понадобиться пауза для уверенного закрытия (без этой паузы только что закрытый тиристор может снова открыться самопроизвольно). В таком случае переключение с паузами как раз может предоставить тиристору время на надёжное закрытие.

По переключению с перекрытием пока мало информации. Может применяться при быстро движущейся пуле для компенсации всяких задержек. Может применяться для заблаговременного создания увеличенного тока к моменту подлёта пули к катушке (также при быстро движущейся пуле). Либо переключение с перекрытием будет использоваться в конструкциях, где длинную пулю ускоряет одновременно несколько коротких катушек. В этом случае по мере движения пули происходит постепенное подключение всё новых катушек впереди пули и отключение пройденных катушек, оставшихся позади.

На рисунке показан ток в катушках при переключении трёх ступеней
поочередно (слева), с паузами (в центре), и с перекрытием (справа).
10. Evgeny - 18 Августа, 2008 - 01:08:33 - перейти к сообщению
Переключение ступеней происходит по сигналам от датчиков положения пули. Как правило, датчики используются оптические. Конструктивно датчики размещаются в промежутках между ступенями. Соответственно, такое жесткое расположение датчиков не позволяет простыми способами реализовывать различные требуемые варианты поочередного переключения ступеней. Датчик фиксирует время, когда либо передий, либо задний конец пули проходит мимо датчика. Именно в эти моменты можно что-то переключать. Если это как раз те моменты, что нужно, то всё в порядке. Но часто это не так. Например, когда требуется включать очередную ступень немного заранее или когда пуля и катушка имеют неравную длину, может понадобиться переключение катушек немного не в те моменты, когда приходят сигналы от датчиков. В таком случае для переключения берётся сигнал предыдущего датчика и к нему добавляется некоторая задержка.
При малом числе ступеней такие задержки могут формироваться таймерами, а в случаях, когда ступеней много и схема получается слишком громоздкой, то задержки формируются управляющим микропроцессором.

Powered by ExBB
ExBB FM 1.0 Beta by TvoyWeb.ru
InvisionExBB Style converted by Markus®