Gauss Gun - Flyback.org.ru

Пружина
Экзорцист

Кинетика при заложеных 100кВт потерях на соленоидах при длине ствола 0.9м.
Правда в реальности так не получится из-за того, что в данном примере на конечных ступенях энергия магнитного поля ментше сообщаемой снаряду энергии и расчёт некорректен. Он просто был нужен для оценки возможностей повышения кпд.
Т.е. грубо 2.7Дж накачка не может сообщить 8Дж снаряду, значит нужно увеличивать ток ступени раза в три. Это опять же без учёта насыщения снаряда, т.к. тема пока не раскрыта и я просто беру за основу силу тяги из FEMM.
UPD:В общем и целои результаты моего многочасового погружения в формулы и модели показали ряд интересных выводов:
-Существует определённое соотношение внешнего диаметра соленоида к внутреннего, при котором на единицу потерь получается максимум силы, при этом не имеет значения число витков и диаметр провода, при условии ожинакого заполнения витками объёма. Можно даже рассматривать соленоид как один виток полного сечения умноженный на заполнение(изоляцию и зазоры, для круглого эмальпровода около 0.75). Число ампервитков будет также константой, меньше витков - пропорционально больше тока. Само же число витков выбирается исходя из минимума тока(для снижения потерь на управление) и домтаточности скорости наростания тока до максимума.
-Поскольку кпд прямо пропорционален скорости снаряда и обратно пропорционален активным потерям - очевидной мерой для его повышения будет постепенное наращивание ампервитков от первой до последней ступени. Очень приблизительно снижение тока вдвое приводит к пропорциональной потери силы, но потери с учётом падения скорости падают где-то в диапазоне от 3 до 4 раз.
-В идеале, запасаемая катушкой энергия должна быть того же порядка, что и энергия, сообщаемая ей снаряду.

Добавлено: Fri Jul 10, 2020 12:53 pm

Пружина
Экзорцист

Первая пробная версия генератора тока должным образом не заработала, теперь вот задумался как правильно организовать схему? Стандартный шим с усилителем ошибки и антипаразитной цепью не вариант, поскольку выход на стабильный режим у него порядка на два превышает время работы конечных ступеней. Думал оганизовать ТШ на датчике тока, но из-за рекуперации ток в массовом проводе переменный. Пробовал с примитивным интергатором - из-за какой-то помехи работает неправильно(а может транзисторы "звенят"?). В общем вопрос в том, какой метод поддержания тока выбрать, чтобы и пульсаций сильных не было(перемагничивание даже однополярными импульсами греет пульку так, что я палец поджарил), и частота не лезла под полмегагерца и выше. Кроме того, нужно предотвратить повторное открытие ключа сразу после закрытия, чтобы из-за помех на датчике не возникал вч возбуд. Очевидно, самое простое решение это организовать одновибратор после датчика, отключающий ключ минимум на 1...2мкс и, возможно организовать также минимальный рабочий импульс из тех же соображнний помехозащиты. Как думаете, это может сработать? Или может я не вижу какое-то более простое и очевидное решение? Если конечно кто-то вообще это читает.

Добавлено: Mon Jul 13, 2020 11:22 am

CLON

DB6L:
Было сделано на токовом шунте 0.3 мОм (Китай) + усилитель на ОУ с коэффициентом х 20...50 - далее компоратор с заданием тока стабилизации и гистерезисом в 4 - 6% - далее "И" логика и драйвера на ХСРЛ-3120 с двуполярным питанием +16/-8В (против защелкивания транзисторов).
ОУ был на 10 МГц. Логику можно с триггерами Шмидта для большей устойчивости к помехам. Компоратор и логика в начале была внутри микроконтроллера, но потом вынес в отдельный узел, т.к. мк - подвисал, что приводило к печальным последствиям.

Добавлено: Mon Jul 13, 2020 11:41 am

Пружина
Экзорцист

А датчик куда втыкался? Я так понимаю в данном примере матрицы управления не было, какой была топология силовой части? И кто вообще это сделал, где-то можно на это посмотреть?

Добавлено: Mon Jul 13, 2020 1:19 pm

CLON

Нет управление было, с ограничением тока программным и регулируемым в диаппазоне 80 А - 150 А.
Так как была матрица транзисторов 3 х 3, то было 3 датчика на каждое плечо по одному.
Если я не ошибаюсь, то датчики тока были в верху по + питания: цепь кондер - ключ - датчик тока - катушка - ключ.
По осцилограммам там тоже ничего не было видно, идет нарастание тока до ШИМа потом "забор" шумов и
в конце спадение тока после окончания ШИМа.

Добавлено: Mon Jul 13, 2020 2:32 pm

Пружина
Экзорцист

Ясно. Раз человек столь серьёзно к делу подошёл, то и результат должен был быть интересным? Есть где про эту конструкцию посмотреть?

Добавлено: Mon Jul 13, 2020 3:44 pm

CLON

http://forum.future-weapons.ru/index.php?topic=2188.0 - отчет о проекте DB6L.

http://forum.future-weapons.ru/index.php?topic=2352.0 - обсуждение проекта DB6L и его реализация.

На ютубе было так же видео.

К сожаленю картинок на форуме нет (форум был попячен).
НО если читать внимательно форум, то основные технические решения и проблеммы понятны.

Добавлено: Mon Jul 13, 2020 6:43 pm

Пружина
Экзорцист

Предпринята вторая попытка запустить схему генератора тока, результат - неудача. Нестабильная работа или вовсе генерация на неправильных частотах, хотя результат всё же не нулевой и при некоторых условиях и нужной погоды на марсе форма тока была похожа на заданную. Предположительная причина в сильных помехах на датчике и неудачном подключении силовой части к цепям управления. Дальше планирую использовать общую витую пару для управления нижним ключом и подключения датчика с использованием ферритовых бусин для подавления синфазных помех.

Основной причиной проблем данной схемы мне видится включение датчика тока в разрыв массы, где есть значительные броски тока в отличии от цепи соленоида, ввиду чего даже ничтожная индуктивность датчика в 10нГн даёт в модели неебические помехи, которые крайне сложно подавить.
Можно попробовать зашунтировать шунт(гы-гы) парой диодов, включенных в противоположных направлениях, чтобы гасить самоиндукцию шунта, это тоже планируется в дальнейшем.
Есть ещё вариант использовать в качестве датчика шунт в цепи соленоида, соединённый с оптроном, или даже не шунт, а индуктивность. Таким образом помех быть не должно, однако датчиков понадобится не по одному на матрицу, а по числу каналов каждой из них, т.е. для двух матриц 7*7 понадобится 14 датчиков с оптронами. Более того, на оптроне падает около 1.5В, что даёт приличные не нужные потери при токах в 100...400А.

ЗЫ.Пока писал посетила сырая идея - а нельзя ли как-то использовать двойную матрицу, чтобы снизить число ключей ещё на некоторое количество?

Добавлено: Fri Jul 17, 2020 9:09 am

CLON

Eсть такая штука в Ардуино 3-х мерный ЛЭД куб, например 3 х 3 х 3 = 27 ЛЕДов - для управления используется 9 Бинарных выходов микроконтрлллера.
Возможно, что здесь тоже можно реализовать что то подобное, но это все будет дико сложно и гемморно. Хотя кто знает.
4 х 4 х 4 = 64 ступ (всего 12 транзисторов)? Возможно ли это, не знаю. Ничего подобного в гаусострении не встречал.
3 х 3 х 3 = 27 ступ (всего 9 транзисторов) - каждый слой - матрица 3 х 3 управляется свом транзистором. Думаю, что вполне реально.

Я бы с токового шунта снимал через простой RC фильтр с частотой среза около 200...800 кГц, безо всяких обвязок диодами.

Добавлено: Fri Jul 17, 2020 1:37 pm

Пружина
Экзорцист

Чёто я не представляю как этот слой третий в матрицу добавить. Походу тухлая идея. Пока у меня оптимальная матрица на сотню ступеней и две одновременно работающие катушки выходит 27 тр-ров, 5 из которых на удвоенный ток(т.е. параллелить и по итогу 32). Если стремиться уменьшить число тр-ров до минимума будет пара матриц 7*7(98 ступеней, но не суть). Но если в первом случае нужно всего 5 драйверов верхнего ключа с независимым питанием и всем необходимым, то во втором - 14! 4 тр-ра того не стоят.

По поводу rc фильтра - это даже в модели не работает, либо там какой-то многоступенчатый нужен. А вот пара диодов в модели помогают. Выпрямлять импульсный сигнал с шунта не вариант, т.к. нужно мгновенно устанавливающееся равновесие. В теории можно вообще по срабатыванию датчика(пока нет генерации нет и помех, датчик показывает верно) просто переводить на генерациюс заданным заполнением, НО тут две трудности:
1. Нужен цифровой осцилл, коим я не располагаю и
2. При разной скорости снаряда отбор может идти по разному и задавать каждой ступени свой шим это пиздец как геморно, более того, ошибка будет накапливаться с каждой ступенью.
По поводу ардуин в гауссе уже многие высказывались. Мало того что её от помех глючит, так ещё и подвисает она. К тому же есть ряд сомнений, что её быстродействия достаточно.
UPD:
Пробовал нормальную витую, ферритовые бусы, диоды, но картина подозрительно идентична, даже странно. Фактически схема работает, генерация на заданной частоте присутствует, однако она модулирована сигналом меньшей частоты. Интересно, не может ли на генерацию влиять херово намотанная катушка? К примеру из-за неплотной намотки витки колеблются с низкой частотой, вызывая паразитную генерацию. Такое возможно? Не получилось без нормального каркаса плотно намотать. Похоже ничего с датчиком в общем проводе не сделать, нужно его ставить в цепь соленоида, где ток без бросков.

Добавлено: Fri Jul 17, 2020 3:42 pm

CLON

Пружина, ты матрицу 3 х 3 или 7 х 7 силовую часть схемы накидал?
У меня в схеме 3 х 3 почему-то получилось, что надо 6 диодов, а в проекте ДВ6Л там 9 диодов.
Есть конечно подозрение, что на каждую катушку свой обратный диод, но тогда не будет полноцелной рекуперации.
Не могу понять куда еще 3 диода надо добавлять (да и надо ли они там?).
Насчет Ардуин в Гаусе, в ДБ6Л она и использовалась там 2 контроллера: Атмел168 (Ардуино Нано в1-2) и АТ90....
Так, что при экранах (магнитопроводах) на катушках ничего не глючит, а если катушки без магнитопровода, то да глючит
(у меня хронограф на Ардуинке собран при близком расположении (5-10 см) к катушке - глучит и подвисает).
Нет датчик можно ставить в "ноль" провод (в ДБ6Л так сделано на картинках виден один шунт-датчик на верхней плате - один на всю матрицу 3 х 3).
Катушку (витки) надо фиксировать либо лаком, либо эпоксидкой, либо суперклеем.
Раскажи как ты планируешь управлять 2 Х (7 + 7) (то бишь 28 транзисторами).
Это какой контроллер нужен.
Или ты будешь управлять напрямую от оптики?

Добавлено: Sat Jul 18, 2020 11:53 pm

Пружина
Экзорцист

CLON писал(а):
Пружина, ты матрицу 3 х 3 или 7 х 7 силовую часть схемы накидал?
5х11х11 у меня выходит на 100 катушек. 5 верхних ключей общие, 22 нижних это как 2 матрицы 5х10, только по лишнему ключу нужно, чтобы при переходе на другой канал 4 катушки вместо двух не включались. Диоды не рисовал, но походу их равно транзисторам.
Контроллер не от полей в первую очередь глючить будет, а от помех по питанию и информационным входам и датчикам.
Завтра хочу попробовать оптрон в качестве датчика последовательно с соленоидом, может хоть так заработает. 5 оптодатчиков гемор конечно, но ещё приемлемо. Хреново, что все вложения в твоих ссылках протухли.

Добавлено: Sun Jul 19, 2020 12:06 am

CLON

Чего то не понимаю, ведь для 100 катушек надо либо матричный коммутатор 10 х 10 (20 тразисторов) или 4 матрицы х 5 х 5 (4 х (5+5) = 40 транзисторов).
Ну или как ты писал 2 матрицы х 7 х 7 (2х(7+7) = 28 транзисторов, но 98 ступеней).
По диодам такое же мнение (равно числу транзисторов), но может мы чего то не понимаем или не видим.
Контроллеры по питанию и всем входам были обвешаны феритами (1-2 витка на колечках) и/или ферритовыми бусинами.
ЗЫ: такой вопрос - ты сверлить ствол под датчики на таких энергиях снаряда не думаешь - что это не есть гуд, ну и деформация ствола длиной в 1 м.
А с другой строны без датчиков 100 ступ выглядит не реально из-за накопления ошибки.
Я подумывал что будет лучше на магнитопроводе наматывать катушку - индукционный датчик.

Добавлено: Sun Jul 19, 2020 9:13 am

Пружина
Экзорцист

CLON писал(а):
Чего то не понимаю, ведь для 100 катушек надо либо матричный коммутатор 10 х 10 (20 тразисторов) или 4 матрицы х 5 х 5 (4 х (5+5) = 40 транзисторов).
Ну или как ты писал 2 матрицы х 7 х 7 (2х(7+7) = 28 транзисторов, но 98 ступеней).
Ну на самом деле всё просто, смотри:
1) 5 верхних ключей на удвоенный ток, т.к. через них одновременно течёт ток пары катушек.
2) 2 ряда по 11 нижних ключей для простоты управления(к массе ж подтянуты). По сути это одна общая матрица 5х20, но верхний и нижний её элемент разделён на два затем, чтобы при переключении верхнего ключа не включалась лишняя пара катушек.
Короче, кое-как изобразил на примере 3х4х4 матрицу двухкатушечную на 22 соленоида, коды управления чуть мудрёные, но по сути там только +1 и -1 функции используются, поэтому легко реализуемо даже без контроллеров и написания программ. Пока рисовал мозги прилично так напряглись, так что где-то мог ошибиться, но на первый взгляд всё правильно.

UPD: Да, сверлить придётся, это неизбежно, но сверлить можно мелкие отверстия по 1-2мм. Я вообще хотел световоды заюзать с обеих сторон, но нужно реально тестить, получится ли передавать сигнал таким образом.
Насчёт прогиба ствола - он неизбежен, его нужно усиливать внешней рамой в виде фермы.
UPD2:Всё же наделал ошибок в матрице, удалил вложения, нужно внимательней переработать.
UPD3:Походу матрицу исправить можно, она получается на 2 соленоида меньше, но вылазит новая проблема - общий датчик на пару катушек скорее всего не получится заставить работать, значит и в общей матрице смысла нет. Да уж, 10 оптических датчиков тока это ёбнуться конечно можно вместе с 10 оптодрайверами(полумостовые дрова, скорее всего, не вариант, т.к. капризны к резким фронтам), 10 выпрямителей верхнего ключа... Огород выходит ёбнуться можно какой.

Добавлено: Sun Jul 19, 2020 12:54 pm

Пружина
Экзорцист

Испытал шунт в цепи соленоида с оптроном 6n137 в качестве датчика тока, результат - успех. Стабилизация тока работает на приличном уровне. Тестил на небольшом токе около 30А, есть некоторая нестабильность и осцилл ловит помехи, но при нормальной развёртке можно разглядеть, что это наведёнка на щуп, а ток в цепи идёт нормальный. Картинки говно, но общую картину разглядеть можно. На них сигнал с датчика тока(сложенный вдвое провод 0.5 длиной около 50см).
Дальше в планах увеличить ток до 100А и более, правда igbt у меня на 200А в импульсе и хз какой длительности импульс такого тока им можно задать, чтоб их не разорвало к херам. У меня мало опыта с igbt, а мосфеты тут подходят плохо.

Добавлено: Sun Jul 19, 2020 11:24 pm

IMG_2482.jpg (54.95 Кб)

IMG_2477.jpg (23.02 Кб)

CLON

Пружина писал(а):
Дальше в планах увеличить ток до 100А и более, правда igbt у меня на 200А в импульсе и хз какой длительности импульс такого тока им можно задать, чтоб их не разорвало к херам.

Из опыта других Гаусостроителей igbt - в импульсе 1 мс, держать до 70% от максимального импульсного тока (200 А х 0.7 = 140 А может быть до 150 А будут держать).
Например у IRG4PC50U (Icm = 220 A), держали от 80 до 150 А без проблемм (при наличие двуполярного питания драйвера +16/-8В).
Выше не скажу, это надо тестировать, хотя запас в 30% вполне достаточный, ведь есть igbt с Icm = 300 A. Например 40N60.
При однополярном питании происходило защелкивание БТИЗа (при токах выше 2-х номиналов).

АртДен в своем гаусе параллелил 2 igbt ключа под один драйвер, но тогда максимальный ток не 70%, а 50%-60% от суммарного.

PS: Пружина поздравляю с первыми успехами. Можешь как то подробнее описать схему с шунтом и оптроном.

Добавлено: Mon Jul 20, 2020 12:10 pm

Пружина
Экзорцист

Схима примерно вот. На ней куча паразитных элементов, думаю разберёшься что к чему.
Естественно это не финальная версия. Слева два одновибратора это просто прерыватель, они к схеме не относятся.
Вторая пара одновибраторов я ставил для того, чтобы предотвратить слишком высокую частоту переключения, чтобы транзисторы не переключались пока не пройдёт определённое время.
Я думаю отказаться от оптронов и сделать датчик тока на транзисторах и общем ферритовом трансе, но пока данное решение не моделил.

Добавлено: Mon Jul 20, 2020 12:52 pm

_9.jpg (38.9 Кб)

gauss_start5.asc (6.31 Кб)

Ivani

Шимить нужно 1 транзистор - если шимить оба то энергия будет быстро стекать обратно.

Добавлено: Mon Jul 20, 2020 1:30 pm

Пружина
Экзорцист

Ivani писал(а):
Шимить нужно 1 транзистор - если шимить оба то энергия будет быстро стекать обратно.Кэп подсказывает, если шимить один тр-р - самоиндукция будет замыкаться через второй и энергия будет рассеиваться на нём и рекуперационном диоде, а так она в источник питания возвращается.

Добавлено: Mon Jul 20, 2020 1:51 pm

CLON

Пружина писал(а):
стекать обратно

Обратно - это куда? Если в кондер - то в этом то и главная идея.

С Приужиной полностью согласен, надо "дергать" оба ключа (либо один ключ + добавочный блокировочный диод).
Да вот от куда еще дополнительные 3 диода в матрице 3 х 3, там дергали один ключ при ограничении тока катушек.

Добавлено: Mon Jul 20, 2020 2:19 pm

Ivani

Ваш кэп пьян, когда держишь поле ток в катушке не нужно скидывать, циркуляция вызовет лишние потери, отключать оба ключа нужно для спада поля.

Добавлено: Mon Jul 20, 2020 3:37 pm

Пружина
Экзорцист

Ivani писал(а):
отключать оба ключа нужно для спада поля.Хотя в модели эта идея действительно работает интересным образом, ток подпитки в этом случае намного меньше. Надо изучить внимательней, возможно это и правда тема!

Заменил в модели оптрон на транзистор с ферритовым трансом, что снижает потери на шунте и общие расходы на рассыпуху. Самый сок в том, что можно на один общий транс зацепить все датчики, а их выходит довольно много(вернее на два, т.к. будет 2 параллельных шима для двух одновременно работающих катушек).

Добавлено: Mon Jul 20, 2020 4:49 pm

Пружина
Экзорцист

Переделал на 100А(были глюки в работе, но подозреваю из-за хуёвой катушки, неплотно намотанной и не залитой) и даже немножко поплевался пульками, но хронографа у меня нет и трубка в процессе предыдущих экспериментов деформировалась от нагрева, никаких достоверных данных не получил, а потом по тупости спалил полумостовой драйвер и пару хороших игбт(((
Осталось пара штук всего в запасе.
Посоветуйте что есть недорогого на 200...300 импульсных ампер?

Добавлено: Mon Jul 20, 2020 10:50 pm