Главная » Тесла
Призовой фонд
на март 2017 г.
1. UNI-T UT-39C
Паяльник
2. Тестер компонентов LCR-T4
Паяльник
3. 100 руб.
От пользователей

Проект трехступенчатого Гаусс Гана

Проект был начат в 2011 году.Это был проект подразумевающий полностью автономную автоматическую систему для развлекательных целей, с энергией снаряда порядка 6-7Дж, что сравнимо с пневматикой. Планировалось 3 автоматических ступеней с запуском от оптических датчиков, плюс мощный инжектор-ударник засылающий снаряд из магазина в ствол.

Компоновка планировалась такой:

 

Тоесть класический Булл-пап, что позволило вынести тяжелые аккумуляторы в приклад и тем самым сместить центр тяжести ближе к ручке.

Схема выглядит так:

tesla33-2.png

Блок управления в последствии был разделен на блок управления силовым блоком и блок общего управления.  Блок конденсаторов и блок коммутации были обьеденены в один. Так-же были разработаны резервные системы.  Из них были собраны блок управления силовым блоком, силовой блок, преобразователь, распределитель напряжений, часть блока индикации.

Блок Управления Силовой Частью

Представляет собой 3 компаратора с оптическими датчиками.

Блок Управления Силовой Частью

Каждый датчик имеет свой компаратор. Это сделано для повышения надежности, так при выходе из строя одной микросхемы откажет только одна ступень, а не 2. При перекрытии снарядом луча датчика сопротивление фототранзистора меняется и срабатывает компаратор. При классической тиристорной коммутации управляющие выводы тиристоров можно подключать напрямую к выходам компараторов.

Датчики необходимо устанавливать так:

датчик.gif

А устройство выглядит так:

Силовой Блок

Силовой блок имеет следующую простую схему:

Силовой Блок

Конденсаторы C1-C4 имеют напряжение 450В и емкость 560мкФ. Диоды VD1-VD5 применены типа HER307/ В качестве коммутации применены силовые тиристоры VT1-VT4 типа 70TPS12. 

Собранный блок подключенный к блоку управления на фото ниже:

силово�%

Преобразователь

Преобразователь был применен низковольтный, подробнее о нем можно узнать здесь

Преобразователь

Блок распределения напряжений

Блок распределения напряжений реализован банальным конденсаторным фильтром с силовым выключателем питания и индикатором, оповещающим процесс заряда аккумуляторов. Блок имеет 2 выхода- первый силовой, второй на все остальное. Так-же он имеет выводы для подключения зарядного устройства.

На фото блок распределения крайний справа сверху:

В нижнем левом углу резервный преобразователь, он был собран по самой простой схеме на NE555 и IRL3705 и имеет мощность около 40Вт. Предполагалось использовать его с отдельным небольшим аккумулятором, включая резервную систему при отказе основной или разряде основного аккумулятора.

Используя резервный преобразователь были произведены предварительные проверки катушек и проверялась возможность использования свинцовых аккумуляторов. На видео одноступенчатая модель стреляет в сосновую доску. Пуля со специальным наконечником повышенной пробивной способности входит в дерево на 5мм.

Универсальная ступень

В пределах проекта так-же разрабатывалась универсальная ступень, как главный блок для следующих проектов.

Эта схема представляет собой блок для электромагнитного ускорителя, на основе которого можно собрать многоступенчатый ускоритель с числом ступеней до 20. Ступень имеет классическую тиристорную коммутацию и оптический датчик. Энергия накачиваемая в конденсаторы- 100Дж. Кпд около 2х процентов.

Универсальная ступень

Использован 70Вт преобразователь с задающим генератором на микросхеме NE555 и силовым полевым транзистором IRL3705. Между транзистором и выходом микросхемы предусмотрен повторитель на комплементарной паре транзисторов, необходимый для снижения нагрузки на микросхему. Компаратор оптического датчика собран на микросхеме LM358, он управляет тиристором, подключая конденсаторы к обмотке при прохождении снарядом датчика. Параллельно трансформатору и ускоряющей катушки применены хорошие снабберные цепи.

Методы повышения КПД

Так-же рассматривались методы повышения КПД, такие как магнитопровод, охлаждение катушек и рекуперация энергии. О последней расскажу подробнее.

ГауссГан имеет очень малый КПД, люди работающие в этой области давно разыскивают способы повышения КПД. Одним из таких способов является рекуперация. Суть ее состоит в том чтобы вернуть не используемую энергию в катушке обратно в конденсаторы. Таким образом энергия индуцируемого обратного импульса не уходит в никуда и не цепляет снаряд остаточным магнитным полем, а закачивается обратно в конденсаторы. Этим способом можно вернуть до 30 процентов энергии, что в свою очередь повысит КПД на 3-4 процента и уменьшит время перезарядки, увеличив скорострельность в автоматических системах. И так- схема на примере трехступенчатого ускорителя.

tesla33-13.png

Для гальванической развязки в цепи управления тиристоров использованы трансформаторы T1-T3. Рассмотрим работу одной ступени. Подаем напряжение заряда конденсаторов, через VD1 конденсатор С1 заряжается до номинального напряжения, пушка готова к выстрелу. При подаче импульса на вход IN1, он трансформируется трансформатором Т1, и попадает на управляющие выводы VT1 и VT2. VT1 и VT2 открываются и соединяют катушку L1 с конденсатором C1. На графике ниже изображены процессы во время выстрела.

tesla33-14.png

Больше всего нас интересует часть начиная с 0.40мсек, когда напряжение становится отрицательным. Именно это напряжение при помощи рекуперации можно поймать и вернуть в конденсаторы. Когда напряжение становится отрицательным, оно проходя через VD4 и VD7 закачивается в накопитель следующей ступени. Этот процесс так-же срезает часть магнитного импульса, что позволяет избавится от тормозящего остаточного эффекта. Остальные ступени работают подобно первой.

Статус проекта

Проект и мои разработки в этом направлении в общем были приостановлены. Вероятно в скором будущем я продолжу свои работы в этой области, но ничего не обещаю.

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
Блок управления силовой частью
Операционный усилитель
LM358
3 Поиск в FivelВ блокнот
Линейный регулятор1 Поиск в FivelВ блокнот
ФототранзисторSFH3093 Поиск в FivelВ блокнот
СветодиодSFH4093 Поиск в FivelВ блокнот
Конденсатор100 мкФ2 Поиск в FivelВ блокнот
Резистор
470 Ом
3 Поиск в FivelВ блокнот
Резистор
2.2 кОм
3 Поиск в FivelВ блокнот
Резистор
3.5 кОм
3 Поиск в FivelВ блокнот
Резистор
10 кОм
3 Поиск в FivelВ блокнот
Силовой блок
VT1-VT4 Тиристор70TPS124 Поиск в FivelВ блокнот
VD1-VD5 Выпрямительный диод
HER307
5 Поиск в FivelВ блокнот
C1-C4 Конденсатор560 мкФ 450 В4 Поиск в FivelВ блокнот
L1-L4 Катушка индуктивности4 Поиск в FivelВ блокнот
Преобразователь
Программируемый таймер и осциллятор
LM555
1 Поиск в FivelВ блокнот
Линейный регуляторL78S15CV1 Поиск в FivelВ блокнот
Компаратор
LM393
2 Поиск в FivelВ блокнот
Биполярный транзистор
MPSA42
1 Поиск в FivelВ блокнот
Биполярный транзистор
MPSA92
1 Поиск в FivelВ блокнот
MOSFET-транзистор
IRL2505
1 Поиск в FivelВ блокнот
Стабилитрон
BZX55C5V1
1 Поиск в FivelВ блокнот
Выпрямительный диод
HER207
2 Поиск в FivelВ блокнот
Выпрямительный диод
HER307
3 Поиск в FivelВ блокнот
Диод Шоттки
1N5817
1 Поиск в FivelВ блокнот
Светодиод2 Поиск в FivelВ блокнот
Электролитический конденсатор470 мкФ2 Поиск в FivelВ блокнот
Электролитический конденсатор2200 мкФ1 Поиск в FivelВ блокнот
Электролитический конденсатор220 мкФ2 Поиск в FivelВ блокнот
Конденсатор10 мкФ 450 В2 Поиск в FivelВ блокнот
Конденсатор1 мкФ 630 В1 Поиск в FivelВ блокнот
Конденсатор10 нФ2 Поиск в FivelВ блокнот
Конденсатор100 нФ1 Поиск в FivelВ блокнот
Резистор
10 МОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
Резистор
300 кОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
Резистор
15 кОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
Резистор
6.8 кОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
Резистор
2.4 кОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
Резистор
1 кОм
3 Поиск в FivelВ блокнот
Резистор
100 Ом
1 Поиск в FivelВ блокнот
Резистор
30 Ом
2 Поиск в FivelВ блокнот
Резистор
20 Ом
1 Поиск в FivelВ блокнот
Резистор
5 Ом
2 Поиск в FivelВ блокнот
T1 Трансформатор1 Поиск в FivelВ блокнот
Блок распределения напряжений
VD1, VD2 Диод2 Поиск в FivelВ блокнот
Светодиод1 Поиск в FivelВ блокнот
C1-C4 Конденсатор4 Поиск в FivelВ блокнот
R1 Резистор
10 Ом
1 Поиск в FivelВ блокнот
R2 Резистор
1 кОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
Выключатель1 Поиск в FivelВ блокнот
Батарея1 Поиск в FivelВ блокнот
Универсальная ступень
Программируемый таймер и осциллятор
LM555
1 Поиск в FivelВ блокнот
Операционный усилитель
LM358
1 Поиск в FivelВ блокнот
Линейный регулятор
LM7812
1 Поиск в FivelВ блокнот
Биполярный транзистор
BC547
1 Поиск в FivelВ блокнот
Биполярный транзистор
BC307
1 Поиск в FivelВ блокнот
MOSFET-транзистор
AUIRL3705N
1 Поиск в FivelВ блокнот
ФототранзисторSFH3091 Поиск в FivelВ блокнот
Тиристор25 А1 Поиск в FivelВ блокнот
Выпрямительный диод
HER207
3 Поиск в FivelВ блокнот
Диод20 А1 Поиск в FivelВ блокнот
Диод50 А1 Поиск в FivelВ блокнот
СветодиодSFH4091 Поиск в FivelВ блокнот
Конденсатор2200 мкФ 25 В1 Поиск в FivelВ блокнот
Конденсатор470 мкФ 450 В2 Поиск в FivelВ блокнот
Конденсатор100 мкФ2 Поиск в FivelВ блокнот
Конденсатор1 Поиск в FivelВ блокнот
Конденсатор1 мкФ1 Поиск в FivelВ блокнот
Конденсатор10 нФ2 Поиск в FivelВ блокнот
Резистор
47 кОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
Резистор
10 кОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
Резистор
3.5 кОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
Резистор
2.2 кОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
Резистор
1 кОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
Резистор
470 Ом
1 Поиск в FivelВ блокнот
Резистор
150 Ом
1 Поиск в FivelВ блокнот
Резистор
10 Ом
1 Поиск в FivelВ блокнот
Трансформатор1 Поиск в FivelВ блокнот
Катушка индуктивности1 Поиск в FivelВ блокнот
Методы повышения КПД
VT1-VT4 Тиристор6 Поиск в FivelВ блокнот
VD1-VD9 Диод9 Поиск в FivelВ блокнот
C1-C3 Конденсатор3 Поиск в FivelВ блокнот
T1-T3 Трансформатор3 Поиск в FivelВ блокнот
L1-L3 Катушка индуктивности3 Поиск в FivelВ блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: 0 2
Я собрал 0 6
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 4.9 Проголосовало: 6 чел.

Комментарии (33) | Я собрал (0) | Подписаться

+1
АКА КАСЯН #
Респект, но гляжу на схему и вижу.
1) 7-2 стоит переменник, нужен дополнительный резистор последовательно (хотя бы на 680 Ом).
2) Кап параллельно резистору в фильтре гашения обратного тока.
3) Выпрямительный диод держит 2 ампера, нет смысла параллелить два.
А так отличный проект! Давно хочу сделать себе трехступенчатый.
Ответить
0

[Автор]
MC_RRR #
1) В этих схемах нет ни одного переменного резистора, все подстроечные. Замыкание 7 и 2 ноги таймера 555 ни к чему не приведет, просто генерация остановится.
2) Это необходимо для гашения самых быстрых и высоковольтных импульсов, иди учи импульсную силовую схемотехнику.
3) Те-же импульсы при включении и выключении преобразователя не раз выжигали выпрямительные диоды, даже HER307, для надежности я их запаралелил.
Отредактирован 25.01.2013 14:48
Ответить
0
АКА КАСЯН #
Прошу быть более внимательны к своим выражениями. Вы разве можете найти диоды с полностью одинаковыми параметрами? У вас в схеме будет работать один из них, или же второй вылетит, тот диод, у которого сопр. открытого перехода меньше, будет перегружен, лучше использовать один мощный диод, при 70 ватт мощности токи там маленькие. Сам я уже давно в области ВВ техники, в таких ситуациях желательно последовательное подключение диодов, при параллельном кроме постоянного перегрева и горения одного из диодов, ничего большего не жди.
Ответить
0

[Автор]
MC_RRR #
Автор. Вы как вы говорите так давно в радиоэлектронике. Предоставьте пожалуйста хоть один полностью разработанный проект, не слизанный частями с чужих, а полностью авторский. Сегодня видел с десяток таких вот электронщиков, которые назначение своего проекта и то обьяснить не могут, не то что работу схемы, а потом возмущаются почему это мне первое место, а им нифига.

Не следует так буквально примать разность сопротивлений диодов, они работают оба и работают прекрасно, происходящие в них процессы намного плавнее чем вы представляете.
Отредактирован 25.01.2013 20:37
Ответить
0
АКА КАСЯН #
Я опять же повторю - я вас оскорбляю? Хотите взглянуть на мои проекты, пишите на мыло дам ссылки. На счет диодов - вот так сказать работает может каждый, полностью одинаковых диодов не может быть, а тут важно именно сопротивление перехода и как вы поняли, что они оба работают? Для опытов можно и так поэкспериментировать, а в окончательном девайсе такое решение не из лучших, в миг могут слететь диоды и потом будете искать косяк в других местах.
Ответить
0
АКА КАСЯН #
И новизны не вижу, лишь удалили некоторые НУЖНЫЕ компоненты на ПН, о которых сказал ранее. А на счет диодов - близко к сердцу не принимайте, я лишь высказал свое мнение, я бы так поступил если бы не было другого варианта.
Ответить
0
ПУЛЕМЕТ #
Опять сказочки о 3 ступе? Вот это вообще работать не будет
Ответить
0
Janus #
Надо катушки мотать шиной с два пальца и ёмкости с выше 10000 вольт и тогда листы метала 5 мм будет пробивать...
Ответить
0

[Автор]
MC_RRR #
Намотка катушек это отдельная и обширная тема. Катушки подбираются в зависимости от емкости конденсатора и способа комутации. Наиболее достоверные результаты получаются при моделировании в скрипте с FEMM.
Ответить
0
LED #
Нашел только 2 печатки, а схем больше, можно остальные выложить?
Ответить
0

[Автор]
MC_RRR #
Печатка преобразователя есть в отдельной статье про преобразователь в разделе питание. Схема рекуперации теоретическая. А схема универсальной ступени строится на преобразователе на 555 таймере (в интернете полно печаток) и одной части схемы блока управления.
Ответить
0
fox #
Неужели не видно, что трёхступенчатость в данном случае только тормозит вылет? Сделайте нормальный соленоид и подайте на него нормальный импульс, снаряд полетит далеко и с большей энергией. А так, тормозя его на каждом этапе, только и будет, что вылетать в близко стоящую фанерку.
Ответить
0

[Автор]
MC_RRR #
Вы о чем вообще? На видео одна ступень.
Ответить
0
fox #
Если одна ступень в Вашей конструкции так чахло выталкивает снаряд, то с трёхступенчатой будет как минимум на 30% хуже. Попробуйте сами, если не верите.
Ответить
0
Andriy #
А почему не используется способ включения катушки как в схеме косого моста и коротким импульсом?
Ответить
0

[Автор]
MC_RRR #
Потому-что там токи в импульсе достигают 1000-1500А, только тиристоры такое выдерживают, например перегрузочная способность IGBT всего 2-3 раза, то есть нужно 10-15 транзисторов параллельно в каждое плечо, и плюс чтобы ими управлять нужны управляющие токи около 5А на ступень, а при низком напряжении это не обеспечит необходимой скорости спада импульса.
Ответить
0
Ярослав #
Откуда взяты 100Дж в схеме преобразователя? Если накачивать конденсаторы до 360 вольт (а больше уже опасно. могут взорваться) то энергия получится ~60Дж. Если качать до 400 вольт, то около 70-80. Сотней там и не пахнет.
Для многоступенчатого гаус-гана очень важна форма катушек и расстояние между ними. Плюс к тому на каждой ступени необходимо ускорять снаряд строго определенным количеством энергии. Иначе только торможения и добъемся - снаряд уже покинул катушку, но в катушке до сих пор течет ток. Про это не сказано ни слова. Хотя нет. Вру. Но в системе рекуперации энергии не учтено, что у диодов есть некоторое падение напряжения.
Были ли тиристоры подобраны по такому параметру как градиент тока(dI\dt). Если скорость нарастания тока выше чем максимально-допустимая для данного тиристора, то это приводит к скорой деградации кристалла.
Конденсаторы должны быть импульсными, либо необходимо набирать батарею из нескольких. Иначе получим отгорание выводов или разрушение обкладок.
Ответить
0

[Автор]
MC_RRR #
(((470мкФ*2)/1000000)*450В*450В)/2=95Дж, заряжаем до 450-460В, пока ничего ни у кого не взорвалось.
Напряжение падения у диодов не более 5В. И тиристорами этими и конденсаторами китайскими все пользуются, ничего ни у кого не взорвалось и не отгорело.
Ответить
0
BonOut #
Для системы перезарядки можно использовать систему из курка, выталкивающего патрон из обоймы и оптодатчика, подающего сигнал микросхеме, мол надо импульс на катушку подавать. чтобы патрон не выпадал из ствола при наклоне, на толкающей патрон части курка прикрепить постоянный магнитик, а если и с оптодатчиком не выходит (никак не пристроить, ибо надо в катушку засовывать и т.п.) можно сделать так, чтобы курок замыкал контакты при нажатии, к примеру до 2/3 хода, или рассчитать, чтобы это происходило на нужной глубине "всовывания" патрона в ствол.
Ответить
0
sasha #
FN F2000?
Ответить
0
михаил #
Ну вы и загнули. Какие 2/3? Какой досылатель? Для того, чтобы автоматик подобный делать, вы хотя бы мощь нормальную выжмите, а то вас школота из китайских пистолетиков на пульках выгонит из песочницы... Ближе к делу - при такой конструкции что там в начале ни черта у вас толком не выйдет. Во первых, ну кто так располагает катушки и оптодатчики? Пока датчик будет думать, что это там такое летит, у вас снаряд уже убежит из ствола к чертям собачьим! Неплохая схема, только корпус и конструкцию менять надо! Причем экстренно! Датчик для второй катушки вешай сразу после первой катушки, чтобы разгон был. И по дальше их друг от друга, а то и разгона никакого нет, а там глядишь и мощь появится. Как то так.
Ответить
0

[Автор]
MC_RRR #
На форуме посвященном электромагнитным ускорителям таких комментариев не было. Это только потому что все временные зависимости просчитаны. Ваша критика не обоснована.
Ответить
0
Aleksei Boldin #
Можете рассказать по подробнее о системе подачи снаряда? Вы планируете использовать еще одну катушку?
Ответить
0
Коля #
Ствол бы покороче...
Ответить
0
Роман #
Какие катушки нужны на силовой блок?
Ответить
0
winziwul #
А какие ускоряющие катушки, на какой оправе, сколько витков и диаметр провода?
На схеме стоит диод на 20 ампер последовательно с резистором, что за диод, а на печатке ещё и кондёр на сколько?
И ещё крена на 12 вольт, ИК диод не сгорит от такой напруги?
Ответить
0
АкириллВ #
Какие детали используется в блоке распределения напряжения?
Ответить
0
Громов Александр #
А что если использовать готовый преобразователь,на примере бесперебойника для компа?
Прикрепленный файл: 1342030807_11.jpg
Ответить
0

[Автор]
MC_RRR #
Он низкочастотный, соответственно большой и тяжелый, а так-же у него слишком маленькое напряжение.
Отредактирован 10.12.2014 18:30
Ответить
0
Согласен! Уже поэкспериментировал, не работает.
И вес у него около 5 кг.
Ответить
0
Igor #
Ускоряющую катушку, сдаётся мне, надо делать с промежутком в центре, чтобы установить там датчик, который отключает питание катушки. Впрочем это зависит от постоянной времени разряда конденсатора, параметров пульки, её скорости в начале катушки. И если для первой катушки датчик не обязателен - то для последней необходим...
С тиристорами то-же не просто. Катушку надо делать низкоомную что-бы обеспечить быстрый разряд конденсатора. А это огромный ток в начальный момент. И хотя тиристоры держат десятикратную перегрузку по току в течении 10ms всё-же при указанных на схеме параметрах (U=450V C= 560uF) и приняв R= 0.1 Ом - Тиристоры скорее всего прикажут долго жить.
Оптимально вижу - пуля замыкает сама цепь питания катушки и она - же её размыкает
Ответить
0
Итальянец #
Где можно найти печатку для преобразователя?
Ответить
0
Ferrum #
Почитал статью, есть некоторые сомнения:
По компонентам:
1. Почему в качестве компараторов использованы операционные усилители (причем не самые быстродействующие), можно например использовать компараторы, причем с большим быстродействием (например MAX942, AD8564).
2. Почему в качестве силовых ключей использованы тиристоры, можно же использовать высоковольтные MOSFET или IGBT транзисторы, тиристоры же намного медлительнее транзисторов.
3. Насчет быстродействия именно этого фототранзистора не смотрел, но может есть смысл использовать PIN фотодиоды.
Теперь по поводу работы схемы:
1. Для оптимального ускорения снаряда было бы неплохо не только вовремя включать очередную катушку (а надо понимать что ток через катушку нарастает постепенно, плюс пока ключ откроется), но и вовремя ее выключать, чтобы пролетевший через нее снаряд не тормозился этой же катушкой (опять таки тиристор невозможно выключить пока конденсатор не разрядится, и даже при выключении катушки она не сразу выключается из работы, так как накопленная в ней энергия вызывает ток через нее и параллельно включенный диод, что в свою очередь поддерживает магнитное поле еще некоторое время после отключения катушки), то есть включать катушку в работу необходимо еще до того как снаряд попадет в ее поле действия, а выключать до того как он пролетит катушку.
2. Наверное желательно использовать более скоростные компоненты, приведенные в начале, иначе мы можем упереться в ряд ограничений (в частности энергия снаряда равна половине его массы помноженный на квадрат скорости), то есть 2 и 3 ступень или просто могут не успеть сработать, и соответственно, не ускорят снаряд, или создадут магнитное поле уже после того как снаряд их минует, то есть даже затормозят его.
Все вышесказанное не означает что я к данному устройству и человеку его создавшему как-то предвзято отношусь, на самом деле человек проделал огромную работу, потратил много своего времени, сил, финансов и вполне заслуживает уважения. Просто может быть мои мысли кому-либо помогут при создании или доработке Гаусс Гана.
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется электрическое сопротивление?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Катушка Тесла
Катушка Тесла
Модуль радиореле на 4 канала Конструктор для сборки: предусилитель на лампе 6N3
вверх