¿Consideraciones de diseño del banco de capacitores para pistola de bobina?

Tienes razón en que obtienes la misma energía sin importar cómo coloques los condensadores. Poner condensadores en serie es problemático, por lo que, en igualdad de condiciones, también me gustaría poner todos los condensadores en paralelo.

La compensación entre voltaje y corriente se puede compensar en gran medida ajustando el devanado. Eche un vistazo a una hoja de datos de una familia de relés o solenoides, por ejemplo. Por lo general, verá lo que, de lo contrario, es el mismo producto ofrecido en diferentes combinaciones de voltaje y corriente. La única diferencia es la bobina.

Afortunadamente, el tamaño total de la bobina y el cobre total utilizado se mantienen iguales para un rango de compensaciones de corriente/voltaje que resultan en la misma potencia. Por ejemplo, considere comenzar con una bobina que consume 50 mA a 12 V. Ahora queremos una versión de 24 V manteniendo la misma geometría general del dispositivo. Si no cambiamos nada, la aplicación de 24 V provocaría el doble de corriente y, por lo tanto, el doble de campo magnético y cuatro veces la disipación de potencia. Ahora imagina que hacemos que la sección transversal del cable sea la mitad del área pero el doble de su longitud. Eso da como resultado 4 veces la resistencia, por lo que la mitad de la corriente fluye a través de la bobina a 24 V. La mitad de la corriente alrededor de cada vuelta en el devanado se compone del doble de vueltas, por lo que el campo magnético permanece igual. La mitad del área y el doble de la longitud sigue siendo la misma cantidad de cobre, solo que está dispuesto de manera diferente.

Las mismas compensaciones se aplican a la bobina de su pistola de bobina. Para usar un voltaje más bajo, use un cable más grueso pero menos. Para pasar de 1000 V a 200 V, use un cable que sea 5 veces más corto, pero que también tenga un área de 5 veces en la sección transversal. Eso significa que su diámetro será sqrt(5) más grande.

Eventualmente, las corrientes aumentan tanto que las líneas de alimentación comienzan a ser significativas. Sin embargo, siempre que tenga un número razonable de turnos, todo debería estar bien. Si el original usó 50 vueltas, entonces 10 vueltas del cable más grueso deberían estar bien. Si el original solo usó 5 vueltas, entonces no queda espacio para reducir la bobina a un voltaje más bajo y una corriente más alta. Si es así, esta es probablemente la razón por la cual el original recurrió a medios tan incómodos para obtener un voltaje más alto.

La fuerza óptima evita la oscilación con$\zeta$= 1 (±0,3) casi críticamente amortiguado.

1. Maximice el tamaño de su bobina y también la relación inductancia/resistencia eligiendo el diseño de la bobina, luego elija C para una Q de 1 con los límites de ESR más bajos que pueda pagar.

   • VSG de la tapa. La matriz, las bobinas, el cable y el interruptor están incluidos en R, ya que RLC están todos en serie en el cierre de contacto.

     • $Q=\frac{1}{R}\sqrt{\frac{L}{C}} = \frac{1}{\zeta}~~$

2. Para tapas electrónicas de ESR grandes y bajas, mi regla general es T = ESR * C = 100us , por lo que para 1500uF 250V nominal, calculo ESR = 100us / 1500uF = 66 mΩ. El DCR de la bobina debe ser aproximadamente <= 10x ESR de la tapa para que el calor se desperdicie de manera segura aquí y menos tensión en las tapas.

ejemplo

3. Digamos que su bobina es de 1 mH sobre un núcleo de hierro laminado con DCR de 0,5 Ω con alambre pesado.

entonces para$\zeta=1~~~C=L/R^2~~$= 1 mH / (0,066+0,5) Ω^2 = 3,1 mF

Pero si la bobina es solo de 100uH y 50 mΩ, entonces C=100u/*(.05+0.066)^2=3.9 mF

Ajuste la ESR de la matriz de tapas por s/p veces cada parte. para s número en serie y p en paralelo.

Pero como la energía almacenada es$Ec=\frac{1}{2}CV^2$almacenará más energía en Caps en serie usando la clasificación de voltaje máximo (usando MOV para equilibrar el voltaje o reduciendo V por acumulación de tolerancia) pero luego ESR también se eleva al cuadrado.

Desafortunadamente, se pierde energía de I^2R*t y esto puede terminar siendo solo un 50% eficiente con la mitad de la energía distribuida en todas las pérdidas de R.

Entonces, un mejor diseño aumenta t mientras reduce I mediante bobinas en cascada con potencia conmutada secuencial para reducir la descarga de corriente y extender la aceleración en un brazo más largo con mayor complejidad. Puedes resolver los detalles desde aquí.

En última instancia, con 600 uF @ 1kV = 300 J = vatios-segundo, terminará con aproximadamente 150 julios en calor residual con un factor de amortiguación de 1 que es casi ideal.

Este es mi punto más importante al usar la relación de amortiguación en la corriente de impulso de un motor lineal para aplicar corriente en una sola dirección y no oscilar de un lado a otro.

No siempre como esperaba aquí fue mi primer corte.