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:
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.
Каждый датчик имеет свой компаратор. Это сделано для повышения надежности, так при выходе из строя одной микросхемы откажет лишь 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:
А устройство выглядит так:
Силовой Блок
Силовой блок имеет следующую простую схему:
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:
Преобразователь
Преобразователь был применен низковольтный, подробнее о нем можно узнать здесь
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.
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 3-хступенчатого ускорителя.
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.
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 радиоэлементовОбозначение
Тип
Номинал
Количество
ПримечаниеМагазинМой блокнот
Блок управления силовой частью
Операционный усилительLM3583
Линейный регулятор1
ФототранзисторSFH3093
СветодиодSFH4093
Конденсатор100 мкФ2
Резистор470 Ом3
Резистор2.2 кОм3
Резистор3.5 кОм3
Резистор10 кОм3
Силовой блокVT1-VT4
Тиристор70TPS124
VD1-VD5
Выпрямительный диодHER3075
C1-C4
Конденсатор560 мкФ 450 В4
L1-L4
Катушка индуктивности4
Преобразователь
Программируемый таймер и осцилляторLM5551
Линейный регуляторL78S15CV1
КомпараторLM3932
Биполярный транзисторMPSA421
Биполярный транзисторMPSA921
MOSFET-транзисторIRL25051
СтабилитронBZX55C5V11
Выпрямительный диодHER2072
Выпрямительный диодHER3073
Диод Шоттки1N58171
Светодиод2
Электролитический конденсатор470 мкФ2
Электролитический конденсатор2200 мкФ1
Электролитический конденсатор220 мкФ2
Конденсатор10 мкФ 450 В2
Конденсатор1 мкФ 630 В1
Конденсатор10 нФ2
Конденсатор100 нФ1
Резистор10 МОм1
Резистор300 кОм1
Резистор15 кОм1
Резистор6.8 кОм1
Резистор2.4 кОм1
Резистор1 кОм3
Резистор100 Ом1
Резистор30 Ом2
Резистор20 Ом1
Резистор5 Ом2
T1
Трансформатор1
Блок распределения напряженийVD1, VD2
Диод2
Светодиод1
C1-C4
Конденсатор4
R1
Резистор10 Ом1
R2
Резистор1 кОм1
Выключатель1
Батарея1
Универсальная ступень
Программируемый таймер и осцилляторLM5551
Операционный усилительLM3581
Линейный регуляторLM78121
Биполярный транзисторBC5471
Биполярный транзисторBC3071
MOSFET-транзисторAUIRL3705N1
ФототранзисторSFH3091
Тиристор25 А1
Выпрямительный диодHER2073
Диод20 А1
Диод50 А1
СветодиодSFH4091
Конденсатор2200 мкФ 25 В1
Конденсатор470 мкФ 450 В2
Конденсатор100 мкФ2
Конденсатор1
Конденсатор1 мкФ1
Конденсатор10 нФ2
Резистор47 кОм1
Резистор10 кОм1
Резистор3.5 кОм1
Резистор2.2 кОм1
Резистор1 кОм1
Резистор470 Ом1
Резистор150 Ом1
Резистор10 Ом1
Трансформатор1
Катушка индуктивности1
Методы повышения КПДVT1-VT4
Тиристор6
VD1-VD9
Диод9
C1-C3
Конденсатор3
T1-T3
Трансформатор3
L1-L3
Катушка индуктивности3
Добавить все
Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы: