Помощь - Поиск - Пользователи - Календарь
Полная версия этой страницы: Преобразование энергии магнитного поля в механическую
Форум разработчиков электроники ELECTRONIX.ru > Cистемный уровень проектирования > Математика и Физика
yrbis
Доброе время суток. ....Вообщем голову ломаю над следующем. Делается ускоритель масс - есть пластиковая трубка, на неё намотана катушка, в центр катушки помещён цилиндрический магнит. Беру заряженную ёмкость и корочу её на эту катушку с магнитом, соответственно магнит выталкивался из центра соленоида...Трубка расположена в плоскости параллельной земли, поэтому выталкнутый магнит летит прямо и вниз по параболе соответственно.
Параллельно катушки вставлен идеальный диод с целью не перезаряжать ёмкость(порог открытия нулевой, сопротивление в открытом состоянии нуль в закрытом бесконечность) ...Короче получается чисто электрически, что была заряжанная ёмкость с энергией (С*U^2)/2 при замыкании на индуктивность напряжение на ёмкости будет падать, ток через индуктивность расти пока напряжение не сравняется с нулём, далее ток течёт только через диод и индуктивность, соответственно вся энергия перешла в (L*I^2) /2!!!...И вопрос!! если вся энергия перешла в (L*I^2) /2, то откуда берётся энергия на движение магнита!!? каким образом энергия магнитного поля переходит в энергию летящего магнита!?
Alex255
Перемещающийся магнит обеспечит изменение магнитного потока через ваш контур (катушку) уменьшая таким образом ток и энергию соответственно.
Так что все в порядке, законы выполняются smile.gif
asdf
Цитата(yrbis @ Mar 5 2008, 00:48) *
Короче получается чисто электрически, что была заряжанная ёмкость с энергией (С*U^2)/2 при замыкании на индуктивность напряжение на ёмкости будет падать, ток через индуктивность расти пока напряжение не сравняется с нулём, далее ток течёт только через диод и индуктивность, соответственно вся энергия перешла в (L*I^2) /2!!!...И вопрос!! если вся энергия перешла в (L*I^2) /2, то откуда берётся энергия на движение магнита!!? каким образом энергия магнитного поля переходит в энергию летящего магнита!?


В Ваших расчетах нужно учесть, что движущийся магнит наведет в катушке противоэдс и
в конечном состоянии ток в системе катушка-диод будет меньше, чем при отсутствии магнита, а значит и меньше остаточная энергия.
Разность пошла на разгон магнита.
yrbis
Ух ты, точно!, наверное так. Спасибо за ответы, попробую это всё посчитать...
asdf
Цитата(yrbis @ Mar 5 2008, 20:55) *
............. попробую это всё посчитать...

Успехов!
Эта задача не имеет аналитического решения, точнее, упрошенное приближение будет очень грубым.
Так что только численное...
yrbis
Тут ещё один вопрос возник, как определить ток вызванный движением магнита...Я помню токо закон фарадея, т.е. можно разбить катушку на кучу витков, посчитать ЭДС на каждом из них, далее их все сложить и зная индуктивность и напряжение на катушке , вроде можно найти ток, но с другой стороны найдя ЭДС на одном таком элементарном кольце, можно найти ток в этом кольце и говорить, что этот изменяющийся ток формирует изменяющееся поле, которое пронизывает все остальные витки!! замкнутый круг получается....В принципе окончательная задача состоит в максимальном кпд преобразования энергии из конденсатора в кинетическую энергию магнитного цилиндра, может мне повезёт и есть более простой способ прикинуть геометрию такой катушки, чем считать дифференциал от потока?
Stanislav
Цитата(yrbis @ Mar 5 2008, 00:48) *
Доброе время суток. ....Вообщем голову ломаю над следующем. Делается ускоритель масс - есть пластиковая трубка, на неё намотана катушка, в центр катушки помещён цилиндрический магнит. Беру заряженную ёмкость и корочу её на эту катушку с магнитом, соответственно магнит выталкивался из центра соленоида...Трубка расположена в плоскости параллельной земли, поэтому выталкнутый магнит летит прямо и вниз по параболе соответственно...
Ага! Наконец-то и на электрониксе встал практический вопрос создания электромагнитной пушки. smile.gif
Каждый уважающий себя электронщик рано или поздно обязан эту тему для себя поднять. smile.gif Я, правда, был только советчиком и наблюдателем (ну, ещё парочку симисторов хороших подогнал для дела), это лет 18 назад было.

ЗЫ. Блин, ж..а. Хотел посмотреть в инете характеристики ТС-80 и ТС-100, которые там использовались, и не нашёл. По памяти - у первого ударный ток - 400А, у второго - 550 А. Примерно такие дивайсы и надо применять.

Для начала: магнит вовсе не обязателен в качестве метательного объекта. Можно взять просто железяку (обрезок гвоздя). Расход энергии на его намагничивание практически до насыщения, при условии, что система у Вас "сурьёзная", будет составлять лишь малую часть по сравнению с кинетической энергией снаряда.
Есть практические соображения по поводу напряжения кондёра, его ёмкости, а также индуктивности катушки.
Более того, о технологических аспектах преобразования электрической энергии в кинетическую тоже приходилось задумываться...
Извините, уже засыпаю. Написал мало конкретного, но вообще потому, чтобы тему случайно не "потерять". smile.gif

PS. Название темы - неправильное. Надо было написать "преобразование энергии электрического поля в механическую". Более широкий охват проблемы, и принципиальный подход к делу, имхо.
SSerge
Коллекция ссылок на разные конструкции
http://www.coilgun.ru/
yrbis
Да видел я всё это) и про гвоздь естественно тоже читал, тут как раз идея в использовании магнитотвёрдого материала с целью иметь возможность ускорять снаряд и при втягивании магнита в соленоид и при вылетании магнита из соленоида(полярность поля будет меняться). Просто хочу перед мотанием катушек побольше понять факторов влияющих на КПД и скорость такого преобразователя. Про тиристоры спасибо, буду иметь ввиду.
Stanislav
Цитата(yrbis @ Mar 8 2008, 12:33) *
Да видел я всё это) и про гвоздь естественно тоже читал, тут как раз идея в использовании магнитотвёрдого материала с целью иметь возможность ускорять снаряд и при втягивании магнита в соленоид и при вылетании магнита из соленоида(полярность поля будет меняться)...
Ха, так в в "нормальной" пушке он будет перемагничен в обратную сторону после пролёта соленоида нах, и будет тормозиться за милую душу. smile.gif Потому, как поле там должно быть совершенно нидеццкое; никакой жосткости не хватит.

Схема, придуманная Вашим покорным слугой ещё в студенческие годы, предполагала распространение втягивающего поля в виде волны, бегущей от "казённой части" к "дульному срезу" синхронно с положением снаряда в канале ствола.

К сожалению, расчёт утерян, а щас возиться по новой мозгов не хватит. Результаты были таковы:
1. Создать такую систему на элементах с распределёнными параметрами практически невозможно.
2. Попытаться сделать ускоряющую систему на элементах с сосредоточенными параметрами - можно. Видится в форме LC-LC-LC... линии, в которой распространяется волна перетекания заряда из кондёра в кондёр и возбуждения тока в катушках со скоростью снаряда (его материал, масса и геометрические размеры - критичны).
3. Одноконтурная ЭП будет иметь очень низкий КПД.
4. Чтобы избавиться от ограничений, связанных с индивидуальными особенностями снаряда, можно сделать систему с последовательным включением контуров и датчиком положения снаряда в канале ствола. КПД останется низким, но появится возможность придать снаряду более-менее приличную скорость.

ЗЫ. Ежли делать всё-таки одноконтурную, то индуктивность катушки должна быть небольшой. Теоретический идеал - один виток минимального диаметра. Но здесь сталкиваемся с проблемой пропускания больших токов - отдача тока кондёрами и возможности силовых элементов коммутации не безграничны. Кроме того, приходится брать во внимание индуктивность и активное сопротивление подводящих проводов. Поэтому, придётся количество витков (индуктивность) выбрать в соответствии с параметрами остальных элементов "изделия".
yrbis
на счёт перемагничивания помоему пробовать надо. Просто я проделывал такой эксперимент, брал заряженную ёмкость, мотал отбалды катушку из витков 20и , помещал в центр с небольшим смещением цилиндрический магнит собранный из 6и магнитных шайб. И коротил ёмкость на эту катушку с магнитом..в результате ничё никуда особо не полетело - магнит разорвало на три части, шайбу, шайбу и 4е шайбы) Причём одна из шайб полетела(точнее поползла) в противоположную сторону и перестала магнитится...Получилось что за время нахождения магнита внутри соленоида, мой отбалды собранный колебательный контур имел переменный ток в индуктивности...который и размагнитил шайбу..Далее я нагружал ёмкость катушкой через небольшой резистор(делал источник тока) и шайбоцилиндр вылетал уже нормально. Короче получалось что если цилиндр благополучно вылетал из соленоида, то он при этом не размагничивался и не разрывался... Хотя конечно неприятно, что есть ограничение по полю.
На счёт одного витка я тоже пришёл к такому варианту, даже со своей неправильной(без учёта потерь магнитного поля на перемещение магнита) моделью, это получилось условие максимального кпд, но в реальности сопротивление ключей и esr ёмкости дадут уже ом, а то и больше, а сопротивление одного витка миллиомы,т.е. не разумно нагружать один коммутатор с омом на сопротивление меньшее этого ома, вот исходя из этого я и подумал намотать секции по несколько ом и коммутировать их используя либо оптику либо подобрать времена для бегущей волны.
asdf
Цитата(Stanislav @ Mar 8 2008, 20:09) *
К сожалению, расчёт утерян, а щас возиться по новой мозгов не хватит. Результаты были таковы:
1. Создать такую систему на элементах с распределёнными параметрами практически невозможно.
2. Попытаться сделать ускоряющую систему на элементах с сосредоточенными параметрами - можно. Видится в форме LC-LC-LC... линии, в которой распространяется волна перетекания заряда из кондёра в кондёр и возбуждения тока в катушках со скоростью снаряда (его материал, масса и геометрические размеры - критичны).
3. Одноконтурная ЭП будет иметь очень низкий КПД.
4. Чтобы избавиться от ограничений, связанных с индивидуальными особенностями снаряда, можно сделать систему с последовательным включением контуров и датчиком положения снаряда в канале ствола. КПД останется низким, но появится возможность придать снаряду более-менее приличную скорость.

Коллеги, если делать что-то серьезное, тогда уж лучше линейный ускоритель с секционированной катушкой, датчиками и ключами. По крайней мере считать проще smile.gif .

А если баловство - тогда уж что нибудь вроде рельсотрона.
yrbis
Цитата
А если баловство - тогда уж что нибудь вроде рельсотрона.

Хи, рельсотроны описаны и расчитаны давольно подробно и давольно давно, есть диссертации по ним, американцы недавно ускорителем рельсовым хвастались...а вот гауссганы нигде не описаны, исключительно "баловство":) самоделкиных ..а жаль!... Кстати как раз многосекционный ускоритель и продумывается, токо вот считать его просто пока не получается, ..))видимо поэтому и литературы нету на эту тему
Valodores
Цитата(yrbis @ Mar 10 2008, 03:15) *
Хи, рельсотроны описаны и расчитаны давольно подробно и давольно давно, есть диссертации по ним, американцы недавно ускорителем рельсовым хвастались...а вот гауссганы нигде не описаны, исключительно "баловство":) самоделкиных ..а жаль!... Кстати как раз многосекционный ускоритель и продумывается, токо вот считать его просто пока не получается, ..))видимо поэтому и литературы нету на эту тему

Согласен, индукционный ускоритель имеет, ИМХО, больше перспектив, но не в "чистом" виде, опять таки, если это не "баловство".
Для просмотра полной версии этой страницы, пожалуйста, пройдите по ссылке.
Invision Power Board © 2001-2025 Invision Power Services, Inc.