logo
Среда, 26 Декабрь 2012 00:00

Моделирование Gauss Gun. Рекуперация.

Оцените материал
(0 голосов)
На это исследование меня подтолкнула микростатья автора drago на сайте gauss2k.narod.ru

Автор пишет, что не знает, насколько данная схема может поднять КПД Гаусс гана, и я решил это выяснить. 

Схема принципиальная представлена на Рис.1. Номиналы оставлены прежние.

Схема ступени Гаусса с рекуперацией

Рис.1

На Рис.2 графики напряжения на конденсаторе  и тока через катушку. Видно, что в момент времени А напряжение на конденсаторе начинает расти, в то время как ток через катушку падает. За 150 мкс энергия, запасенная в катушке, переходит обратно в конденсатор. Посчитаем, насколько возрастет КПД для конкретной системы в сравнении со схемой без рекуперации.



Рис.2

Без рекуперации (результаты расчета скрипта):

Энергия конденсатора начальная, Дж = 45.125. Энергия конденсатора конечная, Дж = 29.11953865322914. Энергия пули конечная, Дж = 0.2141389780468402

КПД = 1.3379 %
С рекуперацией:
Энергия конденсатора до рекуперации, Дж = 27,328963805 

Энергия конденсатора после рекуперации, Дж = 28,63428488

Т.е. для данной системы применение схемы с рекуперацией дает возврат энергии в конденсатор 7.33% от затраченной, что при той же энергии пули 0.214 Дж дает прирост КПД с 1.2033% до 1.29854%, что не оправдывает затраты на второй ключ и усложненную систему управления.

На Рис.3 показаны те же графики для 11 разных индуктивностей. Как и ожидалось, при увеличении индуктивности максимальный ток падает, а время возврата энергии в конденсатор возрастает. Для катушки с индуктивностью 550мкГн энергия конденсатора до рекуперации 40.81199858 Дж, после - 43.19293568 Дж, т.е. возвращается 55% затраченной энергии. Отличный результат, если закрыть глаза на очень малый энергетический вклад ступени. Энергия пули после выстрела при том же КПД будет ничтожно малой, а это значит, что потребуется большое количество ступеней. Либо можно поднять напряжение конденсатора, но это очень серьезно удорожит транзисторы. Если КПД был 1.2%, то станет всего лишь 1.8% - на 55% больше...

Энергия, выделяемая в виде тепла на сопротивлении катушки снизилась благодаря этой схеме на 2.2%. Правда, различие будет меняться вместе с сопротивлением шунта, в моей модели сопротивление очень маленькое.



Рис.3

В конце статьи автор пишет: "Где К1-К4 - ключи (MOP, тиристоры и т.д.) значения не имеет, зато напряжение в два раза меньше"

Рассмотрим напряжения на ключах - Рис.4. В выключенном состоянии напряжение конденсатора действительно делится пополам между ключами. Когда ключи открыты, падение на них близко к 0. После выключения оба ключа оказываются под полным напряжением конденсатора, которое успело немного снизиться. Если применить ту же схему, но с зашунтированной обратным диодом катушкой, то действительно, транзисторы оказываются под вдвое меньшим напряжением, чем в схеме с одним ключом.



Рис.4

Вывод: схема работает и позволяет немного поднять КПД, стоит её применять или нет - зависит бюджета.
  • Авторизуйтесь, чтобы получить возможность оставлять комментарии