Het Grote Coilgun Topic! |
DISCLAIMER |
Het maken van een coilgun brengt risicos met zich mee. Noch ik (lemming_nl) noch tweakers.net kan verantwoordelijk gehouden worden enige schade in welke vorm dan ook. De informatie in deze post is niet compleet en ik geef geen garantie of de informatie daadwerkelijk klopt. Denk van te voren goed na over wat je gaat doen. |
Waarom dit topic? |
Ik ben momenteel zelf bezig met het bouwen van coilguns en daar kan ik best wel wat hulp bij gebruiken. Met dit topic wil ik kijken of andere mensen ervaringen hebben met het bouwen van coilguns en andere mensen helpen die ermee willen beginnen. Zie onderaan de post voor mijn project. |
Wat is een coilgun? |
Een coilgun is electromagnetische versneller. Wanneer er door een spoel stroom wordt gevoerd zal deze naarbij ijzer aantrekken naar het midden van de spoel. Met dit idee werkt een coilgun. Door veel stroom te gebruiken versnelt het projectiel heel snel naar het midden van het spoel. Door de stroom uit te zetten zodra het projectiel in het midden is zal de spoel het projectiel niet meer afremmen (hij zou hem met stroom immers in het midden willen houden) en dus doorschieten. |
Wat heb je er voor nodig? |
Het boodschappenlijstje (lager in post meer uitleg): Een energie bron Deze moet genoeg energie leveren voor de spoel. Erg afhankelijk van hoeveel geld je te besteden hebt. Een spoel Zorgt voor het magnetische veld. Het ontwerp van een spoel hangt erg af van hoeveel energie je beschikbaar hebt en op welk voltage. Een projectiel Meestal gewoon een staaf ijzer. Voor de gevorderde coilgun bouwers zijn er betere ontwerpen maar die zijn moeilijker om te maken. Een schakelaar Voor hele kleine coilguns voldoet een simpele transistor. Voor grotere coilguns is andere techniek nodig. Beveiliging Spoelen hebben een paar vervelende eigenschappen waardoor beveiliging nodig is voor de energie bron. |
Wat voor energie bron? |
De energie moet je coilgun van energie kunnen voorzien gedurende een korte tijd. Er zijn heel veel mogelijkheiden afhankelijk van hoeveel stroom je wil leveren. Een auto accu kan bijvoorbeeld veel stroom leveren, deze heeft wel het nadeel dat hij een hele grote capaciteit heeft (zie schakelaars waarom dit een nadeel kan zijn). De meest gebruikte optie is de condensator. Deze kan opgeslagen energie in zeer korte tijd vrijgeven. Ze hebben als nadeel dat er per volume VEEL minder energie in kan dan in bijvoorbeeld een accu. De hoeveelheid energie in een condensator wordt met de volgende formule uitgedrukt: E = 1/2CU^2 E = energie in Joules C = capaciteit in farad U = voltage Uit deze formule kan je opmerken dat het voltage veel meer invloed heeft dan de capaciteit van de condensator. Bij gelijke capaciteit zit er in een condensator met het dubbele voltage 4x zoveel energie. Als je daarintegen een gelijk voltage hebt maar de dubbele capaciteit past er maar 2x zoveel energie in. Hoger voltage heeft als probleem dat het moeilijker is om een geschikte voeding te vinden om ze op te laden en dat ze duurder zijn. Hogere voltages zijn ook gevaarlijk (!), ga hiet niet licht mee om, ga niet met spanningen boven 50V werken als je niet weet wat je doet. |
Wat voor spoel? |
Een spoel moet je helaas zelf maken (ik ben ze in ieder geval nog niet kant en klaar tegen gekomen). Ze worden gemaakt van spoeldraad. Dit is koperdraad welke een coating heeft zodat ze geisoleerd is. Normaal draad (met plastic isolatie) kan je ook gebruiken, dit heeft alleen een nadelig effect omdat de windingen verder van elkaar af komen te liggen). Het makkelijkste is ze te winden op het projectiel zelf + wat plakband, zo past het projectiel precies in de spoel wat een positief effect heeft op de effcientie. Denk er wel aan dat je op deze manier geen loop hebt. Bij grote stromen (geen idee wanneer precies maar ik schat zo vanaf 500A) heb je wel een loop nodig. Door de grote stroom gaan er krachten op de windingen werken die de hele spoel kunnen vervormen zonder loop. Verder moet je goede lijm hebben om de spoel stevigheid mee te geven. Voor beginners is het daarom aan te raden om een loop te gebruiken. Het is best moeilijk om een mooie spoel te winden maar oefening baart kunst. De simpelste formule om het effect van een bepaalde spoel met bepaalde stroom te meten is met de volgende formule: B = u0 I N / L B = veldsterkte in tesla u0 = 1,25664*10-6 Hm-1 (=4pi * 10-7 per definitie) I = stroom in ampere N = aantal windingen L = lengte spoel ***Bij deze formule moet de spoel langer zijn dan dat hij dik is, als de spoel dikker is dan dat hij lang is gaan er erg moeilijk te voorspellen effecten op treden*** In deze formule zie je dat zolang je het aantal windingen en de stroom maar blijft verhogen dat het veld sterker wordt. De spoel is dan vooral afhangelijk van hoeveel stroom je kan leveren. Wanneer je bijvoorbeeld 1000A kan leveren op 100V dan zou een spoel met een weerstand van 0.1Ohm ideaal zijn. Als je daarin tegen maar 500A kan leveren kan je het aantal windingen verhogen om zo een spoel met weerstand 0.2Ohm te krijgen waardoor je veld even sterk is als in het 1000A geval. Nu is er helaas ook nog zoiets als inductie. Inductie is simpel gezegd een stroom vertrager. Als je een circuit hebt met een lampje, schakelaar en batterij zonder inductie, zal er zodra je de schakelaar overhaalt gelijk de maximale stroom gaan lopen. Inductie zorgt voor een langzame stroom opbouw. Wanneer je projectiel langzaam gaat maakt dit niet zo heel veel uit, maar zodra je harder wilt zal dit meer uitmaken. Als je een hele dikke spoel gebruikt zal je stroom nog niet opgebouwd zijn voordat je projectiel in het midden is. Je kan dus ook niet zeggen dat je bron na x aantal ms leeg is met alleen de weerstand, je hebt de inductie ook nodig. De makkelijkste manier om de effecten hiervan te bekijken is door middel van een simulatie programma. |
Wat voor schakelaar? |
Door een coilgun kunnen grote stromen lopen en om te verkomen dat je schakelaar smelt zal je goed na moeten denken over welke je neemt. -Mechanische schakelaar: makkelijk en goedkoop. Kan grote vermogens schakelen mits van goed ontwerp. Lange schakelings tijd waardoor veel energie verloren gaat. Gevaarlijk omdat er vonken zullen vormen bij grote stromen. -SCR/Thyristor: Kan extreme vermogens schakelenn (Ik heb ze van 15kA piek) Kan helaas niet dicht terwijl er stroom loopt dus niet geschikt voor grote caps - redelijk goedkoop (10-20 euro als je ze kan vinden op marktplaats). Niet geschik voor accus omdat ze niet dicht kunnen zonder dat je energie bron leeg is. De accu heeft teveel energie en heeft dus een andere schakelaar nodig. -GTO: Uitschakelbare SCR, kan wat hogere vermogens aan dan een IGBT. Kan wel uitgezet worden terwijl er stroom loopt, maakt betere timing mogelijk. - geen idee hoe duur, ook geen ervaring mee. -IGCT: Verbeterde GTO, die beter uitschakelgedrag heeft. Kan wel uitgezet worden terwijl er stroom loopt, maakt betere timing mogelijk. - geen idee hoe duur, ook geen ervaring mee. -IGBT: Dit is een combinatie van een FET (ingang) en een gewone (bipolaire) transitor (uitgang), deze lijken me aangewezen keuze als FET's niet volstaan. Kan wel uitgezet worden terwijl er stroom loopt, maakt betere timing mogelijk. - redelijk duur voor grote stromen (1000A+) (Op marktplaats kostte 1200A piek mij 20 euro). -(MOS)FET: (max 250A, 1000V) Gemakkelijk te vinden, kunnen ook uitgeschakeld worden, en voor de kleinere coilgun zijn ze heel geschikt denk ik. - volgens mij niet al te duur tnx to naftebakje De meeste schakelaars kunnen parallel geplaatst worden om zo grotere stromen aan te kunnen. |
Wat voor projectiel? |
Je keuze van projectiel is erg belangrijk. Het belangrijkste is dat het projectiel van ijzer is (of een ander ferromagnetisch materiaal). Andere materialen zullen VEEL minder effect hebben. Als je een schatting kan maken van de efficientie kan je de snelheid van een projectiel met de volgende formule bepalen: v = wortel(E/0.5m) v = snelheid in m/s E = energie in Joules m = massa van projectiel NOTE: dit werkt alleen als je de efficientie weet. 1-2% is een veilig schatting. Je kan er een stuk boven of onder zitten, dit hangt van je ontwerp af. In deze formule zie je 2 variabele die de snelheid bepalen. Energie en massa. Het is logisch dat wanneer je er meer energie in stopt dat hij harder zal gaan en wanneer het projectiel lichter is dat hij bij gelijke energie ook sneller zal gaan. Een stuk metaal kan verzadigd raken, een sterker veld zal dan geen invloed meer hebben. Een heel klein projectiel met een gigantische spoel gaat dus niet echt lekker werken. Een heel klein projectiel nemen omdat je dat harder kan met je bron werkt dus niet altijd omdat de efficentie omlaag gaat en je een korte puls duur nodig hebt. Volgens mij is een projectiel welke even lang is als de spoel het beste. Hierover verschillen de meningen en ik heb het zelf nog niet uitgetest. |
Projectielen voor gevorderden |
Ik kan het niet goed uitleggen waarom dus daarvoor moet ik je verwijzen naar een andere site: http://mgc314.home.comcast.net/projectile1.htm. Op deze site wordt uitgelegd welke projectiel ontwerpen efficienter zijn. Ze zijn moeilijker te maken maar wel efficienter vanwege het verminderen van negatieve effecten. |
Efficientie |
Een coilgun is van nature niet effcient. Op lage voltages heb ik op internet mensen gezien die 6% efficientie halen maar op hogere voltages (>100v) gaat de effientie bij standaard ontwerpen hard achteruit. Zoals hierboven staat maakt het projectiel ontwerp uit. Andere belangrijke punten zijn: Timing van stroom Inductie van de spoel Verhouding projectiel/spoel |
Multistage |
Multistage is wanneer meedere spoelen achter elkaar worden gezet om 1 projectiel vooruit te krijgen. Dit heeft als voordeel dat wanneer je in een spoel niet genoeg energie in een projectiel kan krijgen met 1 spoel dat je dat wel kan met meerdere spoelen. Probleem hierbij is de timing. De 2e spoel moet op precies het goede moment aangezet en afgezet worden om te voorkomen dat energie verloren gaat wanneer er geen projectiel in de buurt is en dat hij het projectiel terug gaat trekken. Hoe sneller je gaat hoe moeilijker dit wordt. Het populairst (en het makkelijkst) is op de goede plekken optische sluisjes te zetten zodat je met een schakelingetje de spoelen goed kan timen. |
Goede sites |
Een paar goede sites voor betere info zijn: Magnetic Gun Club Veel schemas en natuurkundige informatie. Another Coilgun Site Veel metingen met verschillende ontwerpen coilguns Barry's Coilgun Design Site Naar mijn idee de beste coilgun site. HEEL veel informatie over bijna alle aspecten van het coilgun bouwen Coilgun Systems Web site van zeer professonele coilgun maker. Powerlabs Nog een website van een professionele coilgun maker. |
Help me! |
Deze post is zoals je gemerkt hebt nog lang niet af maar ik kan helaas veel dingen niet goed uitleggen. Wil je een contributie doen? Mail me even en dan zal ik het erbij zetten. |
[ Voor 29% gewijzigd door lemming_nl op 09-09-2006 09:34 ]
Geluk is een weerloos oud vrouwtje, alleen op straat met een bom geld