实在惭愧,本来八月中旬就该记录的实验现在才动手完成,真的是太懒了。接触电磁炮的起因是2019年全国大学生电子设计大赛,自己参加了比赛,然后做的题目就是电磁炮。由于自己负责的是硬件部分的制作,因此主要叙述硬件部分的完成。因为是四天三夜赶出来的作品,因此有些地方会忽略、没能彻底理解,加上专业知识的不足,多担待和指正。
目录如下:
- 赛题
- 原理
- 材料
- 制作过程
- 效果图
赛题
题目要求大概就是这样子了,这里把这句话拿出来“电磁炮由直流稳压电源供电, 电磁炮系统内允许使用容性储能元件”,刚看到题目的时候看到这句话是是松了口气的,因为要是要求使用5V、12V这些电池供电,大概率需要做升压电路…(没有试验过仅仅用5V、12V给电磁炮供电能不能打出去,但是我能确定的是肯定达不到要求的2-3米)。
原理
电磁炮分为线圈炮、轨道炮、电热炮和重接炮这几种,比赛要求我们使用的是线圈电磁炮,是一种磁阻式电磁炮。关于其他电磁炮就不在这里记录了,下面说说线圈电磁炮。线圈炮又称交流同轴线圈炮。它是电磁炮的最早形式,由加速线圈和弹丸线圈构成。根据通电线圈之间磁场的相互作用原理而工作的。加速线圈固定在炮管中,当它通入交变电流时,产生的交变磁场就会在弹丸线圈中产生感应电流。感应电流的磁场与加速线圈电流的磁场互相作用,产生电磁场力,使弹丸加速运动并发射出去。
材料
通过了解线圈炮原理,可以大概分析出制作电磁炮需要的材料。结合题目要求,下面列出我用到的材料及规格,具体怎么用会在后面制作过程解释。
- 线圈 绕120匝
- 漆包线 0.8mm
- 炮管 约13cm
- 电容 50V 4700uF *5
- 弹丸 5g柱形磁铁
- 继电器 5V
- 直流稳压源 33V上限输出电压
- 焊锡
- 洞洞板 3块
- 502胶水
制作过程
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首先是准备炮管。炮管的材料选取需要选取非导电、弱磁性材料如PVC管和ABS管;尽量不要选择导电材料,因为炮管的环流损耗很大。这里选择的是这种类型的管子:
截取的长度大约13cm,外径为6mm,内径为12mm,符合题目要求。 -
其次是绕线圈。选用0.8mm的漆包线制作线圈,绕的时候一圈一圈、一层一层地绕,每绕一层就用502胶水固定,大概绕100多圈就行了,我这里绕了接近120圈。柱形磁铁的规格为10*10mm,线圈绕的长度约为3cm。
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然后是焊接。电路图如下:
(原图找不到了,这是报告书的截图),电容采用并联的方式:(并联电容计算公式:C = C1 + C2 + …+ Cn ):
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最终效果图
由于时间关系,硬件弄得比较简陋,也没能加一些保护电路,实在太不严谨了,不过好在电磁炮能用。经过测量,电磁炮在直流稳压源供24V电压的时候射程可达2-2.5m,供27V电压射程可达3m以上。至于更进一步的射程与相关变量的关系,我们小组也经过仿真也找到了些规律,基本能够打到5环以上。放弹丸时,弹丸的位置也会影响弹射的距离;.发射电磁炮时,炮管角度也会影响距离。
发射过程:首先输入所需电压给电容充电,即接通开关后约3秒再关闭,然后打开继电器的开关,就可以把弹丸弹射出去了。