线圈系列--磁阻发射最简单的基本电路

 

单级原理介绍

许多新人往往对于线圈系列的无法上手，经常会问出类似：线圈怎么绕，可控硅怎么用这一类的问题。在此我做几个简单的介绍。

首先是通过磁阻发射最简单的基本电路

 
电池部分可以是蓄电池，也可以是升压电路。升压电路在此我就不做介绍了。开关是空气开关，通过切换空气开关来控制电池对电容充电或电容对线圈放电，形成一个最简单的电磁炮实验。线圈上并联的二极管是为了防止线圈通电/断电的瞬间产生的高压逆流击穿电路损坏零件，起到保护的作用。

然后加入了可控硅

 
空气开关可能还好些，如果换普通的开关就问题大了。如果电压高时不但会产生巨大的电火花烧坏开关触点，还会将大部分的能量都浪费在上面，最关键的是……很吓人，心理承受能力不强的容易吓出毛病。所以这里用到了可控硅这种“固态开关”来控制电路的发射，由于使用了弱电控制强电，因此这里的开关只要一个普通的按钮即可。

如果直接使用市电

 
蓄电池或升压电路往往是直流电，尤其升压电路充电速度可能比较慢，这里就换成市电作为电源，同样采用可控硅作为控制。由于市电是交流电，交流电不能直接给电解电容充电！[/table]因此需要用到整流。可以用四个二极管搭桥，也可以直接用一个整流桥来做。由于大电解刚开始充电时电流非常大，可以看作大的像短路，所以要给充电电路进行限流。方法很多，因为电流大时相应阻抗也大，可以在整流桥输入端串联一个灯泡。当然还有其它更好的办法，比如串联一个10uF到20uF的空调电容，或者串联一个100mH左右的电感等。由于这时可控硅的门极(触发极)直接连接在220V整流后的回路上，所以相应的电阻阻值和功率需要大一些，并且务必在线圈上反向并联二极管作为保护！

变压器与电容串并联的使用

 
有时为了寻求更大的威力需要更高的电压，这时最简单的就是升压电路将电压调高，这里不做介绍。另外将市电变压也是一个方法，这里必须注意你所使用的整流桥与电容的参数。我以380V举例的原因是因为现在绝大多数的市售电解耐压都是450V，因此380V整流后的530V左右电压是无法承受的。整流桥也必须使用600V以上的型号。既然电容耐压只有450V，如何达到更高的耐压呢？就是将电容串联。相同型号的电容串联可以将耐压加倍，但是这样相当于将电容极板更加分开，所以容量会减半。合理的利用串并联就可以取得更高的电压和容量。电容串并联时需要添加均压电阻以防由于电解内阻不同时，过快的充电使串联的电容分到的电压不同而爆炸。均压电阻阻值不一定要很高，但功率要稍微大些。以这个电路为例，如果1W的电阻可以使用10K左右，3个串并联下来大约总共6.6K的阻值，如果是5W或10W的电阻则可以取根小些，比如4.7K甚至1K。在电解上并联一个电阻还有个好处，高压电解在使用完后可以自动放电，以防不小心触摸电路时触电！

其他：线圈的绕法是按照一个旋转方向往返的饶几层，只要旋转方向相同不论你往左绕还是往右绕都不会影响磁场。如果限流用的扼流线圈还可以采用蜂房式绕法(如果你绕的出来……)
可控硅的门极G与阴极K可以使用隔离的电路进行触发，不会影响阳极A到阴极K的电路效果(比如第四个例子)

 

线圈绕法的讲解

在实际的使用中线圈的绕法相当多，因为这个与我们将要讲的内容无关，我只是带过下。
线圈有空心线圈和带芯线圈两种，变压器上的也是一种带芯线圈。
前面提到过扼流线圈往往是直接绕在磁环上或用蜂房式绕法，线路板上也有工字电感的垂直式绕法。

 

我们制作的Coilgun的电磁发射线圈在装入弹丸前可以看作一个空心电感，实际制作时也是空心的电杆，所以一般就不必考虑用磁环或者工字的磁芯了。下面我画了一张图来简单讲解下多层空心电感的绕法。由于纯鼠标+Windows绘图板，无专业绘图软件与绘图画板，图片质量恐怕不能满足众艺术系达人的审美需求，请多包涵。如果有自告奋勇的高才生愿意帮助本人美化甚至重制此图，不胜感激。

 
第一张图是发射用的空心管。

第二个是准备好漆包线后将一头留出抽头并固定于空心管上，固定方法可以考虑用快速方便的502胶水。 箭头的方向是绕线的方向。

第三个图是将第一层绕完后的情况，实际情况下恐怕线圈的密度会比这个要大的多，而且由于绕制的紧密往往带有预应力，可以参考本坛各坛友的作品。绕完一层后建议使用胶水固定一下，以防松动了要返工。

然后第四个图则是重点，为了区分开第二层我将颜色换成了红色，虚线部分是空心管背面的情况。请注意红色的箭头方向依然是与黑色箭头同向——没错，你没看错，就是以同样的方向继续绕线并折返回去，千万不要让“红色”的箭头以相反的方向绕线了，因为这样磁场的方向会改变，造成磁场的互相抵消，自然就没法发射了。


需要注意的是除了用胶水固定以外，建议使用硬卡纸，塑料片甚至有机玻璃板预先开孔并在空心管的两头固定住，以留出一个线圈绕线的范围，这样不但能够使绕线过程更加容易，还可以加大空间的利用率，使线圈的磁场更强。

有需要补充可以在另一贴中提出，欢迎改进与建议

 

电容充电指南

鉴于最近疑惑电解电容如何充电的新手较多，在这里做一个“实物”的图示来表明如何接线以及充电。

 
如图所示，插头可以直接接市电，也可以接在变压器上。
限流所使用的是一个空调压缩机的启动电容，市价大约10元，规格一般是450V/10uF~20uF的CBB电容。可以替换成一个10A/100mH左右的电感。如果都买不到……很不幸，您接个灯泡上去吧……
给电解充电在正极加一个二极管，这个在今后的电路中有用。规格可以不用这么大……根据你限流电容和充电电路的功率来决定即可。(我用IN4007配10uF电容限流也没烧过一个)在这里我取值比较大是因为保守些，就算有电容限流仍然会有一个很小的瞬间的浪涌……规格大一些不容易坏。
各位如有何补充可以在其他帖中提出，我会根据实际情况进行解答或采纳。

补充：限流的电感是100mH，不是100uH。即便100mH对应的阻抗也只有30欧左右，这样电流是比较大的但是一般线路较好的话还不至于跳闸，毕竟只是一个瞬间。