На днях получил посылку от AliExpress, в которой меня ждали ранее заказанные компоненты для моей новой гауссовки - аккумулятор, ЗУ к нему и целых 50 штук новеньких электролитических конденсаторов JCCON номинальной емкость 220 мкФ и напряжением 450В (на фото они в пакетике). Пользуясь этим изобилием образцов, я решил провести замер параметров конденсаторов, причем не только емкости, но и таких величин как эквивалентное внутреннее сопротивление (Equivalent Series Resistance - ESR) и массы. Все 50 изделий конечно не осилил, но для нормальной статистики хватило и 10 штук. Ниже приведены результаты и обсуждается что их них следует.

Рис. 1. Компоненты для новой пушки Гаусса. Конденсаторы - в пакете.

Замеры электрических параметров производились при помощи RLC -метра типа APPA 703 - про него я более подробно рассказываю в этой статье.  Удобная штука. Масса же измерялась на электронных весах с точностью до 0,1 г (см. рис. 2).

Рис. 2. Меряем массу конденсаторов.

Для начала приведу общую таблицу с результатами. В последних четырех столбцах даны результаты обработки полученной информации - накапливаемая энергия каждого конденсатора при номинальном напряжении, удельная энергия (на единицу массы), удельная масса (на единицу энергии - это просто величина обратная предыдущей), и постоянная времени разряда, равная произведению ESR и емкости (этот параметр иллюстрирует предельно достижимую скорость разряда емкости при выстреле). Кроме того, оценивались средние значения параметров выборке и их разброс (как в абсолютной величине, так и в процентах от среднего, см. нижние 3 строки таблицы).

После замеров был проведен еще эксперимент по влиянию выдержки конденсаторов при номинальном напряжении в течение 5..10 минут. Как выяснилось, на значения параметров это практически не повлияло, поэтому в таблице эти результаты не отображены.

Рис. 3. Результаты измерений.

Что обращает на себя внимание?

Во-первых, все емкости заметно ниже номинальных (в среднем, на 15 %). Это укладывается в нормы для электролитических конденсаторов (обычно допустимо - 20% от номинала), но для партии новеньких изделий выглядит конечно не очень здорово. Впрочем, чего еще ждать от китайского ширпотреба...

Во-вторых, ESR оказалось довольно велико - в среднем 258 мОм, что в сочетании с измеренной емкостью дает среднее значение константы времени 48,1 Ом*мкФ. Это почти в два с половиной раза больше величины которую я привожу в этой статье на основе замеров ( почти 20-летней давности ) нескольких других линеек конденсаторов.

В-третьих, масса конденсаторов соответствует их компактности и на удивление мала, а соответственно, удельная энергоемкость довольно велика - более 1 Дж/г. 

Таким образом, можно сделать вывод, что закупленные мной электролиты JCCON являются, скорее, не "low ESR" , как на них написано, а "low mass" или "high energy capacity"...

Интересно теперь посмотреть, как это повлияет на ТТХ разрабатываемого электромагнитного  ускорителя. Для этого воспользуемся ранее проведенными расчетами в части ограничений, связанных с предельной массой носимой батареи конденсаторов, а также влиянием ESR на максимально достижимую скорость снаряда в гауссвоке с тиристорной коммутацией (именно такую модель я собираюсь делать).

С массой довольно просто - ее значение в упомянутой статье было принято 3 г в расчете на 1 Дж запасенной энергии, а в измеренной партии оно оказалось ок. 0,92 г. Поэтому в той же массе батареи (ее предельное значение было мной принято на уровне 6 кг) накопленная энергия будет в 3 с лишним раза больше. Из-за этого оказывается, что лимиты, связанные с этим фактором, исчезают для всех рассмотренных случаев калибров и длин ускоряющих катушек (т.е. синее окрашивание для таблицы рис. 3 снимается).

В случае же ESR "запретная зона", связанная с ограничением скорости снаряда из-за внутреннего сопротивления конденсаторов, наоборот, расширится, т. к. ESR оказалось больше ранее рассчитанного, причем это расширение оказывается наиболее значительным для снарядов малого калибра.

Итоговый вид для упомянутой таблицы приведен на рис. 4. Напомню, что в ячейках таблиц показана предельная скорость снаряда( в м/с) , достижимая для данного калибра (d), наружного диаметра (D) и длины катушки (l) исходя из соображений формы импульса тока в катушке и его двоякого (вначале - ускорение, затем, с определенного момента  - торможение) воздействия на снаряд.

d  = 0,3 см	d  = 0,5 см
d  = 0,8 см	d  = 1,2 см
	Рис. 4. Табулированные значения максимальной скорости снаряда с учетом результатов измерений конденсаторов JCCON. Красным выделены значения, недостижимые из-за перегрева катушек, желтым - из-за влияния ESR конденсаторов.
d  = 2,0 см

Как видно, в результате внесенных корректив, на первое место с точки зрения достижимой скорости вышли более крупные калибры, и в первую очередь - 8 мм. В принципе, это соответствует имеющейся практике гауссостроения, в которой наиболее впечатляющие результаты достигаются именно для такого (среднего) диапазона калибров. С другой стороны, делать такие глобальные выводы на основании анализа единственной линейки конденсаторов, вероятно, было бы преждевременно, поэтому при случае я постараюсь расширить номенклатуру анализируемых изделий и соответственно дополнить эту публикацию свежими данными.

Всем успехов в творчестве, 

Ваш Eugen.

Апдейт от 26.05.2023. 

Замерена еще одна партия конденсаторов с той же номинальной емкостью и напряжением, но другого типоразмера - 18х50 мм (см. фото ниже). Марка - Changxin, приобретены в прошлом году.

По результатам замеров, получились следующие параметры:

Как видно, емкость и индуктивность этих конденсаторов близки к предыдущей партии, а вот масса и ESR отличаются, причем в разные стороны - масса больше (это понятно, т.к. и размер их крупнее), а сопротивление меньше, причем существенно. Видимо, эти конденсаторы изготовлены из более толстой фольги. Таким образом, для более ответственных применений, требующих пониженного внутреннего сопротивления, нужно выбирать конденсаторы с большими размерами...