코일건(Coil-Gun 제작) 프로젝트

목차

1. 개 요
2. Coil-Gun의 구조와 관련이론
3. 관련 내용
1) 레일건과 코일건, 매스드라이버의 원리와 이해
2) 레일건이란
2) 코일건이란
3) 레일건의 현실(실용화)
4) 정류기와 정류 회로
4) 사이리스터 (SCR)
4. Coil-Gun 제작을 위한 설계도
1) 설계의 개요
2) 설계도의 의한 소자값 도출
5. 필요 물품 목록

본문내용

IB2를 더욱 증가되게 한다. 결과적으
로 A-K간 저항은 대단히 작아져서 아래의 그림과 같이 SCR은 하나의 단락회로
가 된다. 일반적은 SCR은 0.1us ~ 1us의 턴 온 시간을 갖는다.
③ 위와 같은 게이트에 의한 트리거 뿐 만 아니라 온도를 현저하게 증가시키거나
Breakover 전압 이상으로 전압을 증가시킴으로 SCR을 온 상태로 만들 수도 있다.
④ 일단 SCR이 온 상태가 되면 아래의 그림과 같이 게이트 신호를 제거하여도 오프
상태로 변화되지는 않는다. 단지 위에서 소개한 GTO형의 SCR만이 게이트에 음의
펄스를 인가하여 오프상태로 만들 수 있다.
- SCR의 턴 오프(Turn-off)방법
SCR을 오프 상태로 만들기 위한 방법은 양극전류 차단법과 강제전환법이 있다. 양극
전류 차단법은 아래의 그림(a)와 같이 직렬 스위치를 개방시키는 방법과 (b)의 그림
과 같이 병렬 스위치를 단락시키는 방법이 있으며 두가지 모두 애노드 전류가 0이
되어 SCR이 오프상태로 된다.
강제전환법은 강제로 SCR내의 순방향 전류의 반대방향으로 전류가 흐르도록 하는
방법이다. 가장 기본적인 회로는 아래의 그림과 같다.
위의 그림의 (a)에서와 같이 스위치가 개방되어 있으면 SCR은 도통상태에 있게 된
다. 이 때 (b)와 같이 스위치를 닫아 순방향 전류와 반대방향으로 전류가 흐르게 되
면 SCR은 오프 상태로 된다. 보통 SCR의 턴 오프 시간은 수us ~ 수십us 정도이다.
- SCR 특성곡선
- 순방향 브레이크오버 전압 (VB)
SCR이 순방향 차단영역에서 순방향 전도영역으로 들어가기 위한 전압을 순방향 브
레이크오버 전압이라 한다. 위의 그림에 나타난 바와 같이 게이트 전류 IG가 증가하
면 순방향 브레이크오버 전압은 감소한다. 게이트 전류 IG = 0일때 순방향 브레이
크오버 전압이 최대가 된다.
- 유지전류
SCR이 순방향 전도영역에서 동작하기 위한 최소의 애노드 전류를 유지전류라고 한다.
- 순방향과 역방향 블로킹 영역
순방향 바이어스 전압을 인가했을 때 SCR이 오프 상태인 영역을 순방향 블로킹영
역이라 하고, 역방향 바이어스 전압을 인가했을 때 SCR이 오프 상태인 영역을 역방
향 블로킹 영역이라고 한다.
- 게이트 트리거 전류 (IG)
SCR을 순방향 블로킹영역에서 순방향 전도영역으로 전환하는데 필요한 게이트 전
류를 트리거 전류라고 한다.
- 순방향 전도영역
순방향 바이어스 전압을 인가했을 때 SCR이 온 상태인 영역을 순방향 전도영역이
라고 한다.
- 역방향 항복전압
SCR이 애벌런치 영역으로 들어가서 급격히 도통되기 시작하는 애노드와 캐소드 양
단의 역방향 전압을 역방향 항복전압이라고 한다.
4. Coil-Gun 제작을 위한 설계도
1) 설계의 개요
코일건의 회로도 설계는 Pspice를 이용하였고 아래의 그림은 Pspice를 이용하여 간단하게
만든 회로도이다. 이 그림은 코일건의 구조를 아주 쉽게 알 수 있도록 해준다.

위의 회로도에서 알 수 있듯이 코일건은 전체적으로 다음과 같이 구성된다
① 입력전원 : 투사체를 발사하기 위한 기본적인 전원공급이다. 여기서는 AC220V를
이용한다.
② 브릿지 다이오드 : 입력전원을 정류한다. AC의 음의 주기가 있기 때문에 정류를 하지
않으면, 콘덴서에 전하가 축적되지 않기 때문에 브릿지 다이오드를 사용한다.
③ 저항 : 콘덴서에 전하가 충전되는 시간을 결정하고, 전압을 분배한다.
④ 콘덴서 : 코일건의 원리에서도 알 수 있듯이 전류를 많이 흘리면, 자계의 세기가 강해
지고 그에 따라서 자속밀도도 증가하게 된다. 코일건의 위력은 자속밀도의 자
승에 비례하기 때문에 전류의 증가는 코일건의 위력의 상승과 직결된다고 할
수 있다. 전류를 크게 하기 위해서는 콘덴서 용량과 전압의 증가가 필요한데,
그것은 아래의 식을 통해서 알 수 있다.
따라서, AC 220 V에서 사용할 수 있는 최고의 전압인 를 사용한다.
2) 설계도의 의한 소자값 도출
우선 코일을 디자인하고 코일에서의 인덕턴스 값과 저항값을 도출해야 한다.
아래의 그림은 인덕턴스 값과 저항값 도출을 위해 Barry's Coil-Gun이라는 사이트를 참
조하여 코일을 디자인한 것이다.
<코일 디자인>
우리 조는 전류를 10～15A 정도 흐르게 디자인 하자는 의견을 모아 직렬저항 의 값을
400Ω, 병렬저항 의 값을 150KΩ으로 선정하였고, 커패시터의 용량은 600F으로 선정은
하였으나, 판매하는 곳에서 알아 본 바, 600F 용량의 커패시터가 없어 1000F으로 선정하
였다. 이때 전압은 아래의 그림과 같이 300V까지 올라가므로, 300WV에 1000F의 커패시
터로 결정 하였다.
그리고 이때의 전류는 아래의 그림과 같이 18.6A가 나옴을 알 수 있다.
이를 통해 Femm을 통하여 자속밀도를 구해보면,
최대 0.287[T]가 나옴을 볼 수 있다.
Femm은 정상자계의 해석을 해주는 프로그램이다.
이때의 힘을 구하려면 앞선 식(3)의 공식을 이용하여 풀어보면,
여기서 총열은 10mm의관에 플라스틱 재질을 사용 할 것이고, 이 때, 플라스틱의 두께는
1.5mm로 총열 내부는 7mm이다, 이때 발사체는 6mm두께의 못을 사용 할 것이므로 발사
체의 반지름이 3mm가 되는 것이다.
5. 필요 물품 목록
지금까지 코일건에 대한 전반적인 내용과 프로젝트를 통해 제작될 코일건에 대해 알아 보았
다. 이를 통해 프로젝트에 사용 될 자재 목록을 다음 표와 같이 작성 해 보면
번호
부품명
수량
1
커패시터 (1000F, 330WV)
1EA
2
알루미늄 저항 400Ω (240W이상)
30W 50Ω
8EA
3
탄소 저항 150KΩ
10EA
4
SCR(BTW68)
1EA
5
브리지 다이오드(KBPC806)
1EA
6
코일 0.6
1EA
7
SCR 소켓
1EA
8
못(6mm)
10EA
9
플러그선(220V)
1EA
10
아크릴 관(10mm), 아크릴 판
각 1EA
11
실납
1EA
12
점프선
1EA
13
ON OFF 스위치
1EA
14
9V 베터리
1EA
15
베터리 소켓
1EA
16
PCB기판
1EA

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코일건,   Coil-Gun ,   Coil-Gun의 구조와 관련이론,   Coil-Gun 제작을 위한 설계도