空芯脉冲发电机电源系统分析与控制研究

发布时间：2020-04-30 09:37

【摘要】：作为一种新型动能武器——电磁轨道炮,具有初速高、射程远等优点。空芯脉冲发电机电源系统集惯性储能、机电能量转换和脉冲成形三者与一体,大大减少了从原动机到电炮负载的中间环节,能以数百赫兹的频率输出数kV、MA级的电脉冲,是很有发展潜力的电磁轨道炮电源。本文先简述了基于空芯脉冲发电机的电磁轨道炮电源系统的基本运行原理,介绍了各单体的功能和用途,并对系统拓扑结构进行分析研究。空芯电机电源系统由空芯脉冲发电机、拖动电机、励磁初始化模块、励磁整流模块、放电整流开关等单体组成。接着,对空芯脉冲发电机建模,分析其磁密、电感等参数。分析空芯电机励磁初始化、自励磁整流过程,分析空芯电机的放电过程。根据数学模型,建立电源系统的仿真模型,对空芯电机电源系统不同的运行阶段进行研究,分析电源的工作特性,指导空芯电机电源系统的设计,评估并可优化系统的性能。然后,分析空芯电机电源系统各阶段的电压、电流等参数状况,对电源系统的开关装置(励磁初始化、自励磁整流、放电整流)、电磁轨道炮消弧装置、测量元件、电磁炮模拟负载、导线固定装置进行分析、设计。最后,介绍了电源系统控制器的具体的要求,包括控制器的功能、接口等要求。进行硬件选型,设计相关的外接扩展电路版。介绍控制器软件要求及主要架构。介绍电源系统重要单体的加工制造进度,以及开展前期的相关实验。
【图文】：

补偿脉冲发电机,工程样机,第一,比例

冲电机电源系统的重要发展方向。内外研究现状偿脉冲发电机领域，美国德克萨斯大学机电中心（CEM-UT）走在世偿电机也诞生于此[18[[19[。1978 年，，W. F.Weldon 等人提出补偿脉冲国国家实验室的资助下，CEM 于 1978 年设计制作了第一台补偿脉（EPC），如图 1-1 左图所示[21[。该样机是作为惯性约束核聚变装氙灯泵浦提供高功率，因而采用可以产生尖峰电流脉冲的主动补偿式结构，单相，2 对极，磁路采用硅钢片（牌号 2913），补偿绕组轴线能有： 5400 r/min，6kV，0.4GW，储能 3.4MJ，72kA，0.56ms[22J[24[。

整流电流,理想条件,不同相,电流

此时，转子外边缘线速度 311m/s，绑扎套筒外边缘线速度 337m/s。2.2 相数和极数考虑到大功率开关元件的要求，电机的极对数取为 3，此时电机的电频率为 37对数过大需要更加昂贵的中频开关管。放电时，由于开关器件的限制（150kA@10ms），电机需要 6~7 条支路。当相数时，换相重叠越严重，即此时会有多相绕组共同导通以分担总的放电整流电流。，相数较多时，可以提高电负荷利用率；相数较少时，若要增加导体数需要增加绕组串联匝数，此时相绕组电阻也会增大且绕组不易加工。脉冲发电机的相数对电机的性能影响较大。电磁轨道炮需要比较稳定的平顶电电电流纹波对轨道炮发射弹丸的精度有很大影响。其次，制造大电流开关管难度，希望更小的相电流以便可以采用较小容量的开关管。不同相数时，电流的理论如图 2-2 所示，其中，相电流设为 1。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TJ866;TM31

【参考文献】