电磁驱动器驱动线圈内部温度测量试验研究

    韩伟，雷彬，李治源，关晓存

    (军械工程学院三系新概念武器研究所，石家庄050003)

摘要：高压带电环境下测量温度是一项既园难又危险的试验。本文介绍了使用热电偶对电磁发射嚣驱动线圈内部温度的测量过程，并利用应变片及压力表对线圈的稳定性进行监测，以防止发生爆裂现象。本文还简述了线圈内部平均温度的计算过程，将测量结果与计算结果相比对并进行了误差析。

关键词：驱动线圈；温度；热电偶；电磁驱动嚣；测量；试验；直线电机

O引  言

    电磁发射器本质上是一台直线电动机，它由若干个驱动线圈(一般固定不动，相当于电动机中的定子)和一个或多个发射线圈(相当于电动机中的转子)组成。电磁发射器由一系列国定的电流激励线圈组成。电枢置于线圈的内部并与有效载荷固连。当激励线圈馈入强脉冲电流时，形成变化的磁场；激励线圈和电枢之间将产生强大的电磁力，以此加速电枢超高速飞出。电磁场变化过程中的热损耗主要由驱动线圈、电枢及弹丸和炮管之间的摩擦所引起。其后果不仅对初始能量的消耗、更重要的是对电磁发射器本身带来影响。长期工作中，导线内电阻损耗均转换成热能，引起自身和其他部分的温升。严重时会使线圈烧坏，甚至造成重大事故。所以分析驱动线圈内的温度场及建立冷却系统是非常必要的，而关键是要了解驱动线圈内温度场分布、平均温升、各点温升，以便进行下一步计算和试验。

1热电偶及测量原理

    常用的测量温度仪器有玻璃管液体温度计、电阻型温度计、热电偶温度计。随着科学技术的不断发展，热电偶已成为温度测量领域中应用****泛的感温元件之一，可以在一270℃～2 800℃的温区内进行测量。它性能稳定、准确可靠、热质性小、动态响应快，且结构简单、维修方便。

    热电偶的测量原理基于热电效应。将两种不同的导体，一端焊接，另一端连成闭合回路，当两端有温差时，回路就产生热电势。由温差产生热电势的现象称为“热电效应”，而这两种不同导体的组合称为热电偶。根据以上叙述原理，热电偶产生热电势必须具备以下条件：①必须由两种性质不同但符合一定要求的导体材料构成；②工作端和参考端之间必须有温差。

2驱动线圈结构及特点

我国当前驱动线圈的外形为两层的平面螺旋形状，线圈材质为紫铜。由于在工作中磁发射器系统是在高功率脉冲电源的作用下进行，

所以瞬间形成的电流强度很大，导致瞬间放出的热量也很多，温升很高，而且散热能力的大小与线圈结构及材料有很大关系。图1为线圈结构模型。  

感应线圈发射器一般由储能电源(多为电容器组)、开关、驱动线圈和电枢组成。为了保证磁耦合紧密，驱动线圈和电枢通常是同轴等直径的。当脉冲电流加到驱动线圈时，电枢交链磁通感应出一方向相反的环形电流。该环形电流与驱动电流反向产生相互排斥的安培力推动电枢向前运动。若设驱动线圈中电流为i₁，自感为L₁，电枢电流为I₂，自感为L₂，两者互感为M，则驱动线圈和电枢总的磁能为：

作用于单位线圈上的驱动力为：

式中M₁(x)为电感梯度。

当两线圈从相互接近到远离时，电感梯度正负变化，力的方向也发生变化。当环形电流i₁，i₂反向，弹丸位于驱动线圈1中心右边时，驱动线圈

2先不通电，当弹丸刚向右越过驱动线圈2中心后，再让驱动线圈2通以和i₁反向的电流，以此类推弹丸被一系列驱动线圈加速。

驱动线圈的发射特性和结构特性使得温度测量更加困难，厚厚的尼龙外壳使探针无法深入高脉冲电流使测量的危险系数增加，馈电时周围的强电磁场严重影响了测量结果。

3驱动线圈平均温度计算

任何发热体在其温度达到稳定状态之前，它将以其中部分热量用来升高本身的温度，而另一部分热量散到周围介质中去。这两个部分的比值由许多因