空心脉冲发电机的电力电子装置设计
张世林，于克训，叶才勇
(华中科技大学，湖北武汉430074)
摘要：给出了空心脉冲发电机的电力电子装置图，分析了空心脉冲发电机的运行模式。根据对空心脉冲发电机自励过程和放电过程仿真分析，得出该电力电子装置不同模块元器件的选取标准，设计了元器件保护电路。
关键词：空心脉冲发电机；自励过程；放电过程；保护电路
中图分类号：TM34，TM341 文献标识码：A 文章编号：1004—7018(2008)12—0013—03
0 引言
空心脉冲发电机是通过采用空心结构设计和磁通压缩的方式，减小电机内感，从而提高电机输出电流的一种交流同步发电机。它利用电磁感应定律和磁通压缩原理，集能量存储、机电能量转换和脉冲成形三者与一体，具有“单元件”的综合优势。空心脉冲发电机是未来实战化电磁炮武器系统的****脉冲电源[1]。
“空心”指转子由非导磁材料制造，由于材料的磁导率接近于空气，故而得名。德克萨斯大学电磁研究中心首先研制出用于空心脉冲发电机的电力电子装置。本设计冲的电力电子装置以德克萨斯大学电磁研究中心研制的电力电子装置为样本，本文先简单介绍该电力电子装置结构，再结合课题实际的设计要求，分别给出装置各个模块的元器件的选取标准，设计了元器件保护电路。
1电力电子装置图和基本设计参数
图1是空心脉冲发电机的电力电子装置图。它由励磁起励模块(FIM)、励磁半控整流桥、主开关模块、失效安全爆炸开断开关(图中未画出)、续流二极管等组成。
根据电机的设计要求，结合有关参考文献资料，制定出如表1所示的电力电子装置设计的有关参数。  2空心脉冲发电机工作原理
2．1空心脉冲发电机结构图
空心脉冲发电机的系统结构框图和励磁控制系统硬件结构图如图2所示。
2．2空心脉冲发电机的运行模式
空心脉冲发电机的在单发试验中，典型的详细测试过程如下：
(1)试验之前，首先进行系统性能和试验时序的仿真计算。
(2)然后，将电机的参数输入远程控制单元(Rcu)，并且下载到主控制器和点火与故障控制监视器(FFcM)。Rcu通过光纤与主控制器连接。FFcM的功能是实时监控空心脉冲发电机的运行。
(3)辅助系统上电，并进行系统检测，确保所有系统都能正常工作。
(4)对Rcu输入一个转速，使原动机开始将电机带动到程序设计的转速，同时，使励磁起励模块(HM)开始充电到所要求的电压等级。
(5)FFcM检测到电机转速达到指定转速时，控制器发出一条指令，使所有脉冲功率系统中的晶闸管驱动和失效安全爆炸开断开关(EOs)模块上电，此时，整个系统的控制权交给FFcM。
(6)在监测到所有的输入变量达到要求后，FF—cM发出指令，使励磁起励模块(HM)对励磁线圈放电，并以预先计算的角度对励磁整流桥进行控制，使励磁电流开始上升。
(7)当FFcM检测到电流达到预设值时，励磁整流桥与电路断开，进入自动续流模式。此时，FF—cM监测与电机同步旋转的光学编码信号，等待下一个开路电压周期，在事先计算出来的角度，通过离合器使原动机与电机脱离，同时触发主开关模块(GSM)，开始电磁炮的发射。
(8)炮弹在电流接近于零的时候离开炮口。此时，GSM开关断开。
(9)励磁线圈中的剩余能量，通过自动续流二极管形成回路，消耗于线路电阻中。FFcM通过静压传动装置对转子刹车并且采集和分析数据。
(10)整个放电过程中，FFcM都监视着电机、GSM和炮尾电流。一旦检测到任何错误，就触发E0s，中止放电过程。作为冗余保护，在FFcM检测到错误时，主控系统也将触发EOs。并且，即使没有检测到错误，主控系统在指定的时间也会发出E0s触发信号。
3电力电子装置各个模块参数计算
3.1励磁起励模块(HM)的基本参数
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