三相异步感应线圈发射器适用的高功率脉冲电源性能分析

异步感应线圈发射器具有良好的应用前景,但是由于存在电源瓶颈和转换效率不高的问题,使得异步感应线圈发射器还不能投入实用。本文分析了异步感应线圈发射器的结构和工作原理,指出只有当其激励电流是对称的才会产生正向行波磁场加速弹丸沿着发射筒轴线正方向运动。根据对称分量法,任意三相电流总可以分解成正序分量、负序分量和零序分量。正序分量和负序分量都是对称的,前者产生正向行波磁场,后者产生逆向行波磁场。零序分量产生脉振磁场。只有正向行波磁场产生正电磁力加速弹丸做正功,而逆向行波磁场产生反向电磁力阻止弹丸前进做负功,脉振磁场会产生附加损耗。因此,为了提高异步感应线圈发射器的转换效率,应该尽量减小激励电流中的负序分量和零序分量。本文还对实验室常用的高压脉冲电容和飞轮发电机用作异步感应线圈发射器的激励电源的性能进行了分析,指出由于存在端部效应和电路参数不匹配等原因,激励电流波形不对称,其中含有大量的负序分量和零序分量。本文最后提出两点建议:一是针对高压脉冲电容用作激励电源,增加匹配网络使得各相等效阻抗和谐振频率相等,精确计算各相电容充电电压和各相依次放电时间,确保最后一相导通后三相激励电流按指数规律衰减的幅值包络线相同。二是研制新型的逆线圈炮型三相脉冲直线发电机用作三相异步感应线圈发射器的激励电源,可以弥补端部效应的影响。

电流环暂态模型在异步感应线圈发射器中的应用

搭建了异步感应线圈发射器的电流环暂态模型,加入采用开关函数描述的逆变器模型及相关的调制策略,使得改进后的电流环暂态模型能应用于变频调速的仿真研究。基于Maxwell/Simplorer软件分别搭建发射器本体和控制的场路耦合模型。在恒压源驱动和恒压频比驱动两种方式下,电流环暂态模型和有限元模型的仿真结果都非常一致,从而验证了改进电流环暂态模型的准确性。基于电流环模型计算了发射过程中电枢的温升,并分析温升对发射性能的影响。搭建了一套9级线圈发射器实物装置并设计了相关的变频驱动电路,实验结果和仿真结果基本一致。相比有限元模型,电流环模型减小了计算量和仿真时间,有利于发射器的参数整定和优化设计,是分析线圈发射器暂态特性的重要工具。