电容储能型电磁轨道炮同步触发系统发射效率研究.pdf

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1、第36卷第6期2015年12月电力与能源839电容储能型电磁轨道炮同步触发系统发射效率研究龚晨，于歆杰～一撇一一～一～一_一薹一．～一～～一～一～一一～一一～一一眠一．～脚一(i．深圳供电局有限公司，深圳518000；2．电力系统国家重点实验室清华大学电机系，北京100084)摘要：电容储能型电磁轨道炮系统因其技术成熟、操作可靠、经济性强，得到了广泛的应用。基于现有电容储能型电磁轨道炮系统，在脉冲电源系统同步触发的发射条件下，推导出了系统效率与电容值、电容预充电压、电枢质量与导轨长度之间的关系表达式，并在此基础上研究了电枢质量与

2、电容预充电压对电枢出膛速度和系统效率的影响。在高性能数值计算软件Matlab0R2012a及系统仿真软件Simplorer0V8平台下，对系统电路进行了理论分析与仿真比较，验证了提出的变量间关系表达式的正确性。关键词：系统效率；电磁轨道炮；同步触发；电容储能作者简介：龚晨(1990)，女，硕士，工程师，从事电力企业并网管理与策划分析工作。中图分类号：U231．8；TM53文献标志码：A文章编号：2095—1256(2015)06—0839—06LaunchEfficiencyofCapacitiveEnergy—StorageE

3、lectromagneticRailgunSynchronousTriggerSystemGONGChen。YUXin—jie(1．ShenzhenpowersupplybureauCo．，Ltd．，Shenzhen518000，China；2．StateKeyLaboratoryofPowerSystem，DepartmentofElectricalEngineering，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)一电磁轨道炮是一种利用电磁发射技术发射弹冲电源系统同步触发的发射条件下，利用电

4、路公丸的电能武器，发射中将弹丸置于电枢前侧，利用式与运动方程推导得到了系统效率的数学表达电枢受到的电磁力作用推动弹丸向前运动。由于式，给出影响系统效率的4个独立因子，并在此基弹丸与电枢运动状态一致，本文在后续讨论中将础上对系统发射的相关配置进行了研究。具体说二者统称为电枢。来就是在定容系统的前提下，研究了系统在发射基于电容储能的脉冲电源技术具有控制简不同质量电枢时，电容预充电压对发射效率的影单、产品成熟、经济实惠等优势，因而在实际轨道响，得到电枢质量与电容预充电压对系统效率的炮发射系统中得到了广泛的应用-3_。然而现有作用关系，

5、并绘制关系图。电容储能型电磁轨道炮系统的工作效率并不高，l电容储能型电磁轨道炮同步触发系统最终转化为电枢动能的有效能量通常只有系统总模型、储能的2O甚至更低L4]。本文针对现有电容储能型轨道炮系统，在脉现有电容储能型轨道炮系统仿真模型主要由840龚晨，等：电容储能型电磁轨道炮同步触发系统发射效率研究含初始储能的脉冲电源及轨道炮负载两部分组块的二阶电流为解得模块PFU并联同步触发成。放电时，每个PFU二阶电流为：脉冲电源系统常由多个脉冲形成单元(Pulsei1一I-7Ce一sin~t(0≤t≤t)(2)FormingUnit，PF

6、U)分段并联构成，图1为PFUCULR+nRId1电路拓扑结构图，其中储能电容C由单个或多个一—。一—电容器串并联形成，电容预充电压U脉冲形成电感L可控制输出脉冲电流的波形与幅值，并隔丌一arctan(—CO—)∞一td一————L离故障蔓延；反并联续流二极管D可避免电容器coC反向充电，提高放电传输效率并保护电容式(2)中，t以放电开关S闭合时刻为计时零器l_3]。简单起见，轨道炮负载模型可近似等效为点，即PFU模块二阶放电开始时刻，也是电枢的电阻。PFU的工作过程主要有两个阶段，首先是实际运行时间；t对应PFU模块中储能电容

7、C储能电容C放电，由储能电容C、脉冲形成电感放电至零时刻，认为此时二阶放电结束，电路进入L、负载等效电阻RL。串联构成RLC二阶欠阻尼一阶放电阶段。一般来说，希望脉冲电源波形的电路；当即电容C电压放电为零时，反并联二极上升沿速率一定(LC=eonst．)，因此对于确定的管D导通，由脉冲形成电感L、负载等效电阻C、R、RL。，可以唯一确定t的值。R。串联构成RL一阶电路。电容储能型电磁轨道炮同步触发系统模型如图2所示。图1PFU电路拓扑结构图假设脉冲电源系统由个PFU模块构成，对电容储能型电磁轨道炮同步触发系统模型的工作原理进行简

8、要分析。由于每个PFU完全相同、各模块同步触发并联放电，根据电路对称性原理，每个PFU模块电流相等。n个PFU并联放电时，设每个PFU二阶工作的电流为i，一阶工作的电流为i。。以第一个PFU模块与负载构成的电流回路为例，分析各模块二阶放电过程可以得到：d2+‘L