[发明专利]一种双轴补偿空芯脉冲发电机及其脉冲成型系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种脉冲发电机及其脉冲成型方法，属于电机领域。

背景技术

高功率脉冲电源是电磁发射系统中的重要部件，它为电磁炮提供发射所需的能量和脉冲功率。1978年美国德克萨斯大学机电研究中心W.F.Weldon等人发明了补偿脉冲发电机，并于1980年获得美国专利，见Weldon et al.Compensated Pulsed Alternator，U.S.Patent4200831 Apr.29,1980。这种电机利用置于电枢与励磁线圈之间的补偿绕组或补偿筒，在放电时对电枢绕组进行补偿，有效的降低了电机的内电感，从而能够瞬时输出极大的电流脉冲，被视为理想的脉冲功率电源。

小型化与高效化是电磁轨道炮等新型电磁发射装置的发展方向，这就要求脉冲电源在具有更高能量密度和功率密度的同时，还能够提供理想的电流波形。采用空芯结构，即用高强度密度比的新型复合材料替代传统的铁芯，能够有效地降低电机质量提高转速，从而获得更高的能量密度和功率密度；采用选择被动补偿方式，能够在特定的位置上对电枢绕组提供补偿，获得近似梯形的理想平顶电流脉冲，有效地降低了弹丸峰值/平均值的加速度比率，提高发射效率。然而，现有的选择被动补偿脉冲发电机，为了输出平顶的电流脉冲，其补偿绕组与励磁绕组并不是正交排布的，自激时补偿绕组内也会感应电流，阻碍励磁磁通进入电枢，严重的影响了自激效率。这种矛盾的存在，使得需要对现有的选择被动补偿脉冲发电机进行优化，使它既能产生理想的脉冲电流波形，又不影响自激效率。

发明内容

本发明的目的是针对现有选择被动补偿空芯脉冲发电机输出轨道炮所需的理想脉冲电流波形与自激效率相矛盾的问题，提出一种双轴补偿空芯脉冲发电机及其脉冲成型方法。一种双轴补偿空芯脉冲发电机，它包括空芯转子和空芯定子，所述空芯转子包括励磁绕组和交轴补偿绕组，交轴补偿绕组具有四个线圈，每个线圈都是自行短路连接的，交轴补偿绕组与励磁绕组中的相邻两个线圈的轴线为在空间上的机械角度相差45°，所述相邻两个线圈的电角度相差90°的正交排布。所述电机采用四极结构，所述的空芯定子由电枢绕组、空芯定子轭和机壳组成，空芯定子内部为圆筒形空腔，该圆筒形空腔内设置有空芯转子；

所述空芯定子轭的外侧壁固定于机壳的内壁上；所述电枢绕组固定在空芯定子轭的内壁上；

所述空芯转子是由内向外依次为空芯转子轭、励磁绕组、励磁绕组绷带、交轴补偿绕组以及补偿绕组绷带。

一种双轴补偿空芯脉冲发电机的脉冲成型系统，它包括主放电晶闸管、负载、整流器、续流二极管、启励电容和启励晶闸管；

定子电枢绕组通过主放电晶闸管与负载形成放电回路；所述定子电枢绕组输出的电压经整流器整流后，通过电刷滑环与转子励磁绕组相连，形成自激回路；启励电容和启励晶闸管通过电刷滑环与转子励磁绕组形成闭合的启励回路；

整流器采用单相桥式全控整流结构。

一种双轴补偿空芯脉冲发电机脉冲成型系统的脉冲成型方法，实现脉冲成型方法的步骤如下：

步骤一：采用原动机拖动转子主轴旋转，使转子达到额定转速后，通过控制离合器将原动机与转子主轴脱开，所述转子靠惯性继续旋转；

步骤二：控制启励晶闸管闭合，使启励回路闭合，启励电容向转子励磁绕组提供种子电流，定子电枢绕组获得感应电势，该感应电势通过整流器整流后，再输给励磁绕组，使励磁绕组中产生励磁电流，形成正反馈的自激过程；

步骤三：监测励磁绕组中的电流，当励磁电流达到额定值时，控制整流器停止整流，励磁电流经续流二极管续流；根据负载需求，设定主放电晶闸管的触发角，控制主放电晶闸管闭合，电枢绕组向负载放电；转子上短接的交轴补偿绕组和续流的励磁绕组感应电流，分别提供交轴与直轴补偿，输出所需的脉冲电流波形。

本发明的优点是：本发明电机的补偿绕组与励磁绕组正交排布，分别在交轴与直轴提供选择补偿，比现有的选择被动补偿结构增加了一个可以调节和优化的自由度，更容易获得理想的脉冲电流波形，提高电磁发射装置的效率。同时，这种结构解耦了补偿绕组与励磁绕组之间的磁路耦合，解决了空芯电机自激效率与脉冲成型之间的矛盾，提高了电机的能量密度和功率密度，实现了脉冲电源的小型化。

附图说明

图1为一种双轴补偿空芯脉冲发电机的结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为一种双轴补偿空芯脉冲发电机的脉冲成型系统结构示意图；

具体实施方式