空心脈沖發電機的電力電子裝置設計
張世林，于克訓，葉才勇
(華中科技大學，湖北武漢430074)
摘要：給出了空心脈沖發電機的電力電子裝置圖，分析了空心脈沖發電機的運行模式。根據對空心脈沖發電機自勵過程和放電過程仿真分析，得出該電力電子裝置不同模塊元器件的選取標準，設計了元器件保護電路。
關鍵詞：空心脈沖發電機；自勵過程；放電過程；保護電路
中圖分類號：TM34，TM341 文獻標識碼：A 文章編號：1004—7018(2008)12—0013—03
0 引言
空心脈沖發電機是通過采用空心結構設計和磁通壓縮的方式，減小電機內感，從而提高電機輸出電流的一種交流同步發電機。它利用電磁感應定律和磁通壓縮原理，集能量存儲、機電能量轉換和脈沖成形三者與一體，具有“單元件”的綜合優勢。空心脈沖發電機是未來實戰化電磁炮武器系統的****脈沖電源[1]。
“空心”指轉子由非導磁材料制造，由于材料的磁導率接近于空氣，故而得名。德克薩斯大學電磁研究中心首先研制出用于空心脈沖發電機的電力電子裝置。本設計沖的電力電子裝置以德克薩斯大學電磁研究中心研制的電力電子裝置為樣本，本文先簡單介紹該電力電子裝置結構，再結合課題實際的設計要求，分別給出裝置各個模塊的元器件的選取標準，設計了元器件保護電路。
1電力電子裝置圖和基本設計參數
圖1是空心脈沖發電機的電力電子裝置圖。它由勵磁起勵模塊(FIM)、勵磁半控整流橋、主開關模塊、失效安全爆炸開斷開關(圖中未畫出)、續流二極管等組成。
根據電機的設計要求，結合有關參考文獻資料，制定出如表1所示的電力電子裝置設計的有關參數。  2空心脈沖發電機工作原理
2．1空心脈沖發電機結構圖
空心脈沖發電機的系統結構框圖和勵磁控制系統硬件結構圖如圖2所示。
2．2空心脈沖發電機的運行模式
空心脈沖發電機的在單發試驗中，典型的詳細測試過程如下：
(1)試驗之前，首先進行系統性能和試驗時序的仿真計算。
(2)然后，將電機的參數輸入遠程控制單元(Rcu)，并且下載到主控制器和點火與故障控制監視器(FFcM)。Rcu通過光纖與主控制器連接。FFcM的功能是實時監控空心脈沖發電機的運行。
(3)輔助系統上電，并進行系統檢測，確保所有系統都能正常工作。
(4)對Rcu輸入一個轉速，使原動機開始將電機帶動到程序設計的轉速，同時，使勵磁起勵模塊(HM)開始充電到所要求的電壓等級。
(5)FFcM檢測到電機轉速達到指定轉速時，控制器發出一條指令，使所有脈沖功率系統中的晶閘管驅動和失效安全爆炸開斷開關(EOs)模塊上電，此時，整個系統的控制權交給FFcM。
(6)在監測到所有的輸入變量達到要求后，FF—cM發出指令，使勵磁起勵模塊(HM)對勵磁線圈放電，并以預先計算的角度對勵磁整流橋進行控制，使勵磁電流開始上升。
(7)當FFcM檢測到電流達到預設值時，勵磁整流橋與電路斷開，進入自動續流模式。此時，FF—cM監測與電機同步旋轉的光學編碼信號，等待下一個開路電壓周期，在事先計算出來的角度，通過離合器使原動機與電機脫離，同時觸發主開關模塊(GSM)，開始電磁炮的發射。
(8)炮彈在電流接近于零的時候離開炮口。此時，GSM開關斷開。
(9)勵磁線圈中的剩余能量，通過自動續流二極管形成回路，消耗于線路電阻中。FFcM通過靜壓傳動裝置對轉子剎車并且采集和分析數據。
(10)整個放電過程中，FFcM都監視著電機、GSM和炮尾電流。一旦檢測到任何錯誤，就觸發E0s，中止放電過程。作為冗余保護，在FFcM檢測到錯誤時，主控系統也將觸發EOs。并且，即使沒有檢測到錯誤，主控系統在指定的時間也會發出E0s觸發信號。
3電力電子裝置各個模塊參數計算
3.1勵磁起勵模塊(HM)的基本參數
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