电磁发射用16MJ紧凑型脉冲功率电源

摘要

脉冲功率电源在轨道炮、电热化学炮、激光等新概念武器系统中占有重要地位.本文研制了一套用于电磁轨道发射的16MJ紧凑型脉冲电源系统.电源系统由脉冲成形网络、充电单元、监控单元与汇流转接单元组成.脉冲成形网络中包含156个放电单模块,单个PFU储能103kJ,储能密度为0.88MJ/m3,PFU由电容器、脉冲晶闸管、续流二极管、调波电感组成.每个单元模块的触发放电时序灵活可调.16MJ脉冲电源系统整体上分为2个整车框架车,每个框架外形尺寸10m(长)*2.1m(高)*2.2m(宽),集成度非常高,适合集装箱整体运输.为了精确预估单模块的放电电流波形,需求准确求取半导体开关的导通特性.针对特定的4英寸晶闸管阀片,本文通过实验,获得了以指数形式表示的晶闸管导通压降.基于此模型,计算得到的PFU短路放电电流波形与实测波形吻合度很高.脉冲放电电缆的通流极限能力在本文中也进行了仿真与实验研究.本文建立了同轴电缆的二维电磁场仿真模型,通过电磁场与电动力的分析计算,得到外导体的受力情况,并通过一系列改进措施,放电电缆的通流极限提高至140kA以上.本文建立的16MJ电源装置运行稳定,在单组13套同时放电情况下,模拟负载上获得峰值达到近700kA的脉冲电流.电源系统也可多组间依次发射,形成连发模式.