适用于地面试验的霍尔推力器工作电路及启动方法技术

本发明专利技术提供了一种适用于地面试验的霍尔推力器工作电路及启动方法，包括放电电源U1、加速电源U2、开关S1、开关S2、开关S3、保护模块以及滤波模块；所述放电电源U1与开关S1串联且与保护模块连接，所述加速电源U2与开关S2串联且与保护模块连接，所述保护模块与滤波模块连接，所述滤波模块分别与霍尔推力器的一级阳极接线柱、二级阳极接线柱以及阴极连接。本发明专利技术可有效防止启动冲击、反向电压等对地面电源的损伤，增强电路的安全性；满足双级阳极层霍尔推力器地面试验对滤波的需求，且使用范围宽泛。泛。泛。

【技术实现步骤摘要】
适用于地面试验的霍尔推力器工作电路及启动方法


[0001]本专利技术涉及空间霍尔电推进领域，具体地，涉及一种适用于地面试验的霍尔推力器工作电路及启动方法。

技术介绍

[0002]双级阳极层霍尔推力器基于双阳极结构设计实现推力器工质电离与离子加速过程的独立控制，可获得超高比冲的性能输出，是霍尔电推进技术发展的重点方向。双级阳极层霍尔推力器为实现超高比冲的性能，须采用放电电源和加速电源串联工作，加速电源的电压可达到数千甚至上万伏特，放电电源的负极连接加速电源的正极，放电电源的参考电位提升到数千伏特，导致推力器地面试验电路极其复杂；此外，还须考虑霍尔推力器放电电源和加速电源的启动冲击、放电振荡等非线性现象，解决地面电源高压工作的安全性等问题。
[0003]在授权公告号为CN103596348B的中国专利文献中公开了一种等离子体霍尔效应推力器低频振荡抑制外回路。在授权公告号为CN109751213B的中国专利文献中，公开了一种降低霍尔推力器启动冲击的放电回路。在授权公告号为CN111022276B的中国专利文献中，公开了一种霍尔效应推力器低频振荡抑制外回路。上述电路不适用于双级阳极层霍尔推力器。
[0004]文献IEPC
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2007
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128的图20给出常规的双级阳极层霍尔推力器的工作电路，电源V
d
和电源V
a
分别并联电容C1和C2；文献AIAA
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2001
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3777的图3给出放电电源和加速电源并联的电容为10μF和100μF；所述电路不具备保护模块，高压工况下易导致电源损坏；所述电路也无法满足推力器大范围参数调节、工作参数拉偏试验等宽范围、极端工况的地面试验需求。
[0005]双级阳极层霍尔推力器可实现独立的一级阳极启动和独立的二级阳极启动，独立的二级阳极启动的点火电压须在500V以上，而独立的一级阳极启动的点火电压更高，高电压冷启动的方式会产生极大的启动冲击，严重影响推力器及地面电源的绝缘性、安全性。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种适用于地面试验的霍尔推力器工作电路及启动方法。
[0007]根据本专利技术提供的一种适用于地面试验的霍尔推力器工作电路，包括：放电电源U1、加速电源U2、开关S1、开关S2、开关S3、保护模块以及滤波模块；
[0008]所述放电电源U1与开关S1串联且与保护模块连接，所述加速电源U2与开关S2串联且与保护模块连接，所述保护模块与滤波模块连接，所述滤波模块分别与霍尔推力器的一级阳极接线柱、二级阳极接线柱以及阴极连接，所述开关S3分别连接加速电源U2和推力器外壳；
[0009]所述放电电源U1的正极通过保护模块和滤波模块连接霍尔推力器的一级阳极接
线柱，所述放电电源U1的负极和加速电源U2的正极通过保护模块以及滤波模块连接霍尔推力器的二级阳极接线柱，所述加速电源U2的负极通过保护模块和滤波模块连接霍尔推力器的阴极；
[0010]所述开关S1控制放电电源U1的通断，开关S2控制加速电源U2的通断，开关S3控制加速电源U2的负极与推力器外壳的通断；
[0011]所述保护模块包括防反二极管D1、防反二极管D2、防反二极管D3以及防反二极管D4；
[0012]所述滤波模块包括可调电感L1、可调电感L2、滤波电容C1、滤波电容C2、泄放电阻R1以及泄放电阻R2；
[0013]所述放电电源U1的正极连接开关S1的一端，开关S1的另一端分别连接防反二极管D1的正极和防反二极管D2的正极，防反二极管D1的负极连接可调电感L1的一端，可调电感L1的另一端分别连接泄放电阻R1的一端、滤波电容C1的一端以及霍尔推力器的一级阳极接线柱；
[0014]所述放电电源U1的负极分别连接防反二极管D2的负极、泄放电阻R1的另一端、滤波电容C1的另一端以及霍尔推力器的二级阳极接线柱；
[0015]所述加速电源U2的正极连接开关S2的一端，开关S2的另一端分别连接防反二极管D3的正极和防反二极管D4的正极，防反二极管D3的负极连接可调电感L2的一端，可调电感L2的另一端分别连接泄放电阻R2的一端、滤波电容C2的一端以及霍尔推力器的二级阳极接线柱；
[0016]所述加速电源U2的负极分别连接防反二极管D4的负极、泄放电阻R2的另一端、滤波电容C2的另一端以及霍尔推力器的阴极。
[0017]优选地，所述防反二极管D2的反向耐压大于霍尔推力器最高放电电压V1的1.5倍，所述防反二极管D1的标称电流大于霍尔推力器最大放电电流I1的2.5倍，所述防反二极管D4的反向耐压大于霍尔推力器最高加速电压V2的1.5倍，所述防反二极管D3的标称电流大于霍尔推力器最大加速电流I2的2.5倍。
[0018]优选地，所述可调电感L1和可调电感L2的电感值为1～30mH，所述可调电感L1的额定电流大于霍尔推力器最大放电电流I1的1.5倍，所述可调电感L2的额定电流大于霍尔推力器最大加速电流I2的1.5倍。
[0019]优选地，所述滤波电容C1和滤波电容C2的电容值为50～200μF，所述滤波电容C1的击穿电压大于霍尔推力器最高放电电压V1的1.5倍，所述滤波电容C2的击穿电压大于霍尔推力器最高加速电压V2的1.5倍。
[0020]优选地，所述泄放电阻R1的阻值不小于2/C1*ln(V1/100)，泄放电阻R1的功率不低于C1*V1*V1/2，泄放电阻R2的阻值不小于2/C2*ln(V2/100)，泄放电阻R2的功率不低于C2*V2*V2/2。
[0021]根据本专利技术提供的一种适用于地面试验的霍尔推力器启动方法，包括以下步骤：
[0022]步骤S1：完成霍尔推力器阴极启动，将霍尔推力器中的内励磁线圈和外励磁线圈连接独立的恒流电源并连通，将霍尔推力器的一级阳极通入工质气体；
[0023]步骤S2：闭合开关S1，放电电源U1输出50～150V电压；
[0024]步骤S3：闭合开关S2，加速电源U2输出100～300V电压，推力器点火；
[0025]步骤S4：逐步调整放电电源U1、加速电源U2输出电压至霍尔推力器稳定工作工况，霍尔推力器完成启动。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0027]1、本专利技术电路可满足5kW～50kW功率的双级阳极层霍尔推力器地面试验需求，适用的推力器工作参数范围宽且调节性强。
[0028]2、本专利技术电路可防止推力器启动冲击、反向电压等对地面电源的损伤，可有效保护地面电源，增强工作电路安全性。
[0029]3、本专利技术公开的可调电感、滤波电容、泄放电阻等可满足5kW～50kW功率的双级阳极层霍尔推力器地面试验对滤波的需求，滤波频率覆盖1kHz～100kHz，霍尔推力器振荡幅度可降低20％～50％以上。
[0030]4、本专利技术公开的霍尔推力器的启动方法，具有启动电压低、启动冲击本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于地面试验的霍尔推力器工作电路，其特征在于，包括：放电电源U1、加速电源U2、开关S1、开关S2、开关S3、保护模块以及滤波模块；所述放电电源U1与开关S1串联且与保护模块连接，所述加速电源U2与开关S2串联且与保护模块连接，所述保护模块与滤波模块连接，所述滤波模块分别与霍尔推力器的一级阳极接线柱、二级阳极接线柱以及阴极连接，所述开关S3分别连接加速电源U2和推力器外壳；所述放电电源U1的正极通过保护模块和滤波模块连接霍尔推力器的一级阳极接线柱，所述放电电源U1的负极和加速电源U2的正极通过保护模块以及滤波模块连接霍尔推力器的二级阳极接线柱，所述加速电源U2的负极通过保护模块和滤波模块连接霍尔推力器的阴极；所述开关S1控制放电电源U1的通断，开关S2控制加速电源U2的通断，开关S3控制加速电源U2的负极与推力器外壳的通断；所述保护模块包括防反二极管D1、防反二极管D2、防反二极管D3以及防反二极管D4；所述滤波模块包括可调电感L1、可调电感L2、滤波电容C1、滤波电容C2、泄放电阻R1以及泄放电阻R2；所述放电电源U1的正极连接开关S1的一端，开关S1的另一端分别连接防反二极管D1的正极和防反二极管D2的正极，防反二极管D1的负极连接可调电感L1的一端，可调电感L1的另一端分别连接泄放电阻R1的一端、滤波电容C1的一端以及霍尔推力器的一级阳极接线柱；所述放电电源U1的负极分别连接防反二极管D2的负极、泄放电阻R1的另一端、滤波电容C1的另一端以及霍尔推力器的二级阳极接线柱；所述加速电源U2的正极连接开关S2的一端，开关S2的另一端分别连接防反二极管D3的正极和防反二极管D4的正极，防反二极管D3的负极连接可调电感L2的一端，可调电感L2的另一端分别连接泄放电阻R2的一端、滤波电容C2的一端以及霍尔推力器的二级阳极接线柱；所述加速电源U2的负极分别连接防反二极管D4的负极、泄放电阻R2的另一端、滤波电容C2的另一端以及霍尔推力器的阴极。2.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘佳，田雷超，张岩，郭曼丽，余水淋，夏启蒙，康小录，
申请(专利权)人：上海空间推进研究所，
类型：发明
国别省市：