一种双轴补偿空芯脉冲发电机及其脉冲成型系统和方法，涉及一种脉冲发电机及其脉冲成型方法，属于电机领域。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。一种双轴补偿空芯脉冲发电机，补偿绕组与励磁绕组正交排布，分别提供交轴与直轴补偿，其脉冲成型系统包括主放电晶闸管、整流器、续流二极管、启励电容和启励晶闸管。其脉冲成型方法为：原动机拖动转子至额定转速后与发电机脱开，励磁电流通过正反馈的自激过程达到额定值后，闭合主放电晶闸管，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提供补偿，输出所需的脉冲电流波形。实现发电机脉冲电源的小型化。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种脉冲发电机及其脉冲成型方法，属于电机领域。
技术介绍
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等人专利技术了补偿脉冲发电机，并于 1980 年获得美国专利，见 Weldon et al. Compensated Pulsed Alternator,U. S. Patent4200831 Apr. 29，198 0。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吋，还能够提供理想的电流波形。采用空芯结构，即用高強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，有效地降低了弾丸峰值/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。
技术实现思路
本专利技术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。ー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帯。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、续流ニ极管、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。ー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ー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；步骤ニ 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，励磁电流经续流ニ极管续流；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。本专利技术的优点是本专利技术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I为ー种双轴补偿空芯脉冲发电机的结构不意图；图2为图I的A-A剖视图；图3为ー种双轴补偿空芯脉冲发电机的脉冲成型系统结构示意具体实施例方式具体实施方式一.下面结合图2说明本实施方式，ー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3和交轴补偿绕组2，其特征在于交轴补偿绕组2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2与励磁绕组3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。所述电机为四极对称结构，在每ー极下，励磁绕组3的轴线21与交轴补偿绕组2的轴线22在空间上机械角度相差45度，电角度相差90度，使得交轴补偿绕组2与励磁绕组3之间没有磁场的耦合，因而在自激过程中交轴补偿绕组2不会感应电流，较现有的选择被动补偿结构提高了自激效率。放电时，短接的交轴补偿绕组2感应电流，在每个周期的指定位置与定子电枢绕组I的磁场耦合，提供交轴补偿，降低电枢绕组I的等效电感，从而调节负载电流波形。具体实施方式ニ .下面结合图I和图2说明本实施方式，本实施方式为对实施方式ー的进ー步说明，ー种双轴补偿空芯脉冲发电机，所述电机采用四极结构，所述的空芯定子由电枢绕组I、空芯定子轭9和机壳5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9的外侧壁固定于机壳5的内壁上；所述电枢绕组I固定在空芯定子轭9的内壁上；所述空芯转子是由内向外依次为空芯转子轭12、励磁绕组3、励磁绕组绷带11、交轴补偿绕组2以及补偿绕组绷带10。本实施方式所述电机是ー种具有特殊结构的选择被动补偿式空芯脉冲发电机，这种电机采用旋转励磁结构，励磁电流通过电刷14和滑环13装置引入转子励磁绕组3，产生主极磁场；转子上另ー套交轴补偿绕组2自行短路，放电时在特定的位置对电枢绕组I提供选择补偿；电枢绕组I在定子上，切割旋转磁力线感应电压，向负载输出；电机米用全空芯结构，电机内不含铁磁性材料，主要支撑部件空芯定子轭9、空芯转子轭12均由复合材料或钛合金制成；三套绕组均采用无槽结构，在模具内借助环氧树脂一次成型，并通过高强度环氧树脂粘结在相应的支撑部件上。本实施方式所述电机应用于电磁发射领域，可作为电磁轨道炮的脉冲功率电源；它能产生较为理想的平顶脉冲电流，并且不影响自激效率，具有整机效率高，能量密度和功率密度大等优势。具体实施方式三.下面结合图I和图2说明本实施方式，本实施方式为对实施方式ニ的进ー步说明，所述电枢绕组I具有四个线圈，该四个线圈采用并联接法。所述电机设计转速及气隙磁密较高，因此输出电压容易满足负载需求，为了降低所述电机的内电感，输出更大的电流脉冲，本实施方式电枢绕组I采用并联接法具体实施方式四.下面结合图I和图2说明本实施方式，本实施方式为对实施方式ニ的进ー步说明，所述电枢绕组I为单相绕组，且采用无槽同心式结构，由多股利兹线并联绕制而成。为了满足热负荷，电枢绕组I的绕组截面积一般较大，采用同心式结构更容易绕制与成型。绕组采用利兹线绕制，取代了现有的铜排或扁铜线，能够有效的减弱放电时电枢绕组本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵伟铎，崔淑梅，吴绍朋，王少飞，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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