电磁轨道炮的电路建模及参数特性分析

第3 5卷第 2期2 0 1 3年 4月

黑

龙

江

电

力

Vo L 3 5 No .2 Ap r .201 3

HE I L ONG J I ANG E L EC T R I C P OW E R

电磁轨道炮的电路建模及参数特性分析潘娜，申泽军，韩学军( 1 .东北电力大学电气工程学院，吉林吉林 1 3 2 0 1 2; 2 .清华大学电机系，北京 1 0 0 0 8 4 )

摘

要：利用非线性暂态电路仿真计算分析了电磁轨道炮系统的几个参数对系统性能的影响特性，包括脉冲功率电源的电容

值及时序触发时间、调波电感及其电阻值、续流二极管和晶闸管电阻、轨道的电阻梯度和电感梯度参数等，系统性能指标为电枢加速时间和出口速度。在参数灵敏度分析的基础上，设计了一个电磁轨道炮系统。 关键词：电磁轨道炮；电路模型；参数灵敏度；设计中图分类号：T J 3 9 9 文献标识码：A 文章编号： 1 0 0 2—1 6 6 3 ( 2 0 1 3 ) 0 2— 0 1 2 0— 0 4

Ci r c u i t mo d e l i n g a n d pa r a me t e r s e n s i t i v i t y a na l y s i s o f e l e c t r o ma g ne t i c r a i l g un s y s t e m

P A N N a , S H E N Z e j u n , HA N X u e j u n( 1 . S c h o o l o f E l e c t i r c a l E n g i n e e i r n g, N o r t h e a s t D i a n l i U n i v e r s i t y, J i l i n 1 3 2 0 1 2, C h i n a; 2 . D e p a t r me n t o f E l e c t i r c a l E n g i n e e r i n g, T s i n g h u a U n i v e r s i t y, B e r i n g 1 0 0 0 8 4, C h i n a )Abs t r a c t: By u s i n g n o n l i n e a r t r a ns i e n t c i r c u i t s i mu l a t i o n c a l c u l a t i o n o f t h e e l e c t r o ma g n e t i c r a i l g u n s y s t e m, t h e i n lu f e nc e e f e c t o f s e v e r l a p a r

a me t e r s t o t h e p e r f o r ma n c e o f t he s y s t e m c h a r a c t e is r t i c s i s a na l y z e d, i n c l ud i n g t h e

v a l u e o f c a p a c i t a n c e s a n d t h e i r s e q u e n c e t i r g g e r t i m e i n t h e p u l s e p o w e r s o u r c e, t h e v a l u e o f a d j u s t a b l e w a v ei n d u c t a n c e a n d r e s i s t a n c e, c u r r e nt— c a r r y i n g d i o d e r e s i s t a n c e a nd t h y r i s t o r r e s i s t a n c e, r a i l r e s i s t a n c e g r a d i e n t a n d

i n d u c t a n c e ra g d i e n t p a r a me t e r s . Th e a c c e l e r a t i o n t i me a nd t he e x i t v e l o c i t y o f a m a r t u r e a r e t a k e n a s t h e s y s t e m p e fo r r ma n c e . On t h e b a s i c o f p a r a me t e r s e n s i t i v i t y a n a l y s i s, a n e l e c t r o ma g n e t i c r a i l g u n s y s t e m i s de s i g n e d. Ke y wo r ds: e l e c t r o ma g n e t i c r a i l g u n; c i r c u i t mo d e l; p a r a me t e r s e n s i t i v i t y; d e s i n g

电磁轨道炮的运行过程包括复杂的机械、电

范围内。然后依据仿真结果分析此系统参数灵敏度，包括脉冲功率电源的电容组数与电容值及时序触发时间、调波电感及其电阻值、续流二极管和晶闸管电阻、轨道的电阻梯度和电感梯度参数等，系统性能指标为电枢加速时间和出口速度。在参数

磁、热等物理过程，且相互耦合¨ J。电磁轨道炮的研究包括电磁轨道炮发射、电磁轨道炮

仿真建模、 脉冲时序控制电源、电枢特性研究、动态负载特性

研究、炮体结构设计、电感梯度研究等

。研究

电磁轨道炮建模的主要方法有：采用 S i m u l i n k软件

灵敏度分析的基础上，进行实例设计电磁轨道炮系统。

进行仿真 _ 5 j,对电磁轨道炮采用简化建模，不考虑导轨动态的电阻和电感，没有达到对电流和运动

过程的同步求解；采用 A N S Y S或A n s o l软件进行有 f限元数值方法分析轨道炮的电磁分布 J,根据一些

1 电磁轨道炮的电路模型电磁轨道炮的基本结构由高功率脉冲电源、两根导电轨道和夹在两根轨道问可以滑动的电枢组

点的数据分布进行统计分析，使用解析解验证分析正确性。本文利用非线性暂态电路仿真计算，用 M A T L A B程序计算电路层次的电磁轨道炮模型参数，对比有实验数据的文献结果，使误差在允许收稿日期： 2 0 1 2—1 1一 O 3 作者简介：潘娜( 1 9 8 8一),女，硕士研究生，从事电工理论新技术的研究。

成。由高功率脉冲电源输出的电流经轨道流经电枢，电流回路产生的大磁场与电枢中的大电流相互

作用，产生推动电枢前进的电磁力。电磁轨道炮集中参数模型的等效电路如图 1所示。在图 1中： C 为储能电容； D,为晶闸管，控制

C 的放电时序； R 为电容支路的等效电阻； D 为续