點(diǎn)火模塊是脈沖等離子體推力器(Pulsed Plasma Thruster, PPT)啟動(dòng)放電的基礎(chǔ)，其輸出特性直接決定著點(diǎn)火工作的可靠程度。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展與產(chǎn)品需求的進(jìn)一步提高，對(duì)點(diǎn)火模塊的電氣性能、體積和重量等要求越來(lái)越高。尤其在軍事應(yīng)用領(lǐng)域，如飛行器點(diǎn)火裝置和航天發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火裝置等的應(yīng)用中，點(diǎn)火模塊的重量和體積已經(jīng)成為設(shè)計(jì)過(guò)程中最為關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)[1]。
脈沖變壓器作為點(diǎn)火模塊的核心元件，其輸出特性是影響 PPT 點(diǎn)火工作可靠性的關(guān)鍵因素[2]。脈沖變壓器的工況與普通變壓器不同，其工作于短時(shí)脈沖波形激勵(lì)，其輸出脈沖的上升沿時(shí)間是點(diǎn)火模塊性能的關(guān)鍵指標(biāo)。此時(shí)不能將脈沖變壓器視為理想的變壓器，其寄生參數(shù)有可能對(duì)輸出脈沖的上升沿時(shí)間產(chǎn)生重要的影響作用。同時(shí)脈沖變壓器在點(diǎn)火模塊中的體積和重量占比最高。因此對(duì)脈沖變壓器的寄生參數(shù)影響進(jìn)行深入分析進(jìn)而研究其優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對(duì)減小脈沖變壓器的體積和提高點(diǎn)火模塊功率密度具有重要意義[3]。
在脈沖變壓器的寄生參數(shù)影響機(jī)理和建模方面，文獻(xiàn)[4]采用橋式雙極性Marx電路和脈沖變壓器結(jié)合方案，建立了考慮脈沖變壓器寄生參數(shù)的等效電路模型，最終構(gòu)建了變壓器寄生參數(shù)與輸出之間的理論關(guān)系。在脈沖變壓器的寄生參數(shù)優(yōu)化方面，文獻(xiàn)[5]中N. Kobayashi通過(guò)電路計(jì)算表明電路計(jì)算表明，原邊線圈為一匝，原邊線圈到副邊線圈的磁路長(zhǎng)度較短時(shí)，可提高阻抗匹配和耦合系數(shù)。文獻(xiàn)[6,8]對(duì)脈沖變壓器的寄生電感與分布電容進(jìn)行計(jì)算，并提出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。現(xiàn)有文章都是基于橋式電路及平面變壓器結(jié)構(gòu)，但在具體的應(yīng)用場(chǎng)合中點(diǎn)火模塊電路結(jié)構(gòu)和脈沖變壓器的結(jié)構(gòu)各不相同，此時(shí)脈沖變壓器的寄生參數(shù)關(guān)鍵影響因素和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法也不相同，因此對(duì)具體點(diǎn)火模塊電路結(jié)構(gòu)和變壓器結(jié)構(gòu)下的關(guān)鍵寄生參數(shù)進(jìn)行分析和優(yōu)化具有重要的研究意義。
因此，本文對(duì)基于正激電路結(jié)構(gòu)的點(diǎn)火模塊工作過(guò)程中正激變壓器寄生參數(shù)對(duì)輸出特性地影響進(jìn)行了深入分析，建立了綜合考慮變壓器寄參數(shù)的影響的輸出特性數(shù)學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上明確了脈沖變壓器的漏感是影響點(diǎn)火模塊輸出脈沖電壓上升沿的關(guān)鍵影響因素�；陔姶艌�(chǎng)的理論分析了環(huán)形脈沖變壓器的漏感形成機(jī)理與并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。從而提出了環(huán)形脈沖變壓器的優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，通過(guò)該設(shè)計(jì)流程可以有效減小脈沖變壓器的漏感。最后通過(guò)仿真以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此方案的正確性。
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