串联充电-并联放电型电感储能线圈炮系统的研究

第２７卷第４期　２００８年ｌ０月　电工电能新技术　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｖｏ１．２７，Ｎｏ．４　Ｏｃｔ．２００８　串联充电．并联放电型电感储能线圈炮系统的研究　赵良英，刘秀成，于歆杰　（清华大学电机系电力系统国家重点实验室，北京１０００８４）　摘要：建立了串联充电．并联放电型电感储能单级脉冲感应线圈炮的系统模型。利用ＰＳｐｉｃｅ对系统　特性进行了仿真，分析了弹丸线圈时间常数、转换电容、初始位移等参数对发射过程的影响，并对　比了单个电感线圈储能和两个电感线圈串联充电．并联放电型电源拓扑的发射结果。搭建了由两　个电感线圈构成的串联充电．并联放电的小型线圈炮实验系统，其中控制电路以ＤＳＰ芯片　ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２为基础设计而成。实验结果和仿真结果吻合较好，验证了系统模型的正确性。　关键词：电感储能；线圈炮；脉冲电源；ＰＳｐｉｃｅ；ＤＳＰ　中图分类号：ＴＭ９１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３．３０７６（２００８）０４—００６２—０６　１　引言　线圈炮一般是指利用脉冲或者交变电流产生磁　行波来驱动带有线圈的弹丸或者磁性材料弹丸的发　射装置。相对于导轨炮，线圈炮更适合发射大体积、　大质量的负载，因此在宇航和国防中有重要的应用　前景，但目前尚处于工程研究阶段…。　目前线圈炮研究中多采用电容储能型脉冲电　源，文献［２］将单个电感线圈储能的脉冲电源应用于　后搭建小型发射平台进行实验研究。通过仿真、分　析和实验，得到了若干对系统设计有指导作用的结　论。　２系统工作原理　２．１　系统的拓扑结构　图１所示系统中，电源侧由直流充电电源和两　个相同的储能线圈１和２组成，其中　、　为直流　充电电源的电压和内阻，　Ｒ　、尺　为储能线　单级脉冲感应线圈炮负载。相比电容储能，电感储　能具有更高的储能密度，而且是静态储能，不像机械　储能那样需要为高速运动的转子或者飞轮急剧减　圈的自感和电阻，ｕ。、ｉ　、ｎ　、ｉ：为储能线圈的电压和　电流。系统的工作过程分为储能线圈１和２的串联　充电和并联放电两个阶段，换流过程由开关ｋ　～ｋ　速。电感储能的技术难点在于工作过程中需要切断　大电流，对断路开关和换流技术要求较高。　实际系统工作时需要很大的电流，当采用单个　电感线圈不能提供线圈炮负载所需的电流时，可以　切换控制，二极管Ｄ　～Ｄ　起到控制电流方向的作　用。电容Ｃ起到转换电流的作用，称为转换电容，　其两端电压为“　。　采用多个电感线圈串联充电　并联放电的脉冲电源　拓扑。相对于单个电感线圈储能，这种拓扑具有放　负载侧为单级脉冲感应线圈炮，由同轴紧密耦　合的驱动线圈和弹丸线圈组成。驱动线圈一般由多　电电流大、能量转换速度快等优点，但同时提高了控　匝导线绕制而成，固定不动。弹丸线圈常采用金属　制系统的复杂性　。　本文将两个电感线圈串联充电一并联放电的电　套筒，也可采用多匝闭合导线。￡　、Ｒ　、￡　、尺　为驱　动线圈和弹丸线圈的自感和电阻，Ｍｄｐ（　）为弹丸　感储能型脉冲电源应用于单级脉冲感应线圈炮负　载，其电路拓扑如图１所示。首先介绍系统的工作　原理，然后利用ＰＳｐｉｃｅ对该系统进行仿真和分析，最　收稿日期：２００８—０４－１４　线圈位移为　时驱动线圈和弹丸线圈的互感。“　、　、ｕ　、ｉ　为驱动线圈和弹丸线圈的电压和电流。　２．２储能线圈的充放电过程　作者简介：赵良英（１９８２．），男，北京籍，硕士研究生，从事电路与系统研究；　刘秀成（１９５９一），男，北京籍，副教授，主要从事电路与系统的教学与科研；　于歆杰（１９７３一），男，北京籍，副教授，主要从事电工理论与新技术的教学与科研。　第４期　赵良英，等：串联充电一并联放电型电感储能线圈炮系统的研究　６３　露　图１　串联充电一并联放电型电感储能线圈炮　系统电路拓扑　Ｆｉｇ．１　Ｃｉｒｃｕｉｔ　ｔｏｐｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｓｅｒｉａｌ—ｃｈａｒｇｅ—ｐａｒａｌｌｅｌ—ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｕｐｐｌｙ　ｆｏｒ　ｃｏｉｌｇｕｎ　ｓｙｓｔｅｍ　如前文所述，系统的工作过程分为储能线圈１　和２的串联充电和并联放电两个阶段。在第一阶　段，开关七。、ｋ　闭合，ｋ　断开，直流电源对串联的储　能线圈１和２进行充电，此时负载侧没有电流通过。　当储能线圈中的电流达到预充电电流，　时，开　关ｋ，、ｋ，断开，同时ｋ　闭合，直流电源被切断，储能　线圈１和２的电流被切换到线圈炮负载，两个线圈　由串联充电状态转为并联放电状态。　２．３单级脉冲感应线圈炮的数学模型　单级脉冲感应线圈炮的数学模型如式（１）所　示　：　ｕ　：　＋　＋‰（　ｄｉｐ＋　“　：　＋　＋‰（　ｄｉｄ＋　ｄ百Ｍａｐ（ｘ　ｐ）　。　（　）　＝ｉｄ　ｉｐ　＝ｍ　鲁　ｄｘ　ｐ　■　式中　。为弹丸线圈的位移，也就是弹丸线圈几何中　心和驱动线圈几何中心之间的距离，　Ｑ　为　驱动线圈与弹丸线圈的互感梯度，ｍ。、　和Ｆ如分　别为弹丸线圈的质量、速度和受到的安培力。　由式（１）可知，在线圈炮发射过程中，电路暂态　过程和弹丸线圈运动过程通过磁场紧密地耦合在一　起，难以用解析表达式进行求解，因此需要借助计算　机仿真技术和实验进行分析和研究。　３系统仿真及分析　３．１互感和互感梯度计算　由式（１）可知，驱动线圈和弹丸线圈的互感和互　感梯度对于弹丸线圈的发射过程影响很大。互感和　互感梯度的计算涉及到椭圆积分，不能用解析式表　达，为此文献［２］介绍了一种数值计算方法，其基本　思路是由电感的定义出发，根据两个同轴线圈的几　何尺寸和位置关系计算出互感，进而得到互感梯度。　本文采用这种方法，利用ＭＡＴＬＡＢ计算得到两线圈　在０到１００ｍｍ范围内的互感和互感梯度如图２所　示。其中驱动线圈采用直径２．５ｍｍ的漆包线绕制　而成，内径５１ｍｍ，４层，每层２３匝，自感Ｌ　＝　０．２８７ｍＨ，电阻Ｒ　＝０．０６２６１２；弹丸线圈为圆形铝筒，　内径３７．７２ｍｍ，外径４０．０３ｍｍ，长２４．９５ｍｍ，自感　。　＝３．２６×１０～Ｈ，电阻Ｒ　＝１．１３×１０“Ｑ，质量ｍ　：　９．５ｇ，时间常数ｒ　＝０．２９ｍｓ。　１　６　———阜　Ｉ＿———厂＿—］　１．２　０．８　Ｏ．４　０　０　’　：　一ｌ　—，，ｌ　，　－／　—２　ｌ＼、　／　－３　一　＼　Ｏ　２０　４０　６０　８０　ｌｏｏ　ｘｐｌｍｍ　图２驱动线圈和弹丸线圈的互感和互感梯度　Ｆｉｇ．２　Ｍｕｔｕａｌ　ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ　ａｎｄ　ｍｕｔｕａｌ　ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ　ｇｒａｄｉｅｎｔ　ｏｆ　ｄｒｉｖｅ　ｃｏｉｌ　ａｎｄ　ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ　ｃｏｉｌ　由图２可以看出，互感曲线单调下降，并且在　。　３４ｍｍ处存在拐点，拐点处对应互感梯度曲线的　峰值。　３．２　ＰＳｐｉｃｅ仿真和分析　３．２．１　系统参数和仿真波形　采用ＰＳｐｉｃｅ对图１所示系统进行建模和仿真，　其中驱动线圈和弹丸线圈的参数同３．１节；储能线　圈自感Ｌ。　＝Ｌ　＝１．０７３７ｍＨ，电阻Ｒ。。ｍ－ＲＢ２＝　０．０４２３１２；转换电容Ｃ＝３０ｔｔＦ。当预充电电流　＝　１０００Ａ，弹丸线圈初始位移　＝２０ｍｍ时得到的仿真　结果如图３所示。　图３中，（ａ）为弹丸线圈速度　、位移　、储能　电工电能新技术　第２７卷　１５Ｏ　１ＯＯ　干　Ｊ　Ｊ　一０一一．ｒ一　５０　一一一一Ｉ　　ｌＩ　，　一　ｌ　Ｉ　ｌ　Ｉ　广　ｆ　Ｉ　　ｌｌ　９　２ｍｓ　９．６ｍｓ　１０　０ｍｓ　１０　４ｍｓ　１０　８ｍｓ　（ａ）　，　，２　，　，“ｆ　８　０　＾，　ｌ　／Ｋ　Ｉｕ＾　４　０　Ｆ，ｌｄＮ）　，、　　。、　，一　—＿一　．　ｒ一．　・．　４．０　８　０　图３　ＰＳｐｉｃｅ仿真波形　Ｆｉｇ．３　Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎ　ＰＳｐｉｃｅ　线圈电流ｉ　、驱动线圈电流ｉ　和转换电容电压ｕ　的波形；（ｂ）为驱动线圈电流ｉ　、弹丸线圈电流ｉ　，和　加速力Ｆ　的波形。　３．２．２　系统的振荡过程　由图３（ａ）可以看出，并联放电时，储能线圈电　流ｉ　，驱动线圈电流ｉ　，转换电容电压“　在弹丸线　圈发射过程中衰减振荡。利用Ｔ型去耦电路等效线　圈炮负载，在忽略　，Ｒ　，尺　Ｒ　，Ｄ．～Ｄ　的影　响时，得到并联放电时系统的振荡周期为　Ｔ：２丌、／ＬＣ＝２　７ｒ￣／ＬＬ０　ｄＬ　ｌ　Ｃ／（２ＬＩ　ｄ＋　１）　（２）　其中　Ｌ　＝　一Ｍｊ　／Ｌ　＝（１一　）Ｌｄ　（３）　ｋ：Ｍ　／、／Ｌ　Ｌ　（４）　为并联放电时整个系统的等效自感，Ｌ　为线圈　炮负载的等效自感，ｋ为驱动线圈与弹丸线圈的耦　合系数，反映了两线圈耦合的紧密程度。　需要注意的是，位移　。增加时，耦合系数ｋ减　小，从而振荡周期　增加，所以发射过程是一个变　周期衰减振荡过程。伴随着振荡过程，储能线圈、驱　动线圈和转换电容的能量一部分转化为弹丸线圈的　动能，推动弹丸线圈前进，一部分消耗在线圈的电阻　中产生焦耳热，其余的能量在磁场能和电场能之问　相互转换。　３．２．３弹丸线圈时间常数的影响　从图３（ａ）可以看出，弹丸线圈在发射过程中并　非一直加速，而是存在减速过程，这是由于弹丸线圈　电流ｉ　衰减后反向造成的。由图２可知互感梯度　恒为负值，根据式（Ｉ），当ｉ　ｉ。＞０时，Ｆ　＜０，即驱动　线圈和弹丸线圈电流方向相同时，弹丸将减速，这一　点从图３（ａ）、（ｂ）对照可以看出。　弹丸线圈的时间常数ｒ　越大，则ｉ。衰减越慢，　甚至可能始终与ｉ　反向，从而加速力Ｆ　。＞０总成　立，所以实际系统中常采用超导体或者低温导体作　弹丸线圈，这样可以降低其涡流损耗，使得驱动线圈　耦合到弹丸线圈中的能量几乎全部用来加速　ｊ。　３．２．４转换电容的影响　转换电容主要有两个作用。一方面，线圈炮是　一个感性负载，当采用电感储能发射时，如果没有转　换电容，换流过程中驱动线圈电流迅速上升，由图１　可知断路开关ｋ　、ｋ：将承受非常高的电压；而当驱　动线圈两侧并联转换电容时，由于电容电压不能突　变，从而驱动线圈的电流上升速度得到抑制，降低了　ｋ　、　承受的最高电压　一、．“ｋ１ｍ　，其中“ｋ１ｍ　＝　Ｉ／ｔｃ　Ｉ…＋Ｕ　，Ｕ　ｋ　：ｌ¨ｃ　ｌ　ａｘ，通常Ｉ　Ｈ（：Ｉ…＞＞　，所　以断路开关最高电压“　ｌ　Ｉ…。另一方面，并　联放电过程中，转换电容与储能线圈、线圈炮负载形　成振荡，凋节储能线圈能量向线圈炮负载转换的速　度。　储能线圈、驱动线圈、弹丸线圈参数同３．２．１　节，弹丸线圈初始位移　：２０ｍｍ，当预充电电流分　别为１７０Ａ和ＩＯ００Ａ时，得到弹丸线圈最大速度　…　和开关承受的最高电压ｕ　随着转换电容值变化　的情况如图４所示。　由图４可以看出，Ｃ＝４０ｔ￣Ｆ～ＩＯ０￣Ｆ时，最大速　尸１０００Ａ　◆’　ｍ　ｘ（ｍ／ｓ）　１００　Ｏ　Ｉｌｋ　（×１００ｖ）　’　●　●　－　‘　－　●　◆　・　◆　◆　◆　　一５０　？　专　一　，　牵　・　Ｏ　　ｊ　ｊ２０　４０　６０　８０　ｌＯ０　Ｃｌ￣ｔＦ　图４转换电容对最大速度和断路开关最高电压的影响　Ｆｉｇ．４　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｃａｐａｃｉｔｏｒ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｓｔ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｏｆ　ｏｐｅｎｉｎｇ　ｓｗｉｔｃｈｅｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍ￣ｉｍｕｍ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　第４期　赵良英，等：串联充电一并联放电型电感储能线圈炮系统的研究　６５　度几乎不变。仿真中发现，当Ｃ＞ＩＯ０／￣Ｆ时，最大速　度将呈现缓慢下降趋势，即在其它参数不变时，转换　电容值在一定范围内变化时可以使得最大速度最大　且几乎不变。而断路开关的最高电压则随着转换电　…ｘｌ　ｍａｘ（　ｐｌｆ：Ｔｔ）＝ｍａｘ【　．　ｄｔ）　　１容值的增加明显降低。　采用小电容换流时，由式（２）可知，系统的振荡　（去　警ｄ　㈣　由式（２）计算得到振荡的第一个周期　。随着　。变　大而逐渐变大，但其变化很小，可以粗略视为正弦振　周期短，能量转换速度快，容易在短时间内把弹丸线　圈加速到最大速度，但换流时断路开关承受的电压　荡，因此ｉ　、ｉ。在第一周期的峰值也就反映了它们　变高，采用大电容换流则效果正好相反，因此在选取　转换电容时，要综合衡量能量转换速度需求以及开　关和转换电容的耐压水平。　３．２．５初始位移的影响　弹丸线圈从静止开始发射时，其初始位移　对　发射速度的影响很大。在　＝０处，互感最大，但是　互感梯度为零，从而加速力Ｆ。　为零，所以正常发射　时应该满足　。＞０。储能线圈、驱动线圈、弹丸线　圈、转换电容参数同３．２．１节，得到最大速度　…　在　预充电电流分别为１７０Ａ和１０００Ａ时随着　的变化　规律如图５所示。　Ｖｐｍａｘ（ｍ／ｓ）　ｌ：　１｝‘　×１（０　『＝１（Ｉｓ０　１０００　７０　Ａ，Ａ）　　●　●　●　▲　１０　１　５　２０　２５　３０　３５　４０　４５　５０　ｘｏ／ｍｍ　图５初始位移　。对最大速度　…　的影响　Ｆｉｇ．５　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　０　ｔｏ　ｔｈｅ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ口…　结合图２可以看出，弹丸线圈在接近互感梯度　峰值前附近位置处开始发射可以获得最大速度的最　大值。通过多组仿真结果发现，当　较小时，如　＝１７０Ａ，弹丸线圈速度在经历多个振荡周期后才达　到最大值，这是因为储能线圈初始储能少，发射时间　长，弹丸线圈始终处于缓慢加速状态；而当　较大　时，如　＝ＩＯ００Ａ，弹丸线圈速度在第一周期内即达　到最大值，加速力Ｆ如在第一周期的作用最为明显，　此后很快衰减甚至可能反向，如图３（ｂ）所示，这种　情况更接近实际系统，所以在选择　时，可以采用　第一周期内Ｆ　。的积分值最大作为依据，即　在式（５）中积分的效果。在振荡的第一个周期中，根　据式（３）计算发现，互感　。对　影响较小，所以　。变化时，驱动线圈电流　的峰值基本不变；而弹　丸线圈电流ｉ。完全由耦合感应产生，Ｘ。增加时，　降低，因此ｉ。的峰值明显降低；再由图２可知，　互感梯度随着位移　先增加后减少。综上可见弹　丸线圈在接近互感梯度峰值前附近位置处开始发射　可以获得最大速度的最大值。　３．２．６与单个线圈储能比较　单个线圈的电感储能型线圈炮系统中　，设储　能线圈自感Ｌ。＝２Ｌ　＝２．１４７４ｍＨ，电阻Ｒ　＝２Ｒ　。＝　０．０８４６１２；串联充电．并联放电型电感储能线圈炮系　统中储能线圈参数同３．２．１节；两种拓扑中驱动线　圈、弹丸线圈、转换电容参数均同３．２．１节；初始位　移　：２０ｍｍ。当预充电电流分别为１７０Ａ和１０００Ａ　时，得到驱动线圈的最大电流ｉ　，弹丸线圈最大速．　度＇／３　和弹丸线圈速度　达到第一个峰值时的时　间ｔ　如表１所示，其中拓扑类型“１”表示单个电感　线圈储能，“２”表示串联充电．并联放电型电感储能。　表ｌ　两种电感储能型线圈炮系统部分参数的比较　Ｔａｂ．１　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　８ｏｍｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｉｎ　ｃｏｉｌｇｕｎ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｗｉｔｈ　ｔｗｏ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｕｐｐｌｉｅｓ　Ｉ　（Ａ）　拓扑类型　ｉ　（Ａ）　口…　（ｍ／ｓ）　ｔｌ（ｍｓ）　１　２６ｏ　１．Ｏ　０．４０　ｌ７０　２　３８２　２．１　０．３６　１　１．６×１０３　３１．０　０．３８　１０ｏｏ　２　２．５×１０　６１．２　Ｏ；３２　由表１可以看出，相对于单个电感线圈储能，两　个电感线圈串联充电．并联放电的电源拓扑可以使　线圈炮负载获得更大的电流、更高的弹丸线圈速度　和更快的能量转换速度。　４实验研究　为进一步研究串联充电．并联放电型电感储能　６６　电工电能新技术　第２７卷　的单级脉冲感应线圈炮系统，根据图１搭建了小型　实验系统并进行了发射实验。其中直流充电电源采　用四节１２Ｖ１００ＡＨ的蓄电池串联组成，ｋ，、ｋ，、ｋ　均　采用ＩＧＢＴ，储能线圈、驱动线圈、弹丸线圈、转换电　仿真中　＝２．３ｍ／ｓ，该误差主要由摩擦阻力、弹丸发　射过程中受力不均衡、线路电阻等因素引起。　；　５　结论　一。　；．．　容参数同３．２．１节，预充电电流，　＝１７０Ａ，初始位　移　：３０ｍｍ。控制系统以ＤＳＰ芯片ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２　为核心设计而成。　图６给出了储能线圈电流ｉ　、驱动线圈电流ｉ　、　转换电容电压Ｕ　的波形，其中（ａ）为示波器波形，　本文建立了串联充电．并联放电型电感储能单　级脉冲感应线圈炮系统的模型，针对该模型利用　ＰＳｐｉｃｅ进行仿真、分析，并通过小型实验系统进一步　加以研究。仿真和实验表明，弹丸线圈的发射过程　是一个变周期衰减振荡过程；弹丸线圈时间常数越　大，则加速效果越好；转换电容的电容值越大，则断　路开关的最高电压越低，而电容值在一定范围内变　化时对最大发射速度影响较小；初始位移在互感梯　度峰值前附近位置处时，弹丸线圈可以获得最大速　度；相对于单个电感线圈储能，两个电感线圈串联充　（ｂ）为ＰＳｐｉｃｅ仿真波形，（ｂ）同时给出了弹丸线圈速　度　的波形。为了方便与示波器波形对比，对仿真　波形做了比例调整。可以看出，实验波形和仿真波　形的振荡幅值、振荡周期等主要参数吻合较好。　此外，实验中弹丸线圈的出口速度　＝１．７ｍ／ｓ，　电．并联放电的电源拓扑可以使线圈炮负载获得更　大的电流、更高的弹丸线圈速度和更快的能量转换　速度。　参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：　［１］王莹，肖峰（Ｗａｎｇ　Ｙｉｎｇ，Ｘｉａｏ　Ｆｅｎｇ）．电炮原理（Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｇｕｎ）［Ｍｊ．北京：国防工业出版社（Ｂｅｉｊｉｎｇ：　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｄｅｆｅｎｃｅ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｐｒｅｓｓ），１　９９５．　ＣＨ２　ｌ　００ＶＢｗ　Ｍ　５００ｐｓ　［２］李建辉，刘秀成，王春明，等（Ｌｉ　Ｊｉａｎｈｕｉ，Ｌｉｕ　Ｘｉｕｃｈｅｎｇ，　Ｗａｎｇ　Ｃｈｕｎｍｉｎｇ，ｅｔ　ａ１．）．电感储能型线圈炮系统的建模　和参数优化（Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｉｌｇｕｎ　（ａ）实验测量波形　“８　３　３Ａ＾ｌｉｖ１…“（１００Ａ／ｄｉｖ　Ｄ●　一一　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｓｕｐｐｌｙ）［Ｊ］．电１＝电能　新技术（Ａｄｖ．Ｔｅｃｈ．ｏｆ　Ｅｌｅｃ．Ｅｎｇ．＆Ｅｎｅｒｇｙ），２００７，２６　（２）：５４—５８．　｛ｍ／ｓ　：，‘　－　’　・ｌ　＾　－、　・｜　．ｔ－　：’　■　、．ｉ＿　：　．　：．：　　●●一　，　ｆ　ｌ。　＿●　’　，　，‘、　：　［３］Ｗ　Ｗｅｃｋ。Ｐ　Ｅｈｒｈａｒｔ，Ａ　Ｍｕｅｌｌｅｒ，ｅｔ　ａ１．ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃ　ｎｇ　ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ　ｐｕｌｓｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ｆｏｒ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｌａｕｎｃｈｅｒｓ：　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｓｐｅｃｔｓ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｓｅｔ—　ｕｐ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．ｏｎ　Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，１９９７，３３（１）：５２４—５２７．　ｌ２ｍｓ　ｌ３ｉｎｓ　１４ｍｓ　ｌ　５Ｉｌｌｓ　１６ｍＳ　Ｅ４］Ｋｅｎｅｌｍ　ＭｃＫｉｎｎｅｙ，Ｐｅｔｅｒ　Ｍｏｎｇｅａｕ．Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｓｔａｇｅ　ｐｕｌｓｅｄ　ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．Ｏ１１　Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，１９８４，　２０（２）：２３９—２４２．　（ｂ）ＰＳｐｉｃｅ仿真波形　图６实验波形和仿真波形比较　Ｆｉｇ．６　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ａｎｄ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｗａｖｅｆｏｒｍｓ　［５］Ｈｅｎｒｙ　Ｋｏｌｍ，Ｐｅｔｅｒ　Ｍｏｎｇｅａｕ．Ｂａｓｉｃ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　ｃｏａｘｉａｌ　ｌａｕｎｃｈ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．ｏｎ　Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，１９８４，２０　（２）：２２７．２３０．　（ａ）ｍｅａｓｕｒｅｄ　，ｉｄ，ｕｃ（ｂ）ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｉ　，　【１．Ｍｃ，　ｉｎ　ＰＳｐｉｃｅ　Ｓｅｒｉａ１．．ｃｈａｒｇｅ．．ｐａｒａｌｌｅｌ－－ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｕｐｐｌｙ　ｆｏｒ　ｃｏｉｌｇｕｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ＺＨＡＯ　Ｌｉａｎｇ—ｙｉｎｇ．ＬＩＵ　Ｘｉｕ・ｃｈｅｎｇ．ＹＵ　Ｘｉｎ—ｊｉｅ　（Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂ　ｏｆ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ，Ｄｅｐｔ．ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｅｒｉａ１．．ｃｈａｒｇｅ．．ｐａｒａｌｌｅｌ－．ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｕｐｐｌｙ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｉｎｇｌｅ　ｓｔａｇｅ　ｐｕｌｓｅｄ　ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ　第４期　赵良英，等：串联充电．并联放电型电感储能线圈炮系统的研究　６７　ｃｏｉｌｇｕｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗａｓ　ｓｅｔ　ｕｐ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗａｓ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ＰＳｐｉｃｅ．Ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｉｍｅ　ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ　ｃｏｉｌ，ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｃａｐａｃｉｔｏｒ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ　ｃｏｉｌ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｌａｕｎｃｈ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ａｎｄ　ｓｏｍｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｃｏｉｌｇｕｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ｗｅｒｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｂｏｖｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｉｎ　ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｓｏｍｅ　ｋｅｙ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｌａｕｎｃｈ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｗｅｒｅ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｔｏｐｏｌｏｇｙ　ｗｉｔｈ　ｏｎｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｃｏｉｌ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｏｐｏｌｏｇｙ　ｗｉｔｈ　ｔｗｏ　ｓｅｒｉａｌ—ｃｈａｒｇｅ—ｐａｒａｌｌｅｌ－ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｃｏｉｌｓ．Ａｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｗａｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ—ｌｅｖｅｌ　ｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈ　ｃｏｎｔａｉｎｅｄ　ｔｗｏ　ｓｅｒｉａｌ—ｃｈａｒｇｅ—ｐａｒａｌｌｅｌ—ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｃｏｉｌｓ．　ｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｃｏｉｎｃｉｄｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ，ｗｈｉｃｈ　ｖｅｒｉｆｉｅｄ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　ｍｏｄｅ１．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗａｓ　ｄｅｓｉｎｇｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ＤＳＰ　ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２．Ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ　ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅ　ｄａｔａ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｂｏｔｈ　ｔｈｅ　ｃｏｉｌｇｕｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｅｓｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｅｒｉｌａ—ｃｈａｒｇｅ－ｐａｒａｌｌｅｌ—ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｕｐｐｌｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｕｐｐｌｙ；ｃｏｉｌｇｕｎ；ｐｕｌｓｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ；ＰＳｐｉｃｅ；ＤＳＰ　（上接第３５页。ｃｏｎｔ．ｆｒｏｍ　Ｐ．３５）　年会（Ａｎｎｕａｌ　Ｍｅｅｔｉｎｇ　ｏｆ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｆｏｒ　Ｅｌｅｃ．Ｅｎｇ．，　ａｎｄ　ｎｏｎ．ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ　ｔｅｒｅ　ｉｎ　ＸＬＰＥ）［Ｊ］．中国电机　Ｈｉｇｈ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｔｅｅｈ．）［Ｃ］，深圳，２００７．１４１４．１４１７．　工程学报（Ｐｒｏｃ．ＣＳＥＥ），２００４，２４（３）：１０４—１４４．　［２］苏建仓，丁臻捷，丁永忠，等　（Ｓｕ　Ｊｉａｎｃａｎｇ，Ｄｉｎｇ　［７］郑晓泉（Ｚｈｅｎｇ　Ｘｉａｏｑｕａｎ），Ｇ　Ｃｈｅｎ．机械应力与电压频　Ｚｈｅｎｊｉｅ，Ｄｉｎｇ　Ｙｏｎｇｚｈｏｎｇ，ｅｔ　ａ１）．Ｓ－５Ｎ全固态重复频率　率对ＸＬＰＥ电缆电树的影响（Ｉｎｌｆｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｒｅｓｉｄｕａｌ　脉冲发生器（Ｓ－５Ｎ　ａｌｌ—ｓｏｌｉｄ—ｓｔａｔｅ　ｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｐｕｌｓｅｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｓｔｒｅｓｓ　ａｎｄ　ｖｏｌｔａｇｅ￣ｅｑｕｅｎｃｙ　ｏｎ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｔｒｅｅ　ｉｎ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）［Ｊ］．强激光与粒子束（Ｈｉｇｈ　Ｐｏｗｅｒ　Ｌａｓｅｒ　ａｎｄ　ＸＬＰＥ）［Ｊ］．高电压技术（Ｈｉｇｈ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｅｎｇ．），２００３，２９　Ｐａｒｔｉｃｌｅ　Ｂｅａｍｓ），２００４，１６（１Ｏ）：１３３７—１３４０．　（４）：６—８．　［３］Ａ　Ｐｏｋｒｙｖａｉｌｏ，Ｙ　Ｙａｎｋｅｌｅｖｉｃｈ，Ｍ　Ｗｏｌｆ，ｅｔ　ａ１．Ａ　ｈｉｇｈ—ｐｏｗｅｒ　［８］Ｃｈａｍｐｉｏｎ　Ｊ　Ｖ，Ｄｏｄｄ　Ｓ　Ｊ，Ｓｔｅｖｅｎｓｔ　Ｊ　Ｃ．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｐｕｌｓｅｄ　ｃｏｒｏｎａ　ｓｏｕｒｃｅ　ｆｏｒ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ　ｔｒｅｅ　ｇｒｏｗｔｈ　ｉｎ　ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ　ｒｅｓｉｎｓ　ｏｖｅｒ　ａ　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．Ｐｌａｓｍａ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００６，３２（５）：２０４５—２０５４．　ｗｉｄｅ　ｒａｎｇｅ　ｏｆ　ｓｔｒｅｓｓｉｎｇ　ｖｏｌｔａｇｅ［Ｊ］．Ｊ．Ｐｈｙｓ，Ｄ：Ａｐｐｌ，　［４］李盛涛，郑晓泉（Ｌｉ　Ｓｈｅｎｇｔａｏ，Ｚｈｅｎｇ　Ｘｉａｏｑｕａｎ）．聚合物　Ｐｈｙｓ，１９９４，（２７）：１０２０—１０３０．　电树枝化（Ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ　ｔｒｅｅ　ａｇｉｎｇ　ｉｎ　ｐｏｌｙｍｅｔ）［Ｍ］．北京：　［９］谢安生，李盛涛，郑晓泉，等（Ｘｉｅ　Ａｎｓｈｅｎｇ，ｕ　Ｓｈｅｎｇｔａｏ，　机械工业出版社（Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ　Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｐｒｅｓｓ），２００６．　Ｚｈｅｎｇ　Ｘｉａｏｑｕａｎ，ｅｔ　ａ１．）．外施电压频率对ＸＬＰＥ电缆绝缘　［５］Ｄｉｓｓａｄｏ　Ｌ　Ａ，Ｆｏｔｈｅｒｇｉｌｌ　Ｊ　Ｃ．Ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ　Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ａｎｄ　中电树枝生长特性的影响（Ｉｌｆｎｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｏｆ　ｖｏｌｔａｇｅ　Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ　ｉｎ　Ｐｏｌｙｍｅｒｓ［Ｍ］．Ｔｈｅ　Ｒｅｄｗｏｏｄ　Ｐｒｅｓｓ，１９９２．　ａｐｐｌｉｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｔｒｅｅｓ　ｉｎ　［６］郑晓泉（Ｚｈｅｎｇ　Ｘｉａｏｑｕａｎ），Ｇ　Ｃｈｅｎ，Ａ　Ｅ　Ｄａｖｉｅｓ．交联聚　ＸＬＰＥ　ｃａｂｌｅ　ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ）［Ｊ］．电工电能新技术（Ａｄｖ．Ｔｃｅｈ．ｏｆ　乙烯电缆绝缘中的导电和非导电型电树枝（Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　Ｅｌｃｅ．Ｅｎｇ．＆Ｅｎｅｒｇｙ），２ＯＯ６，２５（３）：３３－３６．　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｔｒｅｅ　ｉｎ　ＰＭＭＡ　ｕｎｄｅｒ　ｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅ　ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ　ｐｕｌｓｅｓ　ＲＥＮ　Ｈａｏ。一，ＷＡＮＧ　Ｊｕｅ　，ＹＡＮ　Ｐｉｎｇ。　．　（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８０，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｇｒａｄｕａｔｅ　Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ，ｉｎｌｆｕｅｎｃｅ　ｆａｃｔｏｒ　ａｎｄ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｔｒｅｅ　ｉｎ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｉｎｔｏｒｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｔｅｓｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ　ｔｒｅｅ　ａｇｉｎｇ　ｉｎ　ＰＭＭＡ　ｕｎｄｅｒ　ｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅ（一３００Ｈｚ）ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ　ｐｕｌｓｅｓ　（７０ｎｓ）ａｌｅ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ｉｎ　ｏｕｒ　ｌａｂ．Ｔｈｅ　ｎｅｇａｔｉｖｅ　ｈｉｇｈ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｐｕｌｓｅｓ　ａｒｅ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｏｎ　ｓａｍｐｌｅｓ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｌａ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｈｉ　ｇｈｅｒ　ｖｏｌｔａｇｅ，ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｒ　ｇｒｏｗｔｈ　ｓｐｅｅｄ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｔｒｅｅ　ｉｎ　ＰＭＭＡ．Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ￣ｅｑｕｅｎｃｙ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｇｒｏｗｔｈ　ｓｐｅｅｄ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｔｒｅｅ　ｉｓ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｓｔａｇｎａｎｔ　ｐｅｒｉｏｄ　ｉｓ　ｅｘｉｓｔｅｄ　ｉｎ　ｇｒｏｗｔｈ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｔｅｒｅ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｊｕｎｇｌｅ　ｔｒｅｅ　ａｐｐｅａｒｅｄ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｃｒａｃｋ　ｉｓ　ａｐｐｅａｒｅｄ　ｉｎ　ｎｅｅｄｌｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　ａｄｊａｃｅｎｔ　ｕｎｄｅｒ　ｈｉｇｈ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｈｉｈｇ　ｐｕｌｓｅｓ，ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｔｈｅ　ｔｒｅｅ　ｉｓ　ｆｏｌｌｏｗｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ　ｐｕｌｓｅ；ｒｅｐｅｔｉｔｖｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ＰＭＭＡ；ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｔｒｅｅ