[发明专利]大功率直线电磁加速系统

说明书

大功率直线电磁加速系统，属于电机领域，现有大功率直线电磁加速系统的驱动系统存在的动态均流控制难度大以及不具备容错功能的问题。所述大功率直线电磁加速系统：初级起始区的线圈的串联匝数多，线圈驱动器的输出电流小，实现了采用小电流、高斩波频率的驱动器来驱动直线电机的低速段的目的。初级终末区的线圈的串联匝数少，线圈驱动器的输出电流大。在驱动高速段时，采用多个并联单元线圈并联联结，并对每个并联单元线圈分别驱动，实现了利用中小功率驱动器并联驱动大功率电机的目的，这有效地避免了多功率开关器件并联所导致的动态均流控制难度大的问题，也实现了驱动系统的容错。

技术领域

本发明涉及电磁加速系统，属于电机领域。

背景技术

现有的大功率直线电磁加速系统主要应用于航空母舰的舰载机，无人机和预警机的电磁弹射、导弹的辅助发射、空天飞行器的助推发射和高速高加速度电磁推进试验系统等场合。这其中，舰载机电磁弹射器是一种典型的大功率直线电磁加速系统，主要由大功率直线电机、电能存储装置和功率变换器构成。舰载机电磁弹射器利用大功率直线电机产生的行进电磁力推动舰载机达到起飞速度，具有工作时间短、加速度高和输出功率大等诸多优点。

在加速行程较长的应用场合中，通常采用分段供电技术来提高大功率直线电磁加速系统的效率和功率因数，降低系统对电源容量需求。分段供电技术采用位置传感器实时检测动子的运动位置，实时切换通电定子区间，进而实现对与动子耦合的紧邻数段定子模块的通电。

在设计大功率直线电机的驱动系统时，可以采用单电源驱动，也可以采用多电源驱动。目前，国内外学者对分段供电技术的主要研究方向为多段初级并联供电。典型的分段供电驱动系统的拓扑结构如图1或图2所示。其中，图1和图2分别为单电源驱动和两电源驱动的分段供电驱动系统的拓扑结构图。对于单电源驱动的分段供电驱动系统，必须保证任何时刻至少要有两段初级同时通电。而对于两电源驱动的分段供电驱动系统，则可实现奇、偶数段初级依次交替通电，次级同时耦合两段初级时才同时通电。因此，后者的效率稍高于前者。

然而，现有大功率直线电磁加速系统的分段供电驱动系统仍然存在以下问题：

1、无论是单电源驱动还是两电源驱动，驱动系统均采用全功率逆变器来实现。全功率逆变器的容量大，斩波频率低。在低速段工作时，全功率逆变器的输出电流的谐波分量大，这导致被驱动的大功率直线电机的效率低、振动大及噪声高。除此之外，对于全功率逆变器，其逆变电路通过增加每个桥臂的开关管，以器件并联的形式来实现负载侧大电流的输出，进而满足大功率的需求。然而，这导致全功率逆变器的开关器件数量过多、要求的耐压等级过高以及实现动态均流的难度过大。

2、分段供电驱动系统不具备容错功能，一旦驱动电源出现故障，整个直线电磁加速系统将无法正常工作，这导致系统的可靠性低。

发明内容

本发明为解决现有大功率直线电磁加速系统的驱动系统存在的动态均流控制难度大以及不具备容错功能的问题，提出了一种大功率直线电磁加速系统。

本发明所述的大功率直线电磁加速系统包括大功率多相直线电机和高压逆变系统；

大功率多相直线电机包括初级和次级，初级为m相集中式绕组，次级为p对极结构；

m＝2p-1，m＝2p+1，m＝2p-2或m＝2p+2；

初级包括n个线圈，每个线圈均包括i个子线圈；

对于初级起始区的线圈，i个子线圈串联成1个并联单元线圈；

对于初级终末区的线圈，i个子线圈并联成i个并联单元线圈；

对于初级中间区的线圈，i个子线圈构成j个并联单元线圈，1≤j≤i；

对于初级中间区，各线圈的并联单元线圈数自初级起始区至初级终末区逐渐增多；