CN103982386A - 等离子体霍尔推力器点火方法 - Google Patents
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Abstract
等离子体霍尔推力器点火方法，属于霍尔推力器控制领域，本发明为解决现有霍尔推力器需要额外的点火电源实现点火的问题。本发明方法为：在低频振荡抑制外回路中加入点火回路替换点火电源U3；所述点火回路包括可控开关S1和二极管单元D1，方法包括以下步骤：步骤一、加热电源U2将阴极K加热到达到点火温度；步骤二、控制闭合可控开关S1，并保持时间T1；步骤三、控制断开可控开关S1，霍尔推力器的阳极A和阴极K被加载点火电压U(t)＝U1+UL(t)；当点火电压U(t)在阴极出口区引出的电子满足放电电压时，完成霍尔推力器的点火。
Description
技术领域
本发明涉及一种点火方法，属于霍尔推力器控制领域。
背景技术
等离子体霍尔推力器是一种利用相互垂直的电场和磁场作用将电能转换为工质动能的一种推力装置，是空间推进中使用最多的一种电推力器。传统的霍尔推力器具有阳极A、阴极K、外线圈、内线圈和附加线圈，还有外线圈励磁电源E1、内线圈励磁电源E2和附加线圈励磁电源E3，采用霍尔推力器特有的放电结构完成对点火操作，所述特有的放电结构包括低频振荡抑制外回路、放电电源U1、加热电源U2和点火电源U3，低频振荡抑制外回路由滤波电感L1和滤波电容C1构成，放电电源U1的正极连接滤波电感L1的一端，滤波电感L1的另一端同时连接滤波电容C1和阳极A，放电电源U1的负极同时连接加热电源U2的负极、滤波电容C1的另一端和阴极K；其点火过程为：首先对阴极K加热到一定温度，随后利用点火电源U3在阴极K的触持极上加上高电压，以便于将电子引出，在出口区形成高密度的电子，这些电子进入放电通道和中性气体分子发生电离雪崩过程使推力器点火成功。现有的点火方式是通过可控的点火开关控制附加的点火电源U3给阴极K的触持极加入高压，实现对霍尔推力器的点火过程。其缺点是点火电源技术复杂，且其质量大，占用空间装置的有效载荷质量。
发明内容
本发明目的是为了解决现有霍尔推力器需要额外的点火电源实现点火，存在点火电源技术复杂，且其质量大，占用空间装置的效载荷质量的问题，提供了一种等离子体霍尔推力器点火方法。
本发明所述等离子体霍尔推力器点火方法，该方法为：在低频振荡抑制外回路中加入点火回路替换点火电源U3；
所述点火回路包括可控开关S1和二极管单元D1，二极管单元D1串联在滤波电感L1和阳极A之间；可控开关S1的一端连接滤波电感L1和二极管单元D1的公共节点，可控开关S1的另一端连接滤波电容C1和放电电源U1的公共节点；
所述等离子体霍尔推力器点火方法包括以下步骤：
步骤一、加热电源U2将阴极K加热到达到点火温度；
步骤二、控制闭合可控开关S1，并保持时间T1；
步骤三、控制断开可控开关S1，霍尔推力器的阳极A和阴极K被加载点火电压U(t)＝U1+UL(t)；其中U1为放电电源U1两端的电压，UL(t)为滤波电感L1两端电压，t为时间；
当点火电压U(t)在阴极出口区引出的电子满足放电电压时，完成霍尔推力器的点火。
本发明的优点：本发明在现有霍尔效应推力器特有的放电结构中，通过加入一个可控开关来实现点火，省去质量大的点火电源，减轻了空间装置的有效载荷质量。
附图说明
图1是背景技术中等离子体霍尔推力器点火方法涉及的原理图；
图2是本发明所述等离子体霍尔推力器点火方法涉及的原理图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式所述等离子体霍尔推力器点火方法，该方法为：在低频振荡抑制外回路中加入点火回路替换点火电源U3；
所述点火回路包括可控开关S1和二极管单元D1，二极管单元D1串联在滤波电感L1和阳极A之间；可控开关S1的一端连接滤波电感L1和二极管单元D1的公共节点，可控开关S1的另一端连接滤波电容C1和放电电源U1的公共节点；
所述等离子体霍尔推力器点火方法包括以下步骤：
步骤一、加热电源U2将阴极K加热到达到点火温度；
步骤二、控制闭合可控开关S1，并保持时间T1；
步骤三、控制断开可控开关S1，霍尔推力器的阳极A和阴极K被加载点火电压U(t)＝U1+UL(t)；其中U1为放电电源U1两端的电压，UL(t)为滤波电感L1两端电压，t为时间；
当点火电压U(t)在阴极出口区引出的电子满足放电电压时，完成霍尔推力器的点火。
可控开关S1的开关动作由程序控制实现。
步骤一中将阴极K加热到达点火温度，为霍尔推力器点火做好准备；步骤二中闭合可控开关S1，电流沿滤波电感L1和可控开关S1流动，为滤波电感L1充电，充电时间为T1，滤波电感L1中电流大小为：其中：R0为滤波电感L1的直流阻抗，L1为滤波电感L1的电感值；充电时间到，断开可控开关S1，由于电感的电流不能突变，则在滤波电感L1两端会形成一个附加电压U1(t)，则加在霍尔推力器阳极和阴极的点火电压U(t)＝U1+UL(t)；在断开后，随时间增加，点火电压U(t)变大，当点火电压U(t)在阴极出口区引出的电子满足放电电压时，完成霍尔推力器的点火。
具体实施方式二：本实施方式对实施方式一作进一步说明，二极管单元D1由多只二极管串联而成，且二极管单元D1的反向截止电压大于点火电源U1两端的电压U1。
具体实施方式三：本实施方式对实施方式一作进一步说明，滤波电容C1的电容值C1＝100nF，滤波电感L1的电感值L1＝10mH，滤波电感L1的直流阻抗R0＝0.01Ω，放电电源U1两端的电压U1＝350V，T1＝1ms。
采用本实施方式设置的参数，使用Simulink仿真，在可控开关S1断开后35μs，点火电压U(t)＝10000V。能够迅速的达到点火电压的要求。建立的强电场使霍尔推力器点火成功，从而省去了点火电源的设计，使霍尔推力器点火设计变得简单，同时节省了高压脉冲点火电源的重量。
具体实施方式四：本实施方式对实施方式一作进一步说明，滤波电容C1的电容值C1＝100nF，滤波电感L1的电感值L1＝0.1mH，滤波电感L1的直流阻抗R0＝0.01Ω，放电电源U1两端的电压U1＝300V，T1＝0.1ms。
采用本实施方式设置的参数，使用Simulink仿真，在可控开关S1断开后5μs，点火电压U(t)＝9000V。能够迅速的达到点火电压的要求。建立的强电场使霍尔推力器点火成功，从而省去了点火电源的设计，使霍尔推力器点火设计变得简单，同时节省了高压脉冲点火电源的重量。
Claims (4)
1.等离子体霍尔推力器点火方法，其特征在于，该方法为：在低频振荡抑制外回路中加入点火回路替换点火电源U3；
所述点火回路包括可控开关S1和二极管单元D1，二极管单元D1串联在滤波电感L1和阳极A之间；可控开关S1的一端连接滤波电感L1和二极管单元D1的公共节点，可控开关S1的另一端连接滤波电容C1和放电电源U1的公共节点；
所述等离子体霍尔推力器点火方法包括以下步骤：
步骤一、加热电源U2将阴极K加热到达到点火温度；
步骤二、控制闭合可控开关S1，并保持时间T1；
步骤三、控制断开可控开关S1，霍尔推力器的阳极A和阴极K被加载点火电压U(t)＝U1+UL(t)；其中U1为放电电源U1两端的电压，UL(t)为滤波电感L1两端电压，t为时间；
当点火电压U(t)在阴极出口区引出的电子满足放电电压时，完成霍尔推力器的点火。
2.根据权利要求1所述等离子体霍尔推力器点火方法，其特征在于，二极管单元D1由多只二极管串联而成，且二极管单元D1的反向截止电压大于点火电源U1两端的电压U1。
3.根据权利要求1或2所述等离子体霍尔推力器点火方法，其特征在于，滤波电容C1的电容值C1＝100nF，滤波电感L1的电感值L1＝10mH，滤波电感L1的直流阻抗R0＝0.01Ω，放电电源U1两端的电压U1＝350V，T1＝1ms。
4.根据权利要求1或2所述等离子体霍尔推力器点火方法，其特征在于，滤波电容C1的电容值C1＝100nF，滤波电感L1的电感值L1＝0.1mH，滤波电感L1的直流阻抗R0＝0.01Ω，放电电源U1两端的电压U1＝300V，T1＝0.1ms。
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