CN109751213B - 降低霍尔推力器启动冲击的放电回路及软启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种降低霍尔推力器启动冲击的放电回路及软启动方法。所述放电回路在于增加滤波模块，并将励磁线圈置于滤波模块之后。所述软启动方法包括优化供电、供气方式与时序。滤波模块整体上属于RLC低通滤波回路，可以降低放电电流低频振荡对功率处理单元的影响。励磁线圈的接线关系为：线圈正端接推力器的公共地，线圈负端接阳极电源负端，能尽可能降低励磁线圈的电流波动。本发明能大幅降低霍尔推力器的启动冲击，保证了推力器与功率处理单元能够长时间稳定可靠的工作，有效提高了霍尔推力器的可用点火次数。

Description

降低霍尔推力器启动冲击的放电回路及软启动方法

技术领域

本发明涉及霍尔推力器控制领域，具体地，涉及一种降低霍尔推力器启动冲击的放电回路及软启动方法。

背景技术

霍尔推力器是目前应用最广泛的电推力器之一，具有推力密度大，比冲高，结构简单等优点。传统的霍尔推力器点火流程如图1所示，启动冲击测试结果如图2所示。传统的点火方式为：阴、阳极供气；点火、加热、阳极、励磁等电源同时以额定方式加电；推力器点着后，关闭点火与加热，推力器以额定方式开始工作；视需要打开辅助励磁。

传统的点火方式是在所有的电源都加上电的情况下点火，这时由于阴极的瞬间击穿将产生非常大的瞬间点火电流，在电场的牵引下，极易到达推力器阳极，造成巨大的启动冲击。同时由于推力器的励磁线圈、阴极的加热丝均可看成是感性元件，将瞬间感生出很大的感生电势与电流，危害电源与推力器的可靠性。因此，这种传统启动方式能够保证推力器成功点火，但却危害推力器、电源等的可靠性，同时点火瞬间系统电磁兼容冲击干扰还会影响周围其它设备工作。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种降低霍尔推力器启动冲击的放电回路及软启动方法。

根据本发明提供的一种降低霍尔推力器启动冲击的放电回路，所述放电回路包括滤波电路、励磁线圈；励磁线圈串联在滤波电路之后，励磁线圈与辅助励磁电源相连接。

优选地，励磁线圈的正端接公共地，励磁线圈的负端接阳极电源的负端；励磁线圈的正端接辅助励磁电源的正端，励磁线圈的负端接辅助励磁电源的负端。

优选地，所述滤波电路是RLC低通滤波回路，电感消除回路的交流振荡信号，电阻、电容分别消除回路上的直流振荡信号。

优选地，所述滤波电路中，电感量为300～1000uH，电容量为5～30uF，电阻量为50～200Ω。

优选地，所述辅助励磁电源能够调节磁场，辅助励磁电源的输出能力为0～30％的额定励磁电流。

根据本发明提供的一种降低霍尔推力器启动冲击的软启动方法，利用上述的放电回路，所述方法包括以下步骤：

弱电离启动步骤：在阴极点着之后，霍尔推力器以20％～40％的额定阳极电压、50％～70％的额定流量启动，使得霍尔推力器以弱电离的方式点火，推力器点着后，关闭阴极电源；

加压步骤：阳极电压以10～20伏特每秒的速度，以阶梯或者连续的方式加至额定电压；

加流量步骤：将流量在设定时间内以阶梯或者连续的方式加至额定流量。优选地，所述设定时间是1分钟。

优选地，在所述弱电离启动步骤之前，还包括：阴极供气步骤：以50％～70％的额定流量开始供气，打开阴极加热、点火。

优选地，所述的降低霍尔推力器启动冲击的软启动方法，还包括：辅助励磁步骤：打开辅助励磁电源，设定辅助励磁电流运行辅助励磁电源。

优选地，所述辅助励磁电源以0～30％的额定励磁电流运行。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

降低霍尔推力器的启动冲击，保证了推力器与功率处理单元能够长时间稳定可靠的工作，有效提高了霍尔推力器的可用点火次数。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为霍尔推力器传统启动时序示意图；

图2为霍尔推力器传统启动方式的冲击测量结果示意图；

图3为霍尔推力器软启动放电回路示意图；

图4为霍尔推力器软启动时序示意图；

图5为霍尔推力器软启动方式的冲击测量结果示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

基于传统启动方式的缺陷，本发明提出了一种降低霍尔推力器启动冲击的软启动方法，核心思想是：当推力器以很低的阳极电压点火时，放电通道内为弱电离，此时大部分工质仍是分子态，降低了达到阳极的瞬时电流，加热丝、磁线圈等感生出的电势、电流也非常小，从而降低启动冲击。所述方法的启动时序如图3所示，启动冲击测试结果如图4所示。

根据本发明提供的一种降低霍尔推力器启动冲击的放电回路，所述放电回路包括滤波电路、励磁线圈；

励磁线圈串联在滤波电路之后，能降低放电回路振荡引起的励磁电流振荡，励磁线圈与辅助励磁电源相连接。

具体地，励磁线圈的正端接公共地，励磁线圈的负端接阳极电源的负端；

励磁线圈的正端接辅助励磁电源的正端，励磁线圈的负端接辅助励磁电源的负端。

具体地，所述滤波电路是RLC低通滤波回路，电感消除回路的交流振荡信号，电阻、电容分别消除回路上的直流振荡信号。

具体地，所述滤波电路中，电感量为300～1000uH，电容量为5～30uF，电阻量为50～200Ω。

具体地，所述辅助励磁电源能够调节磁场，辅助励磁电源的输出能力为0～30％的额定励磁电流。

根据本发明提供的一种降低霍尔推力器启动冲击的方法，利用上述的放电回路，所述方法包括以下步骤：

弱电离启动步骤：在阴极点着之后，霍尔推力器以20％～40％的额定阳极电压、50％～70％的额定流量启动，使得霍尔推力器以弱电离的方式点火，推力器点着后，关闭阴极电源；

加压步骤：阳极电压以10～20伏特每秒的速度，以阶梯或者连续的方式加至额定电压；

加流量步骤：将流量在设定时间内以阶梯或者连续的方式加至额定流量。优选地，所述设定时间是1分钟。

具体地，在所述弱电离启动步骤之前，还包括：阴极供气步骤：以50％～70％的额定流量开始供气，打开阴极加热、点火。

具体地，所述的降低霍尔推力器启动冲击的方法，还包括：辅助励磁步骤：打开辅助励磁电源，设定辅助励磁电流运行辅助励磁电源。

具体地，所述辅助励磁电源以0～30％的额定励磁电流运行。

以下结合附图对本发明的优选例做进一步阐述。

本发明是为了解决霍尔推力器启动冲击过大，影响功率处理单元、推力器可靠稳定工作的问题，提供了一种软启动的降低霍尔推力器启动冲击的方法。方法核心思想是：霍尔推力器以很低的阳极电压点火时，放电通道内为弱电离，此时大部分工质仍是分子态，降低了达到阳极的瞬时电流，加热丝、磁线圈等感生出的电势、电流也非常小，从而降低启动冲击。

如图3、图4所示，所述方法的特征在于优化放电回路，控制供电、供气方式与时序。所述的优化放电回路包括两部分内容：①增加滤波模块。滤波模块整体上属于RLC低通滤波回路，可以降低放电电流振荡对功率处理单元的影响。其中，电感量L为300～1000uH，电容量C为5～30uF，电阻量R为50～200Ω。②将励磁线圈置于滤波模块之后。励磁线圈的接线关系为：线圈正端接公共地，线圈负端接阳极电源负端，这种接线能尽可能降低励磁线圈的电流波动，保证推力器工作过程中磁场的稳定。所述的供气供电方式及时序为：

①以50％～70％的额定流量开始供气；

②打开阴极加热、点火；

③待阴极点着后，以20％～40％的额定阳极电压启动推力器；

④待推力器点着后，关闭点火、加热电源；

⑤将阳极电压以10～20伏特每秒的速度，以阶梯或者连续的方式加至额定；

⑥再将流量于1分钟内以阶梯或者连续的方式加至额定；

⑦视需要打开辅助励磁电源，根据实际情况选择辅助励磁电源的大小，通常为0～

30％的额定励磁电流。

根据本实施方式，测量了SPT-100的启动冲击，测量结果如图5所示。图5中从下往上的线条依次表示通道CH1至CH8共8个通道的属性值记录，记录结果如表二所示。SPT-100是当前主流的霍尔推力器，其放电电压为300V，功率1350W，点火瞬间的放电电压可达数百伏特到上千伏特，放电电流达几十安培到上百安培，对阴极加热器、点火极、励磁线圈也有非常严重的冲击，达到足以危害霍尔推力器和功率处理单元正常工作的程度。传统点火方式如图2所示，图2中从下往上的线条依次表示通道CH1至CH8共8个通道的属性值记录，记录结果如表一所示。为保证推力器可靠、稳定、安全点火，需要降低其启动冲击。本发明优化了放电回路，调整了霍尔推力器的供气、供电方式与时序，从而达到降低启动冲击的目的。相比传统点火方式，通过表一与表二的数据对比，可见本实施方式中，各项冲击均有显著降低，保证了推力器与功率处理单元能够长时间稳定可靠的工作；有效提高了霍尔推力器的可用点火次数，同时也验证了本发明的有效性。

表一

通道

CH1

CH2

CH3

CH4

CH5

CH6

CH7

CH8

项目

点火电压

加热电压

阳极电压

母线电压

励磁电流

点火电流

母线电流

阳极电流

最大值

750V

894V

716V

153V

308A

27.2A

15.2A

69.4A

最小值

-770V

-888V

-296V

60V

-2.37A

-22.4A

-13A

-0.8A

表二

通道

CH1

CH2

CH3

CH4

CH5

CH6

CH7

CH8

项目

点火电压

加热电压

阳极电压

励磁电压

励磁电流

点火电流

加热电流

阳极电流

最大值

24V

42V

164V

28V

1.6A

1A

5.6A

10A

最小值

-11V

-10V

42V

-8V

-7.9A

-0.2A

2.4A

0A

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (4)

1.一种降低霍尔推力器启动冲击的放电回路，其特征在于，所述放电回路包括滤波电路、励磁线圈；

励磁线圈串联在滤波电路之后，励磁线圈与辅助励磁电源相连接；励磁线圈的正端接推力器的公共地，励磁线圈的负端接阳极电源的负端；

励磁线圈的正端接辅助励磁电源的正端，励磁线圈的负端接辅助励磁电源的负端；所述滤波电路是RLC回路，电感消除回路的交流振荡信号，电阻、电容分别消除回路上的直流振荡信号；所述滤波电路中，电感量为300～1000uH，电容量为5～30uF，电阻量为50～200Ω；所述辅助励磁电源能够调节磁场，辅助励磁电源的输出能力为0～30％的额定励磁电流。

2.一种降低霍尔推力器启动冲击的软启动方法，其特征在于，利用权利要求1所述的放电回路，所述方法包括以下步骤：

弱电离启动步骤：在阴极点着之后，霍尔推力器以20％～40％的额定阳极电压、50％～70％的额定流量启动，使得霍尔推力器以弱电离的方式启动，推力器点着后，关闭阴极电源；

加压步骤：阳极电压以10～20伏特每秒的速度、以阶梯或者连续的方式加至额定电压；

加流量步骤：将流量在设定时间内以阶梯或者连续的方式加至额定流量；在所述弱电离启动步骤之前，还包括：

阴极供气步骤：以50％～70％的额定流量开始供气，打开阴极加热、点火。

3.根据权利要求2所述的降低霍尔推力器启动冲击的软启动方法，其特征在于，还包括：

辅磁步骤：打开辅助励磁电源，设定辅助励磁电流运行辅助励磁电源。

4.根据权利要求3所述的降低霍尔推力器启动冲击的软启动方法，其特征在于，所述辅助励磁电源以0～30％的额定励磁电流运行。

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