[發明專利]一種多負載脈沖功率電源數據采集與控制系統

有效

• 申請號: 202111340917.2
• 申請日: 2021-11-12
• 公開（公告）號: CN114280973B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 鄂鵬;關鍵;馬勛;李洪濤;鄧維軍;丁明軍;康傳會;李松杰;肖金水;趙娟;萬杰;譚力;李立毅
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 王新雨

一種多負載脈沖功率電源數據采集與控制系統,涉及脈沖功率技術領域，是為了使脈沖功率電源能夠為18個線圈提供穩定可靠且具有多種輸出時序、靈活可調的激勵電流從而滿足近地空間等離子體環境地面模擬裝置用于模擬地球磁層磁場環境的需求，本發明所述系統，用于控制18套脈沖功率電源為18個線圈提供穩定可靠且具有多種輸出時序、靈活可調的激勵電流，從而近地空間等離子體環境地面模擬裝置能夠模擬地球磁層磁場拓撲結構，實現物理實驗所需求的背景磁場。該系統主要功能包括：脈沖功率電源的充、放電控制，投入使用電源選取，延時觸發設置，電壓監測、關鍵元器件狀態監測和輸出電流顯示等功能，并且還需要實現保證設備及人員安全的故障報警和故障處理操作。

技術領域

本發明涉及脈沖功率技術領域，具體涉及一種多負載脈沖功率電源數據采集與控制技術。

背景技術

在離地球表面約100-36000km的球殼狀區域被稱為近地空間，這里被電離的氣體的數量相當可觀，而地球磁場會作用于這些電離氣體，從而引導控制這些電離氣體在近地空間中運動。地球磁場通過與磁化太陽風的相互作用密切地參與了太陽與地球空間環境中能量和動量的耦合和轉移，而這其中最核心的部分就是地球磁層，絕大多數航天器的活動區域以及深空探測的窗口都在地球磁層中，所以研究地球磁層中空間等離子體的基本物理過程以及極端空間等離子環境的特點和爆發性物理過程不僅為航天器的設計、安全運行提供理論指導，而且能夠深化對空間等離子體環境的認識，加深對磁暴、高能粒子暴等災害性空間環境的理解，完善輻射帶高能粒子模型。

對于地球磁層中空間等離子體環境的研究手段通常分為衛星探測、地面觀測、地面模擬實驗和數值仿真計算。衛星探測是最直接的研究手段，多年來通過大量的衛星觀測，人們已經在研究空間等離子體環境及其物理過程方面取得了巨大成就，但是衛星探測存在觀測點單一、軌道受限、觀測周期長、觀測獲取數據具有偶然性等方面的不足，所以單純地采用衛星探測研究地球磁層中空間等離子體環境存在一定的不足。地面觀測會受到地球大氣層天氣環境的影響導致觀測結果偏差，而數值仿真計算因為理論、模型、數值、程序等限制并不能準確地反應真實物理過程。由于空間等離子體環境的地面模擬實驗具有過程/參數可控、整體演化過程可重復進行、可多點同時測量等優點，因此在理解等空間等離子體中各類物理過程，提高人類探究空間環境演化規律的能力，提升對空間等離子體環境的認識水平具有重要意義，也日益受到國家的重視。

空間等離子體環境模擬與研究系統是該裝置的一個分系統，主要研究空間環境因素中的等離子體的有關內容，以揭示空間等離子體的分布、演化規律及其與航天器相互作用的物理機制，提高對空間極端環境的認識和防控能力。其中近地空間等離子環境模擬系統用來模擬地球磁層環境，其主要研究內容包括兩個方面：（1）研究空間等離子體環境的基本物理過程，具體為與磁層頂磁重聯相關的三維磁重聯物理問題，從而深化對空間等離子體環境的認識，為航天器設計和安全運行提供理論指導；（2）研究極端空間等離子體環境的特點及相關物理過程，加深對磁暴、高能粒子暴等災害性空間環境的理解，為完善輻射帶高能粒子模型、航天器安全評價和設計提供指導。為了實現以上研究內容，近地空間等離子環境模擬系統使用7類共18個線圈來實現地球磁層的磁場環境，7類線圈分別為磁鞘極向場線圈、磁鞘環向場線圈、磁層頂位形控制線圈、偶極場線圈、磁擾動Ⅰ型線圈、磁擾動Ⅱ型線圈、磁鏡場線圈，7類線圈為表述方便分別標記為PF、TF、CK、OJC、CRDⅠ、CRDⅡ、CJC線圈，其中PF線圈包括4個子線圈，分別記為PF-A、PF-B、PF-C、PF-D，TF線圈包括4個子線圈，分別記為TF-A、TF-B、TF-C、TF-D，CK線圈包括6個子線圈，分別記為CK-A、CK-B、CK-C、CK-D、CK-E、CK-F，OJC、CRDⅠ、CRDⅡ、CJC線圈分別由一個線圈構成。而用來激勵這18個線圈的電流則由脈沖功率電源系統提供，每個線圈由一套脈沖功率電源供電，采用與線圈相同的標記表示，即PF-A電源、PF-B電源、……、CJC電源，18套脈沖電源均采用模塊化設計，每套脈沖電源由若干個模塊組成，通過改變投入使用模塊的數量可以實現輸出電流的波形可調，并且能夠提高維護效率、分散儲能降低風險。