一种霍尔推力器点火装置及方法与流程

本发明涉及霍尔推力器，特别涉及一种霍尔推力器点火装置及方法。

背景技术：

1、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。霍尔推力器点火过程是需要加热阴极使其具有一定的电子发射能力随后在其触持极上引入一个点火电压把电子从阴极引出，电子在向阳极运动过程中，获得能量，电离中性气体，实现霍尔推力器的点火。其点火过程是等待阴极加热到一定温度后通过在阴极的触持极上加上高电压将电子引出，在出口区形成高的电子密度。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。现有的点火方式通过一个附加的高压电源和一个可控的开关实现对霍尔推力器的点火。现有技术中，存在高压电源和高压开关技术复杂的问题，同时点火电源占用电源变换器的质量和体积，减少空间装置的有效载荷质量。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种霍尔推力器点火装置及方法，为现有霍尔推力器提供结构简单、质量轻和体积小的点火装置，且不额外增加霍尔推力系统质量。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种霍尔推力器点火装置，包括：加热电源、变压器、开关、限流电阻、放电电源和电容；

4、所述加热电源的高压侧与所述变压器的高压侧线圈的一端连接，所述加热电源的低压侧与霍尔推力器的阴极连接；所述变压器的高压侧线圈的另一端分别与所述开关的一端和所述限流电阻的一端连接，所述限流电阻的另一端和霍尔推力器的触持极连接，所述开关的另一端与霍尔推力器的阴极连接；

5、所述放电电源的高压侧与所述变压器的低压侧线圈的一端连接，所述变压器的低压侧线圈的另一端分别与霍尔推力器的阳极和所述电容的输入端连接；

6、所述放电电源的低压侧分别与所述加热电源的低压侧、所述电容的输出端以及地连接。

7、可选地，所述变压器的高压侧线圈的同名端和所述变压器的低压侧线圈的同名端在同侧。

8、可选地，所述霍尔推力器包括励磁线圈，所述励磁线圈与励磁电源连接，所述励磁电源向所述励磁线圈中通入励磁电流，用于调节所述霍尔推力器的磁场强度。

9、为实现上述目的，本发明还提供了一种霍尔推力器点火方法，应用于上述霍尔推力器点火装置，具体包括：

10、在霍尔推力器点火前，开关闭合，加热电源通过变压器的高压侧线圈为所述霍尔推力器的阴极提供加热电流，用于加热所述霍尔推力器的阴极；

11、当所述霍尔推力器的阴极的发射体温度达到电子发射条件时，所述开关打开，所述加热电源通过变压器的高压侧线圈和限流电阻为霍尔推力器的触持极供电；

12、同时，放电电源为变压器的低压侧线圈和电容充电，当所述开关打开后，所述放电电源、变压器的低压侧线圈和所述电容为所述霍尔推力器的阳极提供瞬时电压，从而完成所述霍尔推力器点火启动。

13、可选地，在所述开关打开后，变压器的高压侧线圈的两端电势差为：

14、

15、其中，u2为变压器的高压侧线圈的两端电势差，uh'为加热电源两端电势，r2'为变压器的高压侧线圈的阻值，rs'为限流电阻的阻值，r'为阴极击穿过程中的等效电阻，l2'为变压器的高压侧线圈的电感值，t为开关打开后时间。

16、可选地，在所述开关打开后，霍尔推力器的阴极和阳极之间的电势为：

17、

18、其中，ua为霍尔推力器的阴极和阳极之间的电势，uh'为加热电源的两端电势，ud'为放电电源的两端电势，r2'为变压器的高压侧线圈的阻值，rs'为限流电阻的阻值，r'为阴极击穿过程中的等效电阻，l2'为变压器的高压侧线圈的电感值，k为变压器的高压侧线圈与低压侧线圈的匝数比，t为开关打开后时间。

19、可选地，在所述开关打开后，霍尔推力器的触持极和阴极之间的电势为：

20、

21、其中，u1为霍尔推力器的触持极和阴极之间的电势，uh'为加热电源的两端电势，r2'为变压器的高压侧线圈的阻值，rs'为限流电阻的阻值，r'为阴极击穿过程中的等效电阻，l2'为变压器的高压侧线圈的电感值，t为开关打开后时间。

22、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

23、本发明提供的霍尔推力器点火装置通过变压器的低压侧线圈和高压侧线圈的耦合作用，以及一个可控开关，即可实现霍尔推力器的点火过程，直接省去了点火电源，具有结构简单、安全性好、质量轻和体积小的优点。

技术特征：

1.一种霍尔推力器点火装置，其特征在于，包括：加热电源、变压器、开关、限流电阻、放电电源和电容；

2.根据权利要求1所述的霍尔推力器点火装置，其特征在于，所述变压器的高压侧线圈的同名端和所述变压器的低压侧线圈的同名端在同侧。

3.根据权利要求1所述的霍尔推力器点火装置，其特征在于，所述霍尔推力器包括励磁线圈，所述励磁线圈与励磁电源连接，所述励磁电源向所述励磁线圈中通入励磁电流，用于调节所述霍尔推力器的磁场强度。

4.一种霍尔推力器点火方法，其特征在于，应用于所述权利要求1-3中任意一项所述霍尔推力器点火装置，所述霍尔推力器点火方法，具体包括：

5.根据权利要求4所述的霍尔推力器点火方法，其特征在于，在所述开关打开后，变压器的高压侧线圈的两端电势差为：

6.根据权利要求4所述的霍尔推力器点火方法，其特征在于，在所述开关打开后，霍尔推力器的阴极和阳极之间的电势为：

7.根据权利要求4所述的霍尔推力器点火方法，其特征在于，在所述开关s打开后，霍尔推力器的触持极和阴极之间的电势为：

技术总结本发明公开一种霍尔推力器点火装置及方法，涉及霍尔推力器技术领域。该装置中加热电源的高压侧与变压器高压侧线圈的一端连接，加热电源的低压侧与霍尔推力器的阴极连接；变压器高压侧线圈的另一端分别与开关的第一端和限流电阻的第一端连接，限流电阻的另一端和霍尔推力器的触持极连接，开关的另一端与霍尔推力器的阴极连接；放电电源的高压侧与低压侧线圈的一端连接，低压侧线圈的另一端分别与霍尔推力器的阳极和电容的输入端连接；放电电源的低压侧分别与加热电源的低压侧、电容的输出端以及地连接。本发明通过变压器的低压侧线圈和高压侧线圈的耦合作用，及一个可控开关，实现霍尔推力器的点火，具有结构简单和质量轻的优点。技术研发人员：张秀坤受保护的技术使用者：哈尔滨普拉仕动力科技研发部（有限合伙）技术研发日：技术公布日：2024/6/11