高电压技术2冲击高压发生器

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1、冲击高压发生器1、冲击电压波形a、雷电冲击电压波OC为视在播前OF为视在播前时间OG为视在半峰值时间（也称为波尾时间）国标规定：一、冲击电压发生器的基本原理b、操作冲击电压波国标规定：2、冲击电压波形的近似表达式冲击电压的一般表达式：u2=U1[exp（-t/τ1）-exp（-t/τ2）]时间常数：用τ1和τ2表达1.2/50μs的雷电波：τ1＞＞τ2u2的构成：u2由两个指数分量选加构成波形时间的确定：波前时间相对于波尾半峰值时间要短得多。波前时间Tf基本上由较小的时间常数τ2决定；半峰值时间Tt基本上由相对大得多的时

2、间常数τ1决定U1RfC2C1U1Rt波头的形成：图示等值回路中，放电电阻Rt→∞，球隙g0放电后，电压u2上升。τ2相当于充电时间常数。τ2=RfC1C2/（C1＋C2）Tf=3.24RfC1C2/（C1＋C2）因C1＞＞C2，Tf≈3.24RfC2波尾的形成：电压u2到达峰值U2m后，电容C1和C2一起经过电阻Rt放电。因一般C1＞＞C2，放电快慢主要决定于C1τ1≈Rt(C1＋C2)≈RtC1Tt＝0.69Rt(C1＋C2)≈0.69RtC1C2上电压u2的波形波前波尾冲击电压发生器的基本原理冲击电压发生器概念：冲

3、击电压发生器由一组并联的储能高压电容器，自直流高压源充电几十秒钟后，通过铜球突然经电阻串联放电，在试品上形成陡峭上升前沿的冲击电压波形。冲击波持续时间以微秒计，电压峰值一般为几十kV至几MV发明人：产生较高电压的冲击发生器多级回路，首先由德国人E.马克思（E.Marx）提出，为此他于1923年获得专利，被称为马克思回路单级冲击电压发生器回路回路1回路2由于受到硅堆和电容器额定电压的限制，单级冲击电压发生器的最高电压不超过200~300kV。正极性冲击电压负极性冲击电压多级冲击电压发生器回路放电时基本回路的等值回路τ2=（

4、Rd＋Rf）C1C2/（C1＋C2）于是Tf=3.24（Rd＋Rf）C1C2/（C1＋C2）因C1＞＞C2，Tf≈3.24（Rd＋Rf）C2τ1≈(Rd＋Rt)(C1＋C2)≈（Rd＋Rt）C1Tt＝0.69(Rd＋Rt)(C1＋C2)Tt≈0.69（Rd＋Rt）C1T：供电高压变压器；D：整流用高压硅堆；r：保护电阻，一般为几百千欧；R：充电电阻，一般为几十千欧；rd:每级的阻尼电阻；C：每级的主电容，一般为零点几个微法；Cs：每级相应点的对地杂散电容，一般仅为几个皮法；g1：点火球隙；g2～g4：中间球隙；g0：隔离

5、球隙；“电容器并联充电，而后串联放电”电阻R的连接与隔离作用：在充电时起电路的连接作用；放电时则起隔离作用电容并联串联转换方法：诸电容由并联变成串联是靠一组球隙分别处于绝缘和放电来达到杂散电容与同步：实际上因杂散电容Cs是很小的，所以各中间球隙，在放电前所作用到的过电压时间非常短促。为使诸球隙易于同步放电，在采用简单球隙的条件下，它们应排列成相互能够放电（紫外线）照射的状态。阻尼电阻：为了防止杂散电感和对地分布的杂散电容引起高频振荡，或者说为了避免冲击波前不光滑，电路中分布放置了阻尼电阻rd，一般每级为5Ω－25Ω，其大

6、小可通过实验决定。若级数为n，阻尼电阻的串联总值nrd称作为Rd。Rd也起着调节波前时间的作用，但在放电时它与Rt会造成分压，使输出的电压有所降低工作特点：发生器电压效率发生器电压效率的近似计算式为ŋ＝[C1/（C1＋C2）][Rt/（Rd＋Rt）]放电时基本回路的等值回路这意味着输出电压u2的峰值U2m低于电容C1上的初始充电压U1。它是由于C1与C2之间的分压和Rt与Rd之间的分压造成的高效冲击电压发生器回路冲击电压发生器高效回路接线rf：每级的波前电阻，一般约几十欧；rt：每级的放电电阻，通常约几百欧；C2：负荷电

7、容，其值不仅取决于试品，而且与调波相关。一般处于几百皮法至几个纳法间T：供电高压变压器；D：整流用高压硅堆；r：保护电阻，一般为几百千欧；R：充电电阻，一般为几十千欧；C：每级的主电容，一般为零点几个微法；Cs：每级相应点的对地杂散电容，一般仅为几个皮法；g1：点火球隙；g2～g4：中间球隙；g0：隔离球隙；通用的高效回路冲击电压发生器回路接线等值电路主电容C1上的初始充电电压为U1拉氏转换的运算电路输出电压：U2（s）＝U1·d/（S2+aS+b）放电时基本回路的等值回路放电时的运算电路放电时的运算电路式中：b=1/［

8、C1C2(RdRt+RdRf+RfRt)］a=［C1(Rd+Rt)+C2（Rt+Rf)］·bd=C1Rt·b输出电压：U2（s）＝U1·d/（S2+aS+b）u2(t)=U1ε[exp（s1t）－exp（s2t）]s1、s2为方程s2+as+b=0的两个根从根和系数的关系可知s1·s2=b；s1+s2=－a或回路系数