高电压课设设计冲击电压发生器.docx

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名目
课程设计要
求.。...。.。。.。 .。....。 ...。 .。.。..。。.....。。 .。。。 ..
。 ...。。.。 ..。....。....。。..。。..。..。.。.。.......。.3 设计原
理.......。.。....。.。。.。.。..。...。.。.。.。...。。..。 .。 .。
。...。..。..。。.。.。。。.。..。。..。。.。.。.。.。...。。....。.。.。.4
冲击电压发生器本体
输出波形与高效回路输出电压与级数
充电放电回路
冲击电容器
充电电阻保护电阻球间隙
放电回路数学分析充电回路数学分析
点火装置
整流充电电源系统原理整流回路
变压器容量高压硅整流器
冲击电压测量系统原理
1
高电压课设设计冲击电压发生器
冲击分压器与引线
高压臂低压臂
同轴电缆的接入及对分压比的影响电缆损耗的影响与末端的匹配
衰减
波阻的变化对分压比和匹配的影响高压引线的影响
示波器
抗干扰措施
参数计
算.。。..。...。。。 ....。..。.。 .。 ..。.。..。.。..。..。 .。..
。.。。..。.。.。..。.。.。..。。...。.。.。。.。..。 .....。.。.。....。.11 参考资
料....。 .。。.。 ..。 ......。.。.。..。.。......。 ..。 。.。.
。...。 .。.。 ....。。..。..。。 .。 ..。.。...。.。..。 ...。.。.。 .。...15
一、课程设计要求：
画出冲击电压发生器的总体构造布置图 (含接地系统设计〕，各主要部件或器件的型号、参数，
2
高电压课设设计冲击电压发生器
绝缘距离与净空 〔空间布置〕，各参数之间的匹配关系,波形测量系统等。对冲击电压发生器设计的要求为：
高效回路
最大输出电压 300～800kV
级数 3 级以上
电阻(含线径和材料)
球隙大小和距离
输出波形 1。2/50 波形
测量装置〔充电、放电)
测量装置抗干扰措施
充电电源〔各器件参数)
本体、分压器、电源、测量系统
绝缘材料、绝缘距离选取
触发器
容性试品
二、设计原理：
一、冲击电压发生器本体
冲击电压发生器是产生冲击电压和操作冲击电压的一种发生装置。产生的冲击电压可供绝缘 的冲击耐压或放电试验用。
输出波形与高效回路：
3
首先从单极冲击电压发生器的具体性质来分析：
为了产生 1。2/50 标准雷电冲击波形可用的电路有如下的选择：
高电压课设设计冲击电压发生器
+
0
u C1
-
+
R R
11 12
R
2
C u
2
-
(b)
+
u0 C1 R2
-
R +
1
C u
2
-
(c)
可产生雷电波形的电路
由电路理论的根底学问可以推导出三个电路的电源的电压在输出端的利用率，他们分别为：
U
2m
C
» 1
C + C
1 2
R
2 U R + R 0
1 2

低效回路
效率介于(a)和〔c)之间
U
2m
C
» 1 ·U
C + C 0
1 2

高效回路
由于该设计要求电路为高效回路，所以选择电路(C〕。即简化后的电路为：
R +
1
0
2
u C R C u
1 2
- -
单击高效回路电路图
而对于多级冲击电压发生器一般的设计如下：
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高电压课设设计冲击电压发生器
简洁的多级冲击电压发生器电路图
图中 R 保护电阻;R 充电电阻;R 波头电阻；R 波尾电阻;C 主电容;C 波头电容；G ~G 球间隙
o 1 2 2 1 4
这种多级冲击电压发生器承受的是波前电阻和放点电阻集中放置的方式。在这种电路中常常为了防止杂散电感和对地分布的杂散电容引起高频振荡 (为了避开冲击波前波形不光滑)在电路
中分布放置了阻尼电阻r ,一般为5Ω～，则阻尼电阻的串联总值 n﹒r 称为R .R
d d d d
也起着调整波前时间的作用，但在放电时，它与 R
2
会造成分压，使输出的电压降低。所以有如
下多级高效率冲击电压发生器. 所以选择如上的高效回路。
多级高效率冲击电压发生器电路图
图中 R 保护电阻;R 充电电阻；r 放电电阻;r 波前电阻; C 波头电容；G ~G 球间隙
o t f 2 1 4
在这种设计中,分布放置的波前电阻 r
f
兼起着阻尼电阻的作用，所以输出的电压相对较高,为高
效回路。
输出电压与级数：
由于设计的要求是最大输出电压在 300～800kV 间,级数 3 级以上，且试品为容性的,由冲击电压发生器的额定电压与被试电力设备的标称电压之间的大致关系〔如下表〕，可得试品应为 35kV
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高电压课设设计冲击电压发生器
等级的电气设备。
被试电力设备标称电压(千伏)
冲击电压发生器额定电压(兆伏)
35
0。4～0。6
110
～1。5
220
1。8～
330
2。4~
500
2。7~
750
～6。0
〔表中的下限值满足型式试验要求,上限值供争论试验用〕
充电放电回路：
冲击电容器
、瓷套和金 属壳几种型式。
胶纸筒电容器很少用于大型冲击电压发生器 ,它体型瘦长，机械强度差(不便于承受柱式发生器构造〕，需要另立绝缘支架。另外,这种电力电容器可贮存的能量不大，绝缘也简洁受潮等特点。
金属壳电容器的电压和容量都能做得很大,大型冲击电压发生器都承受这种电力电容器。
瓷壳电容器具有很高的机械强度和良好的绝缘性能,很适用于柱式发生器构造。但其能量也不 能做得太大，所以这种构造多用于 2 兆伏以下的中型电压发生器。
综合设计的电压等级选择瓷壳电容器就能到达抱负的效果.
充电电阻保护电阻
①充电电阻
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高电压课设设计冲击电压发生器
充电电阻是为了使各级球隙能在足够的冲击过电压作用下牢靠动作而在各级电容器之间连入的 . 充电电阻不仅影响冲击电压发生器的充电过程,而且也影响冲击电压发生器的放电过程。
冲击电压发生器高效回路的等值放电回路
从高效回路的等值放电回路可以看出，充电电阻 nR 与波头电阻 nr
f

串联分压，致使充电电阻既
削减了波长时间,又减低了放电回路的利用系数。考虑到充电电阻的影响，分析可知每一级的波 尾电阻削减到
为了削减充电电阻对波形的影响，系数α限制在 0。05～ 的范围内较好。
同时，为了避开充电电阻的电阻过分的影响放电回路的利用系数,R 应当比 r
f
大 10～20
是充电电阻并不是取的过大过小都是不好的。过大则延长充电时间，增加各级电容器的不均性; 过小则各级球隙间动作不行靠,冲击电压波长时间减小，放电回路利用系数减低。
②保护电阻
保护电阻一般为几百千欧。同时为了使电容器上充电比较均匀，一般选择保护电阻 r 的阻值比 R 大一个数量等级，这样保护电阻不仅起保护整流装置的作用，还起均压的作用。
球间隙
冲击点发生器的球隙承受空心铜球或铝球。球径和最大球间隙距离应与最大冲击电压相对应。 可由球间隙放电标准表查得。
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高电压课设设计冲击电压发生器
全部球间隙由一电动传动机构统一驱动，球间隙距离应能均匀调整。为了确保冲击电压发生器各级球间隙牢靠动作，，应能使前一级球间 隙放电时的紫外线能照耀到下一级球间隙。冲击电压发生器的第一级球间隙常用三电级间隙。
提高球间隙工作牢靠性的几种方法如下：
承受多级球隙
改进多级冲击发生器的线路
各级都承受三电极间隙
各级间隙承受激光照耀
放电回路数学分析本回路的分析
放电电路等效回路
上图为冲击电压发生器的放点电路的等效图，对于高效回路，只要令 学问我们可以得到如下式子

即可。由电路理论的
式中
上式经过反变换有
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高电压课设设计冲击电压发生器
式中ε称为回路系数,其大小与所承受的回路参数值有关。再由根与系数的关系可得出 s ,s 的表
达式。查表：
t ( 微 t
1 2
〔 微 t ( 微 T ( 微 T ( 微 H〔微秒 λ〔微秒〕 ε
f t M 1 2 0
秒)
秒〕
秒)
秒)
秒)
2)
1。2
50

68。5
0。404


0。9641
t 视在波头时间；t 视在波尾时间;t 理论波头时间；T 波尾时间常数；T
波头时间常数;H=T ·T2；λ=T T ；
f t M 1 2
ε 波形系数
0
1 1 2
还查得
s =-;s
1
=—2。4689.
2
假设输出电压 u
2
的峰值设为单位值,则标准雷电冲击波可用下式表示
式中 t 的单位为μs，等号右边的系数为
充电回路数学分析
当回路是由整流电压充电时，它的充电时间比直流电压充电慢得多。假设直流电压充电到 Uc/Um=0。
9，需要充电时间 t
=2。3RC；假设用整流电压充电到 Uc/Um= 则需要充电时间 t
充
=15RC。 则对
充
多级充电回路的简化电路有
点火装置：
三电级球隙构造
1-铜球；2-端端部有孔的铜球；3-钨电极；4-瓷、胶木等绝缘材料
发生器的点火触发是通过触发最下一级的球隙使之放电而完成的。因此最下一级的球隙被设计成三间隙构造。触发脉冲是由一个高电平，快速变化的脉冲电压。
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高电压课设设计冲击电压发生器
它是由点火脉冲放大器产生的。一个用于检测发生器点火的脉冲的耦合电容安装在发生器的底 座上。
二、整流充电电源系统原理
1〕整流回路:
整流回路分为半波整流，全波整流,被压整流。
其中前两种整流回路能获得的最高直流电压等于充电电源沟通电压的幅值 U
m
，在同样的沟通
电压幅值 U
m
下,承受倍压整流回路可获得 2～3 倍 U
m
直流电压。
2)变压器容量
查阅资料有标称试验变压器容量 P
n
确实定公式：
Pn=kVn2WC
10-9
t
式中：Pn—标称试验变压器容量〔kVA〕; k —安全系数；
Vn—试验变压器的额定输出高压的有效值〔kV〕; W -角频率,W=2πf,f 为试验电源的频率;
C —被试品的电容量〔PF〕。
t
对于不同的试验电压 V ,选择适当的安全系数 k，标称试验电压较低时,k 值可取高一些；以下
n
列出不同的试验电压 V ，所选用的安全系数 k 值，供参考：
n
Vn=50～100kV k=4;
Vn=150～300kV k=3； Vn≥300kV k=2; Vn≥1MV k=1
3〕 高压硅整流器
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