標(biāo)準(zhǔn)雷電波設(shè)計

1、成 績 課 程 論 文（2016-2017學(xué)年春）論文題目 標(biāo)準(zhǔn)雷電波設(shè)計 課程名稱 高電壓技術(shù) 任課教師 仲崇山 班 級 試驗132 學(xué) 號 xxxxxxxxxxxx 姓 名 SDG 標(biāo)準(zhǔn)雷電波設(shè)計摘 要：敘述沖擊電壓發(fā)生器的作用、原理以及設(shè)計一臺40kV單極沖擊電壓發(fā)生器，可以產(chǎn)生幅值040kV可調(diào)，1.2/50us的標(biāo)準(zhǔn)雷電波。關(guān)鍵詞：沖擊電壓發(fā)生器 標(biāo)準(zhǔn)雷電波1 引言沖擊電壓發(fā)生器是一種產(chǎn)生脈沖波的高電壓發(fā)生裝置，在電力系統(tǒng)中主要用于研究電力設(shè)備遭受大氣過電壓和操作過電壓時的絕緣性能。本文產(chǎn)生幅值040kV可調(diào)，1.2/50us的標(biāo)準(zhǔn)雷電波，參考相關(guān)文獻(xiàn)完成了沖擊電壓發(fā)生器設(shè)計，了解該

2、裝置基本原理、設(shè)計流程、注意事項等。2 沖擊電壓發(fā)生器的實(shí)驗原理 獲得沖擊電壓的原理電路如圖1所示。主電容C0在被間隙G隔離的狀態(tài)下由整流電源充電到穩(wěn)態(tài)電壓U0。間隙G被點(diǎn)火擊穿后，電容C0上的電荷一面經(jīng)Rt電阻放電，同時也經(jīng)過Rf對Cf充電，在被試品上形成上升的電壓波前。Cf上電壓被充到最大值后，反過來經(jīng)過Rf與C0一起對Rt放電，在被試品上形成下降的電壓波尾。為了得到較高的效率，主電容C0應(yīng)該比Cf大得多，Rt比Rf大得多，以便于形成快速上升的波前和緩慢下降的波尾。3 沖擊波形的近似計算 放電階段可以分為兩個過程，一個是波前階段，另一個是波尾階段。波前階段的主要過程是C0經(jīng)過（Rg+Rf）

3、對Cf充電。由于RtRf，所以此時經(jīng)過Rt的放電過程對波前的影響很小，可以忽略不計。通常由于C0Cf，波前時間T1半峰值時間T2，所以在波前階段可以近似地認(rèn)為C0上的電壓U0是恒定的。這樣，在波前階段，輸出電壓可以近似地看作是恒壓源U0對Cf的充電過程，于是有輸出電壓：UF=U01-e-t1式中：1為時間常數(shù)，1=(Rg+Rf)Cf。 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)沖擊波形的定義可以寫出：0.3U0=U0(1-et1/1)0.9U0=U0(1-et2/2)聯(lián)系上面兩個式子可以得出：t2-t1=1ln7波前時間T1即為：T1=1.67t2-t1=3.24(Rg+Rf)Cf由于存在對Rt的放電，實(shí)際的波前時間將比計算所

4、得稍微小一點(diǎn)。當(dāng)波前電容Cf上的電壓被充到峰值的時候，波前階段就結(jié)束了。在波尾階段，Cf通過電阻Rf向Rt放電，Cf上的電壓表達(dá)式可以近似表示為：UFU0e-t/t3Ume-t/3 3=(Rt+Rg)(C0+Cf)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)沖擊電壓波形的定義，可以寫出：0.5Um=Ume-t2/3可以得出半峰值時間:T2=3ln2=(Rt+Rg)(C0+Cf)沖擊電壓發(fā)生器的效率定義為：RtRt+Rg×C0C0+Cf4調(diào)試結(jié)果4.1不計導(dǎo)線分布電容和寄生電感的影響 圖 1 仿真電路圖 假設(shè)Cf=0.005f，C0=0.1f，由于：1.2us=3.24RfCf20us=0.7(Rt+Rg)(C0+Cf)

5、 從這兩個式子中可得出，Rf=74.074Rt+Rg=714.2857由于RtRg假設(shè) Rt=700.2857 Rg=14.0綜上，設(shè)計參數(shù)如下：Rf=74.074，Rt=700.2857，Rg=14.0，C0=0.1f，Cf=0.005f。以開關(guān)代替球隙。開關(guān)1默認(rèn)閉合，打開的時候是5us，開關(guān)2默認(rèn)打開，在5us的時候閉合，可以通過調(diào)節(jié)自耦變壓器來調(diào)節(jié)幅值。仿真結(jié)果如下：圖 2 仿真結(jié)果4.2計及導(dǎo)線分布電容和寄生電感的影響 圖 3 仿真電路圖設(shè)計參數(shù)如下：Rf=74.074，Rt=700.2857，Rg=14.0，C0=0.1f，Cf=0.005f。以開關(guān)代替球隙，同時考慮分布電容和寄生電感。分布電容設(shè)置為0.001f，寄生電感依次設(shè)置為0.0001mH、0.001mH、0.01mH。開關(guān)1默認(rèn)閉合，打開的時候是5us，開關(guān)2默認(rèn)打開，在5us的時候閉合，仿真結(jié)果如下：圖 4 寄生電感為0.0001mH仿真結(jié)果圖 5 寄生電感為0.001mH仿真結(jié)果 圖 6 寄生電感為0.01mH仿真結(jié)果 綜