冲击电压的产生解析课件

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1、5-1 概述一、用途 模拟产生雷电冲击和操作冲击二、冲击电压波形1.实际波形LI:非周期性脉冲 波头:0.510s 波尾：2090s SI:形状复杂 持续时间：几百几千s 2.标准波形 保证试验结果的重复性和可比性第五章 冲击电压发生器第1页，共48页。P二、冲击电压的标准波形定义1.雷电全波OTfCFTt定义：表示：（Tf/Tt)s IEC标准：（1.2/50)s Tf:1.230%s,Tt:50 20%s 第2页，共48页。t03090100BM3090100ACDTc3090100C01070TcCD2.截断波波前截断波尾截断Tc：25 sTc：0.52.0 s 第3页，共48页。050

2、90100tTfTtTd05090100tTfTtTzTd3.操作波表示：（Tf/Tt)s IEC标准：（250/2500)s Tf:25020%s,Tt:2500 60%s Td:200 s;Tz:500 s 第4页，共48页。4.非标准波形(振荡幅值或过冲0.5MHz，过冲持续时间s冲击电压的幅值取平均值振荡频率s冲击电压的幅值取最大值第5页，共48页。5-2 冲击电压发生器的基本回路冲击电压发生器的基本回路AT调压器；调压器；T 试验变压器；试验变压器；r 保护电阻；保护电阻；R 充电充电电阻；电阻；C1 C4 主电容；主电容；rd 阻尼电阻；阻尼电阻；C 对地杂散对地杂散电容；电容；g

3、1 点火球隙；点火球隙；g2 g4中间球隙；中间球隙；g0 中间球隙；中间球隙；Rt 波尾电阻；波尾电阻；Rf 波头电阻；波头电阻；C0 被试品及测量设备等的被试品及测量设备等的电容电容Corg1C1RRg2C2RCCRg3C3RCCCCRg4C4RCC24681357g5RtRfATTDrdrdrd一、发生器基本回路第6页，共48页。二、工作原理电容器并联充电，然后通过球隙串联放电R的作用：C充电时连接电路小间隙放电能隔离电位大rd：阻尼放电回路中高频振荡放电回路：CCCCRfRtC0_+drRfRtC0C/4u2U0第7页，共48页。三、波形的形成波头形成电路波头形成电路 波尾形成电路波尾

4、形成电路fRCC1U00drRC1t0dr第8页，共48页。四、发生器其他电路四、发生器其他电路RRRrDTRRRrDRRRrDrTRRRrRRRRrDDRRRRCCCCCCCT单边高效双边低效双边高效第9页，共48页。5-3 冲击电压发生器放电回路分析1C2C2u3i2i1idRfR1U一、数学分析回路方程：tfRdtduCRudtduCiidtduC222223211dtduCRdtduCRuudf112221第10页，共48页。边界条件：t=0,u2=0,u1=U0)()(2102tteeKKUtu负载上电压为：11221KRCKf电压达到峰值时：du2/dt=0，则：Tf=t1（1）T

5、t=t2（2）ffu2maxff第11页，共48页。由式（1，2），波头和波尾时间决定于，ftffttttffftf高效回路：低效回路：212121)()(1CCRRCCRRCCdfdt第12页，共48页。二、冲击电压波形的近似计算根据雷电波的定义1121TT令)()(21max22TtTteeUtu 波头时间计算标准雷电冲击电压：波尾时间常数T1远大于波头时间Tf1,t1TtfeT则：当)1()(2max22TteUtu第13页，共48页。7ln212Ttt)1(9.0)1(3.02221max2max2max2max2TtTteUUeUUftt1t2第14页，共48页。22124.33.0

6、9.0TttTf2121)(24.3CCCCRRTdff低效回路：212124.3CCCCRTff高效回路：211CCCRRRdtt回路效率：波头时间决定于负载电容的充电时间常数T2第15页，共48页。1max2max221TTteUU 波尾时间计算标准雷电冲击电压：波尾时间Tt远大于波头时间常数T20,t2TtteT则：当1max22)(TteUtu)(69.069.0211CCRRTTdtt决定于C1,C2向波尾电阻放电的时间常数第16页，共48页。三、计算机仿真PISPICE仿真第17页，共48页。仿真波形第18页，共48页。考虑杂散电容时的仿真第19页，共48页。四、回路中存在电感时_

7、+drRfRtC0C/4u2U0LR-L-C回路不发生振荡时21212CCCCLRRfd21212)(33.233.2CCCCRRTTdff2121)(24.3CCCCRRTdff无电感时：有电感，波头时间降低可增加电感来降低波头么？第20页，共48页。My answer:非也！非也！2121)(33.2CCCCRRTdff取临界阻尼条件下2212166.466.4LCCCCCLTf负荷电容值受回路电感的限制特殊情况：负载电容很小，无调波电容时第21页，共48页。五、负载为电感性负载时要求：Tt min 40 s(IEC)and dmax 50%.电感性负载上电压：第22页，共48页。负载上的

8、冲击波形第23页，共48页。gtstLLRR第24页，共48页。补偿回路限制过冲第25页，共48页。5-4 冲击电压发生器的充电回路一、主要充电回路一、主要充电回路单边高效双边低效双边高效单边低效改进回路第26页，共48页。二、充电效率二、充电效率充电回路特点：多段RC串接电路充电电源为整流电压xlR1xR1xR1xR1xC1xC1xC1xC1xU0141)(00TtxeUtunCnRT211第27页，共48页。二、充电电压不均匀二、充电电压不均匀 RC电路，串接级数越多，越不均匀电路，串接级数越多，越不均匀 硅堆整流硅堆整流0Uc/UM，0.40.8t/RC1020DCRUMUC)(15)9

9、.0(整流：充电时间RCtUM)(3.2直流RCt 充电电阻取为1020波尾电阻第28页，共48页。5-5 冲击电压发生器的同步冲击电压发生器的同步同步好：触发球隙g1触发击穿后，后面球隙g2gn逐个击穿球隙绝缘支撑点火针瓷管或玻璃点火脉冲影响因素：充电电压不均匀 充电电阻的影响 波头、波尾电阻 间隙放电的分散性第29页，共48页。600kV冲击电压发生器冲击电压发生器 由由6级级12台铁壳脉冲电容台铁壳脉冲电容器组成；器组成；每级电压每级电压100kV，由，由2台台50kV脉冲电容器串联组脉冲电容器串联组成；成；照片中为照片中为6级铜球间隙点级铜球间隙点火后，实现同步导通的火后，实现同步导通

10、的一瞬间。一瞬间。第30页，共48页。5-6 冲击电压发生器波形的振荡RRRRRrCC一、振荡原因1.固有电感21212CCCCLRrfd2.杂散电容g-C-C-C-g放电回路振荡CLR基波不振荡条件：CLR3三次谐波不振荡条件：L总杂散电感C总对地电容第31页，共48页。CCCCCCCCd二、求杂散电感和杂散电容1.短路法求杂散电感)/(21211nLCf2.开路法求杂散电容ddCCnCCCnCLf)(212第32页，共48页。5-7 冲击电压发生器的结构冲击电压发生器的结构要求：要求：绝缘可靠，无闪络和击穿 机械强度可靠 高度、占地面积尽可能小回路尽可能短，电感尽可能小试验时灵活，方便调电

11、压、波形结构塔式结构第33页，共48页。元件的选择元件的选择电容：无感的脉冲电容器波头、波尾电阻：影响波形和效率 电阻丝无感绕法绕制而成充电和保护电阻：镍铬丝绕制而成放电球隙：方便调节球隙 d=0.5D，处于同一垂直面上防止出现电晕第34页，共48页。第35页，共48页。5-8 截断波的产生截断波的产生冲击电压发生器试品全波截波截断间隙一、产生原理第36页，共48页。利用球隙自放电球隙放电时，放电发生在冲击电压的波峰或波前Tc1.2 s 对于：（1.2/50)s 改进：冲击电压发生器产生非标准波形，Tf=3 s 利用棒间隙的自放电棒隙放电时，放电发生在冲击电压的波尾Tc:25 s 对于：（1.

12、2/50)s 缺点：放电分散性太大第37页，共48页。冲击电压发生器去试品+UGrCR+E闸流管时延电缆+可控球隙放电截断波的波长决定于：延时装置当时延触发点火装置的时延球间隙的时延分散性决定于：主间隙的分散性%85%50UUc%40Dd第38页，共48页。rr 多重球隙放电第39页，共48页。5-9 操作波的产生操作波的产生一、产生回路 与雷电波产生回路相同（高效回路）等效电路frtrnRr1r2r3第40页，共48页。nRnrnrnrnrrtftf1nRnrnrnRnrrtff2nRnrnrnRnrrtft3第41页，共48页。RRrCCCCCCRRrRRR低效回路RtRfRdnR/3tt

13、fdRnRRnRrRrnrr33,321第42页，共48页。21max22TtTteeUtu二、操作波回路参数计算根据图解法求回路参数ttTtmftttTeUUtTdtdutm2max2max225.00例：（250/2500)s 10ftTT5012pp92.3ln12pp1600050320)1(ln1212121ppppTpppf221111pTpT第43页，共48页。)()()(323121212132231121rrrrrrCCTTrrCrrCTT一般充电电阻、主电容和负载电容给定可计算rf,rt第44页，共48页。冲击电压发生回路如图所示，C=0.05F,Rs=370。如要产生标准雷电冲击电压波形，如何选择回路参数，并求出此时的回路效率。CRsLR0第45页，共48页。第46页，共48页。第47页，共48页。第48页，共48页。