冲击电压发生器ppt

主要内

容1 .冲击电发生压器的用功和击冲压电形 波.2冲击 电发压生器基的本原 3.理冲 击电压生发放器电回路数学的分

析第4章

冲击 压电发器

生4 冲击电压.生发器充的电回路 .5冲 电击压发生器的同步6 .冲击电 发压生的结器 7构. 产截断波生的法方8. 产 生操作的波方法9. 陡 前冲击波压的电生

产1 冲击电发压生器的用功和冲击电波形 1压. 1冲电击压生发器功的

用击电冲发生压是器种一产脉冲生的波电高压生发置装用， 研于电究力设遭备受气过大压电和操过电作时压绝缘的能性， 时同冲，击电的压坏破用不作仅定于决幅，值与还形波陡度有关 所，也用于以研究些电力某设的截断备波缘绝性能。其它 用作：用 纳秒于脉冲率 功于用大率电子束功和子离、束激器的电光源

。

1. 冲2击电压波形

雷电的波是一非种周期性脉冲，它的参数有统具性计它。 波前的间时（约0 →值时幅间）0.为～501μ。半s峰时间约0（→幅值后又 降到/21值幅所时需）间约2～009sμ。IE研C表明究 累频积为率5%0的波和波长头别为1.0 ～ 分.1μ5和40s～ 5 0sμ。 雷电击电冲压全波波 电雷冲电击压截波波 作操冲击压电波持续时间长得（多，状形复杂，形状且和持续 间随线路的具体参时数和度长同而不有，异目前 际国上趋于向一用种百微几秒波和前几微秒千长的长波脉冲 代来替）

。1.2冲 电击的波形压雷电

击电压冲波全数定义参（波前时间半峰，值时）间：

12 冲击电压.波形的雷电冲击电

截压波数参定义（前时间，半峰波时值，间截断时间 电压，落持续时跌间，电跌压落度陡）

全波：形

波波峰近附荡的振波全

波尾

截断雷波形电

波

头断截电波雷

1形

1.2 击冲电的压波

形作操击冲压电数参义定（前波间，时半峰时间，9值%0峰值 时）：间

1

.3 击电压发冲器生称标压电被试与额定电压品系关

作操过压波幅电接直系与电统有关，一般压为额电定的 若压倍，雷干过电压电波幅与的统系压电无接关系直但，由 线路的绝于水缘平地电阻、、保设备的护性等能因原可能， 出现的雷电幅值波随统电系压的升高而上升。试品

定电额压 k（V）冲击 发生 器称标压电 M（）V3 5110 20 233050 070

50

.40~.6

.8~015.

1

.5~.7

22.

~43.

62.74~.2

3

6~6.0.

操

作击冲压波电形

2冲击 压电生器发的基本原理冲

击压发电生的器两基个本求：要 输出①十万～几几百万伏的压电 ② ；电压具有一波形定 。由Mar发x明一的种冲击压电生发是器种一非常实用得 、到广泛广推的冲发击器生。

2.1基本 Mar冲x击回原理

路

—硅r保护堆电阻，>rR，r=(>0120)~R；R 充—电阻；C1~C4主电电； r容d—阻电尼（阻阻尼波形荡振）几几~十Ω；g :点1火

球隙g2，~g中4球隙间； 0g隔离球隙；C’：地对杂电容；散R f：头波阻电Rt：；尾波阻电；C：被0 及试量测备的设电容

2

1..1并联充电

.1.2 2串放电

当联给点火隙球的级针去一脉送电压，冲引起火点球隙放，电于 是C的1极上板g1接经；点地电位由1变0U为； 1C、2有电C阻隔R离R较大，，g在1电瞬放，间2点3电位点 可不能然突变，点3仍为改U ；-g2 的电上位差实上为2升U，g 放电，点2电2位2为 U 同理，；g、g4也跟3放电着隔离；球隙0也放g电，这输时出 电压为C1C4上～电的压和总即4，。 通过U组球隙逐一顺次利成完联串电过程放

通过。堆D，硅使C～C14均电充到；gU1g～球隙4电上位也为

差

，U0上g无压；电节调g～14g球隙距，使其放离电电大于压U

这；一是个定的稳并联电充状。

2

2态1.. 3电的放步同

在球放隙电时，1不g电其放它球隙都不电，一放g旦1电，放 则它球隙顺序逐个其放，电满足条件的此称球，隙步同好， 则否同步不。好

2.

1. 4联串放电的等时电路效

理原可述概为电：已并联容电，串 联放充电而，联串放的实现电靠是组一球隙 来到的。达

2.1.5

出波形输

2

. 2双边充电冲的电压击发器

要提生冲击电压高发器的输出生电压有种两径途 提：充电电压高，受但电器容定电额的限制；压增加级 ，但级数数多会了给同步带困难。来

2

2 双边.电充冲的击压发电器生

2.

3冲击 电发生器的高效压回路

双边

充电路回在不增级加数相同，电电压充，下出 输压电增一倍加对。于电用充的验试变器，正压半波在充 电时负发都了挥用。作但所用的容器台数增加电一倍

。有一只边R有另，边由r一、ftr作充电兼阻，r电f、t分散在 各r级，内无专门的r，d无也g0隔离球隙）（其充电，理原 与前相同述，联串放后电的回不路。

同

3

.23 冲击压电发器的生效回路高

2

.4 击电冲压生发的器技术指

发生器标标的电称压每 级电主的容称（额标定充电）压电与值数的级乘，积 一般几百千为几千至千伏 发。生器的称标量

能效高回串联放电路等的回路

效没

了专门有尼电阻阻r，dC 上1压电全加到rt部（不 象上前述分压有，）所以输 出压较电，高为效高率 回路（rf同也阻样了振尼）荡

。电容在主称标压电的总下储存量能一。为几十千焦般到 几千焦。 百生器的效发 率电输电峰压与各级实际值充电压电的值和之总比

。

3冲 电击发压器生电回放的数学路分 3析1 基.本析分

3.1 基本分析由

电路论：理 U 2( s) = 1Ud / ( s2+ as + )

其中b

： =b1 [/1CC ( R2dR f+ RdR t+ R f t R])

放电效电路等

拉

普拉斯算运电

a路= /b[C ( Rd + 1Rt) + C 2 ( t + R f )]R

基本Maxr路和回高回效均有相路同等值回路的只，是各 的R自d、

RfRt取值、不而已，同对高回路Rd=效0

。

d = RtC 1b

3. 基本1分析反变换

： 方程得的根为：

3.

1基 分析本

U

= U1ξ2( se1 t− s2te)

s ,1 2 s= (− /a 2 )±[( a/ 2)2 −b 1/]2

由

u2d /d t=0 Tm

=U

2

m得

值峰时 峰刻值 波系形数

l

n(2 /s s1)

s 11 − s2(/ s )

01

ξ =

d( s1 /−s 2 =)R t C11s2 /s s1 −( 2s )

回路系，数大小与电路的回有关路

=

U 1 ξ ( seT1m − es2 T m) = U ξ1ξ

ξ0η =U 2 m / 1 =U ξξ

0

生器发放电压效率电

4

3.

2 简化路回的似近分析

U =U ξ1( e s 1 t e s−2 t)

.32 化简回的近似分析（路头时间计波）算

.03U 2 m= U 2m [1− epx(s t2 )1 0].9 2 m U= 2 Um[ − exp(1s 2 2 )t

令S]=21-T/,则

2s2

t

xpe(s2 1t) 0.= 7ep(x st2 2 = )01.

2

|

s |2>>| 1 |s

U2≈ 1ξ U1( − e) ≈ 2U m( 1 e−)

s2t

T

f (t = 2 t− )1 /(.9 − 003.)= 2 Tnl7 / .06= .32T24

T2 ≈ ( d +RR f )1C2 C/(C1+ 2 C)T f = 3.2 4 R( d +R )CfC21/ (1C +2C

)

.03 2 Um U =2m [1 − e xp (s2 t )1

].09U2 m = 2Um [ 1− xp(es2 t 2 )

3]. 2简回化的近路分似（析波尾时计算、间路回效率）

.33考虑 电的简感回化分析路在前述分析

中波尾，的化简公 式与实相符际而波，头与实测波值 差前异大较是，于由回电路所致。感为 得非振获波

⎡荡⎛ C 1C 2 ⎞ ⎤ Rd + R f ≥2⎢L ⎜ ⎜ C+ ⎟C⎥ ⎟2 ⎦ ⎝ 1⎠

⎣/1 2

U

m2 2/ ≈ U2 mxe(p sT1 )

令t1=S-/1T1,则,

t T=T ln1 2 0.=963T1T ≈ 1 Rd( R+ )(t1 +CC2 )

取临

界值得，

Tt

≈ 06.39 (R d+Rt ) (C 1 +2 )

C路回效 率η≈ [C1 /( C1 + C 2)] [R /t(Rt + R d]

)

T f =.223T7 ≈ 223.32T = 233(. dR + R )fC12C/ C1(+ C 2)临

界尼波阻头间时：

T f=4 .6( 6CL 1) /2

4

击电压冲发器的生充回电路 .41几 种充回路电绍

1介、基充本电回

特路：点 ①电放时每个电充阻上的电压 电超不电容器过上充的电压电结构，简单； ②首末、电器充电容时不一样； 间保护电③阻=r01。 ④只R用了T的半个利波（未周充分利 T）用

4.

1 几充电种回介路绍

、2 高回路

效

μ 表串大电阻 RD 测充电A压

m电A 表于变压串器端地充电电测流

两表接保护均隙间，以防仪 表损坏控时桌制出上高电压现

特点：rf+

t构成r充电电阻 对雷冲击电波， fr+tr

5

41 几种.充回电路介

3绍倍压充、的电基本回路

4

1 几.充种回路电绍

介、4边充双回电

路特点：

变器压出电压输为电容器额定电压的一半C。 堆硅耐压、流电减均（实际中有小用）使

。特

点：与边单的回路比，倍不数增加充，电时不增间，长 出电压增输加一倍，电放时多数R上承，受U2电。

压4

1 几种.充电路回绍

5、双介充电高效边路回

41. 几种电充路回绍

介6多路充电回路、

特点：

变压器T双套为管

，

输出电压高较，率效高较

。

特点充：均电匀好（性出输压越高，电级数越多，电不均 匀充突更），出但构结较比杂。复

4. 1种充电回几介绍路7

带旁接电、的阻边充电回路双

.4 1种充电回几介绍

路、8气动带关开操的冲击高作效路

回

点：由于 特’R存在，使的末得电端容电充时间减。小充更 均电匀；放电但，时隔离球隙末在作动前 ，’R承受上高很的电 压

。6

4

. 几1种充回路介电

任何回绍放路电时当，间中球隙作后，主动容电是经C过充 电阻放电的，（电CR与联）；并使为这放电种不影响主路放 回电率效，要这种求电放间时常数为10~2倍主0路放回时电间 电常效率要，这种求放电时常数为间0 201主倍回路放时电常间 数。对电雷击Tf 冲短，较一般在1R0级4，时能就满足求； 要但作冲操，击T 较长f为满，这足种需，势求R必↑充，时间电 长，很电充不均匀，效很很率低。 从上述个几路回分看析充，电时间是比较要的重，下对面其进 简要分析行

4.。2 充时间电分析

、1稳态流直的多段时RC充、

把电击发生冲的充电器路回看成均线分析匀电阻都，挪到边

一R1 =

n 'R C n, 1C= l

l

离压器变远一个最容电器的电上压即x=，0时U（t）

的u (t

) |x 0= ≈Uo 1 −

[

4

π

−et /T ]

1

T

=

4R' C 2n

π

2

≈1 ' Rn nC ⋅2

.42充电 时分析

间1稳态、直时的流多段R、C充电考

到虑面前接有保护电阻，冲电击发生压器级多电充回路 图所示，在如察观后一最台容器充电时电，可近似看以下 图。

做42 .充时间电析

2分考、整流虑充电的时情况

流充电整随着电，容器上电压的高升，硅每半周导通的 时间将越来越堆短这与，稳态直充电情流况全不一样完。若稳态 电：充Uc/m=0U9.，充=2.3tCR；整充流电：充t=1RC5 所。最终的充以电时间为

t充 ≈ 15(

r+ Rn) n

当r≥1C0，且R数级不多，时一取t般充1≈rn5C

r

≥U

m Is m：堆硅短时间内许允通的过最电大流值；I s mm：整U电压流大最。值

4. 3电充变器压要求

的变器容压量

5：冲 击电发压器生同步的

p≈

2.5nUC 2 c(A)V t

充上式为边单电时的容量，即充利用只变了器压的个半周波

。

火点隙球

7

5

击冲电发生器压的步

同51 冲.击压电发器影生响步的同要主因素1

、基回路本

同步的念：概 击冲压电生发器并联充电U时到，g点 燃，g 、g 冲后电击发生压并器联电到 时， 充1点燃后， 、 32等由 出现自然于过电压逐而击穿个最后隔离使隙击穿球，这过 程个做叫同。步当 火点冲脉使g点燃1后Z点，为电0，Y位变为点U （+0+U→）所，出现以g2于的自上过然电压为2U但，由 是x于的电点位方一受面隙g2间的容电C的影2响另一，方面受充电电 阻R的影，响g 2上电压不的

能达2到。U

5

1.冲击电 压生发器响同影的主步因要素①

隙g间2电的容C的2响影假设R（∞）=

5.

1冲击 电压发生器影响同的主步要因

②充素电电R阻的影

Y、X点均要响R放经，电使Y、X电位点衰减，2上自然g过电压下。降X点 经R向：Z放点电TX=（C1+C3：R） 点经 向 ：放电点： ） Y点（：R向W经充点电：T=YC1+（C3R ）：1R4Ω0C，+C131约-01~1011-2F T→≈（ 0.1~00.）1016 TX- 、 YT同作用，使时得g2上自然过电压的时间按常衰数减这种衰减，很快。 而球隙 放要有电定一时，等到延g2击时穿过，压已电减不少。 衰综上g2，电的C容和R2均球使上隙然过自电压降，低响同影步。（ 不能R过，否大则，电充不均又匀

）

U g 2= U ( 1+

C

1 + 3C) C +1 2 +C C3

C

：2隙球2电容g; 1CX：点地杂散对电容 C3：W;对点杂地电容

散

C1+C3当>C>时2，Ug 2= 2U但，C1、C3为均杂散容电小，于 C，所以自2然过压倍数电下。

5降1. 击冲压电生器影发同响步主要因素

2、高效回路

的5

. 1冲击压电发器影响同步的主生要素

因②r f 衰减的用 作、X点在CY2建上立电压过电阻，rf电对波有压减衰时 和作延，用所以实Ug2比上式际。 ③小R 、r(+fr)的t响影

①g2电容的C的影响

2g2U基比回本路衰减快，高效率更路的回然自过压电比基

U g2= UY− U X =U ( +1 C1+ C3) C1 + 2 C+ C3

R =∞, rf =0, r t ∞

本回路低=，同步能不如后性。

者8

5.

2改 发生善器同性能步施措球隙

放具有分电性，外界条散有可能件增分大程散。度 为使冲发击生可靠器调节的良，的好同，一般认为过电步 ≥1压.2时倍可超过球方隙放的分散范电。但围是，因目前为高 数冲参发生击器多采用高效数率路回，上而已面析高 分效路回同步能不性基本回路。如再碰上：若 ①电主C大，容则电波时r雷小t更（衰减快）； ②荷电负C0容，操小作时则波然必fr，所以Ug↑2 则↓同步则加困更。难

.25 改发善器生同步性能施

措1、用适利回路布置，增当自然大电过 增压大杂散容电高同步； 第二级提X连点R、Cg固g电定，位相 当前述于C1，所以↑步同善改。

5

2 改善发.生器同性步措施

2能改善触、促使球发隙电放 球隙形成一直垂上线；（前放级电紫外线的射照后到 级球隙，促一它放使，电从提而高步同性能）利 用级球每隙的针和球皮的火花极照射（图-52）3 ；隙球密封加并以压缩体，气小减放分散性电 利用；多间极隙球改隙善同步（5-34图 ）

。 冲6击压发电器生的结 构61. 冲电压发击生器构设结计的求要① 电

能性上要求绝缘可（不靠发生络或击闪穿事）故 ②。机械上要 稳牢靠。定除本载荷身，外考虑要地，震在天露要 的虑考风载 ③ 。保证绝缘和稳定在的前下提结，构度高底、

面积尽能小可 ④。 路尽可能回短电，尽感可能小。⑤ 考 虑修、维检护及调整的方便时安与。全些一需常调经节的 部，应易分接近。于较高电在压冲击发生的设计器，必须中虑考电容器的拆 起卸装的便方与能可。⑥ 加试增时验灵的活性有，可能便方改变地法或接换更件元来 减冲击电容增输、电压出调节波或形

。.2 6击冲电发生压器几种的构形式

阶梯结式塔 式 柱式 圆式

筒

96.

2冲 击压发生器的电几结构种形

1、阶梯式

式.6 2冲击压发电器的几种结构生形

式、2塔式两 柱三柱或等绝缘搭成柱竖的绝缘 台，电立容置于台器。不少上垂直空隙气 电被容本体所占器，将使结构用度较 高，所以高往往用采柱多电容将器分在布 柱各上旋上升，盘使高度降。 特点低占：小，高度适中地，拆检装修方 便，不易电容器受状限制，形目前 采用较是的一多结构种

。

特：利点用水平向的方隙作间为缘，绝构结度较低，高占 但有较的有效大积面，料需多连线长，电，感大，技性术较能差， 拆装、修十分检方。（双梯、多便式梯稍好，）前这目 结种构不再已采用

。6.2 冲电压发生击的几器结种构形式3

、式 柱用绝采壳缘的容器与电同直径相 的绝缘筒交迭装成替柱（可状以为单、 二、柱柱等三） 。点：利特电容用器外壳作为绝缘 的一部分结构紧柱外凑观美，观生器发的 技术指比较高，但需标特的制容电 ，器且若换撤底下容器电十时不便分。

.2 冲6击电发压器生几种结构的式形4、

圆式 筒把容器电置在布一成个个几迭的 装大圆筒，并内充油（满缘绝离外）距。 点：特寸小尺、线连短、动方移、 外观好便，技术性比能高较，但筒若 一电容器中损坏，整筒将不能使用个。（这种 结多为构造制厂特制、套供 应）

成

6.3 击电压冲发器生的它其虑问考 1、对电容器的题求要

量大、工容电压作高固、有感小电，械强度机大。

6

3. 冲电压击生器的其它发虑问考题

2、对阻电阻、尼头波、尾波电阻要求 电阻的与形波关，要求电有小，感容热量，大定性稳高，电 阻系高数温度系数，小。目前常用采铜丝、锰康铜丝或丝镍 无按绕感做成法。 ①绕方制法无：绕法感

金

属壳（套瓷绝缘管 ）电器容绝缘壳 壳瓷 笨重（碎易） 氧环筒布 醛酚树（脂能不用潮湿和户于外地）

区

0

16.3 击电压冲生器的其它发考问题

②虑波前 阻、放电电电阻的选择冲击放 电时阻电上的温升以热绝过程。 发器动生作试，品放不时电全，部量消能在Rt中，要耗 △求T≤150℃ 。品放电时试，部能量消耗在全波尾波和头阻中电这时，Rf与 tR并，联计算Rf温升应扣Rt的除耗能 电。阻度决长定作用于电

压的低，高保应证不发生面闪 络沿

。6.

3 冲电压击发生的器它考虑其题问

③保护 阻电充、电阻电选择的对 、R的电r感稳、性定要不求。高 常镍铬用丝电绕阻水电阻或 。严最情况重，g放电1其余间隙，不 电放。此， 时g1边电阻左升温高，温最升 ：

θ =为∑k

=0 n2

−1 ：θC1量能消在耗R的温； 升θ11 2 k1 k+：发器级数。生

6

3.冲击 电压发生的器其它虑考问题3

火、花球 隙铜铝或的心球； 球径空选的择；固 球的定件零球杆及避免电晕； 间距应均可匀调。

7

生截断产波的方

法断截： 在冲击电压波作下，绝用缘发生破，坏冲电压尾击部电压突 然急剧降至，这种冲零击电波叫压断截。波危害 ：截 陡度波大对，电气设备的匝间绝威缘胁大很，所以变 压器设备在等厂出前要进行波截试验

。.71产 生截的波基本回路

发生在和试器间品联并断截隙， 间按定电预调节压隙距离，发生间器向 试品去全波，因送隙动作间试，品上的电压是 截一。波 截间隙断产生截波的是要重备设。

7.

2产生截波的方

法、1用棒间采隙为截断间作 简单，隙放但分散电太大性截，点不断稳，无法定满要求足。2、 采球用间作为隙断间隙截分 性散，但截小只断能生在波头或发波峰。处如生发产生的器为1. /55μ0的标准s，不可能波得到23μs截波，~解决方 如法下：①调 发节器生，之使生3产μ左右波头s的击冲波全，利用间隙球自的动放电 截来，截断幅值由球间波控隙。 制该法方虽断装置截简，但单 发生要重器波调，且截断形时不好间控。制② 采用有针 的孔间隙球，冲击压电发器生生标产波，靠准向送针孔 处脉冲电的来使球间压隙电。放该方截法断装复置杂但，击发冲器无生 需另波形，调球放电隙可控截断。可生在波前和波发尾的任何位。

部11

7. 利3用控制可的间隙方球

7法. 3用可控制利球间的隙方

法2对、主间的要隙求主间隙距离 球径/（）≥直40时%，隙间放时电将急延上 剧，升以已所知截断电压，后要应求隙距离≤球间径40的，所 %截断以压越电，高求要球越大径。但太大球的径在，经制济作 上实验室的布置和不利均。

用闸流管

的可截控断回

1、路截时断间的制 控断截间时决定于时延 路回的时延。中其包时延电 括的缆时延，流闸点燃管时的 ，延针间孔放电的时隙延和 主隙截断的时间延 。延时缆是电制控断截时 间主的元件。通要改过变 延时缆长电就度能制截断控点。

7.3

利用 控可制球的间方隙

3法、重多隙的截断装置 由间多间重分担隙电压 ，触之后发能准确击仍穿， 经济技的问术题得也解到决。

8产生作操的方法

产波操作波生的法，一方用是压变来器产生，

二是冲用电 压发生器产生击 产。2生502/500μ操s作，主电容、调波波容电波头、波尾 、μ 电阻增均大所，也要求以充电阻R电增，加并且应注考意R 对波形虑的响。影

1r =r = 2r3= n f rtrr + rtf +R nr f R fr + r + tR Rnr t fr +r t+ R

9波陡前击电压冲的产

生产陡波生措： 放电回路施杂参散减到数最及采用快小动作开关。速 先生产不一陡太，之波用陡化器陡后化 陡。器化际上为一实油的火花充间隙充压或缩气的体火 间隙花

。章要点

冲击本生发功用及波形器定义 ；冲击电压发器生基的本理原技，术特征指；标 生器发元各器的作用件选取及原则； 电放路回简及电路分化析波，前、半峰时、发生间 器率的效计公算；式发 器生感电影响非及荡条件振；发 器充生回电路数计算及参器元要求件；发生器同 步响影因素改及善施；措发生 器结要求及构型； 类产截波生方法。

12

的