冲击电压发生器的设计

冲击电压发生器的设计

一、

工作原理

冲击电压发生器通常都采用Marx 回路，如图1所示。图中C 为级电容,它们由充电电阻R 并联起来,通过整流回路T-D-r 充电到V 。此时,因保护电阻r 一般比R 约大10倍,它不仅保护了整流设备,而且还能保证各级电容充电比较均匀。在第1级中g0为点火球隙，由点火脉冲起动；其他各级中g 为中间球隙,它们调整在g0起动后逐个动作。这些球隙在回路中起控制开关的作用,当它们都动作后,所有级电容C 就通过各级的波头电阻Rf 串联起来,并向负荷电容C0充电。此时,串联后的总电容为C/n ，总电压为nV 。n 为发生器回路的级数。由于C0较小，很快就充满电,随后它将与级电容C 一起通过各级的波尾电阻Rt 放电。这样，在负荷电容C0上就形成一很高电压的短暂脉冲波形的冲击电压。在此短暂的期间内,因充电电阻R 远大于Rf 和Rt, 因而它们起着各级之间隔离电阻的作用。冲击电压发生器利用多级电容器并联充电、串联放电来产生所需的电压，其波形可由改变Rf 和Rt 的阻值进行调整, 幅值由充电电压V 来调节，极性可通过倒换硅堆D 两极来改变。

图 1 冲击电压发生器回路（Marx

回路）

二、Simulink 设计

1、各参数的选取

额定电压的选取：取试品电压为110 kV ，由附录表A10和A3可得，耐受电压为550 kV ，型号MY 110-0.2的标称电容为0.2μF ，故冲击电压发生器的标称电压应不低于

U1=550*1.3*1.1/0.85=925.3 kV

冲击电容的选取：如不考虑大电力变压器试验和整卷电缆试验，就数互感器的电容较大，约1000pF ，冲击电容发生器的对地电容和高压引线及球隙等的电容估计为500pF ，电容分压器的电容估计为600pF ，则总的负荷电容为：C2=1000+500+600=2100pF

电容器选择：从国产脉冲电容器的产品规格中找到MY 110—0.2瓷壳高压脉冲电容器比较合适，其电容值为0.2μF ，用此种电容器8级串联，标称电压可达880kV ，基本可以满足前述要求。每级由2个电容器并联，使冲击电容

C1=（2*0.2/8）= 0.05μF

冲击电压发生器主要参数： 标称电压：U1=110*8=880 kV 冲击电容：C1=0.05 μF

负荷总电容：C2=0.0021 μF

2、等效电路图如下

图 2 发生器的充电回路

图3 简化等效图

图4 C2电压波形图

三、程序设计

1、源程序

Rd=10;

Rf=326.92;

Rt=890.14;

C1=5e-8;

C2=2.1e-9; U1=880000;

A=1/(C2*C1*(Rd*Rf+Rd*Rt+Rf*Rt)) ; A1=A*(C1*(Rd+Rt)+C2*(Rf+Rt)); A2=A;

B=A*Rt*C1; num=[B*U1]; den=[1 A1 A2]; U2=tf(num,den); impulse(num,den); grid on

2、图形如下

图表 5 C2电压波形图

四、冲击电压发生器的效率

根据公式，η=C1/(C1+C2)=0.05/0.0521=0.9597 此值比原估计的效率高，所以所选电容是合适的。

五、各参数对波形的影响

由Tf=3.24(Rd+Rf)C1C2/(C1+C2)和Tt=0.693(Rd+Rt)(C1+C2)可以看出，

① 当Rd （或Rf 或Rt ）增大，其他不变的时候，Tf 和Tt 都会增大，波头会往后移，波头后部分曲线也会后移。

②当C1（或C2）增大，其他不变时，Tf 回增大，Tt 会减小，故波头会往后移，但波头后部分曲线会往前移。

x 10

-4

5

C2时间 (sec)

电压