冲击电压发生器
冲击电压发生器原理
冲击电压发生器原理
冲击电压发生器是一种产生高压瞬态电压的装置，利用充电电路的储能元件（如电容器）储存能量，然后通过开关元件（如开关管）将储存的能量突然释放出来，产生瞬态的高电压。
其工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 充电：电压发生器的电容器首先会通过外部电源进行充电。
在充电过程中，电容器两端的电压逐渐上升，直到达到所需的充电电压。
2. 储能：一旦电容器充电到设定电压，充电电源会停止向电容器供电。
此时，电容器储存了一定的电能，其中电压与所需冲击电压相同。
3. 释放：在释放阶段，通过控制开关元件（如开关管）的导通与断开，将电容器内储存的电能突然释放出来。
开关管通常会在极短的时间内（纳秒至微秒级）完成导通和断开的操作。
4. 冲击电压产生：当开关管导通时，电容器会通过导通的通路放电，产生瞬时高电流。
根据电流与时间的变化率，根据欧姆定律（U=IR），高电流通过电阻会产生高电压。
这样就产生了一个瞬态的高电压冲击波。
冲击电压发生器通过控制充电、储能和释放阶段的操作，可以产生不同幅度和脉冲宽度的冲击电压，用于各种测试和实验需求。
第7章 冲击电压发生器
图2 记录电压波形和试验电压波形 (a)记录和试验电压波形；(b)基本波形叠加滤波后残余波形成
为试验电压波形
图3 雷电冲击电压截波 (a)在波尾截断的雷电冲击；(b)在波前截断的雷
电冲击
图4 冲击电压发生器基本回路
T—试验变压器；D—高压硅堆；r—保护电阻；R—充电电阻；
C1～C4—主电容器；rd—阻尼电阻；C′—对地杂散电容； g1—点火球隙；g2～g4—中间球隙；g0—隔离球隙；Rt—放电电阻；
第七章 冲击电压发生器 的原理
图1 雷电冲击电压全波
图1中0为原点。有时用示波器摄取到的波形，在0点 附近往往模糊不清，或是有起始之振荡。在产生冲
击电压的发生器的内电感大时，波形起始处也可能 有一小段较为平坦。此时波形的原点(真正的起始点) 在时间轴上不容易确定。电压波的峰值点，由于比 较平坦，在时间上也不易确定。IEC和国家标准采用 了如图1所示的办法来求得视在原点O1，再从O1算起 求出波前时间Tf和半峰值时间Tt。规定是视在波前时 间Tf为T/0.6。规定的标准雷电冲击试验电压波的波前 时间Tf为 ，半峰值时间Tt为 。
Rf—波前电阻；C0—试品及测量设备等电容
图5 冲击电压发生器串联放电时的等效回路
图6 双边充电的冲击电压发生器回路
图7 冲击电压发生器高效率回路
110KV冲击电压发生器
rt
2
rf
rt
ห้องสมุดไป่ตู้
rf
rf
rf
rf
图 2 1000kV 冲击电压发生器电路图
图中 T1 ：单相调压器； T2 ：试验变压器；D1，D2：高压整流硅堆； r ：保护 电阻； R ：充电电阻； Rt ：波头电阻； R f ：波尾电阻； C1 ：各级电容； C ： 负荷电容； CT 2 、 CT 2 ：弱阻尼电容分压器的高压臂电容； CE ：弱阻尼电容分压 器的低压臂电容； ： RT 1 、 RT 2 分压器高压臂的弱阻尼电阻； S 0 ：点火球隙； S1 、
(二) 设计要求
1. 冲击电压发生器规范
DL／T848《高压试验装置通用技术条件》第5部分：冲击电压发生器部分规 定了冲击电压发生器装置（以下简称装置）的产品分类、技术要求、试验方法、 检验规则及标志、包装、运输和贮存。适用于额定电压为300kV~4700kV，额定 能量为5kJ~480kJ的冲击电压发生器装置的制造、使用的维修。 根据该规范，冲击电压发生器主要技术要求有： 1. 输出标准雷电冲击电压输出电压波形应符合GB/T 16927.1的规定： a）波前时间1.2µs，允许偏差± 30%； b）半峰值时间50µs，允许偏差± 20%， c）峰值允许偏差± 3%。 2. 输出标准雷电冲击截波波形应特合GB/T 16927.1的规定：
G C0 Rt
Rf Cf Cx
图1： 冲击电压发生器原理图
图中C0：主电容；G：隔离间隙；Rf：波前电阻；Rt：波尾电容；Cf：波前 电容；Cx：被试品。
雷电冲击电压发生器的特点有哪些 发生器如何操作
雷电冲击电压发生器的特点有哪些发生器如何操作雷电冲击电压发生器紧要用于电力设备等试品进行雷电冲击电压全波、雷电冲击电压截波和操作冲击电压波的冲击电压试验，检验绝缘性能。
多种波形冲击电压发生器可雷电冲击电压发生器紧要用于电力设备等试品进行雷电冲击电压全波、雷电冲击电压截波和操作冲击电压波的冲击电压试验，检验绝缘性能。
多种波形冲击电压发生器可产生标准雷电波、操作波、雷电截波、振荡雷电波、振荡操作波、线路绝缘子陡波、合成绝缘子陡波和变压器感应操作波共八种冲击电压波形，技术指标符合国家标准和IEC标准的规定。
产品特点：回路电感小，并实行带阻滤波措施，在大电容量负载下能产生标准冲击波，负载本领大；电压利用系数高，雷电波和操作波分别不低于85％和80％；调波便利，操作简单，同步性能好，动作牢靠；接受恒流充电自动掌控技术，自动化程度高，抗干扰本领强；成套装置：冲击电压发生器本体、充电装置、弱阻尼电容分压器、多球截波或单球截波装置、陡波装置、陡波分压器、掌控台和测量装置。
能产生：标准雷电波、操作波、雷电截波、振荡雷电波、振荡操作波、线路绝缘子陡波、合成绝缘子陡波、变压器感应操作波等八种冲击电压波形雷电冲击电压发生器额定参数值标称电压：±900kV级电压：±150kV额定能量：21.9kJ每级主电容：0.325μF150kV（单台脉冲电容器0.65μF/75kV）冲击总电容：0.05417μF总级数：6级负荷电容：300—2000PF以下能产生以下几种波形1、标准雷电冲击电压全波，±1.2/50μs电压利用系数＞90%（空载）；波头时间1.2±30%微秒，波尾时间50±20%微秒。
2、1000～1500V/nS合成绝缘子陡波冲击电压，最大幅值600kV。
3、盘形悬式绝缘子2.8p.u.4、针式绝缘子2.0p.u.5、柱式绝缘子2.3p.u.这几种冲击电压波形参数及其偏差均符合有关国家GB311及GB16927标准的要求。
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。
冲击电压发生器
高电压技术课程设计姓名：赖智鹏学号：U200811806班级：电气0809班邮箱：冲击电压发生器的设计一、引言冲击电压发生器是一种产生脉冲波的高电压发生装置，在电力系统中主要用于研究电力设备遭受大气过电压和操作过电压时的绝缘性能。
本文是高电压技术课程的课程设计，参考相关文献完成了冲击电压发生器设计，了解了该装置基本原理、设计流程、注意事项等。
二、设计过程1. 最大输出电压300～800kV2. 冲击电容为保证冲击电压发生器有较大适用范围，考虑试验可能遇到的最大的试品电容（不考虑大电力变压器和整卷电缆试验的情况）（1）试品中互感器电容最大，约1000pF（2）冲击电压发生器的对地杂散电容和高压引线及球隙等的电容估计值取500pF （3）电容分压器（分压器采用电容式分压器）的电容估计值取600pF 由此得出，总的负荷电容约为210005006002100C pF=++=为保证发生器有足够高的效率，同时兼顾经济性，冲击电容取负荷电容10至20倍，则冲击电容为12(1020)(2100031500)C ～C ～pF==3. 电容器的选择型号MY110—0.2脉冲电容器参数如下表需满足两个要求：（1）电压发生器额定电压要求：300～800kV （2）冲击电容要求：21000～31500pF采用MY110—0.2脉冲电容器，7级串联，此时冲击电压发生器串联放电时，峰值电压约为770kV 满足（300～800kV ），且冲击电容为200000/7=28571满足（21000～31500pF ）4. 回路选择采用高效回路，单边充电。
图 1 高效回路上图中C为型号MY110-0.2脉冲电容器， R为充电电阻，r为保护电阻（同时起均压作用，使电容充电比较均匀），大小取10R，rf为波头电阻，rt为波尾电阻。
回路化简及等效如下图图 2 等效回路充电测量：毫安表测量充电电流，微安表与大电阻串联测量充电电压。
图 3 充电回路电参数测量5. 冲击电压发生器主要参数（1）额定电压U1=7*110=770kV （2）冲击电容C1=200000/7=28571pF（3）能量W=1/2*0.028571*10^-6*(770*10^3)^2= 8.4699e+003J=8.47kJ6. 波头电阻和波尾电阻计算假定（1）试品电容为1000pF （2）负荷电容为2100pF 则由于波前时间等效回路：图 4 波前时间等效回路：波头长1212612121221001028571101.2103.24 3.24122100102857110f f f C C t r r C C -----⨯⨯⨯=⨯=⨯⨯=⨯⨯+⨯+⨯∑∑得189.33189fr =Ω=Ω∑， 27.047127.0189.33/7f r =Ω==Ω波长时间等效回路图 5 波长时间等效回路：波长时间61250100.69(285712100)10t tt r --=⨯=⨯⨯+⨯∑得2362.6=2363t r =ΩΩ∑，2362.6/3377.5t r ==Ω7. 充电电阻和保护电阻阻值计算及电阻材料的选择下图为充电回路内部环流，为减小充电回路内部放电回路对冲击电压发生器放电回路的影响，要求R+rf>10～20rt 。
雷电冲击电压发生器原理 波头波尾电阻
雷电冲击电压发生器原理1. 概述雷电是自然界中常见的电现象，其强大的能量往往会对人类的生产生活造成严重的影响。
为了防止雷电对设备和建筑物造成损害，人们发明了各种防雷设备，其中就包括雷电冲击电压发生器。
本文将重点介绍雷电冲击电压发生器的原理以及其在防雷领域的应用。
2. 雷电冲击电压发生器的作用我们需要了解雷电冲击电压发生器在防雷领域的作用。
雷电冲击电压发生器是一种专门用于防雷的设备，其主要作用是在雷电冲击发生时把电压分配到耐雷设备上，从而避免雷击对设备造成损害。
3. 雷电冲击电压发生器的原理雷电冲击电压发生器的工作原理主要包括两个方面：波头电阻和波尾电阻。
4. 波头电阻波头电阻是指在雷电冲击发生时，电压波前的电阻，其作用是降低电压的波峰，从而减小雷电冲击对设备的影响。
波头电阻需要具备高强度、高频率响应和快速放电的特点，用于消耗雷电冲击的能量，保护被保护设备的安全。
5. 波尾电阻波尾电阻是指在雷电冲击后的电压波尾的电阻，其作用是将残余的电压波尾导向接地，以确保雷电冲击后设备的安全。
波尾电阻需要具备高功耗、高耐压、高放电容量和长寿命等特点，用于将电压波尾慢速放电，保障设备不受雷电冲击的损坏。
6. 雷电冲击电压发生器的应用雷电冲击电压发生器在工业、建筑、交通等领域都有广泛的应用。
例如在电力系统中，雷电冲击电压发生器可以保护变压器、线路等设备免受雷电冲击的影响；在建筑领域中，它可以抵御雷电对建筑物的损害；在交通领域中，它可以保护信号设备、通信设备等免受雷击的影响。
7. 结语雷电冲击电压发生器作为一种重要的防雷设备，其原理及应用对防止雷击对人类生产生活造成的损失具有重要意义。
通过了解其原理和应用，我们可以更好地了解防雷设备的工作原理，提高防雷设备的使用效果。
希望本文对读者有所帮助，多谢关注。
8. 雷电冲击电压发生器的发展趋势随着科技的不断发展，雷电冲击电压发生器的技术也在不断进步。
未来，人们对雷电冲击电压发生器提出了更高的要求，希望其在防雷领域能够有更加广泛和深远的应用。
GDCY-2400kV-360kJ冲击电压发生器技术方案2019.01.22
GDCY-2400kV/360kJ冲击电压发生器技术方案一、使用范围：GDCY系列冲击测试系统能够产生冲击电压用于模拟雷击和开关浪涌。
级能量范围在2.5-1620千焦。
最大放电电压为100-7200千伏..产品不仅满足IEC,ANSI/IEEE等国际标准，还满足其他国家的国家标准。
基本系统可以用不同的方式容易地进行升级，以满足各种特殊的试验。
大量的附加电路和配件都可以用来优化冲击测试系统以便其测试不同的被试品。
发生器以其独特性的，模块化的以及专有的完美结构适用于运输以及在线安装。
其内部的回路电感被做得非常的小。
二、系统配置：三、适用标准：IEC60060-1/2/3 高压测试技术IEC60076-1/2/3/4/6 电力变压器IEC61083-1/2 在高压脉冲试验中测量用的仪器和软件IEC60243-1 绝缘材料电气强度IEC60099-1-4 避雷器IEC61010-1-2-3 测量，控制和实验室用电器设备的安全要求GB7449-87 电力变压器和电抗器的雷电冲击和操作冲击试验导则ZBF24001-90 冲击电压测量实施细则GB311.1-1997 高压输变电设备的绝缘配合GB/T16927.2-1997 高压试验技术（测量系统）GB/T16896.1-1997 高电压冲击试验用数字记录仪GB/T3048.13-92 电线电缆冲击电压试验方法GB4704-92 脉冲电容器及直流电容器四、冲击电压测试系统工作条件：海拔高度: ≤1000 m高压部件的极限温度: - 5℃~+45℃非冷凝条件下周围的相对湿度: ≤90% (at 20℃)使用环境: 室内抗震强度: ≤7.5 级需有可靠的接地点，接地电阻: ≤ 0.5Ω五、冲击电压测试系统2400kV/360kJ技术参数:结构型式: H额定输入电压: 0.4kV额定输入电流: 125A额定输入频率: 50/60Hz额定冲击电压: ±2400 kV (1.2/50μS)额定级充电电压: ±200kV额定充电时间(0-100%): <90s额定冲击容量: 125nF (每个电容3μF/100kV)级数: 12级容量: 1.5μF额定能量: 360kJ级能量: 30 kJ电容器寿命: 100000次全电压充放电运行时间: 在100%额定电压下, 设备可持续运行. 波形参数:标准雷电波(LI): 1.2±30%/50±20%μS 满足IEC60060-2 标准转换波(SI): 250±20%μs /2500±60%μs雷电截波(LIC): 2-6us陡波：>2500kV/us最低输出电压: <10 %Un充电电压的不稳定性: <±1.0 %同步范围: >20%同步放电失控率: <2%点火范围: 10%～100%Un效率: LI: >85% (负载)LI: >90% (空载)SI: >70% (负载)SI: >75%(空载)冲击电压系统图纸:六、主要产品技术参数:1. 冲击电压发生器结构模式: H额定冲击电压: ±2400 kV额定级充电电压: 200kV额定冲击容量: 125nF (每个电容3μF/100kV)级数: 12级容量: 1.5μF额定能量: 360kJ级容量: 30 kJ波形: LI / SI满足IEC60060-2同步范围: >20%同步放电失控率: <2%点火范围: 10%～100%Un电容器寿命: 100000次全电压充放电运行时间: 在100%额定电压下, 设备可持续运行..结构特征:1.1 GDCY-2400kV/360kJ冲击电压发生器用H型结构电容器的每级都是由四个玻璃纤维所支撑，构成一个稳定的冲击电压发生器组件结构。
高电压技术课程设计——冲击电压发生器的设计 精品
高电压技术课程设计——冲击电压发生器的设计电气与电子工程学院冲击电压发生器的设计电力系统种的高压电气设备，除了承受长时期的工作电压外，在运行过程种，还可能会承受短时的雷电过电压和操作过电压的作用。
一般用冲击高压试验来检验高压电气设备的雷电过电压和操作过电压作用下的绝缘性能或保护性能。
雷电冲击高压试验采用全波冲击电压波形或截波冲击电压波形，这种冲击电压持续时间较短，约数微秒至数十微秒，它可以由冲击电压发生器产生；操作冲击电压试验采用操作冲击电压波形，其持续时间较长，约数百微秒至数千微秒，它利用变压器产生，也可利用冲击电压发生器产生。
许多高电压试验室的冲击电压发生器既可以产生雷电冲击电压波，也可以产生操作冲击电压波。
冲击电压发生器是产生冲击电压波的装置。
雷电冲击电压波是一个很快地从零上升到峰值然后较慢地下降地单向性脉冲电压。
一.设计目标：输出波形为1.2/50μs标准波形，回路采用高效率回路，输出电压为300～800kV，发生器级数为4～8级。
二.设计过程：1．试品电压等级的确定表1.冲击电压发生器标称电压与被测试设备额定电压间关系试品额定电压/ kV 35 110 220 330 500冲击电压发生器标称电压/ MV0.4～0.6 0.8～1.5 1.8～2.7 2.4～3.6 2.7～4.2要求的输出电压为300~800kV，根据上表，可以暂定试品的电压等级为66kV。
根据66kV设备雷电冲击耐受电压(峰值)表，可知变压器类设备的内绝缘的耐受电压最高，为385kV，击穿电压和闪络电压都高于试验电压，考虑为研究试验取裕度系数1.3；长期工作时冲击电压发生器会发生绝缘老化，考虑老化系数取1.1；假定冲击电压发生器的效率为85%，故冲击电压发生器的标称电压应不低于：1385 1.3 1.1/0.85647U kV kV =⨯⨯=所以可取冲击电压发生器的标称电压为660kV2．冲击电容的选定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 ，冲击电压发生器的对地杂散电容和高压引线及球隙等的电容如估计为500pF ，电容分压器的电容如估计为600pF ，则总的负荷电容为2(1000500600)2100C pF pF =++=如按冲击电容为负荷电容的10倍来估计，约需冲击电容为121021000C C pF ==从国产脉冲电容器的产品规格中找到MY110—0.2瓷壳高压脉冲电容器比较合适，这种电容器的规格如表3所示。
冲击电压发生器的基本原理
冲击电压发生器的基本原理
冲击电压发生器是一种电子设备，它能够产生高电压脉冲信号。
这种设备的基本原理是利用电磁感应的原理，通过瞬间改变电路中的电流来产生高电压脉冲信号。
在冲击电压发生器中，电路中的电流会被突然切断，这会导致电磁场的崩溃。
当电磁场崩溃时，会产生一个瞬间的高电压脉冲信号。
这个信号的幅度和宽度取决于电路中的电感和电容值。
冲击电压发生器通常由一个电容和一个电感组成。
当电容充电时，电流会流经电感，这会导致电磁场的建立。
当电容充满电荷时，电路中的开关会突然切断电流，这会导致电磁场的崩溃。
这个崩溃会产生一个高电压脉冲信号。
冲击电压发生器的输出电压通常可以达到数千伏或数十万伏。
这种高电压脉冲信号可以用于许多应用，例如电子学、医学、科学研究等领域。
在医学领域，冲击电压发生器可以用于治疗心脏病和神经病等疾病。
在科学研究领域，冲击电压发生器可以用于产生高能粒子束，用于研究原子和分子的结构。
冲击电压发生器是一种非常重要的电子设备，它能够产生高电压脉冲信号，用于许多应用领域。
其基本原理是利用电磁感应的原理，通过瞬间改变电路中的电流来产生高电压脉冲信号。
4冲击电压发生器详解
1 冲击电压发生器的功用和冲击电压波形
1.1 冲击电压发生器的功用
冲击电压发生器是一种产生脉冲波的高电压发生 装置，用于研究电力设备遭受大气过电压和操作过电 压时的绝缘性能，同时，冲击电压的破坏作用不仅决 定于幅值，还与波形陡度有关，所以也用于研究某些 电力设备的陡截断波绝缘性能。
其它作用：
用于纳秒脉冲功率;
s1t
在峰值处几乎不变
U 2 U1 (1 es2t ) U 2m (1 es2t )
0.3U 2m U 2m [1 exp(s2t1 )] 0.9U 2m U 2m [1 exp(s2t2 )]
3 冲击电压发生器放电回路的数学分析
3.2 简化回路的近似分析（波头时间计算）
其中：
a b /[C1 ( Rd Rt ) C2 ( Rt R f )]
d Rt C1b
3 冲击电压发生器放电回路的数学分析
3.1 基本分析
反变换得： 方程的根为：
U 2 U1 (es1t es2t )
s1, s2 (a / 2) [(a / 2) b]
s1Tm
e
s2Tm
) U10
波形系数
0
发生器放电电压效率
U 2m / U1 0
3 冲击电压发生器放电回路的数学分析
3.1 基本分析（回路参数的查值计算）
exp[lns0 /(1 s0 )] exp[s0 ln s0 /(1 s0 )]
由
2 exp[( Tt / Tm ) ln s0 (1 s0 )]
只有一边有R，另一边由rf、rt兼作充电电阻，rf、 rt分散在各级内，无专门的rd，也无g0（隔离球隙）， 其充电原理与前述相同，串联放电后的回路不同。
冲击高压发生器
式中：b=1/［C1C2(RdRt+RdRf+RfRt)］ a=［C1(Rd+Rt)+C2（Rt+Rf)］· b d=C1Rt· b
u2(t)=U1ε[exp（s1t）－exp（s2t）] s1、s2为方程s2+as+b=0的两个根 从根和系数的关系可知 s1· 2=b ； s s1 + s2= －a
发生器电压效率
发生器电压效率的近似计算式为
ŋ＝[C1/（C1＋C2）][Rt/（Rd＋Rt）]
这意味着输出电压u2的 峰值U2m低于电容C1上 的初始充电压U1。它是 由于C1与C2之间的分压 和Rt与Rd之间的分压造 成的
放电时基本回路的等值回路
考虑回路电感后的近似计算
在计算波前时间时，仍采用简化条件， 认为Rt→∞，把回路电感L考虑进去， 则放电回路将变为R－L－C串联回路 如图所示。 其中R应为阻尼电阻Rd与波前电阻Rf 之和。为获得非振荡冲击波，应使
单级冲击电压发生器回路
回路1
正极性冲击电压
回路2
负极性冲击电压
由于受到硅堆和电容 器额定电压的限制，单级 冲击电压发生器的最高电 压不超过200~300kV。
多级冲击电压发生器回路
T：供电高压变压器； D：整流用高压硅堆； r：保护电阻，一般为几 百千欧； R：充电电阻，一般为几 十千欧； rd:每级的阻尼电阻； C：每级的主电容，一般 为零点几个微法； Cs：每级相应点的对地 杂散电容，一般仅为 几个皮法； g1：点火球隙； g2～g4：中间球隙； g0：隔离球隙；
冲击电压发生器-苏州泰思特解决方案专业供应商
型号
级数
LVG-2.5/100
1
LVG-5/200
2
LVG-15/300
3
LVG-30/600
6
LVG-45/900
9
LVG-60/1200
12
（注：可根据用户需求定制或增加其它各种波形的组合）
充电（kV） 100 100 100 100 100 100
全波（kV） 100 200 300 600 900 1200
特点 采用H型结构，美观大气； 配备电磁式自动接地装置，泄放电容器多余电荷，保证人身安全； 采用同步放电球运动方式，球隙调整精度达0.1mm； 采用铜半球，高压脉冲点火方式，放电同步率可达99%； 配备可移动地盘，方便用户临时调整安装位置； 电容冲击分压器，既是用来测量冲击输出峰值，又用来作为负载电容； 调波电阻采用弹簧卡扣方式安装，不需要使用工具即可方便进行更换； 每级之间预留安装踏板，方便设备安装及用户维护时平稳站立； 操作方便灵活，可以集成较高的自动化控制； 最大可输出1200kV的全波冲击电压1.2/50uS； 最大可搭配截波装置，输出最大900kV的10uS以内截波波形； 最高充电电压100kV； 可根据客户需要配置MCS1000系列控制系统、或者MCS2000自动控 制系统。也可配置高端的MCS3000系列手自一体智能测控系统。
第五章 冲击电压发生器
4.2 充电时间分析
1、稳态直流时的多段R、C充电
把冲击发生器的充电回路看成均匀线分析，电阻都挪到一C1
=
nC l
离变压器最远一个电容器上的电压，即x=0时的U（t）
u(t)
|x=0
≈
U o [1 −
4 π
e−t /T1
3.1 基本分析
由电路理论： U2 (s) = U1d /(s2 + as + b)
其中：
b = 1/[C1C2 (Rd Rf + Rd Rt + R f Rt )] a = b /[C1(Rd + Rt ) + C2 (Rt + Rf )] d = RtC1b
3.1 基本分析
反变换得： 方程的根为：
若稳态充电：Uc/Um=0.9，t充=2.3RC；整流充电：t充=15RC。
所以最终的充电时间为
t充
≈ 15(r
+
nR )nC 2
当r≥10R，且级数不多时，一般取t充≈15rnC
r ≥ Um I sm
Ism：硅堆短时间内允许通过的最大电流值； Um：整流电压最大值。
4.3 充电变压器的要求
变压器容量：
主电容在标称电压下的总存储能量。一般为几十千焦到几 百千焦。 z 发生器的效率
输电电压峰值与各级实际充电电压值的总和之比。
3 冲击电压发生器放电回路的数学分析 3.1 基本分析
放电等效电路
拉普拉斯运算电路
基本Marx回路和高效回路均有相同的等值回路，只是各 自的Rd、Rf、Rt取值不同而已，对高效回路Rd=0 。
T2 ≈ (Rd + R f )C1C2 /(C1 + C2 ) Tf = 3.24(Rd + Rf )C1C2 /(C1 + C2 )
冲击电压发生器的基本工作原理
冲击电压发生器的基本工作原理冲击电压发生器要完成高电压的冲击耐压试验，必须要满足两个要求：首先要能输出几十万伏到几百万伏的电压，其次冲击发生器输出的电压要具有一定的波形。
它是根据马克斯回路来达到这些目的，冲击电压发生器的基本回路如下图1所示：图1：冲击电压发生器基本回路T——试验变压器；D——高压硅堆；r——保护电阻；R——充电电阻；C1~C4——主电容器；rd——阻尼电阻；C’——对地杂散电容；g1——点火球隙；g2~g4——中间球隙；g0——隔离球隙；R1——放电电阻；Rf——波前电阻；C0——试品及测量设备等电容试验变压器T和高压硅堆D构成整流电源，经过保护电阻r及充电电阻R向主电容器C1~C4充电，充电到U，出现在球隙g1~g4上的电位差也为U。
假若事先把球间隙距离调到稍大于U，球间隙不会放电。
当需要使冲击机动作时，可向点火球隙的针极送去一脉冲电压，针极和球皮之间产生一小火花，引起点火球隙放电，于是电容器C1的上极板经g1接地，点1电位由地电位变为+U。
电容器C1与C2间有充电电阻R隔开，R比较大，在g1放电瞬间，由于C’的存在，点2和点3电位不可能突然改变，点3电位仍为——U，中间球隙g2上的电位差突然上升到2U，g2马上放电，于是点2电位变为+2U。
同理，g3，g4也跟着放电，电容器C1~C4串联起来了。
后隔离球隙g0也放电，此时输出电压为C1~C4。
上电压的总和，即+4U。
上述一系列过程可被概括为“电容器并联充电，而后串联放电”。
由并联变成串联是靠一组球隙来达到。
要求这组球隙在g1不放电时都不放电，一旦g1放电，则顺序逐个放电。
满足这个条件的，叫做球隙同步好，否则就叫做同步不好。
R在充电时起电路的连接作用，在放电时又起隔离作用。
在球隙同步动作时，放电回路改变成如图2所示的形式。
3图2：冲击电压发生器串联放电时的等效回路图2右图中C1原有电压+4U，C2原来无电压，当g0放电，C1向C2充电，C2上将建立起电压，同时C1上电压将下降。
冲击电压发生器课程设计
冲击电压发生器课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解冲击电压发生器的基本原理，掌握其组成部分及功能。
2. 学生能够描述冲击电压发生器在工作过程中的电压变化规律。
3. 学生能够解释冲击电压发生器在电力系统中的应用及其重要性。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，分析冲击电压发生器电路图，并进行简单故障排查。
2. 学生能够设计简单的冲击电压发生器实验方案，进行实验操作，并处理实验数据。
3. 学生能够通过团队合作，完成冲击电压发生器的组装与调试。
情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到冲击电压发生器在电力系统中的重要作用，增强对电力工程领域的兴趣。
2. 学生在团队合作中，培养沟通、协作和解决问题的能力，提高自信心。
3. 学生能够关注冲击电压发生器的安全使用，增强安全意识，养成严谨的科学态度。
课程性质：本课程为电力工程领域的一门实践性较强的课程，旨在让学生掌握冲击电压发生器的基本原理和实际应用。
学生特点：学生具备一定的电路基础知识，但对冲击电压发生器的了解较少，需要通过实践操作加深理解。
教学要求：教师应注重理论与实践相结合，引导学生通过实验、组装和调试等环节，提高学生的动手能力和实际问题解决能力。
同时，关注学生的情感态度价值观的培养，使学生在学习过程中形成良好的科学素养。
二、教学内容1. 冲击电压发生器原理- 电压发生器的基本概念- 冲击电压发生器的分类及工作原理- 冲击电压发生器在电力系统中的应用2. 冲击电压发生器电路分析- 电路图的识别与分析- 电压变化规律及其影响因素- 故障排查与解决方法3. 冲击电压发生器实验操作- 实验设备的使用与注意事项- 实验方案的设计与实施- 实验数据的处理与分析4. 冲击电压发生器组装与调试- 组装步骤及注意事项- 调试方法与技巧- 故障排除及优化5. 安全与规范- 冲击电压发生器使用中的安全防护措施- 操作规范及注意事项- 事故案例分析及预防教学内容安排与进度：第一周：冲击电压发生器原理学习第二周：冲击电压发生器电路分析第三周：冲击电压发生器实验操作第四周：冲击电压发生器组装与调试第五周：总结与评价，安全与规范教育本教学内容依据课程目标，注重理论与实践相结合，以课本为基础，拓展相关知识点，使学生全面掌握冲击电压发生器的相关知识。
HDCJ雷击冲击电压发生器技术参数
HDCJ雷击冲击电压发生器技术参数
冲击电压发生器主要用于电力设备等试品进行雷电冲击电压全波、雷电冲击电压截波和操作冲击电压波的冲击电压试验，检验绝缘性能。
100～10000kV系列各种容量成套冲击电压（电流）试验装置。
并可提供多种波形系列成套冲击电压（电流）发生器。
冲击试验装置主要由：发生器本体、截波、分压器、四组件控制台（控制台分为微机型和普通型）、数字化波形记录系统等组成。
工作原理编辑
冲击电压发生器
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
冲击电压发生器
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。
冲击电压发生器原理、试验和设计
冲击电压发生器原理、试验和设计
1. 原理：
冲击电压发生器是一种产生高电压脉冲的设备，其工作原理是利用存储电容器充电，通过开关产生高频电流，在自感线圈中产生瞬时的高电压脉冲，从而实现产生高电压脉冲的目的。
2. 试验：
冲击电压发生器的试验主要是在其输出端口和实验对象之间接通测试电路，通过测量电路中的电流、电压等参数，来检测冲击电压发生器的输出电压是否符合要求，以及判断实验对象的耐压能力。
3. 设计：
冲击电压发生器的设计主要包括以下几个方面：
（1）选择适当的电容器，根据输出电压、脉冲宽度等要求确定其电容值；
（2）选配合适的开关器件，如IGBT、MOSFET等；
（3）设计自感线圈，根据需要选择合适的导线直径、匝数等参数；
（4）选用适当的电源和控制电路，在保证输出电压稳定的同时，控制冲击频率、脉冲宽度等参数。
冲击电压发生器的原理
冲击电压发生器的原理
冲击电压发生器的原理：
冲击电压发生器是一种能够产生高电压脉冲信号的装置。
它主要由一个电源和一个冲击脉冲发生器组成。
电源部分通常采用直流电源，通过一个电阻将电压升高，并产生所需的高电压。
为了提高效率，通常还会加入一个电容器，用以储存电能。
而且，为了控制电流的大小，还会加入一个可调节器，使得输出的电流能够符合实际需求。
而冲击脉冲发生器主要由一个变压器和一个开关管组成。
变压器中的绕组通常分为两个部分，一个是主绕组，一个是辅助绕组。
开关管用于控制辅助绕组上的电流。
工作时，电源提供的直流电压先经过变压器的主绕组，然后进入辅助绕组。
当开关管闭合时，电流流过辅助绕组，产生一个瞬时的磁场。
当开关管打开时，辅助绕组上的磁场崩溃，产生一个高电压的脉冲信号。
这个脉冲信号通常具有很高的频率，并且幅度较大。
因此，通过冲击电压发生器可以获得所需的高电压脉冲信号，该信号可以被应用于各种领域，如科学研究、电子设备测试等。
冲击电压发生器
冲击电压发生器
• 科技名词定义 • 中文名称： 冲击电压发生器 • 英文名称： impulse voltage generator • 定义： 用于产生雷电冲击或操作冲击的 高电压设备。
简介
• 冲击电压发生器是一种产生脉冲波的高电压发生装置，原先它之被用 于研究电力设备遭受大气过电压（雷击）时的绝缘性能，后来又被用 于研究电力设备遭受操作电力过电压的绝缘性能。所以对于冲击电压 发生器，要求不仅能产生出现在电力设备上的雷电波形，而且产生操 作过电压波形，冲击电压的波形不仅取决于其幅值，而且与波前陡度 有关，对某些设备还要采用截断波来进行试验。此外冲击电压发生器 还可作为纳秒脉冲功率装置的重要组成部分；在大功率电子束和离子 束发生器以及二氧化碳激光发生器，可作为电源装置。
冲击电压发生器要满足两个要求：首先要能输出几十万伏到几百万伏的电压同时 这电压要有一定波形，它是用下列马克斯回路来达到这些目的的，如下图所示
冲击电压发生器总结
无 感 电 阻 。 ， 要 求 使 用 见 ， 以 。 可 求 问 题 ， 。 能 量 器 的 技 技 学 。 题 要 阻 的 全 的 问 率 称 发 生 的 验 数 现 联 器 试 效 ， 标 ， 生 压 路 安 电 前 面 注 意 器 的 压 标 发 电 述 器 ， 工 作 应 发 生 称 电 指 性 标 特 术 节 。 高 放 球 并 联 充 术 分 析 生 靠 电 一 的 见 组 而 联 话 概 生 。 并 容 一 句 压 发 器 可 5.3 发 要 放 电 用 电 主 理 冲 击 • • •
例图
• 执行标准：DL/T848.5-2004 执行标准： • 冲击电压发生器主要用于电力设备等试品 进行雷电冲击电压全波、雷电冲击电压截 波和操作冲击电压波的冲击电压试验，检 验绝缘性能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
高电压技术课程设计姓名：赖智鹏学号：U*********班级：电气0809班邮箱：****************冲击电压发生器的设计一、引言冲击电压发生器是一种产生脉冲波的高电压发生装置，在电力系统中主要用于研究电力设备遭受大气过电压和操作过电压时的绝缘性能。
本文是高电压技术课程的课程设计，参考相关文献完成了冲击电压发生器设计，了解了该装置基本原理、设计流程、注意事项等。
二、设计过程1. 最大输出电压300～800kV2. 冲击电容为保证冲击电压发生器有较大适用范围，考虑试验可能遇到的最大的试品电容（不考虑大电力变压器和整卷电缆试验的情况）（1）试品中互感器电容最大，约1000pF（2）冲击电压发生器的对地杂散电容和高压引线及球隙等的电容估计值取500pF （3）电容分压器（分压器采用电容式分压器）的电容估计值取600pF 由此得出，总的负荷电容约为210005006002100C pF=++=为保证发生器有足够高的效率，同时兼顾经济性，冲击电容取负荷电容10至20倍，则冲击电容为12(1020)(2100031500)C ～C ～pF==3. 电容器的选择型号MY110—0.2脉冲电容器参数如下表需满足两个要求：（1）电压发生器额定电压要求：300～800kV （2）冲击电容要求：21000～31500pF采用MY110—0.2脉冲电容器，7级串联，此时冲击电压发生器串联放电时，峰值电压约为770kV 满足（300～800kV ），且冲击电容为200000/7=28571满足（21000～31500pF ）4. 回路选择采用高效回路，单边充电。
图 1 高效回路上图中C为型号MY110-0.2脉冲电容器， R为充电电阻，r为保护电阻（同时起均压作用，使电容充电比较均匀），大小取10R，rf为波头电阻，rt为波尾电阻。
回路化简及等效如下图图 2 等效回路充电测量：毫安表测量充电电流，微安表与大电阻串联测量充电电压。
图 3 充电回路电参数测量5. 冲击电压发生器主要参数（1）额定电压U1=7*110=770kV （2）冲击电容C1=200000/7=28571pF（3）能量W=1/2*0.028571*10^-6*(770*10^3)^2= 8.4699e+003J=8.47kJ6. 波头电阻和波尾电阻计算假定（1）试品电容为1000pF （2）负荷电容为2100pF 则由于波前时间等效回路：图 4 波前时间等效回路：波头长1212612121221001028571101.2103.24 3.24122100102857110f f f C C t r r C C -----⨯⨯⨯=⨯=⨯⨯=⨯⨯+⨯+⨯∑∑得189.33189fr =Ω=Ω∑， 27.047127.0189.33/7f r =Ω==Ω波长时间等效回路图 5 波长时间等效回路：波长时间61250100.69(285712100)10t tt r --=⨯=⨯⨯+⨯∑得2362.6=2363t r =ΩΩ∑，2362.6/3377.5t r ==Ω7. 充电电阻和保护电阻阻值计算及电阻材料的选择下图为充电回路内部环流，为减小充电回路内部放电回路对冲击电压发生器放电回路的影响，要求R+rf>10～20rt 。
图 6 充电回路内部RC 回路环流（1） 充电电阻R>20*337.5-27=6723欧姆，取10千欧，结构长度应能承受110kV 电压。
由于高效回路发生球隙放电不同步等异常时，电容的能量都将从波头和波尾电阻释放（由于充电电阻R 远大于波头波尾电阻），所以一般情况下充电电阻不存在过热的危险，故电阻的制作只需考虑绝缘的问题。
图 7 无感电阻绕制采用双股反绕的无感电阻结构，则波尾电阻每股阻值20kohms 。
采用电阻率较大的镍铬丝绕制。
线径取0.050mm ，截面积0.001964mm2，每米电阻555ohms ，则电阻丝长度为20000/555=20.036m 。
选外径为80mm ，壁厚为3mm 的环氧绝缘筒来绕电阻丝。
为使电阻丝承受最大冲击电压时，匝间和表面不放电，根据1mm 极板间隙放电电压为1kV ，则绝缘筒上来绕电阻丝的槽的直径选为0.1mm 。
由绝缘筒截面周长约为250mm 。
波前电阻丝所绕圈数20036/250= 80圈，故80圈电阻丝之间承受电压110/80=1.375kV/圈，故电阻丝间距必须大于1.375mm ，取1.4mm ，则绕制波前电阻丝的绝缘筒长度为1.480800.1120.0mm ⨯+⨯=。
（2） 保护电阻r 取为40R=400kohms ，结构长度应能承受1.1*110=121kV 电压。
保护电阻亦不需考虑过热的问题，而只需考虑绝缘问题，采用双股反绕的无感电阻结构，则波尾电阻每股阻值800kohms 。
采用电阻率较大的镍铬丝绕制。
线径取0.020mm ，截面积0.000314mm2，每米电阻3470ohms ，则电阻丝长度为800000/3470=230.548m 。
选外径为300mm ，壁厚为5mm 的环氧绝缘筒来绕电阻丝。
为使电阻丝承受最大冲击电压时，匝间和表面不放电，根据1mm 极板间隙放电电压为1kV ，则绝缘筒上来绕电阻丝的槽的直径选为0.1mm 。
由绝缘筒截面周长约为942mm 。
波前电阻丝所绕圈数230548/942= 245圈，故245圈电阻丝之间承受电压为110*1.1/245=0.494kV/圈，故电阻丝间距必须大于0.494mm ，取0.5mm ，则绕制波前电阻丝的绝缘筒长度为0.52452450.1147mm ⨯+⨯=。
8. 冲击发生器效率12857193.2%12285712100C C C η===++9. 充电时间估算非高效充电回路可作下列等效处理，由于是整流电压充电故充电时间较直流电压要长，T 充=15rnC 。
（高效回路应有类似结论，下面直接用此结论）由等效电路估算，7个110kV 电容器串联 ，90%充电时间约为t=15rnC=15*400*10^3*7*0.2*10^-6=8.4s10. 硅堆选择短时最大充电电流=3311010 1.10.330040010A mA ⨯⨯==⨯按有效值选硅堆的额定整流电流54.830mA=硅堆反峰电压=110 1.1110231kV ⨯+= 选用硅堆：反峰电压>231kV ，额定整流电流=100mA查表得型号为“2DL 250/0.1 浸油”硅堆参数如下 型号反向工作峰值电压Ur/kV反向漏电25℃/μA正向压降/V平均整流电流If/A外形尺寸/mm2DL 250/0.1 浸油250≤10≤2000.1L=800; D=25; H=35故可选用“2DL 250/0.1 浸油”硅堆。
11. 变压器选择容量计算226331170.210(11010)228.48 1..008310VA=1.0083k 4VA n cu S -⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯===电压有效值=1.1110/288kV ⨯= 故可选全绝缘变压器：YD 型100kV/10kVA12. 球隙和触发器的选择及球隙放电同步性球隙：∅250mm 在球隙距离为40mm 时放电电压为112kV （略大于110kV ），故选取7个直径250mm 的铜球。
点火球隙和触发装置：图 8 点火球隙和点火发生装置实际上当第一级球隙放电后，由于球隙间等效电容、充电电容和杂散电容三者分压，以及回路中充电电阻、波前、波尾电阻对电压分布的影响，球隙的电压将比理想值要小，故可能引起放电不同步，为改善球隙放电同步性将冲击电压发生器球隙排在一垂线上，后一级球隙放电可利用前一级放电时产生的紫外线。
13. 波头电阻和波尾电阻的计算及选择已知rf=27.0ohms ；rt=337.5ohms ，一级电容器储能为63210.210(11010) 1.212kJ -⨯⨯⨯⨯=为保证电阻不至于因发热而烧坏，考虑电容rf 、rt 上可能消耗的最大能量，从而选择电阻材料（康铜丝）和结构。
名称主要成分% 电阻率（20℃）2mm mΩ电阻温度系数（610/-℃）最高工作温度（℃） 平均热容o Kcal kg C • 康铜（8.9g/3cm ）Ni （39-41） Mn(1-2) Cu(余量)0．4855000.1电阻最高温升为150℃，电阻丝长为L(m)，截面积为A(2mm ) （1） 试品不放电时，全部能量消耗在rt ，即1.21kJ采用双股反绕的无感电阻结构，则波尾电阻每股阻值2*237.5=475ohms ，消耗能量1.21/2=0.605kJ 。
冲击放电时间极短，故电阻上消耗能量的过程看作是绝热过程，能量全部转化为电阻温升。
（注：下式是参照清华大学张仁豫教授的《高电压试验技术》第一版的结论而列写的，其中的系数0.24我也未理解其含义，而且在该书第二版中该系数也被不存在，个人也倾向于第二版的结论，但这里仍按第一版的结论计算）34750.488.91000.1150 1.21100.24100LAA L ⎧=⨯⎪⎪⎨⎪⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⎪⎩解得：L=46. 3964m ，A=0.0469mm选择与上述值最接近的电阻丝，线径0.250mm ，截面积0.04912mm ，9.78ohms/m ，应取长度L=475/9.78=48.57m ，可得此时实际温升137℃<150℃，符合要求。
（2） 试品放电时，rt 、rf 的分流作用导致电容能量的237.50.8979237.527=+，即0.8979*1.21=1.0865kJ ，消耗在rf 。
采用双股反绕的无感电阻结构，则波尾电阻每股阻值2*27=54ohms ，消耗能量1.0865/2=0.5432kJ 。
（注：下式是参照清华大学张仁豫教授的《高电压试验技术》第一版的结论而列写的，其中的系数0.24我也未理解其含义，而且在该书第二版中该系数也被不存在，个人也倾向于第二版的结论，但这里仍按第一版的结论计算）3540.488.91000.11500.5432100.24100LA A L ⎧=⨯⎪⎪⎨⎪⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⎪⎩ 解得：L= 10.4814m ，A= 0.0932mm2选择截面积0.09622mm ，线径0.350mm ，4.99ohms/m ，应取长度L=54/4.99= 10.82m ，可得此时实际温升141℃<150℃，符合要求。
（3） 绝缘筒的选择波头电阻绝缘筒：选外径为50mm ，壁厚为3mm 的环氧绝缘筒来绕电阻丝。
为使电阻丝承受最大冲击电压时，匝间和表面不放电，根据1mm 极板间隙放电电压为1kV ，则绝缘筒上来绕电阻丝的槽的直径选为1mm 。
由绝缘筒截面周长约为157mm 。