(完整word版)冲击电压发生器仿真设计.doc
110KV冲击电压发生器
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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。
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 。
多级冲击电压发生器的设计
多级冲击电压发生器的设计Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT高电压课程设计多级冲击电压发生器的设计电气与电子工程学院指导老师：戴玲2010年3月1日一、设计任务：设计一高效多级冲击电压发生器，使其输出标准冲击电压波形（即50u s），电压等级为330k v-800k v,级数为3级以上。
二、额定电压的选择：为确定所要设计的冲击电压发生器的电压等级，需首先明确冲击电压发生器电压等级与所测试品电压等级的关系（见下表）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的关系根据设计要求的输出电压为300-800kV，根据上表，可以假定试品的电压等级为66kv。
2.额定电压的确定：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；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；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额定电压应不低于：由此确定冲击电压发生器的为660k v。
三、冲击电容的选择：将试品电容估算为900p F，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算为500p F，电容分压器的电容估算为600p F，则总的负荷电容：C2≈900+500+600=2000（p F）按冲击电容为负荷电容的10倍估算，则冲击电容10000p F=5C2<C1<10C2=20000（p F）从国产脉冲电容器的产品规格中找到型高压脉冲电容器比较合适，具体参数和规格如下表：表二：型号额定电压kv标称电容uF外形尺寸mm重量kg110kvΦ635×495 瓷壳235选用此种型号电容器时，可以将所要设计的冲击电压发生器做成110k v一级，共6级（其中每级电容用两个电容串联组成，这样即可同时满足此冲击电压发生器额定电压和冲击电容的要求）。
500kV紧凑型冲击高电压发生器的设计
１ 基 本 原理
研 制 的 冲击 电压 发生 器主要 组成 部分 如 图 １ 所示 。 它采用 正 负 双边 充 电形 式 Ｍａ ｒ ｘ结 构 ， 其 主体 结 构 由调压 器 。 、 升 压变 压器 、 限流 电阻 Ｒ 和 Ｒ ： 、 高压 硅堆 Ｄ 和Ｄ ： 、 充 电电阻 Ｒ ～尺 、 脉 冲 电容器 ｃ ｃ 、 接地 电阻 尺 ～Ｒ 卟场 畸变开 关 Ｇ ～Ｇ 及 其它 相关触 发 电路组 成 。 Ｍａ ｒ ｘ发生 器基 本工 作 原 理 简单 概 括 为 “ 并 联 充 电， 串联放 电” ， 简化 的工作 过 程 如下 ： 初 始 储 能 电容
文章 编 号 ： １ ０ ０ ５—２ ９ ９ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ ／ ０ ２—０ ０ ６ ２一 Ｏ ３
５ ０ ０ ｋ Ｖ紧凑 型 冲击 高 电压 发 生器 的设 计
蔡 新景 ， 常树 生 ， 孙 悦 ， 陈承 伟 ， 王 凯奇
（ 东北电力 大学 电气工程学 院 ， 吉林 吉林 １ ３ ２ ０ １ ２ ）
摘
要： 为了研究大气压下绝缘沿面闪络外特性 ， 设计 出一 台 ５ ０ ０ ｋ Ｖ ｎ ｓ 量级 上升沿高 电压 脉冲发
生器 。它采用正负双边充 电的 Ｍａ ｒ ｘ 结构 ， 包括 ６个 ７ ２ ｎ Ｆ ／ １ ０ ０ ｋ Ｖ的脉 冲电容器和 ３个场 畸变 开关。为 了减小 回路 电感 ， 它采用紧凑型结 构。计算 和仿 真结果表 明 ， 当充 电电压 为 ８ ０ ｋ Ｖ时 ， 开 路输 出高 压脉 冲幅值为 ４ ６ ０ ｋ Ｖ， 上 升时间约为 Ｉ Ｉ ｎ ｓ ， 满足沿面放 电实验要求 。 关 键 词－ Ｍａ ｒ ｘ发生器 ； 场 畸变开关 ； 沿面闪络
文献标识码 ： Ａ 中图分类号 ： Ｔ Ｍ ７ ３ ３
高电压课设设计冲击电压发生器
目录课程设计要求.。
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.3设计原理.......。
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.4冲击电压发生器本体输出波形与高效回路输出电压与级数充电放电回路冲击电容器充电电阻保护电阻球间隙放电回路数学分析充电回路数学分析点火装置整流充电电源系统原理整流回路变压器容量高压硅整流器冲击电压测量系统原理冲击分压器与引线高压臂低压臂同轴电缆的接入及对分压比的影响电缆损耗的影响与末端的匹配衰减波阻的变化对分压比和匹配的影响高压引线的影响示波器抗干扰措施参数计算.。
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(15)一、课程设计要求：画出冲击电压发生器的总体结构布置图 (含接地系统设计），各主要部件或器件的型号、参数，绝缘距离与净空（空间布置），各参数之间的匹配关系,波形测量系统等。
对冲击电压发生器设计的要求为：（1）高效回路（2）最大输出电压 300～800kV（3）级数 3级以上（4）电阻(含线径和材料)（5）球隙大小和距离（6）输出波形 1。
2/50波形（7）测量装置（充电、放电)（8）测量装置抗干扰措施（9）充电电源（各器件参数)（10）本体、分压器、电源、测量系统（11）绝缘材料、绝缘距离选取（12）触发器（13）容性试品二、设计原理：一、冲击电压发生器本体冲击电压发生器是产生冲击电压和操作冲击电压的一种发生装置。
多级冲击电压发生器的设计
多级冲击电压发生器的设计设计多级冲击电压发生器的基本原理是将输入电压经过多级升压电路逐级升高。
每一级都会增加电压的幅值，最终得到所需的冲击电压。
1.电源选择：为了提供足够的电能，需要选择适当的电源。
通常使用交流电源输入，通过整流电路将交流电转换为直流电。
另外，还需要选择适当的容量的电容来存储能量。
2.多级升压电路：多级升压电路由多个电感和电容组成，每个级别的升压电路都是串联连接的。
每个级别包括一个电容和一个电感，电容存储电能，电感产生电磁感应。
当电容充电到一定电压时，电感将会释放能量，使电压进一步升高。
3.控制开关：为了控制能量的传输，需要使用控制开关对电感和电容进行开关操作。
一般可以使用晶体管或IGBT作为开关，通过控制开关的导通和断开可以控制电能的传输和存储。
4.驱动电路：为了实现开关的操作，需要设计适当的驱动电路。
驱动电路可以使用脉宽调制（PWM）控制来实现开关的周期性开启和关闭。
5.反馈电路：为了确保每个级别输出的电压能够稳定和准确地升压，需要设计反馈电路来监测并调节输出电压。
一般可以使用比较器和误差放大器来实现反馈控制。
在设计多级冲击电压发生器时，需要考虑以下几个要点：1.选择适当的电感和电容：根据所需的升压倍数和输出功率要求，选择合适的电感和电容。
电感的选取要考虑电流的承载能力和能量的转换效率，电容的选取要满足储能的容量要求。
2.控制开关的选取：选择能够承受高电压和高电流的开关器件，确保开关操作的可靠性。
3.驱动电路的设计：设计合适的驱动电路来控制开关的导通和断开，实现升压电路的控制。
4.反馈电路的设计：设计稳定的反馈电路来监测输出电压，通过调节控制开关的工作周期实现输出电压的稳定调节。
5.安全性考虑：在设计过程中要考虑安全因素，采取适当的过压保护、过流保护等措施，以确保使用过程中的安全性。
总结：设计多级冲击电压发生器需要综合考虑电源选择、升压电路设计、控制开关、驱动电路和反馈电路等方面。
最新冲击电压发生器的设计电气0705 杨军
冲击电压发生器的设计电气0705杨军电气学科大类2007级《高电压》课程设计（冲击电压发生器的设计）姓名：杨军学号：U200712316专业班号：电气0705班评阅人：指导教师：戴玲日期：2010.03.12目录一·冲击电压发生器的功用及原理。
3二·设计目标。
4 三·设计步骤。
4 四·设计总结。
13 五·参考资料。
14 六·附录。
15一·冲击电压发生器的功用及原理冲击电压发生器是一种产生脉冲波的高电压发生装置。
原先它只被用于研究电力设备遭受大气过电压（雷击）时的绝缘性能，近年来又被用于研究电力设备遭受操作过电压时的绝缘性能。
所以对冲击电压发生器的要求，不仅能产生出现在电力设备上的雷电波形，还能产生操作过电压波形。
冲击电压的破坏作用不仅决定于幅值，还与波形陡度有关，对某些设备要采用截断波来进行试验。
冲击电压发生器要满足两个要求：首先要能输出几十万到几百万伏的电压，同时这电压要具有一定的波形。
它的原理图如下：实验变压器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，若事先把球间隙距离调到稍大于U，球隙不会放电。
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，针极和球皮只见产生一小火花，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，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，最后球隙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”二.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。
(完整word版)冲击电压发生器仿真设计
冲击电压发生器仿真设计一、设计目的1.理解冲击电压发生器的工作原理和绝缘冲击试验的内容；2.掌握冲击电压发生器的设计方法和matlab仿真软件的使用；3.学习分析冲击电压发生器充电回路的效率及波形参数。
二、设计要求1.设计一台冲击电压发生器，产生冲击电压波。
冲击波形的参数：波前时间为2.0us，半峰值时间为36us；试品电压等级110kV。
2.参考《高电压试验技术》（清华大学版）。
三、设计任务1.画出电路设计原理图选用高效率双边对称充电回路，如图3、4所示图3 发生器的充电回路图4 发生器的放电回路2.确定各元件参数2.1额定电压的选择：110kV产品的雷电冲击试验电压如表所示（按GB311.1-1997）表1 110kV产品的雷电冲击耐受电压上表所示的都是耐受电压。
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U1=550×1.3 ×1.1 /0.85kV=925.3kV2.2冲击电容的选择：如不考虑大电力变压器试验和整卷电缆试验和互感器试验，就绝缘子的电容按100pF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 ,电容分压器的电容估计为600pF，则总的负荷电容为C2=100+500+600=1200pF如按冲击电容为负荷电容的10倍来估计，约需冲击电容为C1=10C2=12000pF2.3电容量的选择：从国产脉冲电容器的产品规格中找到MY220-0.1瓷壳高压脉冲电容器比较合适，电容器规格如下表2表2用此电容器5级串联，标称电压可达到1100 kV ，基本上满足前述需要。
每级由两个电容器串联，使冲击电容C 1=0.1/5=0.02μF此值＞10C 2 可使（电压）效率不致很低。
2.4冲击电压发生器主要参数：标称电压 1=22051100U k ⨯=冲击电容 10.02C F μ=标称能量 2211/20.02(1100)/212.1n W C U F kV kJ μ==⨯=2.4波前电阻和放电电阻的计算当试品电容为100pF ，负荷总电容1200pF 时，波前时间12122.0 3.24/()3.240.020.0012/(0.0212)f f f T s R C C C C R F F F μμμμ==⨯+=⨯⨯求得545.26f R =Ω，每级电阻/5109.1f f r R ==Ω 考虑回路电感影响时，12122.33/()f f T R C C C C =⨯+求得758.22f R =Ω，每级电阻/5151.6f f r R ==Ω。
400kv雷电冲击电压发生器 (自动保存的)
电气与电子工程学院《高电压》课程设计（400kv冲击电压发生器的设计）姓名：学号：U*********专业班号：电气1303班评阅人：****：**日期：2016.08.15目录一、设计背景和意义 (3)二、冲击电压发生器基本原理 (4)1、雷电冲击电压波形 (4)2、多级充电电压发生器 (4)三、设计目标 (6)四、设计步骤 (7)1）确定冲击电压发生器级数n (7)2）负荷电容C2选择 (7)3）冲击电容C1选择 (8)4）冲击电压发生器的效率 (8)5）波头电阻R f、波尾电阻R t选择 (8)6）充电电阻R、保护电阻r选择 (10)7）充电时间 (10)8）变压器选择 (11)9）硅堆选择 (11)10）球隙直径选择 (11)五、设计总结与感想 (12)六、附录 (13)七、参考文献 (17)一、设计背景和意义电力系统中的高压电气设备在运行过程中可能会承受短时间的雷电冲击电压和操作过电压的作用。
冲击电压实验就是用来检测各种高压电气设备在雷电压和操作过电压作用下的绝缘性能或保护性能。
雷电冲击电压实验采用全波冲击电压波形或者截波冲击电压波形，其持续时间较短，约数微秒至数十微秒。
其中雷电冲击电压波形由冲击电压发生器产生，而操作冲击电压波可以利用冲击电压发生器产生，也可以利用变压器产生。
因此，很多高压实验室的冲击电压发生器既可以用来产生雷电冲击电压波，也可以用来产生操作冲击电压波。
在此重点讨论雷电冲击电压发生器的设计。
随着超高压输电工程的发展，冲击电压发生器已成为各高压实验室的重要实验设备之一。
其电压和容量不断提高。
可以相信，在超高压输电的工程的发展过程中，必将对冲击电压实验技术提出更高的要求。
二、冲击电压发生器基本原理1、雷电冲击电压波形多级冲击电压发生器的作用原理可以简单地概括为多级电容器并联充电，然后自动串联放电，形成幅值很高的冲击电压波。
雷电冲击电压波形分为全波和截波两种。
全波是具有一定极性的非周期性脉冲电压波，这种非周期性的冲击电压波可以用双指数函数表示：u(t)=A(e−tT1−e−tT2)式中：T1——波尾时间常数，T2——波头时间常数，通常T1≫T2。
特高压变压器雷电冲击电压发生器设计虚拟仿真实验教学项目 -回复
特高压变压器雷电冲击电压发生器设计虚拟仿真实验教学项目-回复如何设计特高压变压器雷电冲击电压发生器的虚拟仿真实验教学项目。
第一步：项目背景介绍特高压变压器雷电冲击电压发生器是用于模拟变压器在雷电冲击下的电压响应情况，用于测试特高压变压器的抗雷击能力。
由于特高压变压器在实际操作中难以进行雷电冲击试验，因此虚拟仿真实验成为一种有效的方式。
本文将介绍如何设计特高压变压器雷电冲击电压发生器的虚拟仿真实验教学项目。
第二步：设定实验目标在设计实验前，我们需要设定实验的目标。
根据特高压变压器的特点和雷电冲击的影响因素，我们可以设定如下的实验目标：1. 模拟特高压变压器在雷电冲击下的电压响应情况。
2. 分析特高压变压器的抗雷击能力，提高其设计和维护技术。
3. 提供虚拟仿真实验平台，方便学生学习和实践。
第三步：确定实验内容和步骤根据实验目标，我们可以确定相应的实验内容和步骤。
在这里，我们可以列举以下几个重要环节：1. 特高压变压器的基本原理介绍。
2. 雷电冲击对特高压变压器的影响分析。
3. 设计特高压变压器雷电冲击电压发生器的虚拟仿真实验平台。
4. 确定实验参数和测试范围。
5. 进行仿真实验并记录实验数据。
6. 分析实验结果和验证仿真平台的有效性。
7. 提供实验报告和学习资料。
第四步：选择仿真软件和工具为了设计特高压变压器雷电冲击电压发生器的虚拟仿真实验项目，我们需要选择适用的仿真软件和工具。
常用的仿真软件包括MATLAB/Simulink、PSCAD等。
这些软件可模拟电力系统中的各种电气设备和电力故障，具有强大的建模和仿真能力，非常适合本实验的需求。
第五步：进行仿真模型设计和参数设定在设计过程中，我们需要进行仿真模型的设计和参数设定。
根据特高压变压器的电气特性和雷电冲击的电压波形，我们可以建立相应的模型，并设定合适的参数。
以MATLAB/Simulink为例，可以使用电路建模和电源模块构建特高压变压器雷电冲击电压发生器的仿真模型，并进行参数设定，包括变压器的阻抗、雷电冲击波形的幅值和时间间隔等。
(完整word版)冲击电压发生器的设计电气0705杨军
电气学科大类2007级《高电压》课程设计(冲击电压发生器的设计）姓名：杨军学号：U200712316专业班号：电气0705班评阅人:指导教师: 戴玲日期：2010。
03.12目录一·冲击电压发生器的功用及原理.。
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3二·设计目标。
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.4三·设计步骤。
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4四·设计总结。
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.13五·参考资料。
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14六·附录。
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.15一·冲击电压发生器的功用及原理冲击电压发生器是一种产生脉冲波的高电压发生装置。
原先它只被用于研究电力设备遭受大气过电压(雷击）时的绝缘性能，近年来又被用于研究电力设备遭受操作过电压时的绝缘性能.所以对冲击电压发生器的要求，不仅能产生出现在电力设备上的雷电波形,还能产生操作过电压波形.冲击电压的破坏作用不仅决定于幅值,还与波形陡度有关，对某些设备要采用截断波来进行试验。
冲击电压发生器要满足两个要求：首先要能输出几十万到几百万伏的电压,同时这电压要具有一定的波形。
它的原理图如下:实验变压器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，若事先把球间隙距离调到稍大于U，球隙不会放电。
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，针极和球皮只见产生一小火花，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，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，最后球隙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”二.设计目标:输出波形为1。
冲击电压发生器仿真设计 (2)
冲击电压发生器的设计杨垄2010302540039一、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、冲击电压发生器主要参数标称电压：U1=100*8=800 kV冲击电容：C1=0.025 μF负荷总电容：C2=0.0021μF2、等效电路图如下图2 简化等效图图3 C2电压波形图图3是C2的电压波形图三、程序设计1、Rd=15; Rf=184.14; Rt=2035; C1=2.5e-2; C2=2.1e-3; U1=800000;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);2、图形如下图表 4 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)=0.025/0.0271=0.923 此值比原估计的效率高，所以所选电容是合适的。
冲击电压发生器仿真设计
冲击电压发生器仿真设计1.设计目标：2.选择元器件：在设计冲击电压发生器时，首先需要选择合适的元器件。
需要选择能够承受高电压的电容器、继电器、电阻器等元件，并且要考虑元器件的寿命和可靠性。
3.设计电路：冲击电压发生器的电路通常由充电电路和放电电路组成。
充电电路可以采用稳压电源、直流电源或者信号发生器等。
放电电路可以采用开关元件和负载电阻等。
需要根据实际应用需求，选择适当的电路拓扑结构，比如串联、并联等。
4.波形控制：冲击电压发生器的波形控制主要包括上升时间、下降时间和衰减系数的控制。
可以通过调整电容器的参数、电阻器的数值、放电电路的设计等手段来实现对波形的控制。
例如，通过增加电容器的容值可以增加充电时间；通过调整放电电路的阻值可以改变波形的下降时间；通过设计合适的阻尼电路可以控制波形的衰减系数。
5.仿真设计：在进行冲击电压发生器的仿真设计过程中，可以使用电路设计软件进行模拟。
通过输入设计参数，可以模拟电路的工作过程和波形输出结果，以验证设计的合理性和准确性。
常用的电路设计软件包括Cadence Allegro、Altium Designer、PSpice等。
6.优化与改进：在进行仿真设计后，可以根据仿真结果对电路进行优化和改进。
例如，如果波形的上升时间过长，可以尝试增加充电电路的输出电压或者调整电容器的参数；如果波形的下降时间较短，可以调整放电电路的参数或者增加负载电阻来实现延长。
通过不断优化和改进，可以得到更加符合要求的冲击电压发生器设计。
7.实际制作与测试：在完成仿真设计后，可以进行实际制作与测试。
根据设计图纸进行元器件的选择与焊接，然后进行电路的组装与调试。
实际测试中，可以使用示波器、实验室电压表等设备来测量输出波形，并与仿真结果进行对比，验证设计的准确性与稳定性。
总结：冲击电压发生器的仿真设计是一个综合性的工作，需要考虑到元器件选择、电路设计、波形控制、仿真设计、优化与改进等多个方面。
通过合理的设计与仿真模拟，可以获得符合要求的冲击电压发生器，并用于电气工程和电子器件的测试与研究中。
冲击电压发生器的原理试验及设计
冲击电压发生器的原理试验及设计1.充电：通过电源将电能储存在充电电容器中。
充电电路一般由电源、开关元件、电容器和电阻组成。
充电过程中，开关元件将充电电源与电容器连接，使电容器内储存电量逐渐增加。
根据欧姆定律，电流与电压成正比。
2.放电：控制开关元件断开，将存储在电容器中的电能快速释放。
放电过程中，电容器的极间产生高压冲击波形。
由于电容器的放电时间常常较短，因此放电电流可以非常大。
3.波形控制：通过选择特定的电容器和电阻值，可调节放电时间和波形。
可以通过改变电容器的容量来调节电压的幅值，通过改变电阻的阻值来调节电压的升降速度。
冲击电压试验及设计：冲击电压试验是对绝缘材料、设备或组件进行的安全性能测试。
试验方法包括直流耐压试验和交流耐压试验。
直流耐压试验用于检测样品在直流电压下的耐压能力，交流耐压试验用于检测样品在交流电压下的耐压能力。
在试验过程中，冲击电压发生器扮演重要的角色，能够提供所需的高电压冲击波形。
设计冲击电压发生器时，首先需要确定所需的输出电压幅值和升降时间。
然后，选择适当的电容器和电阻值，以满足所设计的波形参数。
电容器的选取应考虑到其电压容量、物理尺寸以及绝缘材料的特性。
电阻的选取应考虑到其阻值、功率和耐压试验所需的电流。
在设计过程中还需要考虑保护和控制电路。
如采用过流保护电路，可以在电压超过设定阈值时，立即切断电路，以避免设备损坏。
此外，需要设计电源电路和触发电路，保证发生器的正常工作和触发放电过程。
总结起来，冲击电压发生器是一种用于产生高电压冲击波形的设备。
其原理包括充电、放电和波形控制。
在试验和设计中，需要根据具体要求选择适当的电容器和电阻值，并考虑保护和控制电路的设计。
这种设备在电气工程和材料测试中具有重要的应用。
4800kV双边高效率冲击发生器毕业设计精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版设计要求：输出大小为±4800kv的冲击电压发生器第一章、设计冲击电容C1选择：取负载为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C2=1000+500+600=2100PF为保证效率，冲击电容≥10倍负荷电容，我们取C1=10C2=21000PF=0.021uF方案选择：要输出4800KV的冲击电压，考虑到裕度系数，老化系数等，取标称电压为5600KV。
由于标称电压太大，加上脉冲电容器的容量限制，如果采用普通的MARX 回路或者高效率回路，串级至少达到20级，通常级数过高，会给球隙的同步带来困难。
因此采用双边充电的高效率回路。
分14级，每级由两个电容器串联，每个电容器充电200KV，共2×200×14=5600KV。
为了改善g2在动作时的过电压倍数，采用2倍倍压充电。
试验变压器前接调压器，使试变输出始终保持在额定电压上。
R0为保护电阻。
IGBT驱动电路:IGBT驱动电路采用光耦隔离进行驱动，由单片机STC89C51提供输入信号进行控制（整个电路的要求不高，程序简单，并且芯片便宜，损坏了直接更换就行）。
驱动电路的作用是讲单片机的输出脉冲进行功率放大，以驱动IGBT的正常工作。
最小应用系统驱动电路带电气隔离的IGBT驱动电路电容器选择：上面分析得到，每个电容器充电200KV，查资料找到MWF200-0.2高压脉冲电容器。
用此种电容器12级串联，每级由两组3个电容并联之后的串联在一起，冲击电容为FFCμμ0215.0)14/232.0(1≈⨯=C1≥10C2，跟预设相比，相差不大，所以合适。
每级单元接线如图.冲击电压发生器的主要参数：标称电压：U1=5600KV冲击电容：C1=0.0215uF标称能量：kJkVFUCWn12.3372/)5600(0215.02/2211=⨯==μ波前电阻和放电电阻的计算：由上可知。
第五章冲击电压发生器
C1C2 无电感时：T f 3.24( R f Rd ) C1 C2
有电感，波头时间降低
可增加电感来降低波头 么？
My answer : 非也！
T f 2.33( R f Rd ) C1C2 C1 C2
取临界阻尼条件下
T f 4.66 L C1C2 4.66 LC 2 C1 C2
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 对于： （1.2/50)s 改进： Tc1.2 s
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 对于： （1.2/50)s 缺点：放电分散性太大 Tc:2~5 s
可控球隙放电
振荡频率>0.5MHz，过冲持续时间s 冲击电压的幅值取平均值
振荡频率<0.5MHz，过冲持续时间>s 冲击电压的幅值取最大值
5-2 冲击电压发生器的基本回路
一、发生器基本回路
C' D AT T g1 C1 g2 C2 g3 g4 C3 g5 C4 Rt Co r 2 R 4 C' R 6 C' R 8 C' Rf
根据雷电波的定义
令T1
1
T2
1
T1
u2 (t ) U 2 m ax(e
波头时间计算
t
e
t
T2
)
标准雷电冲击电压： 波尾时间常数T1远大于波头时间Tf
当t T f ,
则：e
t
T1
1
t T2
u2 (t ) U 2 m ax(1 e
)
0.3U 2 max U 2 max (1 e t1 0.9U 2 max U 2 max (1 e t 2
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冲击电压发生器仿真设计
一、设计目的
1.理解冲击电压发生器的工作原理和绝缘冲击试验的内容；
2.掌握冲击电压发生器的设计方法和 matlab 仿真软件的使用；
3.学习分析冲击电压发生器充电回路的效率及波形参数。
二、设计要求
1.设计一台冲击电压发生器，产生冲击电压波。
冲击波形的参数：波前时间为
2.0us ，半峰值时间为 36us；试品电压等级 110kV。
2.参考《高电压试验技术》（清华大学版）。
三、设计任务
1.画出电路设计原理图
选用高效率双边对称充电回路，如图3、4 所示
图 3发生器的充电回路
图 4发生器的放电回路
2.确定各元件参数
2.1 额定电压的选择：
110kV 产品的雷电冲击试验电压如表所示（按 GB311.1-1997）
表 1 110kV 产品的雷电冲击耐受电压
额定雷电冲击（内外绝缘）耐受电压（峰截断雷电冲击耐受电压（峰
值） /kV值）/kV 变压器，并联母线支柱绝
高压电变压器类设备电抗器，互感高压电器缘子，穿墙套
力电缆的内绝缘器管
450850450 450 530
550550450 450 530 上表所示的都是耐受电压。
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 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
U1=550×1.3 ×1.1 /0.85kV=925.3kV
2.2 冲击电容的选择：
如不考虑大电力变压器试验和整卷电缆试验和互感器试验，就绝缘子的电容按 100pF 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 ,电容分压器的电容估计为600pF，则总的负荷电容为
C2=100+500+600=1200pF
如按冲击电容为负荷电容的10 倍来估计，约需冲击电容为
C1=10C2=12000pF
2.3 电容量的选择：
从国产脉冲电容器的产品规格中找到MY220-0.1 瓷壳高压脉冲电容器比较合适，电容器规格如下表 2
表 2
型号工作电压试验电压电容外型尺寸重量外壳
MY220-0.1 220kV264kV0.1 μFφ635×ι361瓷壳
845
用此电容器 5 级串联，标称电压可达到1100 kV，基本上满足前述需要。
每级由两个电容器串联，使冲击电容
C1=0.1/5=0.02μF
此值＞ 10C2可使（电压）效率不致很低。
2.4 冲击电压发生器主要参数：
标称电压U1 =220 5 1100k
冲击电容C10.02 F
标称能量W n C1U 12 / 2 0.02 F (1100kV ) 2 / 212.1kJ
2.4 波前电阻和放电电阻的计算
当试品电容为 100pF，负荷总电容 1200pF时，波前时间
T f 2.0 s 3.24R f C1C2 / (C1 C2 )
3.24R f 0.02 F 0.0012 F / (0.0212 F )
求得R
545.26
，每级电阻 r R / 5 109.1
f f f
考虑回路电感影响时，
T f 2.33R f C1C2 / (C1 C2 )
求得 R f 758.22 ，每级电阻 r f R f / 5 151.6 。
半峰值时间T t 0.693R t (C1 C2 )
36 s 0.693R t0.0212 F
求得 R t2451，每级r t R t / 5490
2.5 充电电阻与保护电阻的选择
要求 C (R r f ) (10 ~ 20)Cr t，得
R 20 490 151.6 9648
取充电电阻 R 10k ，每根充电电阻应能耐受110kV。
如取保护电阻 r 为充电电阻的50 倍，则保护电阻r 为 500 k 。
充电时间的估算：
由于采用了倍压充电回路，难以精确分析。
仍按简单整流充电的计算法充
电至 0.9 倍电压时
（
T充 15 r0
r nR / 2) nC
设 r0 r ，计算得 T充8s 。
考虑到倍压电路充电时间会长一些，故取充电时间为10s。
2.6 变压器的选择
加大安全系数到 3.0 ，以考虑倍压充电回路所需的容量
变压器容量 =3.0 2 W n/ T充
=3.0 2 12.1kJ /10 s
=7.26kVA
变压器电压 =1.1 55kV / 242.8kV
故选择国产试验变压器，型号为 YD-10/100，其额定电压为 100kV，额定容量为 10kVA。
2.7 硅堆选择
考虑到缩短充电时间，充电变压器通常提高10%的电压，因此硅堆的反峰电压 =55kV 1.1 55kV115.5kV 。
硅堆的额定电流以平均电流计算，而电流的有效值是大于平均值的。
I n7.26kVA / (55kV / 2) 0.187A
因此选择硅堆的额定电流为0.2A ，选择一支 2DL-150/0.2 构成每一个整流器。
2.8 球隙直径的选择
250mm 球隙在间隙距离为40mm 时的放电电压为112kV，故选250mm 铜球 6对。
3. Matlab 仿真实验
（1）完整仿真电路图。
如下图 5 搭建双边充电高效回路的冲击电压发生器电路图，按照上述选好的参数来设置各元件，其中电源采用 220V 交流电源，球隙用触发开关来模拟，触发信号由阶跃信号源发出，采用ode45 算法计算。
理论上应该是可以出仿真波形的，但实际情况是仿真耗时长且并没有得到预期的波形。
后又改为ode23tb 算法，出现一个发散的振荡正弦波，显然不符合要求。
可能是开关触发设计的有问题。
图 5 冲击电压发生器 simulink 初始仿真电路图
（2）简化电路图仿真
如下图6 所示采用简化的等效充电回路，图9 所示为等效放电回路，进行仿真。
其中 C1 的初始电压设置为 5 级串联的总电压 1100kV，C2 的初始电压为 0. 采用 ode45 算法，得到的冲击波形如下图 7 所示。
充电过程仿真：
图 6等效充电回路
图 7第一级电容的充电波形
图 8第五级电容的充电波形
从最后一级的充电波形可以看出，冲击电压发生器的充电时间大约 10s 左右，这与理论分析的充电时间一致。
图 9等效放电回路
5
x 10
9
8
7
6
V
/
2
c
U
5
4
3
2
1
1 2 3 4 5 6 7 8
t/s -5
x 10
图 10 冲击电压仿真波形
3.冲击电压发生器仿真波形参数的计算。
实际冲击电压发生器的效率
=
983
=89.4% 1100
理论效率C1 / (C1C2 ) 0.02 / 0.021294.3% 比原估计的效率85%高，所以所选电容是合适的。
4.分析各元件参数对冲击波形的影响。