5-冲击电压的产生解析
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t
1
T1
u2 (t ) U 2 max (e
波头时间计算
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 max (1 e
)
0.3U 2 max U 2 max (1 e t1 0.9U 2 max U 2 max (1 e t2
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 大
C
间隙放电能隔离电位
rd：阻尼放电回路中高频振荡 放电回路：
C
Rf
U0
_ +
rd
Rt
Rf C0
C/4
u2
C
Rt
C0
C
三、波形的形成
• 波头形成电路
U0
rd
C1
Rf
C0
• 波尾形成电路
rd
0
C1
Rt
四、发生器其他电路
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
u2max
f
f
f
f
Tt=t2（2）
由式（1，2），波头和波尾时间决定于，
f
t
f
f t
t
f f
t
f t
高效回路：
t f
低效回路：
1 (C1 C2 )(Rt Rd )
C1 C2 ( R f Rd )C1C2
二、冲击电压波形的近似计算
根据雷电波的定义
令T1
1
T2
du2 u 2 R f C2 du1 du2 dt C1 i2 i3 C2 dt dt Rt
边界条件：t=0, u2=0, u1=U0
负载上电压为： u2 (t ) U 0 K1K 2 (et e t )
K1 1 C2 R f K2 1
电压达到峰值时：du2/dt=0，则： Tf=t1（1）
rd
1 C' R
rd
3 C' R
rd
5 C' R
Rቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
7 C'
AT—调压器；T —试验变压器； r —保护电阻； R —充 电电阻； C1 ～C4 —主电容； rd —阻尼电阻；C´—对 地杂散电容；g1 —点火球隙； g2 ～ g4—中间球隙； g0 —中间球隙；Rt — 波尾电阻；Rf —波头电阻； C0 —被试品及测量设备等的电容
双边高效
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
R1x R1x
Rt C1 回路效率： Rt Rd C1 C2
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T2
t
当t Tt ,
则：e
T2
0
T1
u2 (t ) U 2 maxe
t
1 U 2 max U 2 maxe Tt 2
T1
Tt 0.69T1 0.69( Rt Rd )(C1 C2 )
定义：
C
P
F
O’
Tf
Tt
表示：（Tf/Tt )s
IEC标准： （1.2/50)s
Tf: 1.2±30% s ,Tt : 50 ±20% s
2. 截断波
100 90 70 30 10 0
C
100 90
B
M
30
C
30
C A
D
90 100
D
Tc
0
Tc
t
波前截断 Tc：0.5~2.0 s
波尾截断 Tc： 2~5 s
T2 T2
) )
t 2 t1 T2 ln 7
t1 f
t2 t
Tf
t1 t 2 3.24T2 0.9 0.3
波头时间决定于负载电容的充电时间常数T2
C1C2 低效回路：T f 3.24( R f Rd ) C1 C2 高效回路：T f 3.24R f C1C2 C1 C2
D T r R R R
单边高效
D
r
R
R
R
T
rR
R
R
R
双边低效
D
r r
R
R
R
r D T D R C C
R
R C R C C
R C
R
R
C
双边高效
5-3 冲击电压发生器放电回路分析
一、数学分析
Rd
U1
Rf
i3
C1
i1
i2
C2
u2
回路方程：
du2 du1 u1 u2 R f C2 Rd C1 dt dt
决定于C1, C2向波尾电阻放电的时间常数
三、计算机仿真
PISPICE仿真
仿真波形
考虑杂散电容时的仿真
四、回路中存在电感时
U0
_
rd
Rt
L
Rf
+
C/4
C0
u2
L Rd R f 2 R-L-C回路不发生振荡时 C1C2 C1 C2 C1C2 T f 2.33T2 2.33( R f Rd ) C1 C2
第五章 冲击电压发生器
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: 0.5~10s 波尾： 20~90s 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
二、冲击电压的标准波形定义 1. 雷电全波
3. 操作波
Td
100 90 100 90
Td
50
50
0
t
Tf
0
t
Tf
Tt Tz
Tt
表示：（Tf/Tt )s
IEC标准： （250/2500)s
Tf: 250±20% s , Tt : 2500 ±60% s Td: 200 s ; Tz: 500 s
4. 非标准波形(振荡幅值或过冲<5%)
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
五、负载为电感性负载时
要求：Tt min 40 µs (IEC) and dmax 50 %.
电感性负载上电压：
负载上的冲击波形
Rt
Rs
Lt
Lg
补偿回路限制过冲
5-4 冲击电压发生器的充电回路
一、主要充电回路
单边低效 单边高效 双边低效 改进回路
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
C1C2 T f 4.66 L 4.66 LC2 C1 C2
1
T1
u2 (t ) U 2 max (e
波头时间计算
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 max (1 e
)
0.3U 2 max U 2 max (1 e t1 0.9U 2 max U 2 max (1 e t2
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 大
C
间隙放电能隔离电位
rd：阻尼放电回路中高频振荡 放电回路：
C
Rf
U0
_ +
rd
Rt
Rf C0
C/4
u2
C
Rt
C0
C
三、波形的形成
• 波头形成电路
U0
rd
C1
Rf
C0
• 波尾形成电路
rd
0
C1
Rt
四、发生器其他电路
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
u2max
f
f
f
f
Tt=t2（2）
由式（1，2），波头和波尾时间决定于，
f
t
f
f t
t
f f
t
f t
高效回路：
t f
低效回路：
1 (C1 C2 )(Rt Rd )
C1 C2 ( R f Rd )C1C2
二、冲击电压波形的近似计算
根据雷电波的定义
令T1
1
T2
du2 u 2 R f C2 du1 du2 dt C1 i2 i3 C2 dt dt Rt
边界条件：t=0, u2=0, u1=U0
负载上电压为： u2 (t ) U 0 K1K 2 (et e t )
K1 1 C2 R f K2 1
电压达到峰值时：du2/dt=0，则： Tf=t1（1）
rd
1 C' R
rd
3 C' R
rd
5 C' R
Rቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
7 C'
AT—调压器；T —试验变压器； r —保护电阻； R —充 电电阻； C1 ～C4 —主电容； rd —阻尼电阻；C´—对 地杂散电容；g1 —点火球隙； g2 ～ g4—中间球隙； g0 —中间球隙；Rt — 波尾电阻；Rf —波头电阻； C0 —被试品及测量设备等的电容
双边高效
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
R1x R1x
Rt C1 回路效率： Rt Rd C1 C2
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T2
t
当t Tt ,
则：e
T2
0
T1
u2 (t ) U 2 maxe
t
1 U 2 max U 2 maxe Tt 2
T1
Tt 0.69T1 0.69( Rt Rd )(C1 C2 )
定义：
C
P
F
O’
Tf
Tt
表示：（Tf/Tt )s
IEC标准： （1.2/50)s
Tf: 1.2±30% s ,Tt : 50 ±20% s
2. 截断波
100 90 70 30 10 0
C
100 90
B
M
30
C
30
C A
D
90 100
D
Tc
0
Tc
t
波前截断 Tc：0.5~2.0 s
波尾截断 Tc： 2~5 s
T2 T2
) )
t 2 t1 T2 ln 7
t1 f
t2 t
Tf
t1 t 2 3.24T2 0.9 0.3
波头时间决定于负载电容的充电时间常数T2
C1C2 低效回路：T f 3.24( R f Rd ) C1 C2 高效回路：T f 3.24R f C1C2 C1 C2
D T r R R R
单边高效
D
r
R
R
R
T
rR
R
R
R
双边低效
D
r r
R
R
R
r D T D R C C
R
R C R C C
R C
R
R
C
双边高效
5-3 冲击电压发生器放电回路分析
一、数学分析
Rd
U1
Rf
i3
C1
i1
i2
C2
u2
回路方程：
du2 du1 u1 u2 R f C2 Rd C1 dt dt
决定于C1, C2向波尾电阻放电的时间常数
三、计算机仿真
PISPICE仿真
仿真波形
考虑杂散电容时的仿真
四、回路中存在电感时
U0
_
rd
Rt
L
Rf
+
C/4
C0
u2
L Rd R f 2 R-L-C回路不发生振荡时 C1C2 C1 C2 C1C2 T f 2.33T2 2.33( R f Rd ) C1 C2
第五章 冲击电压发生器
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: 0.5~10s 波尾： 20~90s 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
二、冲击电压的标准波形定义 1. 雷电全波
3. 操作波
Td
100 90 100 90
Td
50
50
0
t
Tf
0
t
Tf
Tt Tz
Tt
表示：（Tf/Tt )s
IEC标准： （250/2500)s
Tf: 250±20% s , Tt : 2500 ±60% s Td: 200 s ; Tz: 500 s
4. 非标准波形(振荡幅值或过冲<5%)
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
五、负载为电感性负载时
要求：Tt min 40 µs (IEC) and dmax 50 %.
电感性负载上电压：
负载上的冲击波形
Rt
Rs
Lt
Lg
补偿回路限制过冲
5-4 冲击电压发生器的充电回路
一、主要充电回路
单边低效 单边高效 双边低效 改进回路
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
C1C2 T f 4.66 L 4.66 LC2 C1 C2