CN101949960B - 高电压放电实验箱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高电压放电实验箱，包括有箱体，直流放电实验区，用于在直流高压实验启动开关的控制下进行高压直流相关放电实验；交流高压放电实验区，用于在交流高压实验启动开关的控制下进行高压交流放电相关实验；并且在直流放电实验区设置有直流弹性切换开关，在交流放电实验区设置有交流弹性切换开关，可以将交、直流高压切换到不同放电电路中，在一个试验箱中实现多种高压放电实验，包括有直流电弧，人造闪电，交流空间和沿面放电等以及各种高电压绝缘实验。该实验箱成本低，功能强，实验丰富，实验现象明显，使用简单，而且相对安全，为高电压放电的原理和现象研究提供了设备基础。
Description
技术领域
本发明涉及高校学生进行电学实验或教学演示的一种装置，特别是用于进行高电压放电实验和研究高电压放电现象。
背景技术
我国正在进行的高压和特高压相关工程的建设，高电压大功率电源和交直流高电压特性等方面研究，有许多技术问题需要解决，包括系统研究、测试、产品研究与开发、工程设计和实施等问题.以及高压、特高压直流输电工程的电磁环境、过电压与绝缘配合、直流偏磁、控制保护系统、交直流高压的特性等方面的研究已经对于高电压领域科研人员的实践能力提出了更高的要求。
但是由于高压电学实验设备价格昂贵，并且现有的实验设备功能单一，实验危险性较大，控制不方便，所以试验设备很难推广，相关的实验也很难开展，因此很多学生往往只能通过观看录像或在科技展览馆中获得相关的高压电学实践知识，对高电压的放电现象往往没有一个直观的印象，而自己更没有得到实践的机会，理论和实践没有很好地结合起来。
基于提高学生实践能力原则，本发明提出了一种功能丰富，设计简单，控制方便，低成本，安全性高的高电压放电实验箱，该实验箱可以用于学生提高高电压放电理论知识和工程实践能力的提高，也对研究工作者深入研究高电压放电现象有一定的帮助。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提出了一种功能丰富，设计简单，控制方便，低成本，安全性高的高电压放电实验箱。
本发明所采用的技术方案是：一种高电压放电实验箱，包括有箱体，还设置有：直流放电实验区，用于在直流高压实验启动开关的控制下进行高压直流相关放电实验；交流高压放电实验区，用于在交流高压实验启动开关的控制下进行高压交流放电相关实验。
所述的直流放电实验区包括有与箱体内部直流高压发生电路阳极相连的直流高压阳极输出端，与箱体内部直流高压发生电路阳极相连的直流高压阴极输出端，以及为实现直流电弧实验而设置的直流电弧实验触点和为实现直流脉冲实验而设置的直流脉冲实验触点，连接在直流高压阳极输出端的直流弹性切换开关可以搭接在直流电弧实验触点上，与直流高压阴极输出端进行直流高压电弧实验，连接在直流高压阳极输出端的直流弹性切换开关可以搭接在直流脉冲实验触点上，与直流高压阴极输出端实现直流高压脉冲实验。
所述的交流高压放电实验区包括有与箱体内部交流高压发生电路相连的交流高压输出上端和交流高压输出下端，为实现交流电弧空间放电实验而设置的羊角状天线接线上触点和羊角状天线接线下触点和为实现交流电弧沿面放电实验而设置的炭膜隧道上触点和炭膜隧道下触点。
所述的连接在交流高压输出上端和交流高压输出下端的交流弹性上切换开关和交流弹性下切换开关可以搭接在羊角状天线接线上触点和羊角状天线接线下触点实现交流空间放电，连接在交流高压输出上端和交流高压输出下端的交流弹性上切换开关和交流弹性下切换开关还可以搭接在炭膜隧道上触点和炭膜隧道下触点上，在炭膜隧道中进行沿面放电。
本发明的一种高电压放电实验箱，是用简单的电路和电子元器件，在一个实验箱中就能完成直流和交流高压相关的多种高电压放电实验。通过弹性切换开关，可以将交、直流高压切换到不同放电电路中，在交、直流高压实验启动开关的控制下，可以实现直流电弧，人造闪电，交流空间和沿面放电实验以及各种高电压绝缘实验。该实验箱成本低，功能强，实验丰富，实验现象明显，使用简单，而且相对安全，为高电压放电的原理和现象研究提供了设备基础。
附图说明
图1是实验箱系统结构框图
图2是直流脉冲升压电路原理图
图3是羊角状天线示意图
其中：
1直流高压放电实验区 7直流高压实验启动开关
21交流高压输出上端 8交流高压实验启动开关
22交流高压输出下端 9交流高压放电实验区
31羊角状天线接线上触点 10直流弹性切换开关
32羊角状天线接线下触点 11直流高压阳极输出端
41交流弹性上切换开关 12直流脉冲实验触点
42交流弹性下切换开关 13直流电弧实验触点
51炭膜隧道上触点 14直流高压阴极输出端
52炭膜隧道下触点 15箱体。
6炭膜隧道 16直流脉冲实验升压电路
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种高电压放电实验箱做出详细的说明。
如图i所示，本发明的一种高电压放电实验箱，包括有箱体15，还设置有：直流放电实验区1，用于在直流高压实验启动开关7的控制下进行高压直流相关放电实验；交流高压放电实验区9，用于在交流高压实验启动开关8的控制下进行高压交流放电相关实验。
所述的直流放电实验区1包括有与箱体内部直流高压发生电路阳极相连的直流高压阳极输出端11，与箱体内部直流高压发生电路阳极相连的直流高压阴极输出端14，以及为实现直流电弧实验而设置的直流电弧实验触点13和为实现直流脉冲实验而设置的直流脉冲实验触点12，连接在直流高压阳极输出端11的直流弹性切换开关10可以搭接在直流电弧实验触点13上，与直流高压阴极输出端14进行直流高压电弧实验，连接在直流高压阳极输出端11的直流弹性切换开关10可以搭接在直流脉冲实验触点12上，与直流高压阴极输出端14实现直流高压脉冲实验。
所述的交流高压放电实验区9包括有与箱体内部交流高压发生电路相连的交流高压输出上端21和交流高压输出下端22，为实现交流电弧空间放电实验而设置的羊角状天线接线上触点31和羊角状天线接线下触点32和为实现交流电弧沿面放电实验而设置的炭膜隧道上触点51和炭膜隧道下触点52。
所述的连接在交流高压输出上端21和交流高压输出下端22的交流弹性上切换开关41和交流弹性下切换开关42可以搭接在羊角状天线接线上触点31和羊角状天线接线下触点32实现交流空间放电，连接在交流高压输出上端21和交流高压输出下端22的交流弹性上切换开关41和交流弹性下切换开关42还可以搭接在炭膜隧道上触点51和炭膜隧道下触点52上，在炭膜隧道6中进行沿面放电。
如图2所示，直流脉冲实验升压电路16的GND与直流高压阴极输出端14相连，直流脉冲实验升压电路16的HV与直流脉冲实验触点12相连，其升压原理采用的是Marx(马克思脉冲)发生器，是由多个相同的电容C并联连接，在每两个电容C的各相并联端之间都接有一个阻值大于2MΩ的电阻M2，在每两个电容C的尾首之间都通过放电球隙G相连；Marx发生器的基本原理是使电容C并联充电，再串联放电，从而实现电压的倍增。
当所加电压为+HV时，因为初始时放电球隙G并未被击穿，故而断路。所有的电容C并联在电源两侧。对于每一个电容C而言，如果充满电，其两端的电势差为+HV。当在+HV的电压作用下第一级放电球隙g击穿后，如图2，①②两点相当于导线连接，②处的电势瞬时变化和①相同，即从0变为+HV；③与②的电势差为+HV，故而③处电势变为+2HV；紧接着第二个放电球隙g击穿，④处电势由0变为+2HV，⑤处变为+3HV依此类推，经过9次升压，在放电终端FD电压升高为+9HV，从而在很短的时间内实现了电压的倍增。而且，因为图中电阻M2的阻值很大，为MΩ级，可以起到很好的隔离作用，使相邻各点之间的电势不会在短时间内相互影响。
如图3所示，所述的羊角状天线接线上触点31和羊角状天线接线下触点32可以分别与一个羊角状天线的Z4端相连，交流高压电弧将沿着两个羊角状天线运行，同时可以拉伸或压缩羊角状天线，以实现调整交流高压电弧运行长度的目的。
本发明的一种高电压放电实验箱，可以实现多种高压放电实验，包括有直流电弧，人造闪电，交流空间和沿面放电等以及各种高电压绝缘实验。该实验箱成本低，功能强，实验丰富，实验现象明显，使用简单，而且相对安全，为高电压放电的原理和现象研究提供了设备基础。
Claims (2)
1.一种高电压放电实验箱，包括有箱体(15)，其特征在于，还设置有：直流放电实验区(1)，用于在直流高压实验启动开关(7)的控制下进行高压直流相关放电实验；交流高压放电实验区(9)，用于在交流高压实验启动开关(8)的控制下进行高压交流放电相关实验；交流高压放电实验区(9)包括有与箱体内部交流高压发生电路相连的交流高压输出上端(21)和交流高压输出下端(22)，为实现交流电弧空间放电实验而设置的羊角状天线接线上触点(31)和羊角状天线接线下触点(32)和为实现交流电弧沿面放电实验而设置的炭膜隧道上触点(51)和炭膜隧道下触点(52)，连接在交流高压输出上端(21)和交流高压输出下端(22)的交流弹性上切换开关(41)和交流弹性下切换开关(42)可以搭接在羊角状天线接线上触点(31)和羊角状天线接线下触点(32)实现交流空间放电，连接在交流高压输出上端(21)和交流高压输出下端(22)的交流弹性上切换开关(41)和交流弹性下切换开关(42)还可以搭接在炭膜隧道上触点(51)和炭膜隧道下触点(52)上，在炭膜隧道(6)中进行沿面放电。
2.根据权利要求1所述的一种高电压放电实验箱，其特征在于，所述的直流放电实验区(1)包括有与箱体内部直流高压发生电路阳极相连的直流高压阳极输出端(11)，与箱体内部直流高压发生电路阴极相连的直流高压阴极输出端(14)，以及为实现直流电弧实验而设置的直流电弧实验触点(13)和为实现直流脉冲实验而设置的直流脉冲实验触点(12)，连接在直流高压阳极输出端(11)的直流弹性切换开关(10)可以搭接在直流电弧实验触点(13)上，与直流高压阴极输出端(14)进行直流高压电弧实验，连接在直流高压阳极输出端(11)的直流弹性切换开关(10)可以搭接在直流脉冲实验触点(12)上，与直流高压阴极输出端(14)实现直流高压脉冲实验。
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