CN103675375A - 电感放电型高陡度冲击电流发生器 - Google Patents

电感放电型高陡度冲击电流发生器 Download PDF

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Abstract

一种电感放电型高陡度冲击电流发生器，其构成包括：充电电路、主电容器组、放电开关、断路开关、主电感、第一调波电阻、放电间隙、第二调波电感和第二调波电阻，所述的充电电路与主电容器组并联后一端接地，另一端依次经所述的放电开关、断路开关、接所述的放电间隙的一端，该放电间隙的另一端经调波电感接所述的第二调波电阻，所述的主电感与第一调波电阻并联后一端接所述的回路等效电阻与所述的放电间隙的节点，另一端接地。本发明用RL回路产生冲击电流，充电电容两端的电压不需要太高，而且产生的高陡度冲击电流幅值较大，提高了工程应用的可行性和经济性。

Description

电感放电型高陡度冲击电流发生器
技术领域
本发明涉及冲击电流发生器，特别是一种电感放电型高陡度冲击电流发生器。
背景技术
IEC62305-1规定的用于模拟雷电后续回击的短时间冲击电流的波前时间为0.25μs，对雷电防护等级（LPL）I级的要求幅值为50kA，II级的要求幅值为37.5kA，III级的要求幅值为25kA。而冲击电流发生器的输出电流的幅值和波形取决于电容充电电压、回路电感和电阻，理论上RLC回路可以产生任何波形。但在实际试验中，电容的充电电压不能超过其额定电压，回路各部件耐受高电压、大电流的能力也是有限的。
用普通RLC回路产生高幅值的波前时间为0.25μs的冲击电流时，由于波前时间很短，需要很大的调波电阻，充电电压需要数千kV，这对储能装置的设计与绝缘要求太高，同时需要多对放电球隙同步放电来实现。所以在实际试验中，用普通RLC回路产生高幅值的波前时间为0.25μs的冲击电流，不仅经济代价很高，而且缺乏实际可行性。
经过对现有技术的检索发现，国内还没有类似的该用途大电流高陡度冲击电流发生器。中国电力科学研究院的用于研究避雷器阀片的残压和过冲的陡波冲击电流发生器波前最短能做到0.18μs，但是最大输出电流仅为3kA，远远不能满足标准的要求。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供一种电感放电型高陡度冲击电流发生器，该发生器可产生幅值为25kA，波前时间为0.25μs的冲击电流。充电电容两端的电压不需要太高，而且产生的高陡度冲击电流幅值较大，提高了工程应用的可行性和经济性。
本发明的技术解决方案如下：
一种电感放电型高陡度冲击电流发生器，其特点在于其构成包括：充电电路、主电容器组、放电开关、断路开关、主电感、第一调波电阻、放电间隙、第二调波电感和第二调波电阻，所述的充电电路与主电容器组并联后一端接地，另一端依次经所述的放电开关、断路开关、接所述的放电间隙的一端，该放电间隙的另一端经调波电感接所述的第二调波电阻，所述的主电感与第一调波电阻并联后一端接所述的回路等效电阻与所述的放电间隙的节点，另一端接地。
所述的充电电路包括：第一可控硅、第二可控硅、第一电阻、第二电阻、升压变压器、第三电阻和二极管，所述的第一可控硅与第二可控硅反向并联后一端接380V一端，另一段与所述的第一电阻的一端相连，该第一电阻的另一端与所述的第二电阻和升压变压器的初级线圈的一个节点相连，所述的第二电阻和所述的升压变压器的初级线圈的另一节点接所述的380V的另一端，所述的升压变压器的次级线圈的一端经第三电阻和二极管接所述的主电容器组的非地端，该升压变压器的次级线圈的另一端接地。
所述的断路开关为电爆炸丝。
所述的充电电路中的第一可控硅和第二可控硅用来控制充电时电源的导通角，从而达到控制整流电压幅值的目的；第一电阻和第二电阻是升压变压器初级侧的保护电阻；第三电阻和二极管组成整流回路并为主电容器组进行直流充电。
所述放电间隙为两个表面光滑的等半径的钨铜球分别作为第一主电极和第二主电极。
本发明的技术效果如下：
本发明用RL回路产生冲击电流时，主电容器组两端的电压不需要太高，而且产生的高陡度冲击电流幅值较大，提高了工程应用的可行性和经济性。
附图说明
图1是本发明电路原理图。
图2是充电电路图。
图3是高陡度冲击电流发生器仿真波形。
图4是仿真波形波头细节图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例対本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图1，图1是本发明电感放电型高陡度冲击电流发生器实施例电路原理图。如图所示，本实施例电感放电型高陡度冲击电流发生器包括：充电电路1、主电容器组2、放电开关3、回路等效电感4、断路开关5、回路等效电阻6、主电感7、第一调波电阻8、放电间隙9、第二调波电感10、第二调波电阻11，被试品12，其中：充电电路1与充电电容器组2并联并与放电开关3、回路等效电感4、断路开关5及回路等效电阻6串联组成第一支路13，放电间隙9与第二调波电感10、第二调波电阻11及被试品12串联组成第二支路14，主电感7与第一调波电阻8并联后与第一支路13和第二支路14并联。
如图2所示，所述的充电电路1包括：第一可控硅SCR1、第二可控硅SCR2、第一电阻R1、第二电阻R2、升压变压器T、第三电阻R3和二极管D，其中：第一可控硅SCR1与第二可控硅SCR2反向并联，一端与第一电阻R1的一端相连，第一电阻R1的另一端分别与第二电阻R2以及升压变压器T的初级线圈相连接，升压变压器T的次级线圈的一端经所述的第三电阻R3和二极管D接主电容器组2非地端，升压变压器T的次级线圈的另一端接地。
所述的充电电路1中的第一可控硅SCR1和第二可控硅SCR2用来控制充电时电源的导通角，从而达到控制整流电压幅值的目的；第一电阻R1和第二电阻R2是变压器T初级侧的保护电阻；第三电阻R3和二极管D组成整流回路并为主电容器组2进行直流充电。
第一可控硅SCR1和第二可控硅SCR2控制可调的交流电源通过升压变压器T之后，经过整流输出直流，进而向主电容器组2充电，第一可控硅SCR1和第二可控硅SCR2控制交流电源的导通角，从而起到调节充电电压大小和充电速度的作用。主电容器组2充电完毕后，放电开关3导通，电容的大部分能量转移到充电电感7上，当充电电流接近峰值时断路开关断开，此时充电电感击穿放电间隙9，在被试品12上输出冲击电流波形。此过程首次放电是主电容器组2对主电感7放电，二次放电是主电感7对被试品12放电，产生高陡度的冲击电流。输出波形的波头时间由主电感7、第一调波电阻8、第二调波电感10、第二调波电阻11决定。
实验表明，本发明最显著的特点是：用RL回路产生冲击电流，充电电容两端的电压不需要太高，而且产生的高陡度冲击电流幅值较大，提高了工程应用的可行性和经济性。

Claims (4)

1.一种电感放电型高陡度冲击电流发生器，其特征在于其构成包括：充电电路（1）、主电容器组（2）、放电开关（3）、断路开关（5）、主电感（7）、第一调波电阻（8）、放电间隙（9）、第二调波电感（10）和第二调波电阻（11），所述的充电电路（1）与主电容器组（2）并联后一端接地，另一端依次经所述的放电开关（3）、断路开关（5）、接所述的放电间隙（9）的一端，该放电间隙（9）的另一端经调波电感（10）接所述的第二调波电阻（11），所述的主电感（7）与第一调波电阻8并联后一端接所述的回路等效电阻（6）与所述的放电间隙（9）的节点，另一端接地。
2.根据权利要求1所述的电感放电型高陡度冲击电流发生器，其特征在于，所述的充电电路（1）包括：第一可控硅（SCR1）、第二可控硅（SCR2）、第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、升压变压器（T）、第三电阻（R3）和二极管（D），所述的第一可控硅（SCR1）与第二可控硅（SCR2）反向并联，一端接380V一端，另一段与所述的第一电阻（R1）的一端相连，该第一电阻（R1）的另一端与第二电阻（R2）和所述的升压变压器（T）的初级线圈的一个节点相连，所述的第二电阻（R2）和所述的升压变压器（T）的初级线圈的另一节点接所述的380V的另一端，所述的升压变压器（T）的次级线圈的一端经第三电阻（R3）和二极管（D）接所述的主电容器组（2）的非地端，该升压变压器（T）的次级线圈的另一端接地。
3.根据权利要求1所述的电感放电型高陡度冲击电流发生器，其特征在于，首次放电是主电容器组（2）对主电感（7）放电，二次放电是主电感（7）对被试品（12）放电，产生高陡度的冲击电流。
4.根据权利要求1或2所述的电感放电型高陡度冲击电流发生器，其特征是，所述的断路开关（5）为电爆炸丝。
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