CN104660092B - 一种用于火花间隙保护的脉冲触发装置 - Google Patents
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Abstract
本发明专利公开了一种用于火花间隙保护的脉冲触发装置，包括驱动电阻、三极管、第一二极管、第一变压器、第二二极管、可控硅、储能电容及第二变压器。通过第一变压器将外部电源提供的低压直流转换为脉动高压，为储能电容充电。通过控制可控硅开通，并经过第二变压器变压，将储存在电容内的能量转换为脉冲高压输出。改变第一变压器分接头接线改变第一变压器变比，从而改变储能电容的充电电压，进而改变输出高压脉冲的幅值。通过降低放电回路杂散电感和第二变压器一次绕组的电感值，为火花间隙保护提供一个上升沿极短的一个高压脉冲。本发明专利结构简单，可靠性高，符合工程现场的实际情况。
Description
技术领域
本发明专利涉及高电压、大电流技术领域，尤其涉及一种用于火花间隙保护的脉冲触发装置。
背景技术
火花间隙是电力系统中常用的一种过电压保护措施，火花间隙性能直接影响被保护设备的寿命，对这类火花间隙的要求是：大电流、高电压、延时短、动作频繁等。当接收到来自保护系统的触发信号后，脉冲触发装置产生的高压脉冲施加到火花间隙的触发电极上。在高压脉冲作用下，触发电极和低压电极表面点火击穿，在局部产生等离子体，降低了火花间隙的耐压能力，在外电压作用下，火花间隙击穿，防止被保护设备因过电压而损坏。
在工程应用中，用于火花间隙保护的脉冲触发装置存在以下缺点：
第一，没有办法实现脉冲触发装置与火花间隙的电气隔离。这样，脉冲触发装置必须采用外部电源供电，如太阳能供电、激光供电、超声波供电、微波供电等，这些供电方式产生的电压往往较小，脉冲触发装置需要将低电压下的能量积累转换为高压脉冲输出。
第二，为了缩短火花间隙的击穿延时，脉冲触发装置需要产生一个幅值较高，上升沿极短的一个高压脉冲，这对电路设计，尤其是电感参数的设计提出了很高的要求。为了使火花间隙保护得到更广泛的应用，亟待设计一种脉冲触发装置来解决上述问题。
发明专利内容
本发明专利的目的就是为了解决上述问题，提供了一种用于火花间隙保护的脉冲触发装置，将低电压下的能量积累转换为幅值大、上升沿短的高压脉冲输出，满足火花间隙保护对触发源的要求。
为了实现上述目的，本发明专利采用如下技术方案：
一种用于火花间隙保护的脉冲触发装置，包括：方波信号源，第一变压器，第一二极管，第二二极管，储能电容，可控硅，第二变压器；
所述方波信号源的输出端连接驱动电阻的一端，所述驱动电阻的另一端连接三极管的基极，所述三极管的发射极接地，集电极连接第一变压器的一次绕组的一端，所述第一变压器一次绕组的另一端连接电源，所述第一变压器一次绕组的两端并联第一二极管，所述第一二极管的负极连接电源端；上述电路构成第一变压器的一次侧放电回路；
所述第一变压器的二次绕组的一端连接第二二极管的正极，第一变压器的二次绕组连接第二二极管正极的一端与第一变压器一次绕组连接第一二极管正极的一端为同名端；
所述第二二极管的负极连接储能电容的一端，所述储能电容的另一端接地并且连接第二变压器一次绕组的一端，所述第二变压器一次绕组的另一端连接第一变压器的二次绕组的另一端；所述第二变压器的二次绕组输出高压脉冲；
所述第二二极管的负极连接可控硅的阳极，所述可控硅的阴极连接第一变压器二次绕组不接地的一端，所述第二二极管的控制极通过光电隔离模块与外部触发信号端连接。
所述储能电容与第一变压器二次绕组、第二二极管和第二变压器一次绕组构成电容充电回路；可控硅、储能电容及第一变压器的二次绕组构成电容放电回路。
所述方波信号源由555定时器产生。
所述第一变压器的一次绕组和二次绕组都有多个分接头，用于改变第一变压器的变比。
本发明专利的有益效果是：
1、本发明专利通过第一变压器将外部电源提供的低压直流转换为脉动高压，为储能电容充电。通过控制可控硅开通，并经过第二变压器，将储存在电容内的能量转换为脉冲高压输出，结构简单，可靠性高，符合工程现场的实际情况。
2、本发明专利通过调整第一变压器的分接头的接线，改变第一变压器一次绕组和二次绕组的匝数，改变第一变压器的变比，进而改变储能电容的充电电压，可以为火花间隙保护的触发击穿提供不同幅值、不同能量的脉冲电压，满足不同现场的实际需要。
3、本发明专利通过降低放电回路杂散电感，并对第二变压器一次绕组进行处理，使其控制在几微亨以内，可以得到一个陡脉冲高压脉冲，上升沿很短。
附图说明
图1是用于火花间隙保护的脉冲触发装置的结构示意图；
图中1是方波信号源，2是三极管，3是驱动电阻，4是第一二极管，5是第一变压器，6是第二二极管，7是光电隔离模块，8是可控硅，9是储能电容，10是第二变压器。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明专利做进一步说明：
如图1所示，一种用于火花间隙保护的脉冲触发装置，包括：方波信号源1；方波信号源1采用555定时器来实现，通过调节外接电阻改变方波信号的占空比；方波信号源1的输出端连接驱动电阻3的一端，驱动电阻3的另一端连接三极管2的基极，三极管2的发射极接地，集电极连接第一变压器5的一次绕组的一端，第一变压器5一次绕组的另一端连接电源，第一变压器5一次绕组的两端并联第一二极管4，第一二极管4的负极连接电源端；上述电路构成第一变压器5的一次侧放电回路；
第一变压器5的二次绕组的一端连接第二二极管6的正极，第一变压器5的二次绕组连接第二二极管6正极的一端与第一变压器5一次绕组连接第一二极管4正极的一端为同名端；
第二二极管6的负极连接储能电容9的一端，储能电容9的另一端接地并且连接第二变压器10一次绕组的一端，第二变压器10一次绕组的另一端连接第一变压器5的二次绕组的另一端；第二变压器10的二次绕组输出高压脉冲；
第二二极管6的负极连接可控硅8的阳极，可控硅8的阴极连接第一变压器5二次绕组不接地的一端，第二二极管6的控制极通过光电隔离模块7与外部触发信号端连接。
储能电容9与第一变压器5二次绕组、第二二极管6和第二变压器10一次绕组构成电容充电回路；可控硅8、储能电容9及第一变压器5的二次绕组构成电容放电回路。
第一变压器5的一次绕组和二次绕组都有多个分接头，用于改变第一变压器5的变比。
所用的三极管由深圳市明佳达电子有限公司提供，型号为BU406；所用的第一二极管和第二二极管由深圳市特加特科技有限公司提供，型号为1N4148；所用的可控硅由凯高达电子科技有限公司公司提供，型号为MCR100；光电隔离模块采用Avago Technologies公司制造的6N137。
本发明专利的工作原理和工作过程如下：
方波信号源1产生占空比可调的方波，控制三极管2周期性的开通关断，驱动电阻3用于限制驱动电流大小。当三极管2导通时，电源端、第一变压器5的一次绕组、三极管2构成一次侧放电回路，在第一变压器5的一次绕组中产生脉冲电流，进而在第一变压器5的二次绕组两端产生脉冲高压。通过改变第一变压器5的分接头接线，改变第一变压器5的变比，进而改变充电电压。
第一变压器5二次绕组产生的脉冲高压不断地为储能电容9充电，直至储能电容9两端电压与第一变压器5二次绕组两端电压相同，充电结束。当可控硅8接收到外部的触发信号导通后，储能电容9沿着可控硅8、第二变压器10一次绕组放电，在第二变压器10一次绕组中产生脉冲电流，进而在第二变压器10二次绕组两端产生脉冲高压。第一变压器5一次绕组和二次绕组侧地电位不相同，电位差为第一变压器5二次绕组两端电压，触发信号需要经过一个光电隔离模块7，将两个地电位隔离。
上述虽然结合附图对本发明专利的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明专利保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明专利的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明专利的保护范围以内。
Claims (1)
1.一种用于火花间隙保护的脉冲触发装置，其特征是，包括：方波信号源；
所述方波信号源的输出端连接驱动电阻的一端，所述驱动电阻的另一端连接三极管的基极，所述三极管的发射极接地，集电极连接第一变压器的一次绕组的一端，所述第一变压器一次绕组的另一端连接电源，所述第一变压器一次绕组的两端并联第一二极管，所述第一二极管的负极连接电源端；上述电路构成第一变压器的一次侧放电回路；
所述第一变压器的二次绕组的一端连接第二二极管的正极，第一变压器的二次绕组连接第二二极管正极的一端与第一变压器一次绕组连接第一二极管正极的一端为同名端；
所述第二二极管的负极连接储能电容的一端，所述储能电容的另一端接地并且连接第二变压器一次绕组的一端，所述第二变压器一次绕组的另一端连接第一变压器的二次绕组的另一端；所述第二变压器的二次绕组输出高压脉冲；
所述第二二极管的负极连接可控硅的阳极，所述可控硅的阴极连接第一变压器二次绕组不接地的一端，所述第二二极管的控制极通过光电隔离模块与外部触发信号端连接，
所述第一变压器的一次绕组和二次绕组都有多个分接头，用于改变第一变压器的变比，
所述方波信号源由555定时器产生。
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