CN105738667A - 一种雷电流发生器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种雷电流发生器，涉及通信领域，能够在保证雷电流发生器的输出电流满足需要的前提下，使各个电容器在放电时电流同时到达放电电极，减小雷电流发生器的占地面积。该雷电流发生器包括：充电回路模块，与充电回路模块相连的电容组，与电容组相连的放电回路模块，以及与充电回路模块和放电回路模块均连接的控制电路，电容组包括多个并联的电容器，第一均压极板，第一均压极板与多个并联的电容器的第一电极连接；第二均压极板，第二均压极板与多个并联的电容器的第二电极连接；第一电极为高压电极，第二电极为低压电极；或者，第一电极为低压电极，第二电极为高压电极。

Description

一种雷电流发生器

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种雷电流发生器。

背景技术

雷电流发生器(又称雷击浪涌发生器)是一种模拟雷电流的设备，用于检验电涌保护器等通信设备抗感应雷的能力，其中，感应雷也称为雷电感应或感应过电压。由麦克斯韦电磁理论可知：变化着的电场伴随变化着的磁场，变化着的磁场也伴随变化着的电场，因此，电磁感应雷是由于雷电放电时，巨大的冲击雷电流在周围空间产生迅速变化的强磁场引起的。

现有技术中的雷电流发生器通常包括：充电回路和放电回路。雷电流发生器在工作时，通过向充电回路中的电容充电，当电容充电到一定电压后，便可断开充电回路，触发电容在放电回路中通过放电回路中的调波电感和调波电阻放电，产生冲击电流波。通常的，雷电流发生器中的电容是多个电容器并联而成的，如图1或者图2所示，雷电流发生器的多个电容器呈方框式排列或者圆环式排列，采用铜条或粗铜线等导体作为各个电容电极的连线连接至放电电极。

随着电涌保护器量级的增大，雷电流发生器所需求的输出电流也在增大。然而，提高雷电流发生器的输出电流需要增加雷电流发生器中并联电容器的个数，为了使并联的电容器充电均衡，雷电流发生器的占地面积会非常大，而且并联电容器的个数增多，很难保证各个电容器在放电时电流能够同时到达放电电极。

发明内容

本发明实施例提供一种雷电流发生器，能够在保证雷电流发生器的输出电流满足需要的前提下，使多个并联的电容器在放电时电流同时到达放电电极，减小雷电流发生器的占地面积。

本发明实施例提供一种雷电流发生器，包括充电回路模块，与充电回路模块相连的电容组，与电容组相连的放电回路模块，以及与充电回路模块和放电回路模块均连接的控制电路，其中，电容组包括多个并联的电容器，雷电流发生器还包括：

第一均压极板，第一均压极板与多个并联的电容器的第一电极连接；

第二均压极板，第二均压极板与多个并联的电容器的第二电极连接；

其中，第一电极为高压电极，第二电极为低压电极；或者，第一电极为低压电极，第二电极为高压电极。

本发明实施例提供的雷电流发生器，由于多个并联的电容器的第一电极和第二电极分别与一个均压极板连接，使得多个并联的电容器通过均压极板放电，因此，能够在保证雷电流发生器的输出电流满足需要的前提下，使多个并联的电容器在放电时电流同时到达放电电极，减小了雷电流发生器的占地面积。

可选的，第一均压极板与第二均压极板的面积大于或者等于2平方米。

可选的，第一均压极板与第二均压极板的形状为圆形或者矩形，第一均压极板与第二均压极板的材料为铜或者铝。

可选的，多个并联的电容器呈方框式均匀排列或者圆环式均匀排列。

可选的，雷电流发生器还包括：

设置在第一均压极板与第二均压极板之间的至少一根绝缘棒，至少一根绝缘棒用于支撑第一均压极板和第二均压极板。

可选的，充电回路模块具体包括：与电源和控制电路相连的调压器，电源与调压器的输入端相连，控制电路与调压器的输出端相连；与调压器相连的变压器，调压器的输出端与变压器的原端相连；与变压器的副端相连的第一电阻；与第一电阻相连的高压硅堆；其中，调压器的输入端和变压器的副端接地，电容组与高压硅堆和变压器的副端均相连。

可选的，放电回路模块具体包括：与电容组和控制电路相连的放电电极，电容组与放电电极的第一电极相连，控制电路与放电电极的第二电极相连；与放电电极的第二电极相连的电感；与电感相连的第二电阻；与第二电阻相连的雷电流保护器；与雷电流保护器相连的分流器；其中，分流器与电容组和变压器的副端均相连。

可选的，控制电路具体包括：与调压器的输出端相连的主控电路，以及与主控电路和放电电极的第二电极均相连的气泵。

可选的，放电电极为一对相对设置的铜球或者石墨球。

可选的，分流器为罗高夫斯基线圈分流器。

本发明实施例提供的雷电流发生器，包括充电回路模块，与充电回路模块相连的电容组，与电容组相连的放电回路模块，以及与充电回路模块和放电回路模块均连接的控制电路，其中，电容组包括多个并联的电容器，第一均压极板，第一均压极板与多个并联的电容器的第一电极连接；第二均压极板，第二均压极板与多个并联的电容器的第二电极连接；其中，第一电极为高压电极，第二电极为低压电极；或者，第一电极为低压电极，第二电极为高压电极。

基于上述实施例的描述，由于多个并联的电容器的第一电极和第二电极分别与一个均压极板连接，使得多个并联的电容器通过均压极板放电，因此，能够在保证雷电流发生器的输出电流满足需要的前提下，使多个并联的电容器在放电时电流同时到达放电电极，减小了雷电流发生器的占地面积。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。

图1为现有技术中雷电流发生器中的电容的排列示意图一；

图2为现有技术中雷电流发生器中的电容的排列示意图二；

图3为本发明实施例提供的一种雷电流发生器的等效电路图一；

图4为本发明实施例提供的一种雷电流发生器的等效电路图二；

图5为本发明实施例提供的一种雷电流发生器的多个并联的电容器与均压极板的连接关系示意图一；

图6为本发明实施例提供的一种雷电流发生器的多个并联的电容器与均压极板的连接关系示意图二；

图7为本发明实施例提供的一种雷电流发生器的多个并联的电容器与均压极板的连接关系的俯视示意图一；

图8为本发明实施例提供的一种雷电流发生器的多个并联的电容器与均压极板的连接关系的俯视示意图二；

图9为本发明实施例提供的一种雷电流发生器的多个并联的电容器与均压极板的连接关系的俯视示意图三；

图10为本发明实施例提供的一种雷电流发生器的多个并联的电容器与均压极板的连接关系的俯视示意图四；

图11为本发明实施例提供的一种雷电流发生器输出电流的仿真结果一；

图12为本发明实施例提供的一种雷电流发生器输出电流的仿真结果二；

图13为本发明实施例提供的一种雷电流发生器输出电流的仿真结果三。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本发明实施例中描述的技术可用于各种雷电流发生器，雷电流发生器是一种模拟雷电流的设备，其目的是为了产生标准的8/20μs雷电流。其中，8/20μs雷电流是指8μs能到达峰值的80％，且20μs时能量下降到峰值的一半的电流波。本发明实施例所描述的雷电流发生器可以根据需求产生0到300kA标准的8/20μs雷电流，甚至更大的雷电流。例如本发明实施例所描述的雷电流发生器可以产生200kA标准的8/20μs雷电流，也可以产生300kA标准的8/20μs雷电流，本发明不做限制。

需要说明的是：本发明实施例中所描述的“上”“下”只是参考附图对本发明进行说明，不作为限定用语。

还需要说明的是，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本发明实施例提供一种雷电流发生器，雷电流发生器的等效电路图如图3所示，包括充电回路模块10，与充电回路模块10相连的电容组C，与电容组C相连的放电回路模块11，以及与充电回路模块10和所述放电回路模块11均连接的控制电路12，其中，电容组C包括多个并联的电容器，雷电流发生器还包括：

第一均压极板(图3中未画出)，第一均压极板与多个并联的电容器的第一电极连接；

第二均压极板(图3中未画出)，第二均压极板与多个并联的电容器的第二电极连接；

其中，第一电极为高压电极，第二电极为低压电极；或者，第一电极为低压电极，第二电极为高压电极。

需要说明的是，本发明实施例提供的第一均压极板和第二均压极板的面积大于或者等于2平方米，形状为圆形或者矩形，且第一均压极板和第二均压极板均为表面平滑的金属板，通常的，第一均压极板和第二均压极板为铜板或者铝板。

还需要说明的是，由于多个并联的电容器的第一电极和第二电极分别与一个均压极板连接，使得多个并联的电容器通过均压极板放电，因此，能够在保证雷电流发生器的输出电流满足需要的前提下，使多个并联的电容器在放电时电流同时到达放电电极，减小了雷电流发生器的占地面积。

进一步地，如图4所示，充电回路模块10(图4中虚线框所指示的部分)具体包括：与电源和控制电路12相连的调压器T1，电源与调压器T1的输入端相连，控制电路12与调压器T1的输出端相连；与调压器T1相连的变压器T2，调压器T1的输出端与变压器T2的原端相连；与变压器T2的副端相连的第一电阻R1；与第一电阻R1相连的高压硅堆D；其中，调压器T1的输入端和变压器T2的副端接地，电容组C与高压硅堆D和变压器T2的副端均相连。

进一步地，放电回路模块11(图4中虚线框所指示的部分)具体包括：与电容组C和控制电路12相连的放电电极G，电容组C与放电电极G的第一电极相连，控制电路12与放电电极G的第二电极相连；与放电电极G的第二电极相连的电感L；与电感L相连的第二电阻R2；与第二电阻R2相连的雷电流保护器SPD；与雷电流保护器SPD相连的分流器S；其中，分流器S与电容组C和变压器T2的副端均相连。

需要说明的是，雷电流保护器SPD通常为电涌保护器，也被称为试品，放电回路模块11放电产生的标准的8/20us雷电流流过雷电流保护器SPD，对试品抗感应雷能力进行检测。

其中，高压硅堆D是一种由多只高压整流二极管(硅粒)串联组成的整流器，是高压整流中将交流变成直流必不可少的原件。分流器S用于采集雷电流，分流器S通常为罗高夫斯基线圈分流器。

可以理解的是，图3和图4所示的电容器C是雷电流发生器实际包括的多个电容器并联而成的，例如26个90kV、2pF电容器并联成90kV、52pF的电容组C。电感L和第二电阻R2为包括电容组C、回路连线、分流器S、放电电极G在内的电感及电阻值，同时也可以包括为了调整雷电流波形而外加的电感和电阻值。

进一步地，控制电路12(图4中虚线框所指示的部分)具体包括：与调压器T1的输出端相连的主控电路120，以及与主控电路120和放电电极G的第二电极均相连的气泵121。

可选的，放电电极G为一对相对设置的导体。优选的，放电电极为一对相对设置的铜球或石墨球。

可以理解的是，充电回路模块10和电容组C构成充电回路，放电回路模块11和电容组C构成放电回路。本发明实施例提供的雷电流发生器在工作时，主控电路120控制电源输入调压器T1，通过调压器T1和变压器T2得到预定的电流，电流经过高压硅堆D整流后向电容组C充电，当充电到预定电压后，主控电路120控制气泵121，使得与气泵121连接的放电电极G的两个铜球或者石墨球靠近，击穿两个球之间的空气后导通放电回路，并经由电容器C、电感L、第二电阻R2放电。可以理解的是，根据充电电压的高低和回路参数的大小，可产生不同大小的雷电流。

具体的，本发明实施例提供的雷电流发生器的多个并联的电容器与均压极板的连接关系如图5所示，第一均压极板A与多个并联的电容器的第一电极连接；第二均压极板B与多个并联的电容器的第二电极连接。第一均压极板A和第二均压极板B采用铜条或粗铜线等导体与至少两个电容器相连。

其中，第一均压极板A与第二均压极板B的面积大于或者等于2平方米，形状为圆形或者矩形，且第一均压极板A和第二均压极板B均为表面平滑的金属板，通常的，第一均压极板A和第二均压极板B为铜板或者铝板。

进一步地，如图6所示，雷电流发生器还包括：设置在第一均压极板A与第二均压极板B之间的至少一根绝缘棒Z，至少一根绝缘棒用于支撑第一均压极板和第二均压极板。

进一步地，多个并联的电容器可以呈方框式均匀排列或者圆环式均匀排列。

可选的，本发明实施例提供的雷电流发生器的多个并联的电容器与均压极板的连接关系的俯视图如图7所示，第一均压极板A与第二均压极板B的形状为圆形，多个并联的电容器呈方框式均匀排列。

可选的，本发明实施例提供的雷电流发生器的多个并联的电容器与均压极板的连接关系的俯视图如图8所示，第一均压极板A与第二均压极板B的形状为圆形，多个并联的电容器呈圆环式均匀排列。

可选的，本发明实施例提供的雷电流发生器的多个并联的电容器与均压极板的连接关系的俯视图如图9所示，第一均压极板A与第二均压极板B的形状为矩形，多个并联的电容器呈方框式均匀排列。

可选的，本发明实施例提供的雷电流发生器的多个并联的电容器与均压极板的连接关系的俯视图如图10所示，第一均压极板A与第二均压极板B的形状为矩形，多个并联的电容器呈圆环式均匀排列。

可以理解的是，本发明实施例提供的第一均压极板A与第二均压极板B的形状，以及多个并联的电容器的排列方式只是本发明的一种可实现的方式。在实际应用中，第一均压极板A与第二均压极板B也可以使除了圆形和矩形以外的形状，如梯形、椭圆形等；多个并联的电容器的排列方式也可以是除圆环式均匀排列和方框式均匀排列以外的排列方式，如不规则排列，本发明对此不作限制。

针对上述实施例的描述，本发明实施例示例性的给出了雷电流发生器中的分流器S采集的雷电流的仿真结果，如图11-图13所示。

其中，仿真结果一：图11中实线所示的仿真结果为利用图4所示的雷电流发生器仿真得出的100kA标准的8/20us雷电流；

仿真结果二：图12中实线所示的仿真结果为利用图4所示的雷电流发生器仿真得出的150kA标准的8/20us雷电流；

仿真结果三：图13中实线所示的仿真结果为利用图4所示的雷电流发生器仿真得出的200kA标准的8/20us雷电流。

从上面三种仿真可以看出，通过本发明实施例提供的雷电流发生器，可以得到较为标准的8/20us雷电流。

本发明实施例提供的雷电流发生器，包括充电回路模块，与充电回路模块相连的电容组，与电容组相连的放电回路模块，以及与充电回路模块和放电回路模块均连接的控制电路，其中，电容组包括多个并联的电容器，第一均压极板，第一均压极板与多个并联的电容器的第一电极连接；第二均压极板，第二均压极板与多个并联的电容器的第二电极连接；其中，第一电极为高压电极，第二电极为低压电极；或者，第一电极为低压电极，第二电极为高压电极。

基于上述实施例的描述，由于多个并联的电容器的第一电极和第二电极分别与一个均压极板连接，使得多个并联的电容器通过均压极板放电，因此，能够在保证雷电流发生器的输出电流满足需要的前提下，使多个并联的电容器在放电时电流同时到达放电电极，减小了雷电流发生器的占地面积。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种雷电流发生器，包括充电回路模块，与所述充电回路模块相连的电容组，与所述电容组相连的放电回路模块，以及与所述充电回路模块和所述放电回路模块均连接的控制电路，其中，所述电容组包括多个并联的电容器，其特征在于，所述雷电流发生器还包括：

第一均压极板，所述第一均压极板与所述多个并联的电容器的第一电极连接；

第二均压极板，所述第二均压极板与所述多个并联的电容器的第二电极连接；

其中，所述第一电极为高压电极，所述第二电极为低压电极；或者，所述第一电极为低压电极，所述第二电极为高压电极。

2.根据权利要求1所述的雷电流发生器，其特征在于，所述第一均压极板与所述第二均压极板的面积大于或者等于2平方米。

3.根据权利要求1或2所述的雷电流发生器，其特征在于，所述第一均压极板与所述第二均压极板的形状为圆形或者矩形，所述第一均压极板与所述第二均压极板的材料为铜或者铝。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的雷电流发生器，其特征在于，所述多个并联的电容器呈方框式均匀排列或者圆环式均匀排列。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的雷电流发生器，其特征在于，所述雷电流发生器还包括：

设置在所述第一均压极板与所述第二均压极板之间的至少一根绝缘棒，所述至少一根绝缘棒用于支撑所述第一均压极板和所述第二均压极板。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的雷电流发生器，其特征在于，

所述充电回路模块具体包括：与电源和所述控制电路相连的调压器，所述电源与所述调压器的输入端相连，所述控制电路与所述调压器的输出端相连；与所述调压器相连的变压器，所述调压器的输出端与所述变压器的原端相连；与所述变压器的副端相连的第一电阻；与所述第一电阻相连的高压硅堆；其中，所述调压器的输入端和所述变压器的副端接地，所述电容组与所述高压硅堆和所述变压器的副端均相连。

7.根据权利要求1-5中任意一项所述的雷电流发生器，其特征在于，

所述放电回路模块具体包括：与所述电容组和所述控制电路相连的放电电极，所述电容组与所述放电电极的第一电极相连，所述控制电路与所述放电电极的第二电极相连；与所述放电电极的第二电极相连的电感；与所述电感相连的第二电阻；与所述第二电阻相连的雷电流保护器；与所述雷电流保护器相连的分流器；其中，所述分流器与所述电容组和所述变压器的副端均相连。

8.根据权利要求7所述的雷电流发生器，其特征在于，

所述控制电路具体包括：与所述调压器的输出端相连的主控电路，以及与所述主控电路和所述放电电极的第二电极均相连的气泵。

9.根据权利要求7或8所述的雷电流发生器，其特征在于，所述放电电极为一对相对设置的铜球或者石墨球。

10.根据权利要求7所述的雷电流发生器，其特征在于，所述分流器为罗高夫斯基线圈分流器。