CN108303574A - 一种分布式雷电电压发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式雷电电压发生装置，涉及电学技术领域。所述分布式雷电电压发生装置包括若干个电压发生单元、充电装置、球隙传动控制装置和球隙触发点火装置；充电装置、电压发生单元、球隙触发点火装置顺次连接；各个电压发生单元分别与所述球隙传动控制装置连接；若干个电压发生单元呈上、下排列和/或呈左、右排列，相邻两个电压发生单元通过连接部件连接；电压发生单元为框架结构，框架结构包括多个电压发生模块，电压发生模块包括主电容器、铜球放电装置、充电电阻、波头电阻和波尾电阻。本发明具有组装快速、拆装方便、无需吊车和宽敞安装空间和狭小现场环境适应力强的优点。

Description

一种分布式雷电电压发生装置

技术领域

本发明涉及电学领域，尤其涉及一种分布式雷电电压发生装置。

背景技术

为了模拟雷电电压效应对飞机、风力发电机、兵器系统和避雷针防雷等机电系统的影响，需要对这些机电系统进行雷电电压效应试验和验证。雷电电压发生装置是试验和验证的必备设备。以C919商用飞机和4MW以上风力发电机为标志，雷电电压效应试验装置技术已经成为中国工业升级和中国2025智能制造计划必须跨越的技术门槛。雷电电压效应试验和验证需要产生的雷电电压幅值高达数千千伏，现有技术一般基于MARX发生器，然后采用并联充电、串联放电的原理产生数千千伏的雷电电压，需要发生器的级数很多。在现有雷电电压效应试验和验证过程存在的难题：

现有雷电电压发生装置在试验现场安装和拆卸时都需要起吊设备和宽阔的安装场地。在户外模拟雷电电压环境，往往需要多次将雷电电压发生装置本体转移场地，以满足试验电压水平和复杂试品形状对安全距离的要求，这需要反复多次上/下安装和拆卸电压发生装置。由于现场条件复杂，待测机电系统与周围物体距离比较接近，难以留出足够空间位置和高度用于放置起吊设备和雷电电压发生装置本体，给雷电电磁环境效应试验和验证带来很大困难。

故，现有雷电电压发生装置需要起吊设备和宽阔的安装场地，不适用于反复多次安装和拆卸的应用场合，不适用于复杂的试品形状如大型飞机，大型风力发电机现场空间环境。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分布式雷电电压发生装置，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明所述分布式雷电电压发生装置，所述分布式雷电电压发生装置包括若干个电压发生单元、充电装置、球隙传动控制装置和球隙触发点火装置；所述充电装置、所述电压发生单元、所述球隙触发点火装置顺次连接；各个电压发生单元分别与所述球隙传动控制装置连接；若干个电压发生单元呈上、下排列和/或呈左、右排列，相邻两个电压发生单元通过连接部件连接；所述电压发生单元为框架结构，所述框架结构的顶面为顶部绝缘板，所述框架结构的底面为底部绝缘板；所述顶部绝缘板与所述底部绝缘板通过四根成型绝缘支柱连接成所述框架结构；所述框架结构同侧的两根成型绝缘支柱之间固定连接若干根呈上、下并排排列的水平绝缘横档；所述顶部绝缘板与所述底部绝缘板上还对称设置竖直绝缘支柱的连接位；

所述电压发生单元还包括多个电压发生模块，每个电压发生模块包括主电容器；所述主电容器通过一根水平绝缘横档和竖直绝缘支柱a固定在所述框架结构内；所述主电容器的高压端分别串联连接铜球放电装置和充电电阻，且所述铜球放电装置和所述充电电阻呈并联关系，所述主电容器的低压端串联连接波头电阻，所述主电容器并联连接波尾电阻；每个铜球放电装置通过铜球同步传动箱与固定在框架结构上的主传动装置连接。

优选地，每个铜球放电装置通过两根竖直绝缘支柱连接，且该两根竖直绝缘支柱所在平面与所述平面A相同。

优选地，所述框架结构内设置用于固定所述铜球同步传动箱的竖直绝缘支柱。

优选地，所述成型绝缘支柱与所述顶部绝缘板之间的连接、所述成型绝缘支柱与所述底部绝缘板之间的连接、所述成型绝缘支柱与所述水平绝缘横档之间的连接、所述主电容器与所述水平绝缘横档之间的连接、所述主电容器与所述竖直绝缘支柱之间的连接均为可拆卸连接。

优选地，所述主传动装置、所述铜球同步传动箱和所述球隙传动控制装置按序顺次连接。

优选地，所述竖直绝缘支柱a为处于该主电容器竖直轴线所在平面A上的且与所述主电容器距离最近的竖直绝缘支柱。

本发明的有益效果是：

本发明所述分布式雷电电压发生装置用若干电压发生单元在水平方向和/或垂直方向连接后产生高幅值雷电电压，具有组装快速、拆装方便、无需吊车和宽敞安装空间和狭小现场环境适应力强的优点。本发明所述分布式雷电电压发生装置可依据现场空间环境特点，在水平或垂直方向上任意组合安装各电压单元模块，且无需借助外部吊装设备，节约本体安装/拆卸的时间与经费，大幅降低对现场环境和安装空间的要求，满足如大型飞机、大型风力发电机、避雷针的雷电电压效应等复杂形状的试品在比较小空间范围内完成雷电电压效应试验和验证。

附图说明

图1是电压发生单元的主视示意图；

图2是图1的俯视示意图；

图3是图1的左视示意图；

1--底部绝缘板，2--成型绝缘支柱，3--主电容器，4--顶部绝缘板，5--充电电阻，6--铜球放电装置，7--铜球同步传动杆，8--波尾电阻，9--波头电阻，10--铜球同步传动箱，11--主传动装置。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

关于本申请中涉及到的名词解释说明和各个结构的功能说明；

1、雷电电压：一种电压快速从0伏上升至峰值(一般需要数微秒-数百微秒)后又迅速衰减到0伏(一般需要数十-数千微秒)的暂态过程，可在实验室用MARX原理发生器产生。

2、主传动装置和铜球同步传动箱为球隙传动控制装置提供机械动力。

3、充电装置与各个电压发生单元供电连接，即：充电装置给电压发生单元提供直流充电电压；

4、球隙触发点火装置设置在所述电压发生单元电压输出端，即：球隙触发点火装置为电压发生单元提供可靠串联电压输出同步动作服务。

5、呈上、下分布的相邻两个电压发生模块中的主电容高压端通过铜球放电装置连接；呈上、下分布的相邻两个电压发生模块中的主电容器的高压端间还设置充电电阻，铜球放电装置与充电电阻成并联设置。

6、每个电压发生模块的主电容器均并联连接波尾电阻，用于调节输出电压的波尾时间；

7、呈上、下分布的相邻两个电压发生模块中的主电容器低压端通过波头电阻连接，即波头电阻串联连接在主电容器的低压端，用于调节输出电压的波前时间。

8、各个电压发生单元分别与所述球隙传动控制装置连接；各个电压发生单元通过球隙传动控制装置使电压发生单元内的球隙距离沿水平方向呈左、右变化。

实施例

本实施例提供一种分布式雷电电压发生装置。将若干相同电压产生单元模块用连接部件按由左到右和/或由下至上的方式安装组成雷电冲击电压发生装置本体。无需借助吊装设备和宽阔的安装场地即可实现雷电电压发生装置的快速安装。所述电压产生单元模块为长方体或正方体的框架结构；

本实施例中分布式雷电电压发生装置包括充电装置、球隙传动控制装置、球隙触发点火装置和若干电压发生单元模块。各电压发生单元通过球隙传动控制装置使各电压发生单元内的球隙距离沿水平方向左右变化，各电压发生单元可根据试品形状任意在竖直方向和/或水平方向上快速连接组成需要的雷电电压发生装置；所述分布式雷电电压发生装置依靠球隙触发点火装置形成雷电电压输出。本实施例所述分布式雷电电压发生装置改变了传统雷电电压发生装置必须自上而下整体安装和结构布局的方式，可按需要在水平方向和/或上、下方向上组合安装，充分适应复杂试品形状和狭窄场地，实现在现场和实验室快速安装/拆除/运输雷电电压发生装置，对复杂形状试品(如飞机，风机叶片)进行雷电电压效应测试的目的。

所述电压发生单元为框架结构，所述框架结构的顶面为顶部绝缘板，所述框架结构的底面为底部绝缘板；所述顶部绝缘板与所述底部绝缘板通过四根成型绝缘支柱连接成所述框架结构；所述框架结构同侧的两根成型绝缘支柱之间固定连接若干根呈上、下并排排列的水平绝缘横档；所述顶部绝缘板与所述底部绝缘板上还对称设置竖直绝缘支柱的连接位。

成型绝缘支柱和竖直绝缘支柱的上、下两端分别安装有金属法兰，通过金属法兰与顶部绝缘板和底部绝缘板固定连接。

水平绝缘横档两端分别通过紧固螺栓固定在成型绝缘支柱上；水平绝缘横档分别与所述底部绝缘板和顶部绝缘板呈平行排列。

所述电压发生单元还包括多个电压发生模块，每个电压发生模块包括主电容器；主电容器通过一根水平绝缘横档和竖直绝缘支柱a固定在所述框架结构内，所述竖直绝缘支柱a为处于该主电容器竖直轴线所在平面A上的且与所述主电容器距离最近的竖直绝缘支柱；呈上、下分布的相邻两个电压发生模块中的主电容高压端通过铜球放电装置连接；呈上、下分布的相邻两个电压发生模块中的主电容低压端通过波头电阻连接。

呈上、下分布的相邻两个电压发生模块中的主电容高压端设置充电电阻；所述充电电阻固定在竖直绝缘支柱上，且沿竖直设置；波头电阻倾斜设于上下级主电容器低压端之间。波头电阻一端通过金属法兰与同侧下级主电容器低压端相连，另一端通过金属法兰与同侧上级主电容器低压端相连。固定在竖直绝缘支柱上的铜球放电装置和铜球同步传动箱在主传动装置电机驱动下在水平方向上左右移动。

本实施例所述分布式雷电冲击电压发生装置的安装步骤如下：

步骤l：将成型绝缘支柱、水平绝缘横档、底部绝缘板和顶部绝缘板组装成电压发生单元模块长(正)方体框架结构。四角有4根成型绝缘支柱；

步骤2：将每级主电容器固定在一根水平绝缘横档上和一根竖直绝缘支柱上，完成多级主电容器的固定；

步骤3：将每次放电球隙的两端分别固定在两根竖直绝缘支柱上；

步骤4：将各级波头电阻，各级波尾电阻分别固定在2根结构绝缘支柱上，将各级充电电阻固定在1根竖直绝缘支柱b，且该竖直绝缘支柱b用于固定放电球隙的一端且与本级主电容器的距离最近；

步骤5：底部绝缘板上安装球隙传动杆和铜球同步传动箱，完成相应的电气连接后，1台长(正)方体电压发生单元模块就安装完成；

步骤6：重复步骤1-5，直到所需的雷电电压装置单元模块的数量满足需要产生的试验电压对应需要的单元模块数量；

步骤7：在水平或上下方向上组合安装各电压发生单元模块，以适应复杂试品形状和测试现场的空间布局，快速安装成雷电电压发生装置。

通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：本发明所述分布式雷电电压发生装置用若干电压发生单元在水平方向和/或垂直方向连接后产生高幅值雷电电压，具有组装快速、拆装方便、无需吊车和宽敞安装空间和狭小现场环境适应力强的优点。本发明所述分布式雷电电压发生装置可依据现场空间环境特点，在水平或垂直方向上任意组合安装各电压单元模块，且无需借助外部吊装设备，节约本体安装/拆卸的时间与经费，大幅降低对现场环境和安装空间的要求，满足如大型飞机、大型风力发电机、避雷针的雷电电压效应等复杂形状的试品在比较小空间范围内完成雷电电压效应试验和验证。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种分布式雷电电压发生装置，其特征在于，所述分布式雷电电压发生装置包括若干个电压发生单元、充电装置、球隙传动控制装置和球隙触发点火装置；所述充电装置、所述电压发生单元、所述球隙触发点火装置顺次连接；各个电压发生单元分别与所述球隙传动控制装置连接；若干个电压发生单元呈上、下排列和/或呈左、右排列，相邻两个电压发生单元通过连接部件连接；

所述电压发生单元为框架结构，所述框架结构的顶面为顶部绝缘板，所述框架结构的底面为底部绝缘板；所述顶部绝缘板与所述底部绝缘板通过四根成型绝缘支柱连接成所述框架结构；所述框架结构同侧的两根成型绝缘支柱之间固定连接若干根呈上、下并排排列的水平绝缘横档；所述顶部绝缘板与所述底部绝缘板上还对称设置竖直绝缘支柱的连接位；

所述电压发生单元还包括多个电压发生模块，每个电压发生模块包括主电容器；所述主电容器通过一根水平绝缘横档和竖直绝缘支柱a固定在所述框架结构内；所述主电容器的高压端分别串联连接铜球放电装置和充电电阻，且所述铜球放电装置和所述充电电阻呈并联关系，所述主电容器的低压端串联连接波头电阻，所述主电容器并联连接波尾电阻；每个铜球放电装置通过铜球同步传动箱与固定在框架结构上的主传动装置连接。

2.根据权利要求1所述分布式雷电电压发生装置，其特征在于，每个铜球放电装置通过两根竖直绝缘支柱连接，且该两根竖直绝缘支柱所在平面与所述平面A相同。

3.根据权利要求1所述分布式雷电电压发生装置，其特征在于，所述框架结构内设置用于固定所述铜球同步传动箱的竖直绝缘支柱。

4.根据权利要求1所述分布式雷电电压发生装置，其特征在于，所述成型绝缘支柱与所述顶部绝缘板之间的连接、所述成型绝缘支柱与所述底部绝缘板之间的连接、所述成型绝缘支柱与所述水平绝缘横档之间的连接、所述主电容器与所述水平绝缘横档之间的连接、所述主电容器与所述竖直绝缘支柱之间的连接均为可拆卸连接。

5.根据权利要求1所述分布式雷电电压发生装置，其特征在于，所述主传动装置、所述铜球同步传动箱和所述球隙传动控制装置按序顺次连接。

6.根据权利要求1所述分布式雷电电压发生装置，其特征在于，所述竖直绝缘支柱a为处于该主电容器竖直轴线所在平面A上的且与所述主电容器距离最近的竖直绝缘支柱。