CN210958335U - 冲击电压截波触发脉冲延时器和冲击波电压发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种冲击电压截波触发脉冲延时器和冲击波电压发生器，冲击电压截波触发脉冲延时器包括信号接收及隔离单元、延时逻辑单元、输出控制驱动单元、电源转换单元。信号接收及隔离单元用于设置延时参数而生成和隔离输出设置信号；延时逻辑单元用于基于设置信号和冲击电压发生器本体输出的触发脉冲信号而输出延时后的脉冲信号；输出控制驱动单元用于基于延时后的脉冲信号输出高压脉冲信号给冲击电压发生器截波装置；电源转换单元用于将外接电源转换为工作电源并分别为信号接收及隔离单元、延时逻辑单元、输出控制驱动单元供电。本实用新型能够方便地实现延时时间调节，其系统结构简单、故障率低、延时控制效果较好，成本较低。

Description

冲击电压截波触发脉冲延时器和冲击波电压发生器

技术领域

本实用新型涉及高压电气设备的雷击或绝缘性能测试领域，具体涉及一种冲击波电压发生器及其中的冲击电压截波触发脉冲延时器。

背景技术

电力系统中的高压电气设备在投入运行之前需要进行冲击电压试验来检验其在过电压作用下的绝缘性能。冲击电压发生器是一种产生雷电冲击电压全波、雷电冲击电压截波和操作冲击电压波等的高电压发生装置，是高压试验室的基本试验设备。雷电冲击电压截波实验时，需通过截波触发脉冲点火截波装置，该触发脉冲正常要求10KV以上，并且要求从冲击电压发生器本体发出触发信号到点火脉冲输出到截波球之间，需经过一段微秒级时间的延时。根据国标要求，不同的试品需按照不同的截断时间进行实验，因此需配置冲击电压截波延时触发脉冲装置。

目前国内使用的常规的冲击电压截波触发脉冲延时装置，通常通过如附图1所示的L-C链型回路结构来实现一定的延时时间，并输出高压点火脉冲，该方案存在故障率高，延时时间固定不可调的问题。也有应用方案中为了实现截断时间可调，在上述方案的基础上，在控制系统中增加了使用PLC控制电子式延时装置后再接入截波触发脉冲点火装置，如图2所示，该方案增加了系统结构的复杂性，由于增加了PLC控制线路，因此增加了系统的整体成本。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种系统结构简单、故障率低、延时控制效果较好的冲击电压截波触发脉冲延时器。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种冲击电压截波触发脉冲延时器，设置于冲击波电压发生器中，并分别与所述冲击波电压发生器的冲击电压发生器本体、冲击电压发生器截波装置相连接，所述冲击电压截波触发脉冲延时器包括：

信号接收及隔离单元，所述信号接收及隔离单元用于设置延时参数而生成和隔离输出对应设置信号；

延时逻辑单元，所述延时逻辑单元分别与所述冲击电压发生器本体、所述信号接收及隔离单元相连接，所述延时逻辑单元用于基于所述设置信号和所述冲击电压发生器本体输出的触发脉冲信号而输出延时后的脉冲信号；

输出控制驱动单元，所述输出控制驱动单元与所述延时逻辑单元相连接，所述输出控制驱动单元用于基于所述延时后的脉冲信号输出高压脉冲信号给所述冲击电压发生器截波装置；

电源转换单元，所述电源转换单元用于将外接电源转换为工作电源并分别为所述信号接收及隔离单元、所述延时逻辑单元、所述输出控制驱动单元供电。

优选的，所述信号接收及隔离单元包括多个信号接收及隔离模块，所述信号接收及隔离模块包括自锁输入按钮、与所述自锁输入按钮相连接的光耦、与所述光耦相连接的滤波电路，所述滤波电路的输出端与所述延时逻辑单元相连接。

优选的，所述延时逻辑单元包括分别与所述冲击电压发生器本体和所述信号接收及隔离单元相连接的可编程逻辑器、对应所述信号接收及隔离单元设置并与所述可编程逻辑器相连接的可调电位计电路、与所述可编程逻辑器的输出端相连接的扩流电路，所述可编程逻辑器通过光纤与所述冲击电压发生器本体相连接。

优选的，所述可调电位计电路包括电位计、与所述电位计并联的电阻。

优选的，所述扩流电路包括第一扩流电阻、第二扩流电阻和扩流三极管，所述第一扩流电阻分别与所述可编程逻辑器的输出端、所述扩流三极管的基极相连接，所述扩流三极管的集电极经所述第二扩流电阻后接地，所述扩流三极管的发射极与所述输出控制驱动单元相连接。

优选的，所述输出控制驱动单元包括光耦隔离器、分别与所述光耦隔离器和所述电源转换单元相连接的控制驱动电路、与所述控制驱动电路相连接的升压变压器，所述冲击电压发生器截波装置与所述升压变压器相连接。

优选的，所述电源转换单元经保护电路而与所述控制驱动电路相连接，所述保护电路包括串联的第一保护二极管和第二保护二极管。

优选的，所述控制驱动电路包括第一驱动电容、第二驱动电容、第三驱动电容、第一驱动电阻、第二驱动电阻、第三驱动电阻、第四驱动电阻、第一驱动二极管、第二驱动二极管、驱动三极管、驱动复合管和驱动稳压管；

所述第一驱动电阻的第一端与所述电源转换单元的一个输出端相连接，所述第一驱动电阻的第二端分别与所述第一驱动电容的第一端、所述驱动复合管的集电极相连接，所述第一驱动电容的第二端与所述升压变压器的一个输入端相连接，所述第二驱动电容的第一端与所述第一驱动电阻的第一端相连接，所述第二驱动电容的第二端、所述第一驱动二极管的正极共同与所述电源转换单元的另一个输出端相连接，所述第一驱动二极管的负极与所述驱动复合管的基极相连接，所述第二驱动二极管的正极和负极分别与所述光耦隔离器的输出地端和输出电源端相连接，所述第三驱动电阻的第一端与所述光耦隔离器的一个输出端相连接，所述第三驱动电阻的第二端与所述驱动三极管的基极相连接，所述驱动三级管的发射极与所述第二驱动二极管的负极相连接，所述驱动三极管的集电极、所述第四驱动电阻的第一端、所述第二驱动电阻的第一端共同与所述驱动复合管的基极相连接，所述第四驱动电阻的第二端与所述第二驱动二极管的正极相连接，所述第三驱动电容的第一端、所述驱动稳压管的接地端共同与所述第二驱动二极管的负极相连接，所述第三驱动电容的第二端与所述第二驱动二极管的正极相连接，所述驱动稳压管的输出端与所述第二驱动二极管的正极相连接，所述驱动稳压管的输入端、所述第二驱动电阻的第二端共同与所述升压变压器的另一个输入端相连接。

优选的，所述电源转换单元包括与外接电源相连接的EMI滤波器、与所述EMI滤波器相连接且具有两组输出端的电源变压器、与所述电源变压器的一组输出端相连接的整流桥、与所述整流桥相连接的第一电源滤波电路、与所述第一电源滤波电路相连接的电源稳压管、与所述电源稳压管相连接的第二电源滤波电路、与所述电源稳压管相连接的第三电源滤波电路、与所述第三电源滤波电路相连接的隔离电源模块、与所述隔离电源模块相连接的第四电源滤波电路，所述电源变压器的另一组输出端、所述第二电源滤波电路的输出端、所述第四电源滤波电路的输出端构成所述电源转换单元的输出端。

本实用新型还提供一种冲击波电压发生器，包括冲击电压发生器本体、冲击电压发生器截波装置，还包括前述冲击电压截波触发脉冲延时器，所述冲击电压截波触发脉冲延时器连接在所述冲击电压发生器本体和所述冲击电压发生器截波装置之间。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：本实用新型能够方便地实现延时时间调节，其系统结构简单、故障率低、延时控制效果较好，成本较低。

附图说明

附图1为现有的冲击电压截波触发脉冲延时装置的第一种方案示意图。

附图2为现有的冲击电压截波触发脉冲延时装置的第二种方案示意图。

附图3为本实用新型的冲击电压截波触发脉冲延时器的原理框图。

附图4为本实用新型的冲击电压截波触发脉冲延时器的电路图。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本实用新型作进一步描述。

实施例一：一种冲击波电压发生器，包括冲击电压发生器本体、冲击电压发生器截波装置，还包括冲击电压截波触发脉冲延时器，冲击电压截波触发脉冲延时器连接在冲击电压发生器本体和冲击电压发生器截波装置之间。

如附图3和附图4所示，冲击电压截波触发脉冲延时器包括信号接收及隔离单元、延时逻辑单元、输出控制驱动单元和电源转换单元。延时逻辑单元分别与冲击电压发生器本体、信号接收及隔离单元相连接，输出控制驱动单元与延时逻辑单元相连接，电源转换单元分别与信号接收及隔离单元、延时逻辑单元、输出控制驱动单元相连接，同时还连接外接电源。

信号接收及隔离单元用于设置延时参数而生成和隔离输出对应设置信号。延时逻辑单元用于基于设置信号和冲击电压发生器本体输出的触发脉冲信号而输出延时后的脉冲信号。输出控制驱动单元用于基于延时后的脉冲信号输出高压脉冲信号给冲击电压发生器截波装置。电源转换单元用于将外接电源转换为工作电源并分别为信号接收及隔离单元、延时逻辑单元、输出控制驱动单元供电。

具体的，电源转换单元包括EMI滤波器E1、电源变压器T1、整流桥BR1、第一电源滤波电路、电源稳压管U4、第二电源滤波电路、第三电源滤波电路、隔离电源模块U13、第四电源滤波电路。EMI滤波器E1的输入端与外接电源AC220V相连接，电源变压器T1的输入端与EMI滤波器E1的输出端相连接，电源变压器T1具有两组输出端，分别输出一路AC24V和一路AC260V电压。整流桥BR1的输入端与电源变压器T1的一组AC24V输出端相连接，第一电源滤波电路与整流桥BR1的输出端相连接。第一电源滤波电路包括电容C13和电容C19。电源稳压管U4的输入端与第一电源滤波电路相连接，电源稳压管U4的输出端输出DC12V电压。第二电源滤波电路的输入端与电源稳压管U4的输出端相连接，第二电源滤波电路包括电容C12和电容C18，从而第二电源滤波电路输出稳定的DC12V电压。第三电源滤波电路在另一路与电源稳压管U4的输出端相连接，第三电源滤波电路包括电感DG1、电容C15、电容C16。隔离电源模块U13的输入端与第三电源滤波电路的输出端相连接，隔离电源模块U13的输出端输出DC5V电压。第四电源滤波电路的输入端与隔离电源模块U13的输出端相连接，第四电源滤波电路包括电容C17和电容C14，从而第四电源滤波电路输出稳定的DC5V电压。电源变压器的另一组AC260V输出端、第二电源滤波电路的输出端、第四电源滤波电路的输出端构成电源转换单元的输出端，分别为其他单元提供工作电源。

信号接收及隔离单元包括多个相同结构的信号接收及隔离模块。本实施例中设置四个该信号接收及隔离模块。每个信号接收及隔离模块均包括自锁输入按钮、与自锁输入按钮相连接的光耦、与光耦相连接的滤波电路，滤波电路的输出端与延时逻辑单元相连接。在第一个信号接收及隔离模块中，第一个自锁输入按钮输入后经上拉电阻R23、光耦U1隔离后，进入由电阻R6、电阻R7、电容C6组成的滤波电路，滤波后输出0V或DC5V电平信号。在第二个信号接收及隔离模块中，第二个自锁输入按钮输入后经上拉电阻R24、光耦U2隔离后，进入由电阻R9、电阻R10、电容C8组成的滤波电路，滤波后输出0V或DC5V电平信号。在第三个信号接收及隔离模块中，第三个自锁输入按钮输入后经上拉电阻R25、光耦U3隔离后，进入由电阻R11、电阻R14、电容C10组成的滤波电路，滤波后输出0V或DC5V电平信号。在第四个信号接收及隔离模块中，第四个自锁输入按钮输入后经上拉电阻R26、光耦U4隔离后，进入由电阻R16、电阻R18、电容C11组成的滤波电路，滤波后输出0V或DC5V电平信号。每个信号接收及隔离模块的输出信号由对应自锁输入按钮决定，按钮输入有效时，输出DC5V，无效时输出0V。信号接收及隔离单元的四路输出均接入延时逻辑单元中的可编程逻辑器PLD的输入引脚。

延时逻辑单元包括可编程逻辑器PLD、多个可调电位计电路以及扩流电路。可编程逻辑器PLD的输入端分别与冲击电压发生器本体、信号接收及隔离单元中的各个信号接收及隔离的输出端相连接。可调电位计电路对应信号接收及隔离单元设置，同时也与可编程逻辑器PLD相连接。故本实施例中，设置四个可调电位计电路。每个可调电位计电路具包括电位计、与电位计并联的电阻。故本实施例的四个可调电位计电路分别为：电阻R12和电位计R22并联、电阻R8和电位计R21并联、电阻R3和电位计R19并联、电阻R4和电位计R20并联。四组电位计电路分别接入可编程逻辑器PLD输入引脚5、6、7、8、13、14、15、16。信号接收及隔离单元的四路输出接入可编程逻辑器PLD输入引脚19、2、3、4。冲击电压发生器本体通过光纤与相可编程逻辑器PLD相连接，外部光纤脉冲信号经上拉电阻R13后接入可编程逻辑器PLD输入引脚9作为使能信号。从而可编程逻辑器PLD在接收到冲击电压发生器本体通过光纤发来的作为使能信号的触发脉冲信号后，根据信号接收及隔离单元中信号接收及隔离模块和可调电位计电路所设置的延时时间，其输出引脚12输出延时后的脉冲信号。扩流电路与可编程逻辑器的输出端相连接的。扩流电路包括第一扩流电阻R15、第二扩流电阻R17和扩流三极管Q3，第一扩流电阻R15分别与可编程逻辑器PLD的输出端、扩流三极管Q3的基极相连接，扩流三极管Q3的集电极经第二扩流电阻R17后接地，扩流三极管Q3的发射极与输出控制驱动单元相连接。

输出控制驱动单元包括光耦隔离器U9、控制驱动电路和升压变压器T2。光耦隔离器U9与延时逻辑单元的输出端相连接，控制驱动电路分别与光耦隔离器U9和电源转换单元相连接，升压变压器T2与控制驱动电路相连接，冲击电压发生器截波装置与升压变压器相连接。

延时逻辑单元输出的延时后的脉冲信号进入输出控制驱动单元后，先经光耦隔离器U9隔离输出5V脉冲信号，该脉冲信号将控制驱动高压信号的输出。电源转换单元的AC260V输出端经保护电路而与控制驱动电路相连接，保护电路包括串联的第一保护二极管D1和第二保护二极管D2。经控制驱动电路后输出的为260V的脉冲信号，该信号进入升压变压器T2，最终升压为15kV脉冲信号输出。

控制驱动电路包括第一驱动电容C1、第二驱动电容C2、第三驱动电容C5、第一驱动电阻R1、第二驱动电阻R2、第三驱动电阻R5、第四驱动电阻R6、第一驱动二极管D3、第二驱动二极管D4、驱动三极管Q2、驱动复合管Q1和驱动稳压管VR1。第一驱动电阻R1的第一端与电源转换单元的一个输出端相连接，即与电源转换单元所连接的保护电路的第二保护二极管D2的负极相连接。第一驱动电阻R1的第二端分别与第一驱动电容C1的第一端、驱动复合管Q1的集电极相连接，第一驱动电容C1的第二端与升压变压器的一个输入端相连接，第二驱动电容C2的第一端与第一驱动电阻R1的第一端相连接，第二驱动电容C2的第二端、第一驱动二极管D3的正极共同与电源转换单元的另一个输出端相连接，第一驱动二极管D3的负极与驱动复合管Q1的基极相连接，第二驱动二极管D4的正极和负极分别与光耦隔离器的输出地端和输出电源端相连接，第三驱动电阻R5的第一端与光耦隔离器的一个输出端相连接，第三驱动电阻R5的第二端与驱动三极管Q2的基极相连接，驱动三级管的发射极与第二驱动二极管D4的负极相连接，驱动三极管Q2的集电极、第四驱动电阻R6的第一端、第二驱动电阻R2的第一端共同与驱动复合管Q1的基极相连接，第四驱动电阻R6的第二端与第二驱动二极管D4的正极相连接，第三驱动电容C5的第一端、驱动稳压管VR1的接地端共同与第二驱动二极管D4的负极相连接，第三驱动电容C5的第二端与第二驱动二极管D4的正极相连接，驱动稳压管VR1的输出端与第二驱动二极管D4的正极相连接，驱动稳压管VR1的输入端、第二驱动电阻R2的第二端共同与升压变压器的另一个输入端相连接。

上述方案是一种延时时间可调的冲击电压截波触发脉冲延时装置。本方案中，装置通过光纤接收来自冲击电压发生器本体的触发脉冲信号或通过测试按键提供触发脉冲信号，经过装置的延时及放大电路后，最终输出经过了一定延时后的15kV高压脉冲信号至冲击电压发生器截波装置，用来满足雷电冲击电压截波实验中不同截断时间的要求。本方案中，采用可编程逻辑器件实现触发脉冲的延时功能，设置了四个自锁输入按键以及四个相对应的可调电位计，通过按键组合及调整电位计的阻值实现0.1~18μS的延时时间的任意设置。本方案中采用了光耦隔离技术，抗干扰能力强，稳定性高，同时本方案具有延时时间精度高，按键设置简单方便，现场布线简单，降低了控制系统成本。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种冲击电压截波触发脉冲延时器，设置于冲击波电压发生器中，并分别与所述冲击波电压发生器的冲击电压发生器本体、冲击电压发生器截波装置相连接，其特征在于：所述冲击电压截波触发脉冲延时器包括：

信号接收及隔离单元，所述信号接收及隔离单元用于设置延时参数而生成和隔离输出对应设置信号；

延时逻辑单元，所述延时逻辑单元分别与所述冲击电压发生器本体、所述信号接收及隔离单元相连接，所述延时逻辑单元用于基于所述设置信号和所述冲击电压发生器本体输出的触发脉冲信号而输出延时后的脉冲信号；

输出控制驱动单元，所述输出控制驱动单元与所述延时逻辑单元相连接，所述输出控制驱动单元用于基于所述延时后的脉冲信号输出高压脉冲信号给所述冲击电压发生器截波装置；

电源转换单元，所述电源转换单元用于将外接电源转换为工作电源并分别为所述信号接收及隔离单元、所述延时逻辑单元、所述输出控制驱动单元供电。

2.根据权利要求1所述的冲击电压截波触发脉冲延时器，其特征在于：所述信号接收及隔离单元包括多个信号接收及隔离模块，所述信号接收及隔离模块包括自锁输入按钮、与所述自锁输入按钮相连接的光耦、与所述光耦相连接的滤波电路，所述滤波电路的输出端与所述延时逻辑单元相连接。

3.根据权利要求1所述的冲击电压截波触发脉冲延时器，其特征在于：所述延时逻辑单元包括分别与所述冲击电压发生器本体和所述信号接收及隔离单元相连接的可编程逻辑器、对应所述信号接收及隔离单元设置并与所述可编程逻辑器相连接的可调电位计电路、与所述可编程逻辑器的输出端相连接的扩流电路，所述可编程逻辑器通过光纤与所述冲击电压发生器本体相连接。

4.根据权利要求3所述的冲击电压截波触发脉冲延时器，其特征在于：所述可调电位计电路包括电位计、与所述电位计并联的电阻。

5.根据权利要求3所述的冲击电压截波触发脉冲延时器，其特征在于：所述扩流电路包括第一扩流电阻、第二扩流电阻和扩流三极管，所述第一扩流电阻分别与所述可编程逻辑器的输出端、所述扩流三极管的基极相连接，所述扩流三极管的集电极经所述第二扩流电阻后接地，所述扩流三极管的发射极与所述输出控制驱动单元相连接。

6.根据权利要求1所述的冲击电压截波触发脉冲延时器，其特征在于：所述输出控制驱动单元包括光耦隔离器、分别与所述光耦隔离器和所述电源转换单元相连接的控制驱动电路、与所述控制驱动电路相连接的升压变压器，所述冲击电压发生器截波装置与所述升压变压器相连接。

7.根据权利要求6所述的冲击电压截波触发脉冲延时器，其特征在于：所述电源转换单元经保护电路而与所述控制驱动电路相连接，所述保护电路包括串联的第一保护二极管和第二保护二极管。

8.根据权利要求6所述的冲击电压截波触发脉冲延时器，其特征在于：所述控制驱动电路包括第一驱动电容、第二驱动电容、第三驱动电容、第一驱动电阻、第二驱动电阻、第三驱动电阻、第四驱动电阻、第一驱动二极管、第二驱动二极管、驱动三极管、驱动复合管和驱动稳压管；

所述第一驱动电阻的第一端与所述电源转换单元的一个输出端相连接，所述第一驱动电阻的第二端分别与所述第一驱动电容的第一端、所述驱动复合管的集电极相连接，所述第一驱动电容的第二端与所述升压变压器的一个输入端相连接，所述第二驱动电容的第一端与所述第一驱动电阻的第一端相连接，所述第二驱动电容的第二端、所述第一驱动二极管的正极共同与所述电源转换单元的另一个输出端相连接，所述第一驱动二极管的负极与所述驱动复合管的基极相连接，所述第二驱动二极管的正极和负极分别与所述光耦隔离器的输出地端和输出电源端相连接，所述第三驱动电阻的第一端与所述光耦隔离器的一个输出端相连接，所述第三驱动电阻的第二端与所述驱动三极管的基极相连接，所述驱动三极管的发射极与所述第二驱动二极管的负极相连接，所述驱动三极管的集电极、所述第四驱动电阻的第一端、所述第二驱动电阻的第一端共同与所述驱动复合管的基极相连接，所述第四驱动电阻的第二端与所述第二驱动二极管的正极相连接，所述第三驱动电容的第一端、所述驱动稳压管的接地端共同与所述第二驱动二极管的负极相连接，所述第三驱动电容的第二端与所述第二驱动二极管的正极相连接，所述驱动稳压管的输出端与所述第二驱动二极管的正极相连接，所述驱动稳压管的输入端、所述第二驱动电阻的第二端共同与所述升压变压器的另一个输入端相连接。

9.根据权利要求1所述的冲击电压截波触发脉冲延时器，其特征在于：所述电源转换单元包括与外接电源相连接的EMI滤波器、与所述EMI滤波器相连接且具有两组输出端的电源变压器、与所述电源变压器的一组输出端相连接的整流桥、与所述整流桥相连接的第一电源滤波电路、与所述第一电源滤波电路相连接的电源稳压管、与所述电源稳压管相连接的第二电源滤波电路、与所述电源稳压管相连接的第三电源滤波电路、与所述第三电源滤波电路相连接的隔离电源模块、与所述隔离电源模块相连接的第四电源滤波电路，所述电源变压器的另一组输出端、所述第二电源滤波电路的输出端、所述第四电源滤波电路的输出端构成所述电源转换单元的输出端。

10.一种冲击波电压发生器，包括冲击电压发生器本体、冲击电压发生器截波装置，其特征在于：所述冲击波电压发生器还包括如权利要求1至9中任一项所述冲击电压截波触发脉冲延时器，所述冲击电压截波触发脉冲延时器连接在所述冲击电压发生器本体和所述冲击电压发生器截波装置之间。

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