冲击电压产生

1、 第第8 8章章 冲击高电压及大电流的产生冲击高电压及大电流的产生8.1 冲击电压发生器的基本原理 3000kV/3000kJ雷电冲击电压发生器 分压器物理领域：大功率电子束、离子束发生器、二氧化碳激光器-电源装置.高压纳秒脉冲功率发生器组成部分.电力领域：冲击电压发生器产生雷电、操作冲击电压的一种发生装置。冲击耐压和放电试验用组成:一组储能高压电容器.直流高压源充电几十秒.通过铜球突然经电阻放电,在试品上形成冲击电压波形.参数:上升前沿陡峭,持续时间S，峰值几十KV-几MV。 MARX发生器MARX发生器T.供电高压变压器, D整流硅堆, r保护电阻,R充电电阻,C主电容, CS对地杂散电容

2、; g1点火球隙. g2-g4中间球隙 g5隔离球隙. rf波前电阻,rt放电电阻，C2负荷电容.雷电和操作冲击波参数增加两个数量级.0.各球隙事先调到耐压U,高于U则击穿； C通过整流并联充电到U；发生器动作：点火球隙针极送5kv-8kv脉冲电压，针-球产生小火花， 紫外线照射，g1放电，产生紫外线照射g2 ；g1放电，点1从-U电位突变为o ，2点电位从0变为+U；CS存在，R大，使3点电位在1电位跳变时变化不大(电容电压不突变)维持-U. g2两端电位差2U，在g1放电后马上放电,4点电位变为+2Ug3两端瞬间3U,立即放电,g4放电-各级电容C电阻rf串联。g3g4C1等效主电容-4个

3、C串联-名义电压4U；R：充电时连接，放电时隔离，球隙是核心。电容器并联充电后串联放电同步问题： 球隙排列便于紫外线照射等效电路为使C2电压接近C1原始充电电压（名义电压），要C1C2u2上升快慢取决与RfC2u2下降快慢却决于(C1+C2)RtC1=C/4，Rf=4rf Rt=4rt 调试：参数调整波前电阻，放电电阻集中放置两个半波直流充电的电路8.2 冲击电压发生器放电回路的分析8.2.1基本回路的分析拉普拉斯转换运算电路,阻容值及C1上充电电压u1已知求试品C2上电压u2（t）)/(1)(22bassdUSU)(/121tffdtdRRRRRRCCbbRRCRRCafttd)(2)(1b

4、RCd11)exp()1exp()(212tstsUtu反变换后 8.2.3 考虑回路电感的近似计算n电感较大时,可能造成冲击波波前部分的杂散振荡,畸变波形,波形“过冲”。n电感和负荷电容大时。调不出波前，调不好粗会于校准一雷R为阻尼电阻Rd波前电阻Rf之和。n为获得非振荡冲击波应n 波前时间有回路电感会使波前时间缩短。)21/(33. 233. 2212CCCRCTf)/(/22121CCCCL8.3 冲击电压发生器放电回路计算举例n例：一台冲击电压发生器，满足110KV电瓷产品雷电冲击放电耐压试验电阻Rt,效率.额定容量 Wnn解：国校110KV电瓷 雷电冲击耐压 250KV。8.4 冲击

5、大电流的产生8.4.1 冲击电流发生器的功用与电流波形的规定n事故巨大冲击电流、人工产生雷电流的装置。n脉冲功率技术（PPT） 几十万安 ，百万安，负载W峰时功率n温度几千万度 等离子体 水击效应水中放电 加工成形n声学效应火花振荡 海底探矿n强磁应用n冲击电流波形快速上升，指数规律或阻尼正弦波形下降到0。n：。方波 峰值持续时间5001000 Td峰值持续时间，Tf总的持续时间8.4.1 冲击电流发生器的功用与电流波形的规定n电力系统事故几千千伏电压，巨大冲击电流、几百千安。n高电压实验室-实验设备研究雷闪电流对绝缘材料和结构、防雷装置的热能或电动力破坏作用。n冲击电流发生器-人工产生雷电流

6、的装置。n -电子离子加速器、核聚变、微波、激光脉冲功率技术电动力电动力通过电流的导线周围有磁场，而磁力线有力图缩短的趋势，因此同方向电流的两条导线互相吸引，反方向电流的两条导线互相排斥。这种吸引或排斥的力即电气线路的“电动力”。8.4.2 冲击电流发生器的基本原理原理冲击电压发生器相似，并联充电，并联放电，缩短充电时间，用做测量电流的波形和峰值。n脉冲功率技术（PPT） 几十万安 ，百万安，负载W峰时功率n温度几千万度 等离子体水击效应水中放电 加工成形n声学效应火花振荡、海底探矿、强磁应用 冲击电流波形 快速上升，指数规律或阻尼正弦波形下降到0。 方波：峰值持续时间Td、总的持续时间Tf。

7、高功率脉冲技术高功率脉冲技术 研究高电压、大电流、高功率短脉冲的产生和应用的技术。最初是应材料响应实验、闪光X 射线照相及模拟核武器效应的需要而出现的。1962年英国核武器研究中心的J.C.马丁成功地将已有的Marx发生器与传输线技术结合起来,产生了持续时间短达纳秒的高功率脉冲,从而开辟了这一崭新的领域。随之，高技术领域如受控热核聚变研究、高功率粒子束、大功率激光、高功率相干辐射源技术的发展以及定向束能武器、电磁轨道炮的研制都对高功率脉冲技术的发展提出了新的要求，希望有高重复频率、长寿命的高功率脉冲出现。所以，高功率脉冲技术成为80年代极为活跃的研究领域之一。 高功率脉冲系统工作原理高功率脉冲

8、系统工作原理 高功率脉冲系统的主要参量有:脉冲电流（千焦吉焦）,脉冲功率（吉瓦太瓦），脉冲电流（千安兆安），脉冲宽度（微秒纳秒），脉冲电压。 高功率脉冲系统工作原理如图1所示。先将从低功率能源中获得的能量储存起来，然后将这些能量经高功率脉冲发生器转变成高功率脉冲，并传给负载。由一定的能量所转换成的脉冲持续时间愈短，在负载上得到的功率愈高。能源（如DC充电装置）所提供的可以是电能、磁能、化学能或其他形式的能（如巨型飞轮转动的动能），但大多数情况下是电能。高功率脉冲发生器高功率脉冲发生器 用得较多的是Marx发生器或电容器组。Marx发生器和脉冲形成回路，共同组成高功率脉冲发生器,又称脉冲发电机（

9、图2）。图中电源对冲击电压发生器的电容C充电；间隙G（或称开关）动作后电容器串连，在末级引出端P 产生很高的电压U，U加在脉冲形成线上。脉冲形成线由特殊设计的传输线和高压开关组成。它的主要作用是将冲击电压发生器形成的脉冲进一步压缩,以提高输出功率的水平。负载可以是强X射线二极管，或者是被加速的电子束、离子束等。这样的典型系统通常可使初始功率提高几千万倍。 80年代建在英国的欧洲联合环(托卡马克装置)，由脉冲发电机提供脉冲大电流。脉冲发电机由两台各带有9米直径、重量为775吨的大飞轮的发电机组成。发电机由8.8 兆瓦的电动机驱动，大飞轮用来储存准备提供产生大功率脉冲的能量。每隔10分钟脉冲发电机可