沖擊電壓產(chǎn)生

1、 第第8 8章章 沖擊高電壓及大電流的產(chǎn)生沖擊高電壓及大電流的產(chǎn)生8.1 沖擊電壓發(fā)生器的基本原理 3000kV/3000kJ雷電沖擊電壓發(fā)生器 分壓器物理領(lǐng)域：大功率電子束、離子束發(fā)生器、二氧化碳激光器-電源裝置.高壓納秒脈沖功率發(fā)生器組成部分.電力領(lǐng)域：沖擊電壓發(fā)生器產(chǎn)生雷電、操作沖擊電壓的一種發(fā)生裝置。沖擊耐壓和放電試驗(yàn)用組成:一組儲(chǔ)能高壓電容器.直流高壓源充電幾十秒.通過(guò)銅球突然經(jīng)電阻放電,在試品上形成沖擊電壓波形.參數(shù):上升前沿陡峭,持續(xù)時(shí)間S，峰值幾十KV-幾MV。 MARX發(fā)生器MARX發(fā)生器T.供電高壓變壓器, D整流硅堆, r保護(hù)電阻,R充電電阻,C主電容, CS對(duì)地雜散電容

2、; g1點(diǎn)火球隙. g2-g4中間球隙 g5隔離球隙. rf波前電阻,rt放電電阻，C2負(fù)荷電容.雷電和操作沖擊波參數(shù)增加兩個(gè)數(shù)量級(jí).0.各球隙事先調(diào)到耐壓U,高于U則擊穿； C通過(guò)整流并聯(lián)充電到U；發(fā)生器動(dòng)作：點(diǎn)火球隙針極送5kv-8kv脈沖電壓，針-球產(chǎn)生小火花， 紫外線照射，g1放電，產(chǎn)生紫外線照射g2 ；g1放電，點(diǎn)1從-U電位突變?yōu)閛 ，2點(diǎn)電位從0變?yōu)?U；CS存在，R大，使3點(diǎn)電位在1電位跳變時(shí)變化不大(電容電壓不突變)維持-U. g2兩端電位差2U，在g1放電后馬上放電,4點(diǎn)電位變?yōu)?2Ug3兩端瞬間3U,立即放電,g4放電-各級(jí)電容C電阻rf串聯(lián)。g3g4C1等效主電容-4個(gè)

3、C串聯(lián)-名義電壓4U；R：充電時(shí)連接，放電時(shí)隔離，球隙是核心。電容器并聯(lián)充電后串聯(lián)放電同步問(wèn)題： 球隙排列便于紫外線照射等效電路為使C2電壓接近C1原始充電電壓（名義電壓），要C1C2u2上升快慢取決與RfC2u2下降快慢卻決于(C1+C2)RtC1=C/4，Rf=4rf Rt=4rt 調(diào)試：參數(shù)調(diào)整波前電阻，放電電阻集中放置兩個(gè)半波直流充電的電路8.2 沖擊電壓發(fā)生器放電回路的分析8.2.1基本回路的分析拉普拉斯轉(zhuǎn)換運(yùn)算電路,阻容值及C1上充電電壓u1已知求試品C2上電壓u2（t）)/(1)(22bassdUSU)(/121tffdtdRRRRRRCCbbRRCRRCafttd)(2)(1b

4、RCd11)exp()1exp()(212tstsUtu反變換后 8.2.3 考慮回路電感的近似計(jì)算n電感較大時(shí),可能造成沖擊波波前部分的雜散振蕩,畸變波形,波形“過(guò)沖”。n電感和負(fù)荷電容大時(shí)。調(diào)不出波前，調(diào)不好粗會(huì)于校準(zhǔn)一雷R(shí)為阻尼電阻Rd波前電阻Rf之和。n為獲得非振蕩沖擊波應(yīng)n 波前時(shí)間有回路電感會(huì)使波前時(shí)間縮短。)21/(33. 233. 2212CCCRCTf)/(/22121CCCCL8.3 沖擊電壓發(fā)生器放電回路計(jì)算舉例n例：一臺(tái)沖擊電壓發(fā)生器，滿足110KV電瓷產(chǎn)品雷電沖擊放電耐壓試驗(yàn)電阻Rt,效率.額定容量 Wnn解：國(guó)校110KV電瓷 雷電沖擊耐壓 250KV。8.4 沖擊

5、大電流的產(chǎn)生8.4.1 沖擊電流發(fā)生器的功用與電流波形的規(guī)定n事故巨大沖擊電流、人工產(chǎn)生雷電流的裝置。n脈沖功率技術(shù)（PPT） 幾十萬(wàn)安 ，百萬(wàn)安，負(fù)載W峰時(shí)功率n溫度幾千萬(wàn)度 等離子體 水擊效應(yīng)水中放電 加工成形n聲學(xué)效應(yīng)火花振蕩 海底探礦n強(qiáng)磁應(yīng)用n沖擊電流波形快速上升，指數(shù)規(guī)律或阻尼正弦波形下降到0。n：。方波 峰值持續(xù)時(shí)間5001000 Td峰值持續(xù)時(shí)間，Tf總的持續(xù)時(shí)間8.4.1 沖擊電流發(fā)生器的功用與電流波形的規(guī)定n電力系統(tǒng)事故幾千千伏電壓，巨大沖擊電流、幾百千安。n高電壓實(shí)驗(yàn)室-實(shí)驗(yàn)設(shè)備研究雷閃電流對(duì)絕緣材料和結(jié)構(gòu)、防雷裝置的熱能或電動(dòng)力破壞作用。n沖擊電流發(fā)生器-人工產(chǎn)生雷電流

6、的裝置。n -電子離子加速器、核聚變、微波、激光脈沖功率技術(shù)電動(dòng)力電動(dòng)力通過(guò)電流的導(dǎo)線周圍有磁場(chǎng)，而磁力線有力圖縮短的趨勢(shì)，因此同方向電流的兩條導(dǎo)線互相吸引，反方向電流的兩條導(dǎo)線互相排斥。這種吸引或排斥的力即電氣線路的“電動(dòng)力”。8.4.2 沖擊電流發(fā)生器的基本原理原理沖擊電壓發(fā)生器相似，并聯(lián)充電，并聯(lián)放電，縮短充電時(shí)間，用做測(cè)量電流的波形和峰值。n脈沖功率技術(shù)（PPT） 幾十萬(wàn)安 ，百萬(wàn)安，負(fù)載W峰時(shí)功率n溫度幾千萬(wàn)度 等離子體水擊效應(yīng)水中放電 加工成形n聲學(xué)效應(yīng)火花振蕩、海底探礦、強(qiáng)磁應(yīng)用 沖擊電流波形 快速上升，指數(shù)規(guī)律或阻尼正弦波形下降到0。 方波：峰值持續(xù)時(shí)間Td、總的持續(xù)時(shí)間Tf。

7、高功率脈沖技術(shù)高功率脈沖技術(shù) 研究高電壓、大電流、高功率短脈沖的產(chǎn)生和應(yīng)用的技術(shù)。最初是應(yīng)材料響應(yīng)實(shí)驗(yàn)、閃光X 射線照相及模擬核武器效應(yīng)的需要而出現(xiàn)的。1962年英國(guó)核武器研究中心的J.C.馬丁成功地將已有的Marx發(fā)生器與傳輸線技術(shù)結(jié)合起來(lái),產(chǎn)生了持續(xù)時(shí)間短達(dá)納秒的高功率脈沖,從而開(kāi)辟了這一嶄新的領(lǐng)域。隨之，高技術(shù)領(lǐng)域如受控?zé)岷司圩冄芯?、高功率粒子束、大功率激光、高功率相干輻射源技術(shù)的發(fā)展以及定向束能武器、電磁軌道炮的研制都對(duì)高功率脈沖技術(shù)的發(fā)展提出了新的要求，希望有高重復(fù)頻率、長(zhǎng)壽命的高功率脈沖出現(xiàn)。所以，高功率脈沖技術(shù)成為80年代極為活躍的研究領(lǐng)域之一。 高功率脈沖系統(tǒng)工作原理高功率脈沖

8、系統(tǒng)工作原理 高功率脈沖系統(tǒng)的主要參量有:脈沖電流（千焦吉焦）,脈沖功率（吉瓦太瓦），脈沖電流（千安兆安），脈沖寬度（微秒納秒），脈沖電壓。 高功率脈沖系統(tǒng)工作原理如圖1所示。先將從低功率能源中獲得的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，然后將這些能量經(jīng)高功率脈沖發(fā)生器轉(zhuǎn)變成高功率脈沖，并傳給負(fù)載。由一定的能量所轉(zhuǎn)換成的脈沖持續(xù)時(shí)間愈短，在負(fù)載上得到的功率愈高。能源（如DC充電裝置）所提供的可以是電能、磁能、化學(xué)能或其他形式的能（如巨型飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能），但大多數(shù)情況下是電能。高功率脈沖發(fā)生器高功率脈沖發(fā)生器 用得較多的是Marx發(fā)生器或電容器組。Marx發(fā)生器和脈沖形成回路，共同組成高功率脈沖發(fā)生器,又稱脈沖發(fā)電機(jī)（

9、圖2）。圖中電源對(duì)沖擊電壓發(fā)生器的電容C充電；間隙G（或稱開(kāi)關(guān)）動(dòng)作后電容器串連，在末級(jí)引出端P 產(chǎn)生很高的電壓U，U加在脈沖形成線上。脈沖形成線由特殊設(shè)計(jì)的傳輸線和高壓開(kāi)關(guān)組成。它的主要作用是將沖擊電壓發(fā)生器形成的脈沖進(jìn)一步壓縮,以提高輸出功率的水平。負(fù)載可以是強(qiáng)X射線二極管，或者是被加速的電子束、離子束等。這樣的典型系統(tǒng)通?？墒钩跏脊β侍岣邘浊f(wàn)倍。 80年代建在英國(guó)的歐洲聯(lián)合環(huán)(托卡馬克裝置)，由脈沖發(fā)電機(jī)提供脈沖大電流。脈沖發(fā)電機(jī)由兩臺(tái)各帶有9米直徑、重量為775噸的大飛輪的發(fā)電機(jī)組成。發(fā)電機(jī)由8.8 兆瓦的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，大飛輪用來(lái)儲(chǔ)存準(zhǔn)備提供產(chǎn)生大功率脈沖的能量。每隔10分鐘脈沖發(fā)電機(jī)可