一种多级低压冲击电压发生器的制作方法

1.本发明涉及电压发生器技术领域，具体涉及一种多级低压冲击电压发生器。


背景技术：

2.电力系统中的电气设备在运行中，都会受外界因素的影响，可能会遭受雷电压或操作过电压的作用，而这些电压均属于冲击电压，都有可能会对电气设备造成危害。因而，电气设备在投入运行之前，都要先经过冲击电压试验来检验其在雷电压和操作过电压作用下的绝缘特性或保护性能，以确保电气设备在使用过程中的安全。开展冲击电压试验通常需要使用冲击电压发生器，传统的冲击电压发生器在运行时产生的为高压，并且带有放电声音响，其安全系数较低且使得操作人产生恐惧感，因此，为了方便开展冲击电压试验，本技术提供了一种多级低压冲击电压发生器。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种多级低压冲击电压发生器，满足人们开展冲击电压试验来检验电气设备在雷电压和操作过电压作用下的绝缘特性或保护性能，以确保电气设备在使用过程中的安全。
4.为实现本发明的目的，本发明提供的技术方案如下：
5.一种多级低压冲击电压发生器，其电路包括保护电阻、整流二极管、第一充电电阻、第二充电电阻、波尾电阻、波前电阻、第二充电电容、第一充电电容、试品电容、第一开关、第二开关；
6.其中，保护电阻、第一充电电阻、整流二极管串联连接，波尾电阻、波前电阻、试品电容串联连接；在第一开关和第二开关断开情况下，第一充电电容、第二充电电容、试品电容并联连接；在第一开关和第二开关闭合情况下，第一充电电容、第二充电电容、试品电容并联连接。
7.进一步地，所述第一充电电阻和第二充电电阻为51千欧的电阻。
8.进一步地，所述保护电阻选用6.8千欧的电阻。
9.进一步地，所述波尾电阻选用6800欧姆的电阻，所述波前电阻选用430欧姆的电阻。
10.进一步地，所述整流二极管选用二极管实现单相半波整流。
11.进一步地，所述试品电容为1000pf的电容。
12.进一步地，所述第一充电电容、第二充电电容选用10nf-20nf的电容。
13.与现有技术相比，本发明提供的多级低压冲击电压发生器采用低压供电，半波整流方式给电容充电，采用多级电路，通过测量系统进行观测，经调试可以产生标准雷电冲击波和标准操作冲击波，与真正高压冲击电压发生器产生的波形相近，而电压幅值却大大降低，同时其安全性、可靠性也都大大提升，方便操作，能够更好的了解冲击电压发生器的工作原理。
附图说明
14.图1为本技术实施例提供的仿真电路示意图；
15.图中，v1试验电源，r1-保护电阻，d1-整流二极管，r2-第一充电电阻，r3-第二充电电阻，r4-波尾电阻，r5-波前电阻，c2-第二充电电容，c1-第一充电电容，c3-试品电容，j1b-第一开关，j1b-第二开关，xsc1-示波器。
具体实施方式
16.下面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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.图1中，v1试验电源，r1-保护电阻，d1-整流二极管，r2-第一充电电阻，r3-第二充电电阻，r4-波尾电阻，r5-波前电阻，c2-第二充电电容，c1-第一充电电容，c3-试品电容，j1b-第一开关，j1b-第二开关，xsc1-示波器。
18.如图1所示，本技术实施例提供了一种多级低压冲击电压发生器，其电路包括保护电阻、整流二极管、第一充电电阻、第二充电电阻、波尾电阻、波前电阻、第二充电电容、第一充电电容、试品电容、第一开关、第二开关；
19.其中，保护电阻、第一充电电阻、整流二极管串联连接，波尾电阻、波前电阻、试品电容串联连接；在第一开关和第二开关断开情况下，第一充电电容、第二充电电容、试品电容并联连接；在第一开关和第二开关闭合情况下，第一充电电容、第二充电电容、试品电容并联连接。
20.工作原理：
21.在使用的时候，初始状态，低压整流后的直流电源向c1、c2充电，待充电完成后；手动触发开关j2b、j3b，使得电路接通，此时c1、c2开始串联放电，通过r5，向c3发出一脉冲电压，通过调整电路各参数，使得c3上承受电压为一标准雷电冲击波。
22.需要说明的是，多级冲击电压发生器，最重要的就是能够使主电容并联充电，点火球隙(或开关)触发后，能够串联逐级放电。在多级冲击电压发生器中，为了保证放电的同步性，本技术使用手动开关代替球隙的方法，进行模拟仿真设计，为了保证放电的同步性，对开关的要求也有提高，本技术采用多个开关同时进行控制，以保证充电过程和放电过程的顺利完成。
23.由于充电电阻在充电时起连接作用，放电时起隔离作用，对于多级冲击电压发生器来说这一点至关重要，因此，本技术采用51千欧的电阻作为充电电阻即可达到实验目的。
24.选用1000pf的电容为试品电容。主电容的选择，一般约为负荷电容的10到20倍，在电路仿真中电路振荡的影响比较小。所以主电容选用10nf到20nf的电容。本实施例中选用10nf的电容为主电容。
25.波前电阻和波尾电阻选择，所述波尾电阻选用6800欧姆的电阻，所述波前电阻选用430欧姆的电阻。
26.冲击电压发生器的效率η≈[c1/(c2+c1)]
×
k；对于1.5/50us的标准雷电波，k＝0.965。则效率：η≈87.72％。在模拟电路里采用6.8千欧的电阻为保护电阻。整流元件选用
二极管实现单相半波整流，进行模拟实验。电源的选择可以是多样化的，由于不考虑球隙或放电管的存在，且电路元件也不会被损坏，则可以选用不同电压，从而得出不同的放点波形。
[0027]
对上述电路进行仿真实验，验证电路的效果，
[0028]
具体步骤及调试方法如下：
[0029]
1)线路连接
[0030]
启动multisim8软件，新建文件，选出合适的电源、电阻、电容、二极管、开关、示波器元件并确定各元件的参数。按设计的模拟仿真电路将各元件有机的连接在一起。
[0031]
2)调整示波器
[0032]
为了观测到单次有效冲击波形，需将示波器x横轴时间扩大至s级，同时由于估算冲击电压大概在50v——200v之间，故而y轴电压幅值轴调整至与电源电压相匹配的幅值。示波器选择单信道模式，接地，同时采样方式选择普通，频率扫描选择自动，以上做法均为了减少干扰捕捉波形。
[0033]
3)模拟电路的充电过程
[0034]
在示波器上可观测到一条平缓移动的波形后，通过鼠标按钮，在下拉下菜单里选择点动run按钮，在示波器上可观测到一条平缓移动的波形，即可表示示波器开始采集波形，此过程为给充电电容c2充电。
[0035]
4)闭合开关放电
[0036]
当充电电容c2充电后在键盘上按下按键，开关j2b、j3b闭合，这时示波器上采集到试品电容充放电波形，波形采样完成后再次点动run按钮结束波形记录。需要注意的一点是，在首次点动run按钮前保证j2b、j3b开关打开。
[0037]
5)波形调整及其观察
[0038]
由于雷电冲击波纵波长时间在us级别，故而示波器s尺度上并不能肉眼捕捉到波形，只能看到一细微上升的直线，这时用鼠标按动示波器上的时间缩进按钮将波形放大至us级别，可以明显看出得到一冲击波波形。调整波前波尾电阻，可以对波形的形状参数(上升时间和半波时间)进行调整，直至调整为雷电冲击波形。
[0039]
6)记录模拟仿真电路参数，记录波形，关闭软件。
[0040]
通过开关进行触发实现双级冲击电压发生器电容充放电，产生的波形接近于标准雷电冲击波。与现有技术相比，本发明提供的多级低压冲击电压发生器采用低压供电，半波整流方式给电容充电，采用多级电路，通过测量系统进行观测，经调试可以产生标准雷电冲击波和标准操作冲击波，与真正高压冲击电压发生器产生的波形相近，而电压幅值却大大降低，同时其安全性、可靠性也都大大提升，方便操作，能够更好的了解冲击电压发生器的工作原理。
[0041]
最后应当说明的是：上述实施例只是用于对本发明的举例和说明，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明不局限于上述实施例，根据本发明教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围内。

技术特征：
1.一种多级低压冲击电压发生器，其特征在于，其电路包括保护电阻、整流二极管、第一充电电阻、第二充电电阻、波尾电阻、波前电阻、第二充电电容、第一充电电容、试品电容、第一开关、第二开关；其中，保护电阻、第一充电电阻、整流二极管串联连接，波尾电阻、波前电阻、试品电容串联连接；在第一开关和第二开关断开情况下，第一充电电容、第二充电电容、试品电容并联连接；在第一开关和第二开关闭合情况下，第一充电电容、第二充电电容、试品电容并联连接。2.根据权利要求1所述的一种多级低压冲击电压发生器，其特征在于，所述第一充电电阻和第二充电电阻为51千欧的电阻。3.根据权利要求1所述的一种多级低压冲击电压发生器，其特征在于，所述保护电阻选用6.8千欧的电阻。4.根据权利要求1所述的一种多级低压冲击电压发生器，其特征在于，所述波尾电阻选用6800欧姆的电阻，所述波前电阻选用430欧姆的电阻。5.根据权利要求1所述的一种多级低压冲击电压发生器，其特征在于，所述整流二极管选用二极管实现单相半波整流。6.根据权利要求1所述的一种多级低压冲击电压发生器，其特征在于，所述试品电容为1000pf的电容。7.根据权利要求1所述的一种多级低压冲击电压发生器，其特征在于，所述第一充电电容、第二充电电容选用10nf-20nf的电容。

技术总结
本发明公开了一种多级低压冲击电压发生器，其电路包括保护电阻、整流二极管、第一充电电阻、第二充电电阻、波尾电阻、波前电阻、第二充电电容、第一充电电容、试品电容、第一开关、第二开关；本发明提供的多级低压冲击电压发生器采用低压供电，半波整流方式给电容充电，采用多级电路，通过测量系统进行观测，经调试可以产生标准雷电冲击波和标准操作冲击波，与真正高压冲击电压发生器产生的波形相近，而电压幅值却大大降低，同时其安全性、可靠性也都大大提升，方便操作，能够更好的了解冲击电压发生器的工作原理。生器的工作原理。生器的工作原理。


技术研发人员：乔忠祥 赵彪 曹利慧 陈百霞 罗雅婧 张鑫
受保护的技术使用者：国网天津市电力公司 国网天津市电力公司城西供电分公司
技术研发日：2022.08.31
技术公布日：2023/1/6