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专利名称：长波形冲击电流发生器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种冲击电流检测技术领域的装置，具体是一种冲击电压发 生器配合快速放电回路触发的长波形冲击电流发生器。
背景技术：
冲击电流发生器的输出电流的幅值和波形取决于其电容充电电压、回路电感和 电阻，RLC回路可以产生任何波形，只要回路参数符合要求即可。但是在实际试验中，电容 的充电电压不能超过额定电压，而且回路各部件耐受高电压、大电流的能力都是有限的。 10/350ys(长波形)的电流由于波尾时间较长，若其幅值与8/20ys(短波形)相同，能量 要比8/20 μ s波大很多。因此用普通RLC回路产生幅值较小的10/350 μ s电流是可以的， 产生10/350 μ s冲击大电流却是不现实的。用普通RLC回路产生IOOkA的10/350 μ s冲击电流时，回路处于深过阻尼状态，回 路的总电阻远远大于负载电阻，充电电压需要上万千伏，充电电容的能量上万千焦，回路效 率很低。这不仅对储能装置的技术要求特别高，放电过程中上万千焦的能量需要释放在放 电开关上，对放电球隙的烧蚀程度也将很严重，并且巨大的能量释放对操作环境产生电磁 及噪声的污染。所以实际的冲击试验中，如果用普通的RLC回路来产生10/350 μ s冲击电 流，不论从技术上还是经济上考虑都是不合理的。快速放电回路是利用能量转换原理来产生冲击电流的，可以降低对储能装置和放 电球隙的设计要求，有利于产生高能量的10/350ys冲击电流。快速放电回路需要解决两 个关键性技术，一是快速放电球隙的耐高压性能，二是放电开关与主回路的触发配合问题， 如果不能正确配合，就不能输出所需要的波形。经过对现有技术的检索发现，西安交通大学研发的I (B)间隙型10/350 μ s冲击电 流系统中的放电开关是采用工作在空气或真空环境中的三电极开关，这种开关有一个活动 电极，需要根据不同的充电电压来调整电极之间的距离。由于放电开关两端电压在实际试 验中是不固定的，所以触发脉冲的电压也要随之调整，这给冲击电流试验带来了困难。

实用新型内容本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提供一种长波形冲击电流发生器，不 需要调节放电开关的球隙距离、冲击电压发生器的输出波形和幅值，而且触发单元能够提 供足够幅值和陡度的触发脉冲，提高了触发的精确性和可靠性。本实用新型是通过以下技术方案实现的。本实用新型包括初级能量电路、充电电 容器组、主放电球隙、主放电球隙触发电路、回路总电感、回路总电阻、放电开关和开关控制 电路，其中初级能量电路与充电电容器组并联并分别与主放电球隙的第一端口以及放电 开关的第二主电极相连接，主放电球隙的第二端口分别与放电开关的第一主电极和回路总 电感相连接，回路总电感串接回路总电阻并与放电开关的第二主电极一并接地，开关控制 电路分别与放电开关的第一主电极、触发电极和第二主电极相连接。
3[0008]所述的初级能量电路包括第一可控硅、第二可控硅、第一电阻、第二电阻、升压变 压器、第三电阻和二极管，其中第一可控硅与第二可控硅并联并与第一电阻的一端相连， 第一电阻的另一端分别与第二电阻以及升压变压器的初级线圈相连接，升压变压器的次级 线圈分别与第三电阻和二极管串联，二极管的另一端分别与充电电容器组和主放电球隙相 连接。所述的初级能量电路中的第一可控硅和第二可控硅用来控制电源的工作相位角， 从而达到控制整流电压幅值的目的；第一电阻和第二电阻是变压器初级侧的保护电阻；第 三电阻和二极管组成整流回路并为主电容进行直流充电。所述的主放电球隙触发电路为一个极性与主电容极性相反的冲击电压发生器或 冲击电流发生器。所述的开关控制电路包括冲击电压发生器、陡波电容、陡化球隙、第一稳压电阻 和第二稳压电阻，其中冲击电压发生器的输出端分别与陡波电容和陡化球隙相连接，陡波 电容的另一端与放电开关的第二主电极相连，陡化球隙的另一端与放电开关的触发电极相 连，第一稳压电阻的两端分别与放电开关的第一主电极和触发电极相连，第二稳压电阻的 两端分别与放电开关的触发电极和第二主电极相连。冲击电压发生器用来产生触发放电开关的电压脉冲，陡波电容为高压瓷介电容， 它和陡化球隙一起辅助冲击电压发生器产生足够陡的触发脉冲。所述的放电开关为三电极球隙结构，包括三个表面光滑的等半径的钨铜球分别 作为第一主电极、第二主电极和触发电极，其中触发电极位于第一主电极和第二主电极的 垂直平面上，三电极的距离满足da_。> db_。> da_b。，其中da_。表示第一主电极与第二主电极 之间的距离，db_。表示触发电极与第二主电极之间的距离，da_b表示第一主电极与触发电极 之间的距离。本实用新型中，放电开关主电极两端的电位几乎为0，球隙的触发主要依靠触发回 路中的冲击电压发生器。在试验中放电开关的三个电极之间的距离，以及冲击电压发生器 所产生的电压脉冲的波形和幅值都无须进行调整。也就是说，只要在发生器投入使用前调 整好放电开关的可靠触发距离，以后的试验中只要开关控制电路产生足够幅值和陡度的电 压脉冲，便可实现可靠触发。这与现有技术中需要根据主电容充电电压来调整放电开关的 球隙距离相比，每次试验中本实用新型完全省去了调节快速放电球隙的球距这个过程，因 此给冲击电流试验带来了方便。

图1是本实用新型原理图。图2是本实用新型结构示意图。
具体实施方式
下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前 提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限 于下述的实施例。如图1所示，本实施例包括初级能量电路1、充电电容器组2、主放电球隙3、主放电球隙触发电路4、回路总电感5、回路总电阻6、放电开关7和开关控制电路8，其中初级 能量电路1与充电电容器组2并联并分别与主放电球隙3的第一端口以及放电开关7的第 二主电极相连接，主放电球隙3的第二端口分别与放电开关7的第一主电极a和回路总电 感5相连接，回路总电感5串接回路总电阻6并与放电开关7的第二主电极c 一并接地，开 关控制电路8分别与放电开关7的第一主电极a、触发电极b和第二主电极c相连接。所述的放电开关7为三电极球隙结构，包括三个表面光滑的等半径的钨铜球分 别作为第一主电极a、第二主电极c和触发电极b，其中触发电极b位于第一主电极a和第 二主电极c的垂直平面上，三电极的距离满足da_。> db_。> da_b。，其中da_。表示第一主电极 与第二主电极之间的距离，db_。表示触发电极与第二主电极之间的距离，da_b表示第一主电 极与触发电极之间的距离。所述的开关控制电路8包括冲击电压发生器13、陡波电容9、陡化球隙10、第一 稳压电阻11和第二稳压电阻12，其中冲击电压发生器13的输出端分别与陡波电容9和 陡化球隙10相连接，陡波电容9的另一端与放电开关7的第二主电极相连，陡化球隙10的 另一端与放电开关7的触发电极相连，第一稳压电阻11的两端分别与放电开关7的第一主 电极a和触发电极b相连，第二稳压电阻12的两端分别与放电开关7的触发电极b和第二 主电极c相连。冲击电压发生器用来产生触发放电开关的电压脉冲，陡波电容9为高压瓷介电 容，它和陡化球隙10 —起辅助冲击电压发生器产生足够陡的触发脉冲。稳压电阻是为了使 放电开关的三个球隙之间的电位保持稳定。如图2所示，所述的初级能量电路1包括第一可控硅SCR1、第二可控硅SCR2、第 一电阻R1、第二电阻R2、升压变压器T、第三电阻R3和二极管D，其中第一可控硅SCRl与 第二可控硅SCR2并联并与第一电阻Rl的一端相连，第一电阻Rl的另一端分别与第二电 阻R2以及升压变压器T的初级线圈相连接，升压变压器T的次级线圈分别与第三电阻R3 和二极管D串联，二极管D的另一端分别与充电电容器组2和主放电球隙3相连接。所述的初级能量电路1中的第一可控硅SCRl和第二可控硅SCR2是用来控制电源 的工作相位角，从而达到控制整流电压幅值的目的；第一电阻Rl和第二电阻R2是变压器初 级侧的保护电阻；T是升压变压器；第三电阻R3和D组成整流回路，为主电容提供直流充电 电压。所述的主放电球隙触发电路4为一个极性与主电容极性相反的冲击电压发生器 或冲击电流发生器。可控硅控制可调的交流电源通过升压变压器之后，经过整流输出直流，进而向主 电容C充电，第一可控硅SCRl和第二可控硅SCR2控制交流电源的工作相位角，从而起到调 节充电电压大小和充电速度的作用。主电容充电完毕之后，通过主球隙放电，电容C的大部 分能量转移到电感L上，冲击电流的峰值主要由主电容C，电感L，第四电阻礼来决定。一 旦电流到达峰值，放电开关中的球隙a-b由冲击电压发生器触发，在球隙a_b的放电作用和 流过L的电流引起的电压降作用下，球隙b-c触发。球隙a-b和b-c都被触发后，外电路被 短路。输出波形的波尾时间由时间常数L/R4来决定。由于快速放电回路是在主回路电流第一个峰值时刻触发，此时放电开关上下两电 极的电位接近0，所以冲击电压发生器提供的电压脉冲的幅值和陡度决定放电开关第一主电极a-b是否正常触发导通，三球之间的距离决定放电开关是否完全导通。主放电球隙触发电路4和开关控制电路8通过光电耦合以主_从模式工作，这样 可以精确控制冲击电压发生器相对于主放电球隙的触发时延。本实施例不同于现有10/350 μ s波形冲击电流发生器最显著的特点是放电开关 的球隙距离、冲击电压发生器的输出波形和幅值都不需要调节，而且触发单元能够提供足 够幅值和陡度的触发脉冲，提高了触发的精确性和可靠性。
权利要求一种长波形冲击电流发生器，其特征在于，包括初级能量电路(1)、充电电容器组(2)、主放电球隙(3)、主放电球隙触发电路(4)、回路总电感(5)、回路总电阻(6)、放电开关(7)和开关控制电路(8)，其中初级能量电路(1)与充电电容器组(2)并联并分别与主放电球隙(3)的第一端口以及放电开关(7)的第二主电极相连接，主放电球隙(3)的第二端口分别与放电开关(7)的第一主电极(a)和回路总电感(5)相连接，回路总电感(5)串接回路总电阻(6)并与放电开关(7)的第二主电极(c)一并接地，开关控制电路(8)分别与放电开关(7)的第一主电极(a)、触发电极(b)和第二主电极(c)相连接。
2.根据权利要求1所述的长波形冲击电流发生器，其特征是，所述的放电开关(7)为三 电极球隙结构，包括三个表面光滑的等半径的钨铜球分别作为第一主电极(a)、第二主电 极(c)和触发电极(b)，其中触发电极(b)位于第一主电极(a)和第二主电极(c)的垂直 平面上，三电极的距离满足da_。> db_。> da_b，其中da_。表示第一主电极与第二主电极之间 的距离，db_。表示触发电极与第二主电极之间的距离，da_b表示第一主电极与触发电极之间 的距离。
3.根据权利要求1所述的长波形冲击电流发生器，其特征是，所述的开关控制电路(8) 包括冲击电压发生器(13)、陡波电容(9)、陡化球隙(10)、第一稳压电阻(11)和第二稳压 电阻(12)，其中冲击电压发生器(13)的输出端分别与陡波电容(9)和陡化球隙(10)相 连接，陡波电容(9)的另一端与放电开关(7)的第二主电极相连，陡化球隙(10)的另一端 与放电开关(7)的触发电极相连，第一稳压电阻(11)的两端分别与放电开关(7)的第一主 电极(a)和触发电极(b)相连，第二稳压电阻(12)的两端分别与放电开关(7)的触发电极 (b)和第二主电极(C)相连。
4.根据权利要求1所述的长波形冲击电流发生器，其特征是，所述的初级能量电路(1) 包括第一可控硅(SCRl)、第二可控硅(SCR2)、第一电阻(Rl)、第二电阻(R2)、升压变压器 (T)、第三电阻(R3)和二极管(D)，其中第一可控硅(SCRl)与第二可控硅(SCR2)并联并 与第一电阻(Rl)的一端相连，第一电阻(Rl)的另一端分别与第二电阻(R2)以及升压变压 器(T)的初级线圈相连接，升压变压器(T)的次级线圈分别与第三电阻(R3)和二极管(D) 串联，二极管(D)的另一端分别与充电电容器组(2)和主放电球隙(3)相连接。
5.根据权利要求1所述的长波形冲击电流发生器，其特征是，所述的主放电球隙触发 电路(4)为一个极性与主电容极性相反的冲击电压发生器或冲击电流发生器。
专利摘要一种冲击电流检测技术领域的长波形冲击电流发生器，包括初级能量电路(1)、充电电容器组(2)、主放电球隙(3)、主放电球隙触发电路(4)、回路总电感(5)、回路总电阻(6)、放电开关(7)和开关控制电路(8)，其中初级能量电路(1)与充电电容器组(2)并联并分别与主放电球隙(3)的第一端口以及放电开关(7)的第二主电极相连接，主放电球隙(3)的第二端口分别与放电开关(7)的第一主电极(a)和回路总电感(5)相连接，回路总电感(5)串接回路总电阻(6)并与放电开关(7)的第二主电极(c)一并接地，开关控制电路(8)分别与放电开关(7)的第一主电极(a)、触发电极(b)和第二主电极(c)相连接。
文档编号G01R1/28GK201707360SQ201020131660
公开日2011年1月12日 申请日期2010年3月16日 优先权日2010年3月16日
发明者傅正财, 刘全桢, 孙伟, 袁海燕, 陈坚 申请人:上海交通大学;中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院