專利名稱：長波形沖擊電流發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及的是一種沖擊電流檢測技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種沖擊電壓發(fā) 生器配合快速放電回路觸發(fā)的長波形沖擊電流發(fā)生器。
背景技術(shù)：
沖擊電流發(fā)生器的輸出電流的幅值和波形取決于其電容充電電壓、回路電感和 電阻，RLC回路可以產(chǎn)生任何波形，只要回路參數(shù)符合要求即可。但是在實際試驗中，電容 的充電電壓不能超過額定電壓，而且回路各部件耐受高電壓、大電流的能力都是有限的。 10/350ys(長波形)的電流由于波尾時間較長，若其幅值與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回路產(chǎn)生幅值較小的10/350 μ s電流是可以的， 產(chǎn)生10/350 μ s沖擊大電流卻是不現(xiàn)實的。用普通RLC回路產(chǎn)生IOOkA的10/350 μ s沖擊電流時，回路處于深過阻尼狀態(tài)，回 路的總電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于負(fù)載電阻，充電電壓需要上萬千伏，充電電容的能量上萬千焦，回路效 率很低。這不僅對儲能裝置的技術(shù)要求特別高，放電過程中上萬千焦的能量需要釋放在放 電開關(guān)上，對放電球隙的燒蝕程度也將很嚴(yán)重，并且巨大的能量釋放對操作環(huán)境產(chǎn)生電磁 及噪聲的污染。所以實際的沖擊試驗中，如果用普通的RLC回路來產(chǎn)生10/350 μ s沖擊電 流，不論從技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)上考慮都是不合理的?？焖俜烹娀芈肥抢媚芰哭D(zhuǎn)換原理來產(chǎn)生沖擊電流的，可以降低對儲能裝置和放 電球隙的設(shè)計要求，有利于產(chǎn)生高能量的10/350ys沖擊電流?？焖俜烹娀芈沸枰鉀Q兩 個關(guān)鍵性技術(shù)，一是快速放電球隙的耐高壓性能，二是放電開關(guān)與主回路的觸發(fā)配合問題， 如果不能正確配合，就不能輸出所需要的波形。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，西安交通大學(xué)研發(fā)的I (B)間隙型10/350 μ s沖擊電 流系統(tǒng)中的放電開關(guān)是采用工作在空氣或真空環(huán)境中的三電極開關(guān)，這種開關(guān)有一個活動 電極，需要根據(jù)不同的充電電壓來調(diào)整電極之間的距離。由于放電開關(guān)兩端電壓在實際試 驗中是不固定的，所以觸發(fā)脈沖的電壓也要隨之調(diào)整，這給沖擊電流試驗帶來了困難。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種長波形沖擊電流發(fā)生器，不 需要調(diào)節(jié)放電開關(guān)的球隙距離、沖擊電壓發(fā)生器的輸出波形和幅值，而且觸發(fā)單元能夠提 供足夠幅值和陡度的觸發(fā)脈沖，提高了觸發(fā)的精確性和可靠性。本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。本實用新型包括初級能量電路、充電電 容器組、主放電球隙、主放電球隙觸發(fā)電路、回路總電感、回路總電阻、放電開關(guān)和開關(guān)控制 電路，其中初級能量電路與充電電容器組并聯(lián)并分別與主放電球隙的第一端口以及放電 開關(guān)的第二主電極相連接，主放電球隙的第二端口分別與放電開關(guān)的第一主電極和回路總 電感相連接，回路總電感串接回路總電阻并與放電開關(guān)的第二主電極一并接地，開關(guān)控制 電路分別與放電開關(guān)的第一主電極、觸發(fā)電極和第二主電極相連接。
3[0008]所述的初級能量電路包括第一可控硅、第二可控硅、第一電阻、第二電阻、升壓變 壓器、第三電阻和二極管，其中第一可控硅與第二可控硅并聯(lián)并與第一電阻的一端相連， 第一電阻的另一端分別與第二電阻以及升壓變壓器的初級線圈相連接，升壓變壓器的次級 線圈分別與第三電阻和二極管串聯(lián)，二極管的另一端分別與充電電容器組和主放電球隙相 連接。所述的初級能量電路中的第一可控硅和第二可控硅用來控制電源的工作相位角， 從而達(dá)到控制整流電壓幅值的目的；第一電阻和第二電阻是變壓器初級側(cè)的保護(hù)電阻；第 三電阻和二極管組成整流回路并為主電容進(jìn)行直流充電。所述的主放電球隙觸發(fā)電路為一個極性與主電容極性相反的沖擊電壓發(fā)生器或 沖擊電流發(fā)生器。所述的開關(guān)控制電路包括沖擊電壓發(fā)生器、陡波電容、陡化球隙、第一穩(wěn)壓電阻 和第二穩(wěn)壓電阻，其中沖擊電壓發(fā)生器的輸出端分別與陡波電容和陡化球隙相連接，陡波 電容的另一端與放電開關(guān)的第二主電極相連，陡化球隙的另一端與放電開關(guān)的觸發(fā)電極相 連，第一穩(wěn)壓電阻的兩端分別與放電開關(guān)的第一主電極和觸發(fā)電極相連，第二穩(wěn)壓電阻的 兩端分別與放電開關(guān)的觸發(fā)電極和第二主電極相連。沖擊電壓發(fā)生器用來產(chǎn)生觸發(fā)放電開關(guān)的電壓脈沖，陡波電容為高壓瓷介電容， 它和陡化球隙一起輔助沖擊電壓發(fā)生器產(chǎn)生足夠陡的觸發(fā)脈沖。所述的放電開關(guān)為三電極球隙結(jié)構(gòu)，包括三個表面光滑的等半徑的鎢銅球分別 作為第一主電極、第二主電極和觸發(fā)電極，其中觸發(fā)電極位于第一主電極和第二主電極的 垂直平面上，三電極的距離滿足da_。> db_。> da_b。，其中da_。表示第一主電極與第二主電極 之間的距離，db_。表示觸發(fā)電極與第二主電極之間的距離，da_b表示第一主電極與觸發(fā)電極 之間的距離。本實用新型中，放電開關(guān)主電極兩端的電位幾乎為0，球隙的觸發(fā)主要依靠觸發(fā)回 路中的沖擊電壓發(fā)生器。在試驗中放電開關(guān)的三個電極之間的距離，以及沖擊電壓發(fā)生器 所產(chǎn)生的電壓脈沖的波形和幅值都無須進(jìn)行調(diào)整。也就是說，只要在發(fā)生器投入使用前調(diào) 整好放電開關(guān)的可靠觸發(fā)距離，以后的試驗中只要開關(guān)控制電路產(chǎn)生足夠幅值和陡度的電 壓脈沖，便可實現(xiàn)可靠觸發(fā)。這與現(xiàn)有技術(shù)中需要根據(jù)主電容充電電壓來調(diào)整放電開關(guān)的 球隙距離相比，每次試驗中本實用新型完全省去了調(diào)節(jié)快速放電球隙的球距這個過程，因 此給沖擊電流試驗帶來了方便。

圖1是本實用新型原理圖。圖2是本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面對本實用新型的實施例作詳細(xì)說明，本實施例在以本實用新型技術(shù)方案為前 提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護(hù)范圍不限 于下述的實施例。如圖1所示，本實施例包括初級能量電路1、充電電容器組2、主放電球隙3、主放電球隙觸發(fā)電路4、回路總電感5、回路總電阻6、放電開關(guān)7和開關(guān)控制電路8，其中初級 能量電路1與充電電容器組2并聯(lián)并分別與主放電球隙3的第一端口以及放電開關(guān)7的第 二主電極相連接，主放電球隙3的第二端口分別與放電開關(guān)7的第一主電極a和回路總電 感5相連接，回路總電感5串接回路總電阻6并與放電開關(guān)7的第二主電極c 一并接地，開 關(guān)控制電路8分別與放電開關(guān)7的第一主電極a、觸發(fā)電極b和第二主電極c相連接。所述的放電開關(guān)7為三電極球隙結(jié)構(gòu)，包括三個表面光滑的等半徑的鎢銅球分 別作為第一主電極a、第二主電極c和觸發(fā)電極b，其中觸發(fā)電極b位于第一主電極a和第 二主電極c的垂直平面上，三電極的距離滿足da_。> db_。> da_b。，其中da_。表示第一主電極 與第二主電極之間的距離，db_。表示觸發(fā)電極與第二主電極之間的距離，da_b表示第一主電 極與觸發(fā)電極之間的距離。所述的開關(guān)控制電路8包括沖擊電壓發(fā)生器13、陡波電容9、陡化球隙10、第一 穩(wěn)壓電阻11和第二穩(wěn)壓電阻12，其中沖擊電壓發(fā)生器13的輸出端分別與陡波電容9和 陡化球隙10相連接，陡波電容9的另一端與放電開關(guān)7的第二主電極相連，陡化球隙10的 另一端與放電開關(guān)7的觸發(fā)電極相連，第一穩(wěn)壓電阻11的兩端分別與放電開關(guān)7的第一主 電極a和觸發(fā)電極b相連，第二穩(wěn)壓電阻12的兩端分別與放電開關(guān)7的觸發(fā)電極b和第二 主電極c相連。沖擊電壓發(fā)生器用來產(chǎn)生觸發(fā)放電開關(guān)的電壓脈沖，陡波電容9為高壓瓷介電 容，它和陡化球隙10 —起輔助沖擊電壓發(fā)生器產(chǎn)生足夠陡的觸發(fā)脈沖。穩(wěn)壓電阻是為了使 放電開關(guān)的三個球隙之間的電位保持穩(wěn)定。如圖2所示，所述的初級能量電路1包括第一可控硅SCR1、第二可控硅SCR2、第 一電阻R1、第二電阻R2、升壓變壓器T、第三電阻R3和二極管D，其中第一可控硅SCRl與 第二可控硅SCR2并聯(lián)并與第一電阻Rl的一端相連，第一電阻Rl的另一端分別與第二電 阻R2以及升壓變壓器T的初級線圈相連接，升壓變壓器T的次級線圈分別與第三電阻R3 和二極管D串聯(lián)，二極管D的另一端分別與充電電容器組2和主放電球隙3相連接。所述的初級能量電路1中的第一可控硅SCRl和第二可控硅SCR2是用來控制電源 的工作相位角，從而達(dá)到控制整流電壓幅值的目的；第一電阻Rl和第二電阻R2是變壓器初 級側(cè)的保護(hù)電阻；T是升壓變壓器；第三電阻R3和D組成整流回路，為主電容提供直流充電 電壓。所述的主放電球隙觸發(fā)電路4為一個極性與主電容極性相反的沖擊電壓發(fā)生器 或沖擊電流發(fā)生器。可控硅控制可調(diào)的交流電源通過升壓變壓器之后，經(jīng)過整流輸出直流，進(jìn)而向主 電容C充電，第一可控硅SCRl和第二可控硅SCR2控制交流電源的工作相位角，從而起到調(diào) 節(jié)充電電壓大小和充電速度的作用。主電容充電完畢之后，通過主球隙放電，電容C的大部 分能量轉(zhuǎn)移到電感L上，沖擊電流的峰值主要由主電容C，電感L，第四電阻禮來決定。一 旦電流到達(dá)峰值，放電開關(guān)中的球隙a-b由沖擊電壓發(fā)生器觸發(fā)，在球隙a_b的放電作用和 流過L的電流引起的電壓降作用下，球隙b-c觸發(fā)。球隙a-b和b-c都被觸發(fā)后，外電路被 短路。輸出波形的波尾時間由時間常數(shù)L/R4來決定。由于快速放電回路是在主回路電流第一個峰值時刻觸發(fā)，此時放電開關(guān)上下兩電 極的電位接近0，所以沖擊電壓發(fā)生器提供的電壓脈沖的幅值和陡度決定放電開關(guān)第一主電極a-b是否正常觸發(fā)導(dǎo)通，三球之間的距離決定放電開關(guān)是否完全導(dǎo)通。主放電球隙觸發(fā)電路4和開關(guān)控制電路8通過光電耦合以主_從模式工作，這樣 可以精確控制沖擊電壓發(fā)生器相對于主放電球隙的觸發(fā)時延。本實施例不同于現(xiàn)有10/350 μ s波形沖擊電流發(fā)生器最顯著的特點是放電開關(guān) 的球隙距離、沖擊電壓發(fā)生器的輸出波形和幅值都不需要調(diào)節(jié)，而且觸發(fā)單元能夠提供足 夠幅值和陡度的觸發(fā)脈沖，提高了觸發(fā)的精確性和可靠性。
權(quán)利要求一種長波形沖擊電流發(fā)生器，其特征在于，包括初級能量電路(1)、充電電容器組(2)、主放電球隙(3)、主放電球隙觸發(fā)電路(4)、回路總電感(5)、回路總電阻(6)、放電開關(guān)(7)和開關(guān)控制電路(8)，其中初級能量電路(1)與充電電容器組(2)并聯(lián)并分別與主放電球隙(3)的第一端口以及放電開關(guān)(7)的第二主電極相連接，主放電球隙(3)的第二端口分別與放電開關(guān)(7)的第一主電極(a)和回路總電感(5)相連接，回路總電感(5)串接回路總電阻(6)并與放電開關(guān)(7)的第二主電極(c)一并接地，開關(guān)控制電路(8)分別與放電開關(guān)(7)的第一主電極(a)、觸發(fā)電極(b)和第二主電極(c)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長波形沖擊電流發(fā)生器，其特征是，所述的放電開關(guān)(7)為三 電極球隙結(jié)構(gòu)，包括三個表面光滑的等半徑的鎢銅球分別作為第一主電極(a)、第二主電 極(c)和觸發(fā)電極(b)，其中觸發(fā)電極(b)位于第一主電極(a)和第二主電極(c)的垂直 平面上，三電極的距離滿足da_。> db_。> da_b，其中da_。表示第一主電極與第二主電極之間 的距離，db_。表示觸發(fā)電極與第二主電極之間的距離，da_b表示第一主電極與觸發(fā)電極之間 的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長波形沖擊電流發(fā)生器，其特征是，所述的開關(guān)控制電路(8) 包括沖擊電壓發(fā)生器(13)、陡波電容(9)、陡化球隙(10)、第一穩(wěn)壓電阻(11)和第二穩(wěn)壓 電阻(12)，其中沖擊電壓發(fā)生器(13)的輸出端分別與陡波電容(9)和陡化球隙(10)相 連接，陡波電容(9)的另一端與放電開關(guān)(7)的第二主電極相連，陡化球隙(10)的另一端 與放電開關(guān)(7)的觸發(fā)電極相連，第一穩(wěn)壓電阻(11)的兩端分別與放電開關(guān)(7)的第一主 電極(a)和觸發(fā)電極(b)相連，第二穩(wěn)壓電阻(12)的兩端分別與放電開關(guān)(7)的觸發(fā)電極 (b)和第二主電極(C)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長波形沖擊電流發(fā)生器，其特征是，所述的初級能量電路(1) 包括第一可控硅(SCRl)、第二可控硅(SCR2)、第一電阻(Rl)、第二電阻(R2)、升壓變壓器 (T)、第三電阻(R3)和二極管(D)，其中第一可控硅(SCRl)與第二可控硅(SCR2)并聯(lián)并 與第一電阻(Rl)的一端相連，第一電阻(Rl)的另一端分別與第二電阻(R2)以及升壓變壓 器(T)的初級線圈相連接，升壓變壓器(T)的次級線圈分別與第三電阻(R3)和二極管(D) 串聯(lián)，二極管(D)的另一端分別與充電電容器組(2)和主放電球隙(3)相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長波形沖擊電流發(fā)生器，其特征是，所述的主放電球隙觸發(fā) 電路(4)為一個極性與主電容極性相反的沖擊電壓發(fā)生器或沖擊電流發(fā)生器。
專利摘要一種沖擊電流檢測技術(shù)領(lǐng)域的長波形沖擊電流發(fā)生器，包括初級能量電路(1)、充電電容器組(2)、主放電球隙(3)、主放電球隙觸發(fā)電路(4)、回路總電感(5)、回路總電阻(6)、放電開關(guān)(7)和開關(guān)控制電路(8)，其中初級能量電路(1)與充電電容器組(2)并聯(lián)并分別與主放電球隙(3)的第一端口以及放電開關(guān)(7)的第二主電極相連接，主放電球隙(3)的第二端口分別與放電開關(guān)(7)的第一主電極(a)和回路總電感(5)相連接，回路總電感(5)串接回路總電阻(6)并與放電開關(guān)(7)的第二主電極(c)一并接地，開關(guān)控制電路(8)分別與放電開關(guān)(7)的第一主電極(a)、觸發(fā)電極(b)和第二主電極(c)相連接。
文檔編號G01R1/28GK201707360SQ201020131660
公開日2011年1月12日 申請日期2010年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月16日
發(fā)明者傅正財, 劉全楨, 孫偉, 袁海燕, 陳堅 申請人:上海交通大學(xué);中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院