一種20脈沖多波形沖擊發(fā)生器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及信號(hào)發(fā)生器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種20脈沖多波形沖擊發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002] 觀測數(shù)據(jù)表明全球每年發(fā)生超過12億次雷擊。每次閃電過程包含一次或多次大 電流放電過程，如果首次放電后閃電停止，則為單閃擊放電，否則為多閃擊放電。
[0003] 雷電觀測統(tǒng)計(jì)回?fù)舸螖?shù)典型值為3-4個(gè)，最多可達(dá)26個(gè)。在大多數(shù)地區(qū)，多閃擊 放電是雷電放電的主要形式。閃擊之間的間隔從數(shù)十μ s到數(shù)ms，典型值是50 μ s，最大值 為 125 μ s〇
[0004] 目前實(shí)驗(yàn)室雷電發(fā)生設(shè)備普遍為單閃擊雷電設(shè)備，如電力采用用8/20μ S和 4/10 μ s，低壓防雷采用的8/20 μ s和10/350 μ s發(fā)生裝置，該類設(shè)備僅能夠進(jìn)行單一時(shí)序 的單閃擊雷電過程模擬，無法滿足復(fù)雜環(huán)境下對雷電狀態(tài)和雷電時(shí)序的高要求。
[0005] 國外在這方面也已經(jīng)有慘重教訓(xùn)和成功的經(jīng)驗(yàn)，如阿波羅11號(hào)發(fā)射前遭受兩次 雷擊，航天員緊急制動(dòng)才避免了災(zāi)難性后果的發(fā)生。衛(wèi)星和飛機(jī)等航天航空器屢受雷擊，也 表明現(xiàn)有的雷電發(fā)生裝置和測試技術(shù)的局限性。因此上世紀(jì)70年代開始，美國宇航局就摒 棄了單一時(shí)序單閃擊雷電的理念，采用了四閃擊雷電模型。其四閃擊雷電波形包括兩個(gè)快 速閃擊，一個(gè)長時(shí)間放電過程和一個(gè)短回?fù)暨^程。實(shí)踐表明，采用多閃擊雷電模型比單閃擊 雷電過程更加接近真實(shí)放電過程，更加有利于雷電防護(hù)技術(shù)的研究和進(jìn)步。
[0006] 截至目前，在民用領(lǐng)域國內(nèi)外仍然采用的單一時(shí)序單脈沖雷電測試平臺(tái)，已經(jīng)越 來越不能滿足防雷行業(yè)發(fā)展的需求。然而最近十多年人工雷電監(jiān)測和人工引雷的結(jié)果表 明，實(shí)際雷擊是多次閃擊，連續(xù)發(fā)生的多時(shí)序放電過程。其特點(diǎn)是初始雷電放電能量大，后 續(xù)回?fù)暨^程能量較小且均勻即雷電放電可視為多脈沖閃擊過程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種新型的20脈沖多波形沖擊發(fā)生器，解決上述問題。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0009] -種20脈沖多波形沖擊發(fā)生器，包括變壓器充電裝置、20個(gè)本體電容儲(chǔ)能裝置、 20路防電球隙、20套調(diào)波裝置和試品箱；
[0010] 所述變壓器充電裝置、所述20個(gè)本體電容儲(chǔ)能裝置、所述20路防電球隙和所述試 品箱依次連接；所述變壓器充電裝置和所述20個(gè)本體電容儲(chǔ)能裝置均連接到所述20套調(diào) 波裝置；所述20個(gè)本體電容儲(chǔ)能裝置之間并聯(lián)設(shè)置，所述20路防電球隙之間并聯(lián)設(shè)置，所 述20套調(diào)波裝置之間并聯(lián)設(shè)置；
[0011] 所述試品箱接地，所述20套調(diào)波裝置連接到所述試品箱的接地線上。
[0012] 還包括自動(dòng)控制測量分析系統(tǒng)，所述自動(dòng)控制測量分析系統(tǒng)連接到并控制所述變 壓器充電裝置、所述20路防電球隙和所述試品箱。
[0013] 在機(jī)械結(jié)構(gòu)布局上采用沖擊放電典型回路，電容器組以公共圓心，扇形排列。
[0014] 所述20路放電球隙均采用光電位移編碼器。
[0015] 還包括電容，每組所述電容上增加一只充電電阻。
[0016] 所述20路防電球隙中的每個(gè)放電球隙都對應(yīng)設(shè)置一個(gè)單電機(jī)。
[0017] 本發(fā)明研究20脈沖多波形雷電電磁脈沖發(fā)生系統(tǒng)與測試技術(shù)的研究不但填補(bǔ)了 國內(nèi)同類裝置的空白，為防雷技術(shù)研究提供了完善而先進(jìn)的測試平臺(tái)。20脈沖多波形雷電 電磁脈沖發(fā)生系統(tǒng)，能夠輸出以下六種波形：
[0018] 1) 20 脈沖 8/20us 沖擊電流：40kA ;
[0019] 2) 20 脈沖 2. 6/40us 沖擊電流：10kA ;
[0020] 3)單一 8/2〇us 大電流：lf50kA ;
[0021] 4)單一 10/350us 沖擊電流：25kA ;
[0022] 5)組合波：20kV/10kA ;
[0023] 6)沖擊電壓：20kV;
[0024] 同時(shí)序多閃擊發(fā)生系統(tǒng)必須解決同時(shí)序控制和多路放電技術(shù)，20通道高速數(shù)據(jù)采 集、多閃擊波形數(shù)值重建、放電過程能量計(jì)算、雷電過程能量分布和分析、雷電防護(hù)裝置測 試等關(guān)鍵技術(shù)。其中多時(shí)序觸發(fā)控制是難點(diǎn)和重點(diǎn)。
[0025] -般電子控制信號(hào)的強(qiáng)度為5V，信號(hào)門限一般在2V左右。本套系統(tǒng)工作在強(qiáng)雷電 放電過程產(chǎn)生的強(qiáng)烈電磁環(huán)境下，電磁干擾強(qiáng)度在數(shù)十伏/m。在較小的空間里實(shí)現(xiàn)電子控 制信號(hào)的傳輸和控制，在極強(qiáng)電磁環(huán)境中實(shí)現(xiàn)信號(hào)的可靠控制，是發(fā)生系統(tǒng)研究的關(guān)鍵。
[0026] 1)主要部件
[0027] 變壓器充電裝置，20個(gè)本體電容儲(chǔ)能裝置，20路放電球隙，20套調(diào)波裝置，試品 箱，自動(dòng)測量分析測試系統(tǒng)
[0028] 2)原理圖（含圖注）
[0029] 同時(shí)序多閃擊發(fā)生系統(tǒng)必須解決同時(shí)序控制和多路放電技術(shù)，20通道高速數(shù)據(jù)采 集、多閃擊波形數(shù)值重建、放電過程能量計(jì)算、雷電過程能量分布和分析、雷電防護(hù)裝置測 試等關(guān)鍵技術(shù)。其中多時(shí)序控制是難點(diǎn)和重點(diǎn)。
[0030] -般電子控制信號(hào)的強(qiáng)度為5V，信號(hào)門限一般在2V左右。本套系統(tǒng)工作在強(qiáng)雷電 放電過程產(chǎn)生的強(qiáng)烈電磁環(huán)境下，電磁干擾強(qiáng)度在數(shù)十伏/m。在較小的空間里實(shí)現(xiàn)電子控 制信號(hào)的傳輸和控制，在極強(qiáng)電磁環(huán)境中實(shí)現(xiàn)信號(hào)的可靠控制，是發(fā)生系統(tǒng)研究的關(guān)鍵。 [0031 ] 首先要解決的是系統(tǒng)在電磁瞬變環(huán)境中的正常工作，必須對多閃擊雷電過程的頻 譜和分布進(jìn)行分析，避免控制信號(hào)和雷電放電脈沖工作在統(tǒng)一頻段。由于多時(shí)序和變時(shí)序 閃擊存在多種組合，難以準(zhǔn)確測定確定的頻段。因此創(chuàng)造性地提出在電子控制中采用分時(shí) 控制的方法，針對不同閃擊時(shí)序，改變控制脈沖時(shí)延控制模式，避免控制信號(hào)收到干擾。
[0032] 高電壓多路放電采用極陡脈沖發(fā)生器，輸出上升時(shí)間為百ns級的高電壓觸發(fā)信 號(hào)，觸發(fā)放電電極。
[0033] 同時(shí)序多閃擊發(fā)生系統(tǒng)必須依靠更加先進(jìn)的測量系統(tǒng)和專家軟件系統(tǒng)，方能夠發(fā) 揮其測試功能。在發(fā)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建設(shè)過程中，采用智能化設(shè)計(jì)，同步建立基于能量計(jì)算和 分布的專家分析系統(tǒng)，為后續(xù)測試平臺(tái)提供強(qiáng)大的軟環(huán)境。
[0034] 發(fā)生系統(tǒng)將立足已經(jīng)成功進(jìn)行測試的雙路放電發(fā)生系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改進(jìn)和 提高，運(yùn)用工業(yè)工程設(shè)計(jì)思想，將專業(yè)測試機(jī)構(gòu)、高校課題組和專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)有機(jī)結(jié)合 在一起。
[0035] 電氣原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
[0036] 沖擊電流發(fā)生器的原理上包括整流充電電源和沖擊放電回路兩部分。沖擊電流發(fā) 生器的原理圖，如圖3。
[0037] 圖中C為許多并聯(lián)電容器的總電容值，L及R為包括電容器、回路連線、分流器、球 間隙及被試品在內(nèi)的電感和電阻值，有時(shí)也包括為了調(diào)整電流波形而加入的電感和電阻。 分流器S是用來測量流過被試品的電流，分壓器ro是用來測量被試品上的電壓。從分流器 和分壓器取出的信號(hào)送入示波器進(jìn)行測量。
[0038] 多路沖擊電流發(fā)生器的作用原理與單路雷電沖擊電流發(fā)生器基本相同。在比較長 的時(shí)間內(nèi)電容器組C被整流電源充電到電壓U,，然后送一觸發(fā)脈沖U sk到三電極間隙G，使G 擊穿，在短時(shí)間內(nèi)電容器組C把所獲得的能量釋放給被試品，使被試品獲得很大的功率。為 了獲得很大的沖擊電流幅值和陡度，沖擊電流發(fā)生器放電回路的電感應(yīng)盡可能的小。
[0039] 因此在機(jī)械結(jié)構(gòu)布局上采用沖擊放電典型回路，電容器組以公共圓心，扇形排列， 以達(dá)到所有放電回路最佳放電效果。
[0040] 每路放電裝置都可以獨(dú)立控制放電時(shí)序，也可以獨(dú)立進(jìn)行測試。
[0041] 多路雷電沖擊電流并聯(lián)輸出，能夠輸出較高幅值，20路并聯(lián)，能夠達(dá)到150kA以 上。
[0042] 3)圖注內(nèi)容的邏輯關(guān)系（變壓器充電裝置，20個(gè)本體電容儲(chǔ)能裝置，20路放電球 隙，20套調(diào)波裝置，試品箱，自動(dòng)控制測量分析系統(tǒng)）
[0043] 4)邏輯關(guān)系：先將DUT (待測試品）按照實(shí)驗(yàn)要求固定在試品箱中，檢查符合試驗(yàn) 條件。開始試驗(yàn)時(shí)，打開電源，變壓器充電裝置對20個(gè)本體電容儲(chǔ)能裝置充電，充電時(shí)間間 隔和充電電壓可以預(yù)先在自開發(fā)的測量控制分析系統(tǒng)上的觸摸屏設(shè)置，當(dāng)充電電壓達(dá)到 設(shè)定值后，經(jīng)觸發(fā)系統(tǒng)裝置自動(dòng)觸發(fā)，20個(gè)本體電容儲(chǔ)能裝置就可經(jīng)過20套調(diào)波裝置，通 過20路放電球隙輸出依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)所需波形。實(shí)驗(yàn)結(jié)果的測量分析報(bào)告都可在自動(dòng)控制測量 分析系統(tǒng)中獲得。
[0044] 一、主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：