冲击电压发生器仿真设计

冲击电压发生器虚拟仿真实验
孙建军;孙长海;张颖杰;巴宇;王宁
【期刊名称】《实验室科学》
【年(卷),期】2022(25)2
【摘要】冲击高电压试验设备的特点是:电压等级高、实验空间大,投入的经费较多。

同时考虑到实验过程中的学生人身安全性问题,因此采用虚实结合的教学方式完成
了冲击电压发生器的实验教学。

介绍了冲击电压发生器虚拟仿真实验项目的建设过程。

项目实现了实验前的原理预习,安全知识学习,实验中的操作步骤详细模拟,以及为提高学生的综合能力而开发的虚拟设计环节。

通过虚拟仿真实验教学,加深了学
生对于冲击电压发生器基本原理的理解,熟练了操作过程。

实验的安全性得到了保证,提高了学生分析问题、解决问题的能力。

【总页数】4页(P64-67)
【作者】孙建军;孙长海;张颖杰;巴宇;王宁
【作者单位】大连理工大学电气工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM352
【相关文献】
1.小型化冲击电压发生器教学实验装置
2.冲击电压发生器充电不均匀度的仿真和实验分析
3.冲击电压发生器波形和参数的计算模型与仿真
4.混凝土放电破坏实验中
冲击电压发生器的应用研究5.基于Multisim仿真的单极冲击电压发生器研究
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冲击电压发生器的设计一、工作原理冲击电压发生器通常都采用Marx 回路，如图1所示。

图中C 为级电容,它们由充电电阻R 并联起来,通过整流回路T-D-r 充电到V 。

此时,因保护电阻r 一般比R 约大10倍,它不仅保护了整流设备,而且还能保证各级电容充电比较均匀。

在第1级中g0为点火球隙，由点火脉冲起动；其他各级中g 为中间球隙,它们调整在g0起动后逐个动作。

这些球隙在回路中起控制开关的作用,当它们都动作后,所有级电容C 就通过各级的波头电阻Rf 串联起来,并向负荷电容C0充电。

此时,串联后的总电容为C/n ，总电压为nV 。

n 为发生器回路的级数。

由于C0较小，很快就充满电,随后它将与级电容C 一起通过各级的波尾电阻Rt 放电。

这样，在负荷电容C0上就形成一很高电压的短暂脉冲波形的冲击电压。

在此短暂的期间内,因充电电阻R 远大于Rf 和Rt, 因而它们起着各级之间隔离电阻的作用。

冲击电压发生器利用多级电容器并联充电、串联放电来产生所需的电压，其波形可由改变Rf 和Rt 的阻值进行调整, 幅值由充电电压V 来调节，极性可通过倒换硅堆D 两极来改变。

图 1 冲击电压发生器回路（Marx回路）二、Simulink 设计1、各参数的选取额定电压的选取：取试品电压为110 kV ，由附录表A10和A3可得，耐受电压为550 kV ，型号MY 110-0.2的标称电容为0.2μF ，故冲击电压发生器的标称电压应不低于U1=550*1.3*1.1/0.85=925.3 kV冲击电容的选取：如不考虑大电力变压器试验和整卷电缆试验，就数互感器的电容较大，约1000pF ，冲击电容发生器的对地电容和高压引线及球隙等的电容估计为500pF ，电容分压器的电容估计为600pF ，则总的负荷电容为：C2=1000+500+600=2100pF电容器选择：从国产脉冲电容器的产品规格中找到MY 110—0.2瓷壳高压脉冲电容器比较合适，其电容值为0.2μF ，用此种电容器8级串联，标称电压可达880kV ，基本可以满足前述要求。

高电压技术课程设计姓名：赖智鹏学号：U200811806班级：电气0809班邮箱：冲击电压发生器的设计一、引言冲击电压发生器是一种产生脉冲波的高电压发生装置，在电力系统中主要用于研究电力设备遭受大气过电压和操作过电压时的绝缘性能。

本文是高电压技术课程的课程设计，参考相关文献完成了冲击电压发生器设计，了解了该装置基本原理、设计流程、注意事项等。

二、设计过程1. 最大输出电压300～800kV2. 冲击电容为保证冲击电压发生器有较大适用范围，考虑试验可能遇到的最大的试品电容（不考虑大电力变压器和整卷电缆试验的情况）（1）试品中互感器电容最大，约1000pF（2）冲击电压发生器的对地杂散电容和高压引线及球隙等的电容估计值取500pF （3）电容分压器（分压器采用电容式分压器）的电容估计值取600pF 由此得出，总的负荷电容约为210005006002100C pF=++=为保证发生器有足够高的效率，同时兼顾经济性，冲击电容取负荷电容10至20倍，则冲击电容为12(1020)(2100031500)C ～C ～pF==3. 电容器的选择型号MY110—0.2脉冲电容器参数如下表需满足两个要求：（1）电压发生器额定电压要求：300～800kV （2）冲击电容要求：21000～31500pF采用MY110—0.2脉冲电容器，7级串联，此时冲击电压发生器串联放电时，峰值电压约为770kV 满足（300～800kV ），且冲击电容为200000/7=28571满足（21000～31500pF ）4. 回路选择采用高效回路，单边充电。

图 1 高效回路上图中C为型号MY110-0.2脉冲电容器， R为充电电阻，r为保护电阻（同时起均压作用，使电容充电比较均匀），大小取10R，rf为波头电阻，rt为波尾电阻。

回路化简及等效如下图图 2 等效回路充电测量：毫安表测量充电电流，微安表与大电阻串联测量充电电压。

图 3 充电回路电参数测量5. 冲击电压发生器主要参数（1）额定电压U1=7*110=770kV （2）冲击电容C1=200000/7=28571pF（3）能量W=1/2*0.028571*10^-6*(770*10^3)^2= 8.4699e+003J=8.47kJ6. 波头电阻和波尾电阻计算假定（1）试品电容为1000pF （2）负荷电容为2100pF 则由于波前时间等效回路：图 4 波前时间等效回路：波头长1212612121221001028571101.2103.24 3.24122100102857110f f f C C t r r C C -----⨯⨯⨯=⨯=⨯⨯=⨯⨯+⨯+⨯∑∑得189.33189fr =Ω=Ω∑， 27.047127.0189.33/7f r =Ω==Ω波长时间等效回路图 5 波长时间等效回路：波长时间61250100.69(285712100)10t tt r --=⨯=⨯⨯+⨯∑得2362.6=2363t r =ΩΩ∑，2362.6/3377.5t r ==Ω7. 充电电阻和保护电阻阻值计算及电阻材料的选择下图为充电回路内部环流，为减小充电回路内部放电回路对冲击电压发生器放电回路的影响，要求R+rf>10～20rt 。

多级冲击电压发生器的设计Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT高电压课程设计多级冲击电压发生器的设计电气与电子工程学院指导老师：戴玲2010年3月1日一、设计任务：设计一高效多级冲击电压发生器，使其输出标准冲击电压波形（即50u s），电压等级为330k v-800k v,级数为3级以上。

二、额定电压的选择：为确定所要设计的冲击电压发生器的电压等级，需首先明确冲击电压发生器电压等级与所测试品电压等级的关系（见下表）1．试品电压等级的确定：表1.冲击电压发生器标称电压与被测试设备额定电压间的关系根据设计要求的输出电压为300-800kV，根据上表，可以假定试品的电压等级为66kv。

2.额定电压的确定：根据66kV设备雷电冲击耐受电压(峰值)表，可知变压器类设备的内绝缘的耐受电压最高，为385kV，击穿电压和闪络电压都高于试验电压，考虑为研究试验取裕度系数；长期工作时冲击电压发生器会发生绝缘老化，考虑老化系数取；假定冲击电压发生器的效率为85%，故冲击电压发生器的标称额定电压应不低于：由此确定冲击电压发生器的为660k v。

三、冲击电容的选择：将试品电容估算为900p F，冲击电压发生器的对地杂散电容和高压引线及球隙等的电容估算为500p F，电容分压器的电容估算为600p F，则总的负荷电容：C2≈900+500+600=2000（p F）按冲击电容为负荷电容的10倍估算，则冲击电容10000p F=5C2<C1<10C2=20000（p F）从国产脉冲电容器的产品规格中找到型高压脉冲电容器比较合适，具体参数和规格如下表：表二：型号额定电压kv标称电容uF外形尺寸mm重量kg110kvΦ635×495 瓷壳235选用此种型号电容器时，可以将所要设计的冲击电压发生器做成110k v一级，共6级（其中每级电容用两个电容串联组成，这样即可同时满足此冲击电压发生器额定电压和冲击电容的要求）。

冲击电压发生器的原理、试验及设计摘要:电力系统内的发，供，用电设备除了长期在额定电压下运行之外，还必须具备在过电压下的绝缘强度。

过电压是指超过正常运行电压，它是电器设备或保护设备损坏的电压升高。

在电力系统各种事故中，很大一部分是由于过电压造成设备的绝缘损坏引起的。

当绝缘油缺陷时，若不及时排除，最终将导致设备损坏，而高电压试验的目的就是通过一定的手段，依靠仪器设备，采用模拟的方法检验电气设备绝缘性能的可靠程度。

而冲击电压试验是针对电力系统外部过电压而对绝缘材料进行的一项电气试验，所进行的雷电试验及操作波试验能有效的模拟电力系统的外部过电压，对电气绝缘设备在电力运行中的过压能力能够有效的得到预防和检验。

关键词：高电压试验冲击电压发生器【ABSTRACT】：The electricity generation equipment, power supply equipment and consuming equipment of electrical system must base on the over-voltage insulating strength, as well as under long-time routine voltage service. Over-voltage is more than the normal operating voltage, which is damage to electrical equipment or protective equipment during increases the voltage. A variety of accidents in the power system, a large part was caused by the over-voltage insulation damage. If not immediately removed, the equipment will be damaged at last when the insulating oil appears defects. And that the purpose of high voltage testing will be using the simulation method to check the insulation reliability of electrical equipment.The impulse voltage test is for external over-voltage power system while an electrical insulating material testing, which is for the service pressure of electric power equipment can be effectively prevented and testing【KEY WORDS】High voltage test Impulse voltage generator目录1 绪论 (3)1.1冲击电压发生器的发展历史和现状 (3)1.2冲击电压发生器在电力系统中的应用 (3)2 冲击电压发生器的原理及结构 (4)2.1冲击电压波形 (4)2.2冲击电压发生器的原理 (5)2.3冲击电压发生器的结构 (6)2.4冲击电压发生器的接线方式 (8)2.5冲击电压试验系统的接线联线方式 (10)3 冲击电压发生器的设计 (14)3.1冲击电压发生器的标称电压的选择 (14)3.2冲击电压发生器的脉冲电容的选择 (14)3.3冲击电压发生器的容量的确定 (15)3.4回路选择 (15)4 冲击电压发生器在高电压试验中的应用 (16)4.1绝缘材料的雷电过电压耐受性能试验 (16)4.2绝缘材料的操作过电压耐受性能试验 (17)4.3 绝缘材料的陡波冲击电压试验 (17)参考文献 (17)一绪论1.1冲击电压发生器的发展历史和现状冲击电压发生器通常都采用Marx充放电回路，马克思发生器（Marx Generator）是一种利用电容并联充电再串联放电的高压装置，该结构由E.Marx于1924年提出。

高电压技术课程设计——冲击电压发生器的设计电气与电子工程学院冲击电压发生器的设计电力系统种的高压电气设备，除了承受长时期的工作电压外，在运行过程种，还可能会承受短时的雷电过电压和操作过电压的作用。

一般用冲击高压试验来检验高压电气设备的雷电过电压和操作过电压作用下的绝缘性能或保护性能。

雷电冲击高压试验采用全波冲击电压波形或截波冲击电压波形，这种冲击电压持续时间较短，约数微秒至数十微秒，它可以由冲击电压发生器产生；操作冲击电压试验采用操作冲击电压波形，其持续时间较长，约数百微秒至数千微秒，它利用变压器产生，也可利用冲击电压发生器产生。

许多高电压试验室的冲击电压发生器既可以产生雷电冲击电压波，也可以产生操作冲击电压波。

冲击电压发生器是产生冲击电压波的装置。

雷电冲击电压波是一个很快地从零上升到峰值然后较慢地下降地单向性脉冲电压。

一.设计目标：输出波形为1.2/50μs标准波形，回路采用高效率回路，输出电压为300～800kV，发生器级数为4～8级。

二.设计过程：1．试品电压等级的确定表1.冲击电压发生器标称电压与被测试设备额定电压间关系试品额定电压/ kV 35 110 220 330 500冲击电压发生器标称电压/ MV0.4～0.6 0.8～1.5 1.8～2.7 2.4～3.6 2.7～4.2要求的输出电压为300~800kV，根据上表，可以暂定试品的电压等级为66kV。

根据66kV设备雷电冲击耐受电压(峰值)表，可知变压器类设备的内绝缘的耐受电压最高，为385kV，击穿电压和闪络电压都高于试验电压，考虑为研究试验取裕度系数1.3；长期工作时冲击电压发生器会发生绝缘老化，考虑老化系数取1.1；假定冲击电压发生器的效率为85%，故冲击电压发生器的标称电压应不低于：1385 1.3 1.1/0.85647U kV kV =⨯⨯=所以可取冲击电压发生器的标称电压为660kV2．冲击电容的选定如不考虑大电力变压器试验和整卷电缆试验，就数互感器的电容较大，约1000pF ，冲击电压发生器的对地杂散电容和高压引线及球隙等的电容如估计为500pF ，电容分压器的电容如估计为600pF ，则总的负荷电容为2(1000500600)2100C pF pF =++=如按冲击电容为负荷电容的10倍来估计，约需冲击电容为121021000C C pF ==从国产脉冲电容器的产品规格中找到MY110—0.2瓷壳高压脉冲电容器比较合适，这种电容器的规格如表3所示。

冲击电压发生器的设计电气0705杨军电气学科大类2007级《高电压》课程设计（冲击电压发生器的设计）姓名：杨军学号：U200712316专业班号：电气0705班评阅人：指导教师：戴玲日期：2010.03.12目录一·冲击电压发生器的功用及原理。

3二·设计目标。

4 三·设计步骤。

4 四·设计总结。

13 五·参考资料。

14 六·附录。

15一·冲击电压发生器的功用及原理冲击电压发生器是一种产生脉冲波的高电压发生装置。

原先它只被用于研究电力设备遭受大气过电压（雷击）时的绝缘性能，近年来又被用于研究电力设备遭受操作过电压时的绝缘性能。

所以对冲击电压发生器的要求，不仅能产生出现在电力设备上的雷电波形，还能产生操作过电压波形。

冲击电压的破坏作用不仅决定于幅值，还与波形陡度有关，对某些设备要采用截断波来进行试验。

冲击电压发生器要满足两个要求：首先要能输出几十万到几百万伏的电压，同时这电压要具有一定的波形。

它的原理图如下：实验变压器T和高压硅堆D构成整流电源，经过保护电阻r及充电电阻R向主电容器C1 —C4 充电，充电到U，出现在球隙g1—g4上的电位差也为U，若事先把球间隙距离调到稍大于U，球隙不会放电。

当需要使冲击机动作时，可向点火球隙的针极送去一脉冲电压，针极和球皮只见产生一小火花，引起点火球隙放电，于是电容器C1的上极板经g1接地，点1电位由地电位变为-U。

电容器C1与C2间有充电电阻R隔开，R比较大，在g1放电瞬间，点2和点3电位不可能突然改变，点3电位仍为+U，中间球隙g2上的电位差突然升到2U，g2马上放电，于是点2电位变为-2U。

同理，g3，g4也跟着放电，电容器C1—C4串联起来了，最后球隙g0也放电，此时输出电压为C1—C4上电压的总和，即-4U。

上述一系列过程可被概括为“电容器并联充电，而后串联放电”二.设计目标：输出波形为1.2/50μs标准波形，回路采用高效率回路，输出电压为300～800kV，发生器级数为4～8级。

冲击电压发生器仿真设计一、设计目的1.理解冲击电压发生器的工作原理和绝缘冲击试验的内容；2.掌握冲击电压发生器的设计方法和matlab仿真软件的使用；3.学习分析冲击电压发生器充电回路的效率及波形参数。

二、设计要求1.设计一台冲击电压发生器，产生冲击电压波。

冲击波形的参数：波前时间为2.0us，半峰值时间为36us；试品电压等级110kV。

2.参考《高电压试验技术》（清华大学版）。

三、设计任务1.画出电路设计原理图选用高效率双边对称充电回路，如图3、4所示图3 发生器的充电回路图4 发生器的放电回路2.确定各元件参数2.1额定电压的选择：110kV产品的雷电冲击试验电压如表所示（按GB311.1-1997）表1 110kV产品的雷电冲击耐受电压上表所示的都是耐受电压。

击穿电压和闪络电压都高于试验电压，考虑为研究试验取裕度系数1.3;长期工作时冲击电压发生器会发生绝缘老化，考虑老化系数1.1；假定冲击电压发生器的效率为85%，故冲击电压发生器的标称电压应不低于U1=550×1.3 ×1.1 /0.85kV=925.3kV2.2冲击电容的选择：如不考虑大电力变压器试验和整卷电缆试验和互感器试验，就绝缘子的电容按100pF冲击电压发生器的对地杂散电容和高压引线及球隙等的电容如估计为500pF ,电容分压器的电容估计为600pF，则总的负荷电容为C2=100+500+600=1200pF如按冲击电容为负荷电容的10倍来估计，约需冲击电容为C1=10C2=12000pF2.3电容量的选择：从国产脉冲电容器的产品规格中找到MY220-0.1瓷壳高压脉冲电容器比较合适，电容器规格如下表2表2用此电容器5级串联，标称电压可达到1100 kV ，基本上满足前述需要。

每级由两个电容器串联，使冲击电容C 1=0.1/5=0.02μF此值＞10C 2 可使（电压）效率不致很低。

2.4冲击电压发生器主要参数：标称电压 1=22051100U k ⨯=冲击电容 10.02C F μ=标称能量 2211/20.02(1100)/212.1n W C U F kV kJ μ==⨯=2.4波前电阻和放电电阻的计算当试品电容为100pF ，负荷总电容1200pF 时，波前时间12122.0 3.24/()3.240.020.0012/(0.0212)f f f T s R C C C C R F F F μμμμ==⨯+=⨯⨯求得545.26f R =Ω，每级电阻/5109.1f f r R ==Ω 考虑回路电感影响时，12122.33/()f f T R C C C C =⨯+求得758.22f R =Ω，每级电阻/5151.6f f r R ==Ω。

电气与电子工程学院《高电压》课程设计（400kv冲击电压发生器的设计）姓名：学号：U*********专业班号：电气1303班评阅人：****：**日期：2016.08.15目录一、设计背景和意义 (3)二、冲击电压发生器基本原理 (4)1、雷电冲击电压波形 (4)2、多级充电电压发生器 (4)三、设计目标 (6)四、设计步骤 (7)1）确定冲击电压发生器级数n (7)2）负荷电容C2选择 (7)3）冲击电容C1选择 (8)4）冲击电压发生器的效率 (8)5）波头电阻R f、波尾电阻R t选择 (8)6）充电电阻R、保护电阻r选择 (10)7）充电时间 (10)8）变压器选择 (11)9）硅堆选择 (11)10）球隙直径选择 (11)五、设计总结与感想 (12)六、附录 (13)七、参考文献 (17)一、设计背景和意义电力系统中的高压电气设备在运行过程中可能会承受短时间的雷电冲击电压和操作过电压的作用。

冲击电压实验就是用来检测各种高压电气设备在雷电压和操作过电压作用下的绝缘性能或保护性能。

雷电冲击电压实验采用全波冲击电压波形或者截波冲击电压波形，其持续时间较短，约数微秒至数十微秒。

其中雷电冲击电压波形由冲击电压发生器产生，而操作冲击电压波可以利用冲击电压发生器产生，也可以利用变压器产生。

因此，很多高压实验室的冲击电压发生器既可以用来产生雷电冲击电压波，也可以用来产生操作冲击电压波。

在此重点讨论雷电冲击电压发生器的设计。

随着超高压输电工程的发展，冲击电压发生器已成为各高压实验室的重要实验设备之一。

其电压和容量不断提高。

可以相信，在超高压输电的工程的发展过程中，必将对冲击电压实验技术提出更高的要求。

二、冲击电压发生器基本原理1、雷电冲击电压波形多级冲击电压发生器的作用原理可以简单地概括为多级电容器并联充电，然后自动串联放电，形成幅值很高的冲击电压波。

雷电冲击电压波形分为全波和截波两种。

全波是具有一定极性的非周期性脉冲电压波，这种非周期性的冲击电压波可以用双指数函数表示：u(t)=A(e−tT1−e−tT2)式中：T1——波尾时间常数，T2——波头时间常数，通常T1≫T2。

1000kV冲击电压发生器及测量系统的设计摘要：本文介绍了1000kV冲击电压发生器及测量系统的基本工作原理，分析了设计过程中的主要问题，结合冲击电压发生器的主要技术指标，对设计过程进行了详细讨论，给出了电路原理图及实物结构图，并对主要元器件进行了选择，最后利用仿真软件ATP对输出波形进行了仿真，以验证选择参数的正确性，同时对某些电路参数对冲击电压波形的影响作出了分析。

关键词：冲击电压发生器；电路设计；结构图；ATP仿真电力系统的高压电气设备在运行时不仅要经常承受正常的工作电压作用,而且还有可能遭受短时雷电过电压和内部过电压的侵袭,所以高压电气设备在安装前要进行必要的过电压的绝缘耐受试验,比如模拟雷电过电压和操作过电压作用。

冲击高压实验是耐压实验的一种，进行冲击高压实验是为了研究电气设备在运行中遭受雷电过电压和操作过电压作用时的绝缘性能[1]。

冲击电压发生器是高压实验室的基本设备之一，它是一种产生脉冲波的高电压发生装置。

由于绝缘耐受冲击电压的能力与施加电压的波形有关，而实际冲击电压波形具有分散性，因此必须对于冲击电压波形参数做统一规定，以保证多次试验的重复性和不同试验条件下的结果的可比较性。

我国采用国际电工委员会（IEC）标准规定标准冲击电压波形。

即规定冲击电压波形为双指数型，波头时间为1.2uS，波尾时间为50us，冲击电压峰值一般为几十千伏到几兆伏。

1设计要求1.1设计指标设计一台1000kV的冲击电压发生器及测量系统，可以对2000pF的试品电容做冲击试验。

1.2基本要求冲击电压发生器应该满足以下几个要求：1) 能产生1.2/50μs 的标准雷电波。

2) 能给2000pF 以内的试品作冲击电压试验。

3) 要求画出结构简图。

4) 要求设计出各种元器件的参数（如电容、电阻器参数和型号等，球隙间 距等）。

5) 给出仿真波形并进行分析。

2冲击电压发生器的设计原理如图1所示，为标准冲击电压波形。

在经过时间T1时，电压从零上升到最大值，然后经过时间T2-T1，电压下降到最大值的一半。

特高压变压器雷电冲击电压发生器设计虚拟仿真实验教学项目-回复如何设计特高压变压器雷电冲击电压发生器的虚拟仿真实验教学项目。

第一步：项目背景介绍特高压变压器雷电冲击电压发生器是用于模拟变压器在雷电冲击下的电压响应情况，用于测试特高压变压器的抗雷击能力。

由于特高压变压器在实际操作中难以进行雷电冲击试验，因此虚拟仿真实验成为一种有效的方式。

本文将介绍如何设计特高压变压器雷电冲击电压发生器的虚拟仿真实验教学项目。

第二步：设定实验目标在设计实验前，我们需要设定实验的目标。

根据特高压变压器的特点和雷电冲击的影响因素，我们可以设定如下的实验目标：1. 模拟特高压变压器在雷电冲击下的电压响应情况。

2. 分析特高压变压器的抗雷击能力，提高其设计和维护技术。

3. 提供虚拟仿真实验平台，方便学生学习和实践。

第三步：确定实验内容和步骤根据实验目标，我们可以确定相应的实验内容和步骤。

在这里，我们可以列举以下几个重要环节：1. 特高压变压器的基本原理介绍。

2. 雷电冲击对特高压变压器的影响分析。

3. 设计特高压变压器雷电冲击电压发生器的虚拟仿真实验平台。

4. 确定实验参数和测试范围。

5. 进行仿真实验并记录实验数据。

6. 分析实验结果和验证仿真平台的有效性。

7. 提供实验报告和学习资料。

第四步：选择仿真软件和工具为了设计特高压变压器雷电冲击电压发生器的虚拟仿真实验项目，我们需要选择适用的仿真软件和工具。

常用的仿真软件包括MATLAB/Simulink、PSCAD等。

这些软件可模拟电力系统中的各种电气设备和电力故障，具有强大的建模和仿真能力，非常适合本实验的需求。

第五步：进行仿真模型设计和参数设定在设计过程中，我们需要进行仿真模型的设计和参数设定。

根据特高压变压器的电气特性和雷电冲击的电压波形，我们可以建立相应的模型，并设定合适的参数。

以MATLAB/Simulink为例，可以使用电路建模和电源模块构建特高压变压器雷电冲击电压发生器的仿真模型，并进行参数设定，包括变压器的阻抗、雷电冲击波形的幅值和时间间隔等。

课程设计(综合实验)报告名称：高电压课程设计题目：冲击电压发生器的设计院系：电气与电子工程学院班级：电气1005 班学号： 1101440308学生姓名：李雄指导教师：王伟设计周数： 1周成绩：日期：2013年 2月24日一、实验目的与要求设计一个冲击高压发生器，能够产生符合要求冲击的冲击高压。

掌握冲击电压发生器的工作原理、波形形成过程、波形参数描述与计算方法等。

掌握冲击电压发生器的参数设计、总体结构、器件选型和绝缘设计。

二、实验正文1、试验具体要求及内容1）概述冲击电压发生器是产生冲击电压波的装置，用于试验电力耐受大气过电压和操作过电压时的绝缘性能，本装置主要用于教学及科学研究，冲击电压发生器能产生雷电冲击电压波形、操作冲击电压波形。

2）主要技术参数（1）标称电压：p80kV；（2）额定电压等级：p20kV；（3）标称能量：0.8kJ；（4）每级主电容：0.01uF 20kV；（5）冲击总电容：0.025uF；（6）总级数：受材料所限，只做二级放电（7）能产生以下波形：a.标准雷电冲击电压全波：p1.2/50uS，电压利用系数小于90%；波头时间1.2p±30%uS；b.标准操作冲击波：p250/2500uS，电压利用系数大于80%。

2、试验设计（1）主接线图由于本实验受实验仪器限制，将四级发生器改为两级发生器（2）元件选择本实验我小组设计为操作波，波形要求为波头时间250±20%μs，半波时间2500±60%μs根据公式,波前时间Tf=3.24Rf*C1*C2/(C1+C2) 两级电路C1取0.4980μF，C2取2100pF。

操作波发生器半峰值时间Tf=250μs，带入计算得Rf=102.577k Ω根据公式，半峰值时间Tt=0.693Rt（C1+C2）两级电路C1取0.4980μF，C2取2100pF。

操作波发生器半峰值时间Tt=2500μs，带入计算得Rt=3.6k Ω3、仿真电路与结果根据冲击电压发生器的等效放电原理图，设计仿真电路，利用电力系统电磁暂态分析的仿真软件EMTP进行仿真，按照计算数据设定参数值，电路图如下：仿真输出波形如下图：从中可以读出波头时间为231μs，半波时间为2366μs，均满足要求。

内容。

本项目旨在通过虚拟仿真实验的方式，帮助学生深入理解特高压变压器雷电冲击电压发生器的工作原理和设计过程。

1. 引言特高压变压器雷电冲击电压发生器是电气领域中的重要实验设备，用于模拟雷电冲击电压对变压器的影响。

正确设计和使用这一设备对于保护变压器的正常运行至关重要。

因此，理解其设计原理和虚拟仿真实验过程显得尤为重要。

2. 设计原理特高压变压器雷电冲击电压发生器的设计原理基于雷电冲击电压的产生和传输原理。

通过充电、放电和限流等步骤，实现对特高压变压器的模拟冲击，从而观察其在不同冲击条件下的工作状态。

3. 设计过程设计特高压变压器雷电冲击电压发生器的过程主要包括以下几个步骤：步骤一：确定实验需求和目标，包括模拟的冲击电压峰值、频率等参数。

步骤二：选择适当的元器件和设备，如高压电容器、继电器和限流电阻等。

步骤三：根据设计需求和实验条件，进行电路图绘制和参数计算。

步骤四：进行电路仿真分析，验证设计的正确性。

步骤五：搭建实验平台，连接相应的电路元件和设备。

步骤六：进行虚拟仿真实验，观察和记录变压器在不同冲击条件下的工作状态。

步骤七：根据实验结果分析和总结，对设计进行改进和优化。

4. 实验教学项目本实验教学项目提供虚拟仿真实验的环境，并通过图表、动画等方式展示实验过程和结果。

学生可以在虚拟环境中进行实验操作，观察冲击电压对变压器的影响，并进行相关数据分析。

5. 结论通过特高压变压器雷电冲击电压发生器设计虚拟仿真实验教学项目，学生能够深入理解变压器受雷电冲击的情况，并掌握其设计和使用的要点。

同时，借助虚拟仿真技术，学生可以在安全、高效的环境中进行实验操作，提高实践能力和综合素质。

容。

希望本文能够对学生们的学习和实验有所帮助，使其能够更好地理解和应用相关知识。

感谢您的阅读！(注意：本文仅供参考，未经授权，禁止转载和使用。

)。

《高电压技术》课程设计冲击电压发生器的设计冲击电压发生器的设计非著名非著名准研究生准研究生准研究生李智威李智威李智威2010年盛大发布盛大发布大纲课程：高电压技术题目：冲击电压发生器设计内容简介：高压冲击电压的产生常采用多级冲击电压发生器实现。

冲击发生器的器件类型和杂散参数对电压波形均有影响。

本项设计的目的在于设计一套冲击电压发生器及其测量系统。

通过课程设计，掌握有关设计的基本步骤与规范；掌握冲击电压发生器的工作原理、波形形成过程、波形参数描述与计算方法等，巩固高电压的知识，增强感性认识。

掌握冲击电压发生器的参数设计、总体结构、器件选型和绝缘设计。

课设方式（软件或硬件方面的内容和条件）：对冲击电压发生器及其测量系统进行回路设计、波形仿真分析、器件选型和结构设计。

通过查阅高电压技术参考教材、产品手册和计算机仿真，获得比较符合工程实际的设计。

课程设计要求：画出冲击电压发生器的总体结构布置图 (含接地系统设计)，各主要部件或器件的型号、参数，绝缘距离与净空 (空间布置)，各参数之间的匹配关系，波形测量系统等。

对冲击电压发生器设计的要求为：（1） 高效回路（2） 最大输出电压300～800kV（3） 级数3级以上（4） 电阻（含线径和材料）（5） 球隙大小和距离（6） 输出波形 1.2/50波形（7） 测量装置（充电、放电）（8） 测量装置抗干扰措施（9） 充电电源（各器件参数）（10）本体、分压器、电源、测量系统（11）绝缘材料、绝缘距离选取（12）触发器（13）容性试品目录一、冲击电压发生器基本原理 (1)1.1、标准雷电冲击波波形 (1)1.2、冲击电压发生器基本原理 (2)1.3、多级冲击电压发生器 (2)二、冲击电压发生器基本设计 (3)2.1、设计目标 (3)2.2、冲击电压发生器组成 (4)三、各部分具体设计 (4)3.1、充电回路的选取 (4)3.2、主电容（冲击）、负荷电容计算 (5)3.3、电阻的计算 (5)3.4、变压器的选择 (7)3.5、高压硅堆的选择 (8)3.6、球隙直径的选择 (8)3.7、充电装置 (8)3.8、测量部分设计 (9)3.9、屏蔽罩，移动装置，绝缘支柱 (10)3.10、冲击电压发生器的控制系统 (11)3.11、matlab仿真 (12)四、设计总结 (13)五、参考资料 (14)冲击电压发生器的设计一、冲击电压发生器基本原理电力系统中的高压电气设备，除了承受长时期的工作电压外，在运行过程中，还可能会承受短时的雷电过电压和操作过电压的作用。

年第期3冲击电压发生器充电不均匀度的仿真和实验分析张益修孙伟傅正财陈坚（上海交通大学电气工程系，上海200030）摘要冲击电压发生器充电过程中，各级电容充电电压的不均匀性直接影响发生器输出预测和控制设定的准确度，特别是输出电压高、级数多的大型发生器，各级电容充电的不均匀现象尤为突出。

本文先讨论直流电压源对均匀分布参数充电回路的充电过程，计算分析各级电容充电电压之间的不均匀度。

然后通过建立冲击电压发生器的EMTP 仿真模型，分析并讨论充电回路元件参数、充电方法和充电时间等因素对充电电压不均匀度的影响。

分析恒流充电方式、减小充电电阻以及采取合理的控制策略等技术措施对改善充电电压不均匀度的效果，通过实验验证并改进这些措施，有效的减小充电的不均匀度，提高冲击电压发生器充放电过程测量控制的准确性。

关键词：冲击电压发生器；充电回路；冲击试验；EMTP 仿真Simulation and Experimental Investigation of the Char ging Ununiformityof Impulse Voltage GeneratorsZhang Y ixiu Sun W ei Fu Zhengcai Chen Jian（Dept.of Electrical Engineering,Shanghai Jiaotong University,Shanghai 200030）Abst ract During the charging process of impulse voltage generator,the charging ununiformity of stage capacitor voltages will directly influence the accuracy of output forecast and control setting of the generators.For multi-stage large generators with high output voltage,the phenomenon of charging ununiformity of stage capacitor voltages is particularly prominent.This paper analyzes the charging process of uniform distributed parameter circuits charged by DC voltage source,calculates the ununiformity of the charging voltage of stage capacitors.Then through the establishment of the EMTP simulation model of impulse voltage generator,the impact of component parameters of charging circuit,charging methods and the charging time on the ununiformity is investigated.The effects of some technical measures for improving the charging uniformity,such as constant current charging,reducing the charging resistance and reasonable control strategy etc.,are also discussed and experimentally investigated.Key words ：impulse voltage generator ；charging circuit ；impulse voltage test ；EMTP simulation1引言随着超、特高压输变电技术和输变电设备的飞速发展，作为各高电压试验室重要试验设备之一的冲击电压发生器，对其输出能力和控制测量的要求也不断提高。

冲击电压发生器的设计杨垄2010302540039一、工作原理冲击电压发生器通常都采用Marx回路，如图1所示。

图中C为级电容,它们由充电电阻R 并联起来,通过整流回路T-D-r充电到V。

此时,因保护电阻r 一般比R 约大10倍,它不仅保护了整流设备,而且还能保证各级电容充电比较均匀。

在第1级中g0为点火球隙，由点火脉冲起动；其他各级中g为中间球隙,它们调整在g0起动后逐个动作。

这些球隙在回路中起控制开关的作用,当它们都动作后,所有级电容C 就通过各级的波头电阻Rf串联起来,并向负荷电容C0充电。

此时,串联后的总电容为C/n，总电压为nV。

n为发生器回路的级数。

由于C0较小，很快就充满电,随后它将与级电容C一起通过各级的波尾电阻Rt放电。

这样，在负荷电容C0上就形成一很高电压的短暂脉冲波形的冲击电压。

在此短暂的期间内,因充电电阻R 远大于Rf和Rt,因而它们起着各级之间隔离电阻的作用。

冲击电压发生器利用多级电容器并联充电、串联放电来产生所需的电压，其波形可由改变Rf和Rt的阻值进行调整, 幅值由充电电压V 来调节，极性可通过倒换硅堆D两极来改变。

图1 冲击电压发生器回路（Marx回路）二、Simulink设计1、冲击电压发生器主要参数标称电压：U1=100*8=800 kV冲击电容：C1=0.025 μF负荷总电容：C2=0.0021μF2、等效电路图如下图2 简化等效图图3 C2电压波形图图3是C2的电压波形图三、程序设计1、Rd=15; Rf=184.14; Rt=2035; C1=2.5e-2; C2=2.1e-3; U1=800000;A=1/(C2*C1*(Rd*Rf+Rd*Rt+Rf*Rt)) ; A1=A*(C1*(Rd+Rt)+C2*(Rf+Rt)); A2=A; B=A*Rt*C1; num=[B*U1]; den=[1 A1 A2]; U2=tf(num,den); impulse(num,den);2、图形如下图表 4 C2电压波形图四、冲击电压发生器的效率根据公式，η=C1/(C1+C2)=0.025/0.0271=0.923 此值比原估计的效率高，所以所选电容是合适的。