冲击电压发生器的基本工作原理

冲击电压发生器原理
冲击电压发生器是一种产生高压瞬态电压的装置，利用充电电路的储能元件（如电容器）储存能量，然后通过开关元件（如开关管）将储存的能量突然释放出来，产生瞬态的高电压。

其工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 充电：电压发生器的电容器首先会通过外部电源进行充电。

在充电过程中，电容器两端的电压逐渐上升，直到达到所需的充电电压。

2. 储能：一旦电容器充电到设定电压，充电电源会停止向电容器供电。

此时，电容器储存了一定的电能，其中电压与所需冲击电压相同。

3. 释放：在释放阶段，通过控制开关元件（如开关管）的导通与断开，将电容器内储存的电能突然释放出来。

开关管通常会在极短的时间内（纳秒至微秒级）完成导通和断开的操作。

4. 冲击电压产生：当开关管导通时，电容器会通过导通的通路放电，产生瞬时高电流。

根据电流与时间的变化率，根据欧姆定律（U=IR），高电流通过电阻会产生高电压。

这样就产生了一个瞬态的高电压冲击波。

冲击电压发生器通过控制充电、储能和释放阶段的操作，可以产生不同幅度和脉冲宽度的冲击电压，用于各种测试和实验需求。

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。

雷电冲击电压发生器原理1. 概述雷电是自然界中常见的电现象，其强大的能量往往会对人类的生产生活造成严重的影响。

为了防止雷电对设备和建筑物造成损害，人们发明了各种防雷设备，其中就包括雷电冲击电压发生器。

本文将重点介绍雷电冲击电压发生器的原理以及其在防雷领域的应用。

2. 雷电冲击电压发生器的作用我们需要了解雷电冲击电压发生器在防雷领域的作用。

雷电冲击电压发生器是一种专门用于防雷的设备，其主要作用是在雷电冲击发生时把电压分配到耐雷设备上，从而避免雷击对设备造成损害。

3. 雷电冲击电压发生器的原理雷电冲击电压发生器的工作原理主要包括两个方面：波头电阻和波尾电阻。

4. 波头电阻波头电阻是指在雷电冲击发生时，电压波前的电阻，其作用是降低电压的波峰，从而减小雷电冲击对设备的影响。

波头电阻需要具备高强度、高频率响应和快速放电的特点，用于消耗雷电冲击的能量，保护被保护设备的安全。

5. 波尾电阻波尾电阻是指在雷电冲击后的电压波尾的电阻，其作用是将残余的电压波尾导向接地，以确保雷电冲击后设备的安全。

波尾电阻需要具备高功耗、高耐压、高放电容量和长寿命等特点，用于将电压波尾慢速放电，保障设备不受雷电冲击的损坏。

6. 雷电冲击电压发生器的应用雷电冲击电压发生器在工业、建筑、交通等领域都有广泛的应用。

例如在电力系统中，雷电冲击电压发生器可以保护变压器、线路等设备免受雷电冲击的影响；在建筑领域中，它可以抵御雷电对建筑物的损害；在交通领域中，它可以保护信号设备、通信设备等免受雷击的影响。

7. 结语雷电冲击电压发生器作为一种重要的防雷设备，其原理及应用对防止雷击对人类生产生活造成的损失具有重要意义。

通过了解其原理和应用，我们可以更好地了解防雷设备的工作原理，提高防雷设备的使用效果。

希望本文对读者有所帮助，多谢关注。

8. 雷电冲击电压发生器的发展趋势随着科技的不断发展，雷电冲击电压发生器的技术也在不断进步。

未来，人们对雷电冲击电压发生器提出了更高的要求，希望其在防雷领域能够有更加广泛和深远的应用。

冲击电压发生器的基本原理
冲击电压发生器是一种电子设备，它能够产生高电压脉冲信号。

这种设备的基本原理是利用电磁感应的原理，通过瞬间改变电路中的电流来产生高电压脉冲信号。

在冲击电压发生器中，电路中的电流会被突然切断，这会导致电磁场的崩溃。

当电磁场崩溃时，会产生一个瞬间的高电压脉冲信号。

这个信号的幅度和宽度取决于电路中的电感和电容值。

冲击电压发生器通常由一个电容和一个电感组成。

当电容充电时，电流会流经电感，这会导致电磁场的建立。

当电容充满电荷时，电路中的开关会突然切断电流，这会导致电磁场的崩溃。

这个崩溃会产生一个高电压脉冲信号。

冲击电压发生器的输出电压通常可以达到数千伏或数十万伏。

这种高电压脉冲信号可以用于许多应用，例如电子学、医学、科学研究等领域。

在医学领域，冲击电压发生器可以用于治疗心脏病和神经病等疾病。

在科学研究领域，冲击电压发生器可以用于产生高能粒子束，用于研究原子和分子的结构。

冲击电压发生器是一种非常重要的电子设备，它能够产生高电压脉冲信号，用于许多应用领域。

其基本原理是利用电磁感应的原理，通过瞬间改变电路中的电流来产生高电压脉冲信号。

冲击电压试验由于冲击高电压试验对试验设备和测试仪器的要求高、投资大，测试技术也比较复杂，所以在绝缘预防性试验中通常不列入冲击耐压试验。

但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，在许多高压试验室中都装设了冲击电压发生器，用来产生试验用的雷电冲击电压波和操作冲击电压被。

许多高压电气设备在出厂试验、型式试验时或大修后都必须进行冲击高压试验。

冲击电压发生器是高压实验室的基本设备之一，冲击试验电压要比设备绝缘正常运行时承受的电压高出很多。

随着输电电压等级的不断提高，冲击电压发生器的最高电压也相应提高才能满足试验要求。

一、冲击电压波形的定义绝缘耐受冲击电压的能力与施加的电压波形有关，而实际的冲击电压波形具有分散性，即每次的波形参数会有不同，为了保证多次冲击试验的重复性和不同试验条件下试验结果的可比较性，必须规定统一的冲击电压波形参数。

我国对标准冲击电压波形的规定和国际电工委员会（IEC ）标准相同。

如图1－26所示。

在经过时间T 1时，电压从零上升到最大值，然后经过时间T 2-T 1，电压下降到最大值的一半。

规定电压从零上升到最大值所用的时间T 1称为波头时间（或波前时间），电压从零开始经过最大值又下降到最大值一半的时间T 2成为半峰值时间（或波长时间、波尾时间）。

Ut图1--26 标准冲击电压波形 图1--27非周期性的冲击电压波形非周期性的冲击电压波形由两个指数电压波形叠加组成，如图1－27所示，即)()(21ττtteeA t u ---= （1--25）式中：1τ－波尾时间常数。

2τ－波头时间常数，通常1τ远大于2τ。

A －单指数波幅值。

对于实际的冲击电压波形，其起始部分通常比较模糊，在最大值附近的波形比较平坦，很难确定起始零点和到达最大值的时间。

所以实际中通常采用视在波头时间和视在半峰值时间来定义冲击电压波形。

按照国际电工委员会（IEC ）标准，实际冲击电压波形参数的定义如图1－28所示。

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。

一：填空题1.电离是指电子脱离原子核的束缚而形成自由电子和正离子过程。

2.碰撞电离是气体放电过程中产生带电质点最重要的方式。

3.气体发生放电时，除不断形成带电质点的电离过程外，还存在相反的过程，即带电质点的消失过程，则带电质点的消失情况有：带电质点受电场力的作用流入电极；带电质点的扩散；带电质点的复合4.新电子在向阳极行进过程中会发生碰撞电离，产生两个新电子，电子总数增加到4个。

第三次碰撞增加到8个，即按几何数不断增加，因此将这一剧增的电子流称为：电子崩5.自持放电的条件为：r(ead-1)=1或read=16.汤逊放电理论的适用范围低电压、pd较小。

7.棒-板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高。

8.在均匀电场中的击穿，若电极布置称，则无<有,无>击穿极性效应，当间隙距离d在1到10cm范围内时，击穿强度比约等于30kv/cm。

9.由于高场强下电极性不同，空间电荷极性不同，对放电发展的影响也不同，这就造成不同极性的高场强电极的电晕起始电压的不同以及间隙击穿电压的不同，称为极性效应。

10.解决电晕放的途径是限制导线的表面场强，最好解决方法是采用分裂导线。

1.国际上大多数国家对于不同极性的标准雷电波形可表示为+1.2|50us或-1.2|50us 。

2.空间电荷对原电场有畸变作用。

3.沿整个固体绝缘表面产生的放电称为闪络。

4.输电线路采用钢化玻璃绝缘子是由于它具有损坏后自爆的特性。

5.引入固体介质的闪络电压比气体的闪络电压低。

6.具有强垂直分量时的沿面放电对绝缘的危害比具有弱垂直分量时的沿面放电对绝缘的危害大。

7.出现滑闪放电的条件: 电场必须有足够的垂直分量, 电场必须有足够的水平分量,电压必须是交变的。

8.目前在世界范围内应用最广泛的划分污秽等级的方法是等值盐密法。

9.采用高电气强度气体 SF6 可削弱气体中的电离强度。

10.石蜡的闪络电压比电瓷高，因为石蜡具有憎水性质。

1.液体电介质有矿物绝缘油、合成绝缘油、植物油三大类。

冲击电压发生器的基本工作原理冲击电压发生器要完成高电压的冲击耐压试验，必须要满足两个要求：首先要能输出几十万伏到几百万伏的电压，其次冲击发生器输出的电压要具有一定的波形。

它是根据马克斯回路来达到这些目的，冲击电压发生器的基本回路如下图1所示：图1：冲击电压发生器基本回路T——试验变压器；D——高压硅堆；r——保护电阻；R——充电电阻；C1~C4——主电容器；rd——阻尼电阻；C’——对地杂散电容；g1——点火球隙；g2~g4——中间球隙；g0——隔离球隙；R1——放电电阻；Rf——波前电阻；C0——试品及测量设备等电容试验变压器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。

假若事先把球间隙距离调到稍大于U，球间隙不会放电。

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，针极和球皮之间产生一小火花，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，由于C’的存在，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上的电位差突然上升到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。

后隔离球隙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”。

由并联变成串联是靠一组球隙来达到。

要求这组球隙在g1不放电时都不放电，一旦g1放电，则顺序逐个放电。

满足这个条件的，叫做球隙同步好，否则就叫做同步不好。

R在充电时起电路的连接作用，在放电时又起隔离作用。

在球隙同步动作时，放电回路改变成如图2所示的形式。

3图2：冲击电压发生器串联放电时的等效回路图2右图中C1原有电压+4U，C2原来无电压，当g0放电，C1向C2充电，C2上将建立起电压，同时C1上电压将下降。

冲击电压和工频耐压冲击电压和工频耐压都是高压试验中用来检验各种高压电气设备的绝缘性能和保护性能的一种试验方法和手段。

如果对这个不熟悉的话往往会对这两个试验方法搞混，心中会有疑问“工频耐压和冲击电压到底有什么不同？”两者之间除了名字叫法不一样以外，试验方法和设备仪器也有很大区别。

冲击电压又称为冲击耐压试验，它主要检验高压分电气设备在雷电过电压、操作过电压等冲击电压作用下的绝缘性和保护性，在试验电压上要比绝缘正常运行时所承受的电压高出很多。

冲击电压所产生出的高压主要通过雷电冲击和操作冲击高压两种方法产生。

雷电冲击电压主要通过冲击电压发生器产生的；操作冲击电压的产生第一种和雷电冲击电压一样利用冲击电压发生器适当改变其参数产品，这种方法主要用于具备高阻抗的被试品。

另一种是利用冲击电压发生器与变压器联合产生，这种方法就是咱们高压试验中常用的试验变压器的。

冲击电压发生器原理电路图：工频耐压同样也是对高压电气设备进行绝缘测试的一种手段，它通过工频耐压试验设备以工频的频率将电压上升到一定的数值加压到被试设备上，用来检验各种电器产品、电气元件、绝缘材料等被试品的绝缘强度，考核产品的绝缘水平，判断被试品的绝缘缺陷，衡量过电压的能力。

工频耐压和冲击电压除了试验标准不同以外，在设备上也是有区别。

工频耐压主要用到的高压试验设备是工频耐压试验装置。

它主要是由工频耐压试验箱和试验装置组成，具备抗干扰性强和性价比高等特点。

冲击电压通过冲击电压发生器进行雷电冲击电压全波、雷电冲击电压截波和操作冲击电压波的冲击电压试验，检验绝缘性能。

该设备回路电感小，并采取带阻滤波措施，在大电容量负载下能产生标准冲击波，负载能力大。

以上就是工频耐压和冲击电压的不同之处了。

《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。