一種20脈衝多波形衝擊發生器的製造方法
2023-04-25 13:13:41 1
一種20脈衝多波形衝擊發生器的製造方法
【專利摘要】一種20脈衝多波形衝擊發生器，包括變壓器充電裝置、20個本體電容儲能裝置、20路防電球隙、20套調波裝置和試品箱；所述變壓器充電裝置、所述20個本體電容儲能裝置、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個本體電容儲能裝置均連接到所述20套調波裝置；所述20個本體電容儲能裝置之間並聯設置，所述20路防電球隙之間並聯設置，所述20套調波裝置之間並聯設置；所述試品箱接地，所述20套調波裝置連接到所述試品箱的接地線上。本實用新型閃擊數量在1～20個，能夠實現多路高電壓放電同時序精確可控。
【專利說明】-種20脈衝多波形衝擊發生器
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及信號發生器【技術領域】，尤其是涉及一種20脈衝多波形衝擊發生 器。
【背景技術】
[0002] 觀測數據表明全球每年發生超過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，如果首次放電後閃電停止，則為單閃擊放電，否則為多閃擊放電。
[0003] 雷電觀測統計回擊次數典型值為3-4個，最多可達26個。在大多數地區，多閃擊 放電是雷電放電的主要形式。閃擊之間的間隔從數十US到數ms,典型值是50 US，最大值 為 125 y So
[0004] 目前實驗室雷電發生設備普遍為單閃擊雷電設備，如電力採用用8/20U S和 4/10 y S，低壓防雷採用的8/20 y S和10/350 y S發生裝置，該類設備僅能夠進行單一時序 的單閃擊雷電過程模擬，無法滿足複雜環境下對雷電狀態和雷電時序的高要求。
[0005] 國外在該方面也已經有慘重教訓和成功的經驗，如阿波羅11號發射前遭受兩次 雷擊，航天員緊急制動才避免了災難性後果的發生。衛星和飛機等航天航空器屢受雷擊，也 表明現有的雷電發生裝置和測試技術的局限性。因此上世紀70年代開始，美國宇航局就攝 棄了單一時序單閃擊雷電的理念，採用了四閃擊雷電模型。其四閃擊雷電波形包括兩個快 速閃擊，一個長時間放電過程和一個短回擊過程。實踐表明，採用多閃擊雷電模型比單閃擊 雷電過程更加接近真實放電過程，更加有利於雷電防護技術的研究和進步。
[0006] 截至目前，在民用領域國內外仍然採用的單一時序單脈衝雷電測試平臺，已經越 來越不能滿足防雷行業發展的需求。然而最近十多年人工雷電監測和人工引雷的結果表 明，實際雷擊是多次閃擊，連續發生的多時序放電過程。其特點是初始雷電放電能量大，後 續回擊過程能量較小且均勻即雷電放電可視為多脈衝閃擊過程。 實用新型內容
[0007] 本實用新型的目的在於設計一種新型的20脈衝多波形衝擊發生器，解決上述問 題。
[0008] 為了實現上述目的，本實用新型採用的技術方案如下：
[0009] -種20脈衝多波形衝擊發生器，包括變壓器充電裝置、20個本體電容儲能裝置、 20路防電球隙、20套調波裝置和試品箱；
[0010] 所述變壓器充電裝置、所述20個本體電容儲能裝置、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個本體電容儲能裝置均連接到所述20套調 波裝置；所述20個本體電容儲能裝置之間並聯設置，所述20路防電球隙之間並聯設置，所 述20套調波裝置之間並聯設置；
[0011] 所述試品箱接地，所述20套調波裝置連接到所述試品箱的接地線上。
[0012] 還包括自動控制測量分析系統，所述變壓器充電裝置、所述20路防電球隙和所述 試品箱分別連接所述自動控制測量分析系統。
[0013] 所述20脈衝多波形衝擊發生器在機械結構布局上採用衝擊放電典型迴路，電容 器組W公共圓也，扇形排列。。
[0014] 所述20路防電球隙均採用光電位移編碼器。
[0015] 還包括電容，每組所述電容上增加一隻充電電阻。
[0016] 所述20路防電球隙中的每個放電球隙都對應設置一個單電機。
[0017] 本實用新型研究20脈衝多波形雷電電磁脈衝發生系統與測試技術的研究不但填 補了國內同類裝置的空白，為防雷技術研究提供了完善而先進的測試平臺。20脈衝多波形 雷電電磁脈衝發生系統，能夠輸出W下六種波形：
[0018] 1) 20 脈衝 8/20US 衝擊電流；40kA ;
[0019] 2) 20 脈衝 2. 6/40US 衝擊電流：IOkA ;
[0020] 3)單一 8/20US 大電流：150kA ;
[0021] 4)單一 10/350US 衝擊電流：25kA ;
[002引 5)組合波：20kV/10kA ;
[0023] 6)衝擊電壓：20kV;
[0024] 同時序多閃擊發生系統必須解決同時序控制和多路放電技術，20通道高速數據採 集、多閃擊波形數值重建、放電過程能量計算、雷電過程能量分布和分析、雷電防護裝置測 試等關鍵技術。其中多時序觸發控制是難點和重點。
[0025] -般電子控制信號的強度為5V，信號口限一般在2V左右。本套系統工作在強雷電 放電過程產生的強烈電磁環境下，電磁幹擾強度在數十伏/m。在較小的空間裡實現電子控 制信號的傳輸和控制，在極強電磁環境中實現信號的可靠控制，是發生系統研究的關鍵。 [00 2引 1)主要部件
[0027] 變壓器充電裝置，20個本體電容儲能裝置，20路放電球隙，20套調波裝置，試品 箱，自動測量分析測試系統 [002引 2)原理圖（含圖注）
[0029] 同時序多閃擊發生系統必須解決同時序控制和多路放電技術，20通道高速數據採 集、多閃擊波形數值重建、放電過程能量計算、雷電過程能量分布和分析、雷電防護裝置測 試等關鍵技術。其中多時序控制是難點和重點。
[0030] -般電子控制信號的強度為5V，信號口限一般在2V左右。本套系統工作在強雷電 放電過程產生的強烈電磁環境下，電磁幹擾強度在數十伏/m。在較小的空間裡實現電子控 制信號的傳輸和控制，在極強電磁環境中實現信號的可靠控制，是發生系統研究的關鍵。
[0031] 首先要解決的是系統在電磁瞬變環境中的正常工作，必須對多閃擊雷電過程的頻 譜和分布進行分析，避免控制信號和雷電放電脈衝工作在統一頻段。由於多時序和變時序 閃擊存在多種組合，難W準確測定確定的頻段。因此創造性地提出在電子控制中採用分時 控制的方法，針對不同閃擊時序，改變控制脈衝時延控制模式，避免控制信號收到幹擾。
[0032] 高電壓多路放電採用極睹脈衝發生器，輸出上升時間為百ns級的高電壓觸發信 號，觸發放電電極。
[0033] 同時序多閃擊發生系統必須依靠更加先進的測量系統和專家軟體系統，方能夠發 揮其測試功能。在發生系統設計和建設過程中，採用智能化設計，同步建立基於能量計算和 分布的專家分析系統，為後續測試平臺提供強大的軟環境。
[0034] 發生系統將立足已經成功進行測試的雙路放電發生系統的基礎上，進一步改進和 提高，運用工業工程設計思想，將專業測試機構、高校課題組和專業研發生產企業有機結合 在一起。
[00巧]電氣原理和結構設計
[0036] 衝擊電流發生器的原理上包括整流充電電源和衝擊放電迴路兩部分。衝擊電流發 生器的原理圖見右圖。
[0037] 圖中C為許多並聯電容器的總電容值，L及R為包括電容器、迴路連線、分流器、球 間隙及被試品在內的電感和電阻值，有時也包括為了調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PD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送入示波器進行測量。
[0038] 多路衝擊電流發生器的作用原理與單路雷電衝擊電流發生器基本相同。在比較長 的時間內電容器組C被整流電源充電到電壓U。然後送一觸發脈衝到H電極間隙G，使G擊 穿，在短時間內電容器組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 獲得很大的衝擊電流幅值和睹度，衝擊電流發生器放電迴路的電感應儘可能的小。
[0039] 因此在機械結構布局上採用衝擊放電典型迴路，電容器組W公共圓也，扇形排列， W達到所有放電迴路最佳放電效果。
[0040] 每路放電裝置都可W獨立控制放電時序，也可W獨立進行測試。
[0041] 多路雷電衝擊電流並聯輸出，能夠輸出較高幅值，20路並聯，能夠達到150kA W 上。
[0042] 3)圖注內容的邏輯關係（變壓器充電裝置，20個本體電容儲能裝置，20路放電球 隙，20套調波裝置，試品箱，自動控制測量分析系統）
[0043] 4)邏輯關係；先將DUT(待測試品）按照實驗要求固定在試品箱中，檢查符合試驗 條件。開始試驗時，打開電源，變壓器充電裝置對20個本體電容儲能裝置充電，充電時間間 隔和充電電壓可W預先在自開發的測量控制分析系統上的觸控螢幕設置，當充電電壓達到設 定值後，經觸發系統裝置自動觸發，20個本體電容儲能裝置就可經過20套調波裝置，通過 20路放電球隙輸出依據標準所需波形。實驗結果的測量分析報告都可在自動控制測量分析 系統中獲得。
[0044] 一、主要創新點：
[0045] 1)20脈衝多波形發生器，延時放電不同步，波形疊加，延時不正常；解決方法：增 加脈衝放大器的屏蔽功能；
[0046] 2) 20脈衝多波形發生器的20個放電球隙，常規衝擊電流設備只有一個放電球隙， 因為20脈衝設備的多放電球隙，有時候放電球隙調整精度不夠，觸發放電不穩定，放電時 部分放電球隙放電，一部分放電球隙不放電；
[0047] 解決方法；採用光電位移編碼器，更換原有的直線電位器；
[0048] 3)20脈衝多波形發生器具有64個調波電阻，數量多，在測試的時候相互之間會產 生放電，導致要實現的波形數據不準。
[004引解決方法：調整調波電阻的尺寸，W便增加絕緣距離；
[0050] 4)20脈衝多波形發生器在充電過程中，放電球隙突然自放，產生瞬間大電流，破壞 試品
[0051] 解決方法；在每組電容上增加一隻充電電阻；
[0052] 5)20脈衝多波形發生器試驗，設置延時時間偏長，波形呈現下降趨勢，實際電流不 發生改變
[0053] 解決方法；分析原因為測量線圈磁飽和，更換大容量線圈滿足試驗需求；
[0054] 6)20脈衝多波形發生器一個電機控制二個放電球隙的調整，造成二個放電球隙不 能進行單獨的微調，產生觸發不穩定
[005引解決方法；增加10個電機，單電機對應控制單放電球隙；
[0056] 本實用新型的有益效果可W總結如下：
[0057] 本實用新型主要技術指標瞄準國際首創或國際領先，最大輸出脈衝數量和幅值屬 國內最大，國際領先。閃擊數量在1?20個，國外文獻可查的最多閃擊數量為4個。20脈 衝放電控制技術在國內外均為首創，填補空白。
[0058] 本實用新型研究多閃擊放電控制技術，開發微砂級電子延時控制技術，極睹高壓 脈衝放大器和光纖傳輸系統，實現多路高電壓放電同時序精確可控。研發高速數字測量系 統，實現多閃擊波形重建、能量計算和數值仿真專家系統。重點開展不同雷擊過程中單一閃 擊與多閃擊、同時序和變時序、正極性和負極性閃擊之間能量和效應研究。
[0059] 本實用新型通過20脈衝多波形雷電發生系統的研發，可取得多迴路放電延時控 巧1|、多路同步高速測量技術、正負極性多閃擊能量控制、單一和多閃擊雷擊效應研究、電子 設備在多閃擊下系統的電磁兼容性、防雷產品在多閃擊下的可靠性、失效分析等多項研究 成果。
[0060] 本實用新型開展防雷產品測試和相關技術研究，為防雷新技術和防護產品的開發 提供科學依據，提高我國防禦雷電災害的能力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0061] 圖1為20脈衝多波形衝擊發生器設備圖；
[0062] 圖2為20脈衝多波形衝擊發生器設備立體圖；
[0063] 圖3為20脈衝多波形衝擊發生器原理簡圖；
[0064] 圖4為20脈衝多波形衝擊發生器原理邏輯圖。
【具體實施方式】
[0065] 為了使本實用新型所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，W下 結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施 例僅用W解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。
[0066] 如圖1至圖4所示的一種20脈衝多波形衝擊發生器，包括變壓器充電裝置、20個 本體電容儲能裝置、20路防電球隙、20套調波裝置和試品箱；所述變壓器充電裝置、所述20 個本體電容儲能裝置、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個本體電容儲能裝置均連接到所述20套調波裝置；所述20個本體電容儲能裝置之 間並聯設置，所述20路防電球隙之間並聯設置，所述20套調波裝置之間並聯設置；所述試 品箱接地，所述20套調波裝置連接到所述試品箱的接地線上。
[0067] 在更加優選的實施例中，所述20脈衝多波形衝擊發生器還包括自動控制測量分 析系統，所述變壓器充電裝置、所述20路防電球隙和所述試品箱分別連接所述自動控制測 量分析系統。
[0068] 在更加優選的實施例中，所述20脈衝多波形衝擊發生器在機械結構布局上採用 衝擊放電典型迴路，電容器組W公共圓也，扇形排列。
[0069] 在更加優選的實施例中，所述20路防電球隙均採用光電位移編碼器。
[0070] 在更加優選的實施例中，所述20脈衝多波形衝擊發生器還包括電容，每組所述電 容上增加一隻充電電阻。
[0071] 在更加優選的實施例中，所述20路防電球隙中的每個放電球隙都對應設置一個 單電機。
[0072] 在某個具體的實施例中：
[0073] 6種試驗波形和動作負載試驗涉及到的外文詞彙如下；其中current ;電流，Tl ;雷 電波波頭時間，T2 ;雷電波波尾時間，IpMax ;衝擊電流峰值，IpMin ;衝擊電流最小值，K ;反 峰值，TimeBace ;時基，Trigger ;觸發通道，化1 ;示波器通道1，化2 ;示波器通道2。
[0074] 1. 2. 6/40US 20 脈衝波形測試：
[007引 ? IlkA短路電流測試：
[0076] 短路波形測試；將發生器輸出端短路，按照下圖充電進行衝擊測試，記錄各試驗波 形圖號
[0077]
【權利要求】
1. 一種20脈衝多波形衝擊發生器，其特徵在於：包括變壓器充電裝置、20個本體電容 儲能裝置、20路防電球隙、20套調波裝置和試品箱； 所述變壓器充電裝置、所述20個本體電容儲能裝置、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個本體電容儲能裝置均連接到所述20套調波裝 置；所述20個本體電容儲能裝置之間並聯設置，所述20路防電球隙之間並聯設置，所述20 套調波裝置之間並聯設置； 所述試品箱接地，所述20套調波裝置連接到所述試品箱的接地線上。
2. 根據權利要求1所述的20脈衝多波形衝擊發生器，其特徵在於：還包括自動控制測 量分析系統，所述變壓器充電裝置、所述20路防電球隙和所述試品箱分別連接所述自動控 制測量分析系統。
3. 根據權利要求1所述的20脈衝多波形衝擊發生器，其特徵在於：所述20脈衝多波 形衝擊發生器在機械結構布局上採用衝擊放電典型迴路，電容器組以公共圓心，扇形排列。
4. 根據權利要求1所述的20脈衝多波形衝擊發生器，其特徵在於：所述20路防電球 隙均採用光電位移編碼器。
5. 根據權利要求1所述的20脈衝多波形衝擊發生器，其特徵在於：還包括電容，每組 所述電容上增加一隻充電電阻。
6. 根據權利要求1所述的20脈衝多波形衝擊發生器，其特徵在於：所述20路防電球 隙中的每個放電球隙都對應設置一個單電機。
【文檔編號】G01R1/28GK204154766SQ201420610371
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年10月21日 優先權日:2014年10月21日
【發明者】呂東波, 臧緒運, 趙軍, 湯小林, 高羚羊, 錢眺, 滕潘, 張春龍, 嚴肅, 江德意, 區德明, 臧繼運, 臧傳傑 申請人:黑龍江省防雷中心, 上海冠圖防雷科技有限公司