專利名稱：基于真空觸發(fā)開關(guān)管的10/350μs雷電流波形激勵裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種雷電流波形激勵裝置，尤其設(shè)計一種基于真空觸發(fā)開關(guān) 管的10/350 us雷電流波形激勵裝置，配合沖擊電流發(fā)生器可產(chǎn)生10/350 "s 雷電流波，用于電涌保護器的性能測試。
背景技術(shù)：
雷電沖擊電流發(fā)生器是進行電涌保護器(SPD)檢測不可缺少的試驗設(shè)備， 電涌保護器(SPD， Surge Protective Devices)的試驗需要8/20 u s、 10/350 u s 和組合波等不同雷電沖擊波形，組合波和8/20"s波形已被各國廣泛應(yīng)用，1995 年IEC 61643系列標準引入了 "等級I"測試，要求對安裝在供電入線端位置的 電涌保護器采用10/350 tis波形進行"等級I"方法測試。GB18802.1-2002《低 壓配電系統(tǒng)的電涌保護器第一部分性能要求和試驗方法》中也要求采用 10/350 u s雷電沖擊電流波形作為SPD I級分類試驗的波形，目前國內(nèi)外主要采 用雷電沖擊電流一沖擊電壓發(fā)生器Crowbar聯(lián)合試驗回路，或者RLC大容量放電 回路產(chǎn)生10/350iis雷電流波形，設(shè)備費用高，電路控制復(fù)雜。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的就是針對上述問題，提供一種基于真空觸發(fā)開關(guān)管的 10/350 w s雷電流波形激勵裝置，該裝置可以在沖擊電流發(fā)生器回路中利用真空 觸發(fā)開關(guān)管形成Crowbar電路產(chǎn)生10/350 u s雷電流波形。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的-
本實用新型包括沖擊電流發(fā)生器，設(shè)置有真空觸發(fā)開關(guān)管、點火電路、續(xù)流 電路和延時電路；
真空觸發(fā)開關(guān)管的輸入端分別與點火電路、續(xù)流電路、延時電路的輸出端連接；真空觸發(fā)開關(guān)管的輸出端和沖擊電流發(fā)生器的輸入端連接。
為產(chǎn)生10/350 u s沖擊電流波，需在沖擊電流發(fā)生器主回路中接入Crowbar 電路，Crowbar球隙在點火之前要承受大約是點火后電壓3倍的脈沖高壓，對 Crowbar球隙要求很高。本實用新型采用采用真空觸發(fā)開關(guān)管作為Crowbar球隙， 為此設(shè)計了真空觸發(fā)開關(guān)管點火電路，并結(jié)合續(xù)流電路增加點火器輸出的能量， 使之可靠擊穿。點火電路須在沖擊電流發(fā)生器放電球隙擊穿后延時一定時間進行 觸發(fā)擊穿，才能產(chǎn)生10/350ps雷電流波形，為此設(shè)計了延時電路，實現(xiàn)0 31.5Ps延時可調(diào)，精度為0.5us。
真空觸發(fā)開關(guān)管(Triggered Vacuum Switcher, TVS)又稱觸發(fā)真空間隙， 是基于真空間隙和觸發(fā)火花間隙技術(shù)的電路關(guān)合器件，具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作電壓 范圍寬、主間隙介電強度恢復(fù)迅速、動作時延及分散性小、操作無噪聲及環(huán)境適 應(yīng)性強等優(yōu)點。真空觸發(fā)開關(guān)管最高工作電壓〉40kV，最大工作電流可達200kA， 真空間隙一般l 20mm,真空壓力>10 —4Pa。真空觸發(fā)開關(guān)管的導(dǎo)通要求觸發(fā)脈 沖提供一定數(shù)量的等離子體，因觸發(fā)脈沖提供的初始等離子體不足以導(dǎo)通主間隙 放電時的大電流，故有一個初始等離子體引發(fā)擊穿的發(fā)展過程，最后導(dǎo)致全間隙 的擊穿。
真空觸發(fā)開關(guān)管采用高壓小電流擊穿加低壓大電流續(xù)流方式的觸發(fā)電路，結(jié) 合針對10/350 P s、 Crowbar電路暫態(tài)過電壓特點專門設(shè)計的真空觸發(fā)開關(guān)管結(jié) 構(gòu)，增加了真空觸發(fā)開關(guān)管觸發(fā)可靠性。真空觸發(fā)開關(guān)管點火電路高壓部分將處 于高真空條件下有很高絕緣強度的觸發(fā)間隙擊穿，再由真空觸發(fā)開關(guān)管續(xù)流電路 提供足夠數(shù)量的初始等離子體，在主間隙電壓〉3kV時可保證整個間隙可靠擊穿。 另外真空觸發(fā)開關(guān)管內(nèi)長間隙具有良好的工作穩(wěn)定性應(yīng)用于Crowbar電路中，省 去了Crowbar球隙間距的調(diào)節(jié)，簡化了控制過程。
本實用新型具有下列優(yōu)點和積極效果
1、 結(jié)構(gòu)簡捷，控制簡便，可靠性高；
2、 點火、續(xù)流和延時電路穩(wěn)定性好；
3、 使用壽命長，實現(xiàn)成本低。
適用于裝配在沖擊電流發(fā)生器中產(chǎn)生10/350 u s雷電流波形，對電涌保護器 等防雷元件進行檢測。

圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)方框圖2. 1是真空觸發(fā)開關(guān)管內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖2. 2是真空觸發(fā)開關(guān)管結(jié)構(gòu)圖(局剖)；
圖3是點火電路原理圖4是續(xù)流電路原理圖； 圖5是延時電路原理圖6是真空觸發(fā)開關(guān)管電路原理及其電氣連線圖
其中
l一真空觸發(fā)開關(guān)管，
1. l一絕緣罩(真空玻璃或陶瓷)，
1.3—陰電極，
2— 點火電路，
2. l—單相抗尖峰濾波器，
2. 3—沖擊波形成回路， 2.5—高壓脈沖變壓器；
3— 續(xù)流電路，
3. l—充電電路， 4一延時電路，
4. l一時間調(diào)節(jié)電路， 5—沖擊電流發(fā)生器，
5.1—充電回路，
1.2—陽電極， 1.4一觸發(fā)極；
2.2—倍壓電路， 2.4—手動和自動觸發(fā)電路，
3. 2—隔離電路；
4. 2—脈沖寬度調(diào)節(jié)電路;
5.2—沖擊電流放電回路。
英譯漢
Crowbar電路一原指一種快速短路的消弧電路，在10/350 n s雷電流波形回 路中指并聯(lián)在主電容支路與試品支路中間借助短路間隙(也稱Crowbar間隙，本 實用新型中指真空觸發(fā)開關(guān)管的延遲主放電間隙G擊穿而形成的一條對試品放 電的電路連接。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例進一步說明
一、 總體
如圖1，本實用新型包括沖擊電流發(fā)生器5，設(shè)置有真空觸發(fā)開關(guān)管1、點 火電路2、續(xù)流電路3和延時電路4;
真空觸發(fā)開關(guān)管1的輸入端分別與點火電路2、續(xù)流電路3、延時電路4的 輸出端連接；真空觸發(fā)開關(guān)管1的輸出端和沖擊電流發(fā)生器5的輸入端連接。
二、 主要功能塊
1、 真空觸發(fā)開關(guān)管l
如圖2.1、 2.2,真空觸發(fā)開關(guān)管l主要包括絕緣罩l.l、陽電極1.2、陰電 極1. 3和觸發(fā)極1. 4;
在絕緣罩1.1頂部，從上到下依次設(shè)置有相互連接的觸發(fā)極1.4和陰電極
1.3;
在絕緣罩l.l底部，設(shè)置有陽電極1.2。
真空觸發(fā)開關(guān)管1的工作原理是
在真空觸發(fā)開關(guān)管1的觸發(fā)極1. 4輸入觸發(fā)脈沖，觸發(fā)脈沖提供一定數(shù)量的 等離子體，當初始等離子體足以導(dǎo)通主間隙放電時，陰電極1.3與陽電極1.2
之間間隙擊穿導(dǎo)通。
2、 點火電路2
如圖3，點火電路2包括依次連接的單相抗尖峰濾波器2.1、倍壓電路2.2、 沖擊波形成回路2. 3、手動和自動觸發(fā)電路2. 4及高壓脈沖變壓器2. 5。 點火電路2的工作原理是
交流電源通過單相抗尖峰濾波器2.1后經(jīng)由第1-6 二極管D1-D6與第l-6 電容CI-C6組成倍壓電路2. 2，產(chǎn)生高壓對沖擊波形成回路2. 3中第7、 8電容 C7、 C8進行充電，然后通過手動和自動觸發(fā)電路2.4輸出觸發(fā)脈沖信號將沖擊 波形成回路2. 3中第1-3氣體放電管Gl-G3擊穿，通過高壓脈沖變壓器2. 5輸出 15kV及以上高壓脈沖。
3、 續(xù)流電路3如圖4,續(xù)流電路3由充電電路3. l和隔離電路3.2串聯(lián)而成。 續(xù)流電路3的工作原理是
供電交流電源通過第l、 2電阻R1、 R2和第1二極管D1對電容器C充電， 第2-31 二極管D2-D31連接在點火電路2與續(xù)流電路3之間用于隔離直流電壓。
4、 延時電路4
如圖5，延時電路4主要由前后連接的時間調(diào)節(jié)電路4.1和脈沖寬度調(diào)節(jié)電 路4.2組成；
時間調(diào)節(jié)電路4. 1選用芯片74LS221可復(fù)位雙單穩(wěn)集成電路，通過改變外部 連接的電容和電阻來改變控制繼電器開關(guān)實現(xiàn)輸出脈沖信號的作用；
脈沖寬度調(diào)節(jié)電路4. 2主要由一組繼電器K14-K17和一組聚苯電容C8-C16 組成，輸出的脈沖信號寬度主要是由于不同的聚苯電容組合而成，當開關(guān)分別閉 合時，延時電路4輸出脈沖延遲于沖擊電流發(fā)生器5放電間隙，觸發(fā)脈沖時間分 別為0.5us、 lus、 2us、 4ws、 8us、 16us。在PLC主控制程序中，將根據(jù) 設(shè)定的延時時間，開合不同的開關(guān)，從而達到0. 5 u s 31. 5 u s (間隔為0. 5 u s) 的延時，滿足真空觸發(fā)開關(guān)管中延時電路4觸發(fā)需要。
5、 沖擊電流發(fā)生器5
如圖6，現(xiàn)有技術(shù)的沖擊電流發(fā)生器5主要由充電回路5.1和沖擊電流放電 回路5.2構(gòu)成；
充電回路5.1主要工作原理為交流電源經(jīng)保險F、第2、 3電阻R2、 R3對 變壓器T原邊供電，變壓器T副邊產(chǎn)生高壓經(jīng)過電阻R、硅堆D對電容器C充電；
沖擊電流放電回路5.2主要工作原理為高壓電容器C經(jīng)放電間隙G、調(diào)波 電阻Rl和調(diào)波電感Ll對試品S放電，分壓器FYQ用于測量試品S兩端的沖擊電 壓，分流器FLQ主要用于測量沖擊電流的大小，示波器CRO主要用于顯示沖擊放 電的波形。
三、本實用新型的工作原理
如圖1、 6，真空觸發(fā)開關(guān)管1連接于沖擊電流發(fā)生器5的沖擊放電回路5. 2 中，充電回路5.1達到設(shè)定的充電電壓后，沖擊電流發(fā)生器5自身的觸發(fā)電路會 將放電間隙G擊穿，延時電路4達到設(shè)定好的延時時間時，點火電路2加上續(xù)流 電路3對真空觸發(fā)開關(guān)管1觸發(fā)使之擊穿，電流會經(jīng)過調(diào)波電阻Rl和調(diào)波電感L1對試品S放電，產(chǎn)生標準要求的10/350 US雷電流波形，雷電流波形的幅值 可以通過充電電壓和回路參數(shù)進行調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求1、一種基于真空觸發(fā)開關(guān)管的10/350μs雷電流波形激勵裝置，包括沖擊電流發(fā)生器(5)，其特征在于設(shè)置有真空觸發(fā)開關(guān)管(1)、點火電路(2)、續(xù)流電路(3)和延時電路(4)；真空觸發(fā)開關(guān)管(1)的輸入端分別與點火電路(2)、續(xù)流電路(3)、延時電路(4)的輸出端連接；真空觸發(fā)開關(guān)管(1)的輸出端和沖擊電流發(fā)生器(5)的輸入端連接。
2、 按權(quán)利要求1所述的10/350 u s雷電流波形激勵裝置，其特征在于 真空觸發(fā)開關(guān)管(1)主要包括絕緣罩(1. 1)、陽電極(1.2)、陰電極(1.3)和觸發(fā)極(1.4);在絕緣罩(1.1)頂部，從上到下依次設(shè)置有相互連接的觸發(fā)極(1.4)和陰電極(1.3);在絕緣罩(1.1)底部，設(shè)置有陽電極(1.2)。
3、 按權(quán)利要求l所述的10/350 ps雷電流波形激勵裝置，其特征在于 點火電路(2)包括依次連接的單相抗尖峰濾波器(2.1)、倍壓電路(2.2)、沖擊波形成回路(2.3)、手動和自動觸發(fā)電路(2.4)及高壓脈沖變壓器(2.5)。
4、 按權(quán)利要求l所述的10/350 us雷電流波形激勵裝置，其特征在于 續(xù)流電路(3)由充電電路(3.1)和隔離電路(3.2)串聯(lián)而成。
5、 按權(quán)利要求l所述的10/350 us雷電流波形激勵裝置，其特征在于-延時電路(4)主要由前后連接的時間調(diào)節(jié)電路(4. 1)和脈沖寬度調(diào)節(jié)電路(4.2)組成；時間調(diào)節(jié)電路(4. l)選用芯片74LS221可復(fù)位雙單穩(wěn)集成電路； 脈沖寬度調(diào)節(jié)電路(4.2)主要由一組繼電器(K14-K17)和一組聚苯電容 (C8-C16)組成。
專利摘要本實用新型公開了一種基于真空觸發(fā)開關(guān)管的10/350μs雷電流波形激勵裝置，涉及一種雷電流波形激勵裝置。本實用新型包括沖擊電流發(fā)生器(5)，設(shè)置有真空觸發(fā)開關(guān)管(1)、點火電路(2)、續(xù)流電路(3)和延時電路(4)；真空觸發(fā)開關(guān)管(1)的輸入端分別與點火電路(2)、續(xù)流電路(3)、延時電路(4)的輸出端連接；真空觸發(fā)開關(guān)管(1)的輸出端和沖擊電流發(fā)生器(5)的輸入端連接。本實用新型結(jié)構(gòu)簡捷，控制簡便，可靠性高；使用壽命長，實現(xiàn)成本低；適用于裝配在沖擊電流發(fā)生器中產(chǎn)生10/350μs雷電流波形，對電涌保護器等防雷元件進行檢測。
文檔編號G01R1/28GK201222073SQ200820067638
公開日2009年4月15日 申請日期2008年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月6日
發(fā)明者洋 劉, 周文俊, 李小陸, 王建國, 健 薛 申請人:武漢大學(xué)