多级冲击电压发生器的设计

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1、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1.2/50us），电压等级为330kv-800kv,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试品额定电压/kV35110220330500冲击电压发生器标称电

2、压/MV0.4～0.60.8～1.51.8～2.72.4～3.62.7～4.2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额定电压应不低于：由此确定冲击电压发

3、生器的为660kv。三、冲击电容的选择：将试品电容估算为900pF，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500pF，电容分压器的电容估算为600pF，则总的负荷电容：C2≈900+500+600=2000（pF）按冲击电容为负荷电容的10倍估算，则冲击电容10000pF=5C2

4、2110kv0.2uFΦ635×495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110kv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）。用此种电容器可装成柱式结构，总高约为3m，高度适中。四、回路选择：根据设计要求要选择高效回路，利用并联充电、串联放电的基本原理，得到合乎设计要求冲击试验电压。回路图如下所示：五、冲击电压发生器的主要参数计算：额定电压：U1=110×6=660kv冲击电容：C1=C/5=(0.2/2)

5、×(1/6)×=16666.7pF能量:六、波头电阻和波尾电阻的计算：试品电容约900pF，负荷总电容为2000pF，波前等效回路所以波前时间求出，每级。半峰值是等效回路故半峰值时间求出，每级七、冲击电压发生器的效率计算：由公式若考虑波形系数为0.945，则，可见该冲击电压发生器具有较高的效率，即所选参数是合适的。八、充电电阻和保护电阻的选择：要求，得：取R＝15kΩ。每个充电电阻值15kΩ,结构长度应能耐受110kv的电压（此处充电电阻的阻值过大或者过小都是不恰当的。过大会延长充电时间，增加各级电

6、容器的充电的不均匀性；过小则过小则各级球隙动作不可靠，冲击电压波长时间减小，放电回路利用系数降低）。在此基础上取保护电阻r充电电阻R的40倍，则保护电阻r为600kΩ，结构长度应能耐受1.1×55kv=60.5kv的高压（保护电阻不仅可以起到保护整流装置的作用，还可以起到均压作用）。九、充电时间的估算：因为采用了倍压充电回路，由式但考虑到电容C的另一侧为及，它们远小于充电电阻R。此外还应考虑倍压回路第一个回路中的保护电阻r的作用。充电至0.9倍电压时，设，则计算得。实际上还存在充电回路中的影响，它可

7、使充电时间增加一些，可估计为。十、变压器选择：考虑倍压充电回路所需的容量，加大安全系数到3.0。变压器容量变压器电压＝所以，可选择国产试验变压器，型号为YD—3/50，其参数如下表。表3.YD—3/50试验变压器的参数型号规格额定容量/kVA额定电压/kV额定电流/A输入输出输入输出YD—3/5030.225013.630.06十一、高压硅堆选择：为了缩短充电时间，充电变压器应该提高10％的电压，因此硅堆的反峰电压＝55kV×1.1＋55kV＝115.5kV。硅堆的额定电流以平均电流计算，实际充电电

8、流是脉动的，充电之初平均电流较大，选择硅堆用的平均电流难以计算。现只有根据充电变压器输出的电流（有效值）来选择硅堆额定电流。电流的有效值是大于平均值的。因此选用硅堆应满足：1.反峰电压>115.5kv2.额定整流电流>37.3mA在此种条件要求下可以选用型号为2DL150/0.05的高压硅堆。（参数见下表）表4.型号型号型号反峰电压kv反向电流uA+25度正向压降v平均整流电流mA外形尺寸mm40度100度长宽高2DL12DL150/0.05150<=10<=1205