冲击电压发生器的基本工作原理

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。

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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。当C2上电压u2从零上升到U2max.时，它与此时C1上电压U1相等，不可能再上升。由于二者都将经Rt放电，后都将降到零。u2的形状可表示成图3。上升部分的快慢与Rf有关，下降部分的快慢与Rt有关。Rf小，上升快；Rf大，下降慢。

图3：C2上电压u2的曲线

图1中的rd是防止回路内部发生振荡用的阻尼电阻。但不一定要设置。r一般比R大一数量级，不仅保护硅堆，还可使各级电容器的充电电压比较均匀。

从以上分析可看出，要提高冲击电压发生器的输出电压有两种途径：一种是升高充电电压，但它受电容器额定电压的限制；另一种是增加级数，但级数多了会给同步带来困难。图4电路采用了两个半波的整流倍压充电方式。发生器的动作原理，基本上和图5—6回路一样。

图4：双边充电的冲击电压发生器回路

和图1相比较，图4中中间球隙所跨接的电容器台数增加了一倍。若以中间求隙数计为级数，则有利于级数之减少。对充电用交流试验变压器来说，正负两个半波在充电时都发挥了作用。在相同交流充电电压下，直流输出电压增加了一倍。不过图4中球隙g2在动作时的过电压倍数，要比图1中的g 2为低，关于这一点可请读者自行分析。

为了克服这一缺点，直流充电部分可改为对地的倍压回路，此时在电容C2的下级板处直接接地。

目前常用的一种回路如图5所示：

图5：冲击电压发生器高效率回路

这种回路的rf和rt被分散放在各级小回路内，没有专用的rd，也可以没有隔离球隙g0。只一边有充电电阻R，另一边rf和ft兼做充电电阻。这种回路的动作原理和前两种一样，只是串联放电后的等效回路略有不同。

图6：高效率回路串联放电的等效回路

图6的右图中u2的峰值差不多可达u1值。在图2中，由于阻尼电阻∑rd和放电电阻Rt 构成了分压回路，其输出电压u2的峰值略低于U1。在相同的充电电压下，图5回路的输出电压略高，故常称之为高效率回路。此种回路，因为电容一侧的电阻（图5中之下侧），远小于电阻R值，会使发火动作时球隙g2上的过电压持续时间大为缩短。