CN103630809A - 一种脉冲放电回路 - Google Patents

Abstract

一种脉冲放电回路，包括脉冲电源（1）、放电电极、限流电阻（4）和测量单元。脉冲电源（1）的高压输出端和放电电极的高压电极（2）相连，放电电极的低压电极（3）和限流电阻（4）的一端相连，限流电阻（4）的另一端与脉冲电源的接地端相连并接地。脉冲电源的输出电压采用高压探头在放电电极高压侧测量（5），脉冲回路的电流通过罗氏线圈在限流电阻和接地线之间测量（6）。本发明可产生单次及重复频率的毫安级纳秒放电脉冲，放电脉冲的幅值通过限流电阻（4）控制，可用于不同形式电晕放电的模拟场合。

Description

一种脉冲放电回路

技术领域

本发明涉及脉冲放电领域，特别涉及能产生单次及重复频率毫安级纳秒脉冲放电的回路。

背景技术

输电线路导线表面的电晕放电会产生较强的无线电干扰和可听噪声，对周围的电磁环境产生影响。目前国内外对输电线路可听噪声的研究主要集中在现场测量与预测公式上，而对输电线路可听噪声的产生机理未开展深入的研究。电晕放电由一系列单个的放电脉冲组成，放电脉冲的重复率很高，且单次放电脉冲的特性有一定的随机性。在交直流电晕试验平台下获得的电晕放电信号有一定的随机性，放电脉冲的重复率、单个放电脉冲的幅值、上升沿及脉宽等特性无法控制，同时这几个参数往往同时变化。因此，在交直流电晕试验平台下很难研究单个放电参数和声特性之间的关联特性，无法确定电晕放电参数对其产生可听噪声的影响规律。

文献1(纳秒脉冲下SF6气体放电特性.高电压技术，38(7),2012，冉慧娟,王珏，王涛，严萍.)提出的放电回路通过负载盐水电阻调节电源输出电压，幅值0-200kV，放电间隙、限流电阻和分流器是在充满SF6气体的实验腔体里，电源和实验腔的连接采用同轴腔体，本放电回路的电流为几十至几百安培量级。上述放电回路结构复杂、电流较大，不能模拟毫安级的电晕放电电流，同时，放电腔的设计不便于开展放电产生声信号的测量。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术由于电晕放电的随机性及不可控性对可听噪声的产生机理研究带来的困难，提出一种脉冲放电回路。该脉冲放电回路可产生单次及重复频率的毫安级纳秒脉冲放电，放电幅值和重复频率可通过回路参数灵活控制，可模拟不同参数的电晕放电，实现了电晕放电参数的可控性。

本发明包括四个组成部分：脉冲电源、放电电极、限流电阻以及测量单元。脉冲电源的高压输出端和放电电极的高压端相连，放电电极的低压端和限流电阻的一端相连，限流电阻的另一端与脉冲电源的接地端相连并接地。测量单元包括电压测量单元和电流测量单元，电压测量单元采用高压探头在高压电极侧测量，高压探头与放电电极高压侧连接，电流测量单元通过罗氏线圈在限流电阻和接地线之间测量，连接限流电阻和接地的绝缘导线穿过罗氏线圈的中心圆孔。

脉冲电源为输出脉冲幅值和重复频率连续可调的纳秒脉冲电源。脉冲电源的高压输出端采用电缆输出。放电电极包括高压电极、低压电极、金属杆、绝缘支架和固定螺钉。高压电极和低压电极和金属杆采用铜或不锈钢制成，绝缘支架采用绝缘材料制成。高压电极和低压电极带有内孔螺纹，通过内螺纹与带外螺纹的金属杆的一端连接，金属杆的另一端有内螺孔，可与其他器件连接；两根金属杆固定在绝缘支架的两侧，通过与高压电极连接的第一金属杆调节电极间距，通过固定螺钉将调整好电极间距的第一金属杆固定在绝缘支架上。所述的高压电极和低压电极是尖电极或板电极，其中高压电极采用尖电极形式，低压电极为板电极形式，或者高压电极和低压电极均采用尖电极形式。所述的限流电阻为高频高压无感电阻，电阻阻值为兆欧姆量级；限流电阻两端带有内螺孔，可与其他器件连接。脉冲电源的高压输出端和高压电极相连，低压电极和限流电阻的一端相连，限流电阻的另一端与脉冲电源的接地端相连并接地，高压电极和低压电极相对布置，两者的径向轴线共一条水平线。测量单元包括电压测量单元和电流测量单元；电压测量单元采用高压探头在高压电极侧测量，电流测量单元通过罗氏线圈在限流电阻和接地线之间测量电流。脉冲回路中的连接线均采用带有绝缘外皮的高压导线，连线尽量短。

控制脉冲电源输出的高压脉冲使放电间隙击穿，通过限流电阻控制回路的击穿电流，可获得毫安级的纳秒脉冲放电电流；放电脉冲的重复频率通过脉冲电源控制。利用传声器测量间隙击穿产生的可听噪声时的域波形，可研究不同放电参数及其产生声信号的关联特性。

本发明的积极效果是：可利用脉冲放电回路灵活改变和控制回路的放电脉冲参数，模拟不同参数的电晕放电，为电晕放电产生可听噪声的机理研究奠定理论和实验基础。

附图说明

图1为本发明一种脉冲放电回路示意图；

图2为脉冲放电回路中放电电极的结构示意图。

图中：1脉冲电源，2高压电极，3低压电极，4限流电阻，5电压测量单元，6电流测量单元，7与高压电极连接的金属杆，8与低压电极连接的金属杆，9绝缘支架，10固定螺钉。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。

如图1所示，本发明包括脉冲电源1，放电电极，限流电阻4，测量单元5和6。脉冲电源1的高压输出端和放电电极的高压端2相连，放电电极的低压端3和限流电阻4的一端相连，限流电阻4的另一端与脉冲电源1的接地端相连并接地，电压测量单元5采用高压探头在放电电极高压侧测量电压，电流测量单元7通过罗氏线圈在限流电阻和接地线之间测量电流。脉冲电源1为输出脉冲幅值和重复频率连续可调的纳秒脉冲电源，脉冲电源的高压输出端采用电缆输出。

放电电极的组成结构如图2所示。放电电极包括高压电极2、低压电极3、金属杆7和8、绝缘支架9、固定螺钉10。放电电极和金属杆采用铜或不锈钢制成，绝缘支架9采用绝缘材料制成。金属杆7、8分别固定在绝缘支架9的两侧。金属杆7、8的一端车有外螺纹，可与带有内孔螺纹的放电电极连接，金属杆7、8的另一端有内螺孔，可与其他器件连接。连接高压电极2的第一金属杆7可在绝缘支架9内部移动，以此来调节电极的间距。高压电极2和低压电极3之间的间距调整到位后，通过固定螺钉10固定第一金属杆7。第二金属杆8一端的外螺纹与车有内螺纹的绝缘支架9连接并固定。放电电极为尖电极或板电极两种形式，其中高压电极2采用尖电极，低压电极3为板电极，高压电极2和低压电极3也可都采用尖电极形式。高压电极2和低压电极3沿径向相对布置在同一水平线上。限流电阻4为高频高压无感电阻，电阻阻值为兆欧姆量级；限流电阻的两端带有内螺孔，可与其他器件连接。脉冲电源的高压输出端和高压电极2相连，低压电极3和限流电阻4的一端相连，限流电阻4的另一端与脉冲电源1的接地端相连并接地。测量***包括电压单元5和电流测量单元6；电压测量单元5采用高压探头在高压电极侧测量电压，电流测量单元6通过罗氏线圈在限流电阻和接地线之间测量电流。脉冲回路中连接线均采用带有绝缘外皮的高压导线。

本发明具体实施以获得毫安级的纳秒脉冲电流为例。脉冲电源输出电压幅值0-30kV，输出脉冲的上升沿约30ns，脉宽约100ns，重复频率2kHz。放电电极中的高压电极为尖电极，低压电极为板电极。高压电极和低压电极分别与固定在绝缘支架两侧的两根金属杆连接，高、低压电极之间的间距通过与高压电极连接的金属杆调节，调节到位后，通过绝缘支架上方的固定螺钉固定。限流电阻为1MΩ的高频高压无感电阻，耐脉冲电压30kV，频率10MHz。脉冲电源的高压输出端通过高压导线和与高压电极相连的金属杆连接，与低压电极连接的金属杆通过高压导线和限流电阻的一端相连，限流电阻的另一端通过高压导线与脉冲电源的接地端相连并接地，接地线采用铜编织带，最后与实验室接地连接。电压采用高压探头在高压电极侧测量，电流通过罗氏线圈在限流电阻和接地线之间测量。

本发明工作过程如下：控制脉冲电源，使其输出一定幅值的单次脉冲电压，电极没有发生击穿时，脉冲回路的电流为位移电流，电极发生击穿时，回路电流为击穿电流，击穿电流减去位移电流即为需要的单次毫安级纳秒脉冲电流。当脉冲电源输出重复频率的脉冲电压时，即可获得重复频率的毫安级纳秒脉冲电流。脉冲电流的幅值可通过脉冲电源的输出电压幅值及限流电阻来调控。放电产生的声信号可通过传声器采集，传声器距放电间隙约5cm之外，传声器直接朝向放电点测量。电压、电流及声信号的时域波形通过示波器采集，通过此回路及测量***可获得不同放电参数和声信号之间的关联特性。

本发明可获得单次及重复频率的毫安级纳秒脉冲电流，且参数可控，可用于模拟不同参数的电晕放电。

Claims (6)

1.一种脉冲放电回路，其特征在于，所述的脉冲放电回路包括脉冲电源、放电电极、限流电阻和测量单元；所述的脉冲电源通过电缆输出高压脉冲，脉冲电源的高压输出端和放电电极的高压端相连，放电电极的低压端和限流电阻的一端相连，限流电阻的另一端与脉冲电源的接地端相连并接地。

2.根据权利要求1所述的脉冲放电回路，其特征在于：所述的放电电极包括高压电极（2）、低压电极（3）、两根金属杆（7、8）、绝缘支架（9）和固定螺钉（10）；高压电极（2）和低压电极（3）有内螺纹，与带外螺纹的金属杆（7、8）连接，金属杆（7、8）的另一端有内螺孔；两根金属杆（7、8）分别固定于绝缘支架（9）的两侧，连接高压电极（2）的第一金属杆（7）能够在绝缘支架（9）内部移动，高压电极（2）和低压电极（3）之间的间距通过与高压电极（2）连接的第一金属杆（7）调节，通过固定螺钉（10）固定；所述的高压电极（2）和低压电极（3）沿径向相对布置在同一水平线上。

3.根据权利要求2所述的脉冲放电回路，其特征在于：所述高压电极（2）、低压电极（3）和金属杆（7、8）采用铜或不锈钢制成，绝缘支架（9）采用绝缘材料制成。

4.根据权利要求2所述的脉冲放电回路，其特征在于：所述的高压电极（2）和低压电极（3）为尖电极或板电极形式。

5.根据权利要求1所述的脉冲放电回路，其特征在于：所述的限流电阻为高频高压无感电阻，该无感电阻的频率范围为0-30MHz，耐脉冲电压为0-50kV；所述的限流电阻两端带有内螺孔。

6.根据权利要求1所述的脉冲放电回路，其特征在于：所述的测量单元包括电压测量单元和电流测量单元；电压测量单元采用高压探头在放电电极高压侧测量电压，高压探头与放电电极高压侧连接，电流测量单元通过罗氏线圈在限流电阻和接地线之间测量电流，连接限流电阻和接地的绝缘导线穿过罗氏线圈的中心圆孔。

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