冲击电压发生器的充电回路

冲击电压发生器的充电回路大致有下列几种形式(见图1(a)～(h))：

图1：冲击电压发生器的充电回路

图1(a)是基本充电回路。R是充电电阻；r是保护电阻；RD是个大电阻，它与微安表串联起来可以测量电容器上的充电电压。

试验变压器接地端经一毫安表接地，可以测量充电电流。微安表与毫安表都旁接一保护间隙，以防当仪表损坏时在控制桌上出现高电压。

充电电阻是逐个串接起来的，在放电时每个充电电阻上的电压不超过电容器上的充电电压，结构比较简单。

但这样做有一个缺点，每个电容器的充电时间不一样，当首端电容器充满电时，末端电容器上还没有充满。

为使电容器上充电比较均匀，一般选保护电阻 图1(e)是在高效率回路中采用双边充电，它的充电变压器高压绕组两端都处在高电位，绝缘结构应是特殊的。若充电变压器高压绕组一端接地，可改用图1(c)那样的倍压充电电路。

当发生器标称电压越高，级数越多，充电不均匀性的矛盾越尖锐，有人采用多路充电的方式(如图1(f))来解决，但这种做法使结构比较复杂。

图1(g)R'回路中每台电容器的充电时间是基本一样的，但在隔离球隙动作之前，出现在旁接电阻R’上的电压是很高的。在分析放电回路时可看出，当中间球隙动作后，主电容器是可以经过充电电阻放电的。如希望充电电阻不影响主回路的放电效率，要求经过充电电阻放电的时间常数为主回路放电时间常数的10～20倍。

雷电冲击波的波长较短，当充电电阻在10⁴ Ω数量级时，就可满足这个要求。操作冲击波的波长较长，如要满足此要求，将使充电时间很长，充电很不均匀，将使效率很低。为此有人采用图1(h)回路，途中各级g为球间隙，B是气动开关，充电时合上，放电时断开。

冲击试验时，放电次数很多，对此开关的要求是很高的。如不采用这种开关，充电电阻又不太高，计算操作波的波形时，应把充电电阻的作用考虑进去。

图2：充电回路看成均匀线

冲击电压发生器的充电回路与简单的RC充电回路不同，首先它是多段的，电容器与电容器之间隔着电阻，其次它的充电电压不是稳态直流电压而是整流电压。有人把冲击电压生器的充电回路看成一均匀线路来进行分析。图2中把充电电阻都挪到一边，并令n为级数，则有

R₁＝nR’／l,C₁ ＝nC／l

式中，nR’为总充电电阻值，nC为总电容值。经过数学推导可得，后（即x＝0处）一台电容器上的充电电压随时间的变化如下式所示：

u（t）|x≈0≈U[1－4／πexp（－t／T）]

T＝4R’Cn2／π2≈nR’·nC／2

考虑到前面接有保护电阻r，冲击电压发生器多级充电回路为图3（a），在观察后一台电容器充电情况时，可以近似地简化为图3（b）电路，请注意R＝R’／2。

图3：多级充电回路的简化

由整流电源向电容器充电时，随着电容器上电压的升高，硅堆在每半周内导通的时间将越来越短。要对这种情形进行分析比较困难。一般由试验曲线来决定电容器由整流电源充电时的电压变化情况。图4中曲线2代表直流电压充电时电容器上的电压变化，可用公式表示如下：

U_c＝U_m[1－exp(－t／(R₀C₀))]

图4：决定冲击电压发生器充电时间用的曲线
1——电容器由整流电源充电；2——电容器由直流电源充电

由整流电压充电比由直流电压充电慢得多，假若由直流电压充电到uc/Um＝0.9，需要充电时间t_充＝2.3R₀C₀，那么由整流电压充电到uc/Um＝0.9，需要充电时间t_充＝15R₀C₀（见图4曲线1,2）。对图3所示的充电回路，则在上述条件下，  

t_充＝15（r＋8nR÷π²）nC≈15（r＋nR）nC

每级充电电阻值约为保护电阻值的1／10。但要校核一下它对放电回路的影响。根据回路的情况，它的影响是不同的。图5画出三种回路中球隙动作后流经充电电阻的放电电流。

这些电流将降低输出电压，为了不降低利用率，必须使内部放电的时间常数为外部放电的时间常数的10-20倍。内部放电的时间常数分析如下：

图5：经充电电阻的放电电流

从图5（a）中可较容易地看出，内部小回路的放电时间常数为C（rd＋R／2）且要求

C（rd+R/2）≥（10~20）C／n（∑rd＋Rt）

图5（b）中要求

C（rf＋R）≥（10~20）Crt

图5（c）中设U为一电容C的电压，则

2u＝iR＋3ird

因

－Cdu／dt＝3i

故

U＝Ucexp[－t/（R／6＋Rd／2）C]

要求

C（rd／2＋R／6）≥（10~20）C／n’（∑rd＋Rt）

式中，n’为电容C的个数。如所选充电电阻满足上式要求，那么它对放电回路利用率的影响可以忽略不计。

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