一种无间隙雷电冲击电流发生器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种雷电冲击电流发生装置，具体涉及一种无间隙雷电冲击电流发生器，包括主边和充电电源相连的供电变压器T，供电变压器T的副边一端接地，另一端连接绝缘栅双极型晶体管VT0的集电极，绝缘栅双极型晶体管VT0的发射极连接依次串接整流器DZ和充电电阻R，再连接至绝缘栅双极型晶体管VT的集电极，绝缘栅双极型晶体管VT的集电极连接至充电电容C的正极，充电电容C的负极接地，所述绝缘栅双极型晶体管VT的发射极连接至高压试品ZX的一端，高压试品ZX的另一端接地，其中所述绝缘栅双极型晶体管VT0的栅极G0和绝缘栅双极型晶体管VT的栅极G均连接至驱动电路。本实用新型具有无误动、易操控、工作频率高、驱动电路功率小等优点。
【专利说明】一种无间隙雷电冲击电流发生器
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种雷电冲击电流发生装置，具体涉及一种无间隙雷电冲击电流发生器。
【背景技术】
[0002]随着超特高压输电工程的发展，雷电冲击电流发生器已成为各高电压试验室的重要设备之一，利用雷电冲击电流发生器能对高压设备进行雷电冲击电流试验。在试验中冲击电流波形必须精确，冲击电流幅值过高容易损坏设备，冲击电流幅值过低则达不到试验目的。
[0003]如图1所示，传统雷电冲击电流发生器回路依靠击穿空气来传导电流的方式效率低，抗干扰能力差，控制难度大，经常出现空气球隙误动或拒动情况。球隙放电具有分散性，受大气条件、尘土、球面状态等影响，因此用开关器件取代放电球隙，能够提高雷电冲击电流发生器的工作性能，实现灵活简便的控制，在很多试验中具有重大的意义。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于提供一种无间隙雷电冲击电流发生器，解决现有的发生装置存在效率低，抗干扰能力差，控制难度大，经常出现空气球隙误动或拒动的问题。
[0005]为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案:
[0006]方案一:一种无间隙雷电冲击电流发生器，包括主边和充电电源相连的供电变压器T，供电变压器T的副边一端接地，另一端连接绝缘栅双极型晶体管VTO的集电极，绝缘栅双极型晶体管VTO的发射极连接依次串接整流器DZ和充电电阻R，再连接至绝缘栅双极型晶体管VT的集电极，绝缘栅双极型晶体管VT的集电极连接至充电电容C的正极，充电电容C的负极接地，所述绝缘栅双极型晶体管VT的发射极连接至高压试品ZX的一端，高压试品ZX的另一端接地，其中所述绝缘栅双极型晶体管VTO的栅极GO和绝缘栅双极型晶体管VT的栅极G均连接至驱动电路。
[0007]更进一步的技术方案是，所述充电电阻R、绝缘栅双极型晶体管VT和充电电容C相互连接构成充放电发生组，本无间隙雷电冲击电流发生器包括至少两组充放电发生组，每组充放电发生组中的充电电阻R (I……η)均连接至整流器D，绝缘栅双极型晶体管VT(I……η)的发射极均连接至高压试品ZX的一端，绝缘栅双极型晶体管VT (I……η)的栅极G (1......η)均 连接至驱动电路，充电电容C (1......η)的负极均接地。
[0008]更进一步的技术方案，所述驱动电路主要由单片机连接光电耦合回路构成，所述绝缘栅双极型晶体管VT的栅极和发射极之间设有栅极均压回路，所述绝缘栅双极型晶体管VT的集电极和发射极之间设有静态均压回路和动态均压回路。
[0009]更进一步的技术方案，所述栅极均压回路主要由相互串接齐纳二极管DQ和方向二级管DF构成，其中齐纳二极管DQ的负极连接至绝缘栅双极型晶体管VT的发射极，方向二级管DF的负极连接至绝缘栅双极型晶体管VT的栅极。[0010]更进一步的技术方案，所述静态均压回路主要由连接在绝缘栅双极型晶体管VT 的集电极和发射极之间的电阻RT构成；所述动态均压回路主要由电阻RS和二极管DS并联和串接电容CS构成，其中二极管DS的正极连接至绝缘栅双极型晶体管VT的集电极，所述电容CS的一端连接至绝缘栅双极型晶体管VT的发射极。
[0011]绝缘栅双极型晶体管缩写IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor),是由 BJT (双极型三极管)和MOS (绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；M0SFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
[0012]方案二:一种无间隙雷电冲击电流发生器，包括主边和充电电源相连的供电变压器T，供电变压器T的副边一端接地和可控硅DO的输入端、可控硅DO的输出端依次串接整流器DZ和充电电阻R，再连接至可控硅D的正极，可控硅D的正极还连接至充电电容C的正极，充电电容C的负极接地，所述可控硅D的负极连接至高压试品ZX的一端，高压试品ZX 的另一端接地，其中所述可控硅DO的栅极GO和可控硅D的栅极G均连接至驱动电路。
[0013]更进一步的技术方案是，所述充电电阻R、可控硅D和充电电容C相互连接构成充放电发生组，本无间隙雷电冲击电流发生器包括至少两组充放电发生组，每组充放电发生组中的充电电阻R (I……n)均连接至整流器D，可控硅D (I……n)的负极均连接至高压试品ZX的一端，可控硅D (I……n)的栅极G (I……n)均连接至驱动电路，充电电容C (1......n)的负极均接地。
[0014]更进一步的技术方案是，所述驱动电路主要由单片机连接光电耦合回路构成，所述可控硅D的栅极和负极之间设有栅极均压回路，所述可控硅D的正极和负极之间设有静态均压回路和动态均压回路。
[0015]更进一步的技术方案是，所述栅极均压回路主要由相互串接齐纳二极管DQ和方向二级管DF构成，其中齐纳二极管DQ的负极连接至可控硅D的负极，方向二级管DF的负极连接至可控硅D的栅极。
[0016]更进一步的技术方案是，所述静态均压回路主要由连接在可控硅D的正极和负极之间的电阻RT构成；所述动态均压回路主要由电阻RS和二极管DS并联和串接电容CS构成，其中二极管DS的正极连接至可控硅D的负极，所述电容CS的一端连接至可控硅D的正极。
[0017]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:本实用新型解决了传统冲击电流发生器放电电流波形难控制、高能耗、低重复频率以及开关寿命短的缺陷，具有无误动、易操控、工作频率高、驱动电路功率小等优点，能够适用于现代超特高压设备的高压试验。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为现有的雷电冲击电流发生器电路连接图。
[0019]图2为本实用新型一种无间隙雷电冲击电流发生器使用绝缘栅双极型晶体管的电路连接图。
[0020]图3为本实用新型一种无间隙雷电冲击电流发生器使用绝缘栅双极型晶体管一个优选实施例的电路连接图。
[0021]图4为本实用新型一种无间隙雷电冲击电流发生器使用可控硅的电路连接图。
[0022]图5本实用新型一种无间隙雷电冲击电流发生器使用可控硅一个优选实施例的电路连接图。
[0023]图6为图3或图5所示本实用新型一种无间隙雷电冲击电流发生器一个优选实施例的驱动电路连接图。
[0024]图7为图3所示本实用新型一种无间隙雷电冲击电流发生器一个优选实施例中均压电路连接图。
[0025]图8为图5所示本实用新型一种无间隙雷电冲击电流发生器一个优选实施例中均压电路连接图。
【具体实施方式】
[0026]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0027]根据本实用新型一种无间隙雷电冲击电流发生器的一个实施例:一种无间隙雷电冲击电流发生器，包括主边和充电电源相连的供电变压器T，供电变压器T的副边一端接地，另一端连接绝缘栅双极型晶体管VTO的集电极，绝缘栅双极型晶体管VTO的发射极连接依次串接整流器DZ和充电电阻R，再连接至绝缘栅双极型晶体管VT的集电极，绝缘栅双极型晶体管VT的集电极连接至充电电容C的正极，充电电容C的负极接地，所述绝缘栅双极型晶体管VT的发射极连接至高压试品ZX的一端，高压试品ZX的另一端接地，其中所述绝缘栅双极型晶体管VTO的栅极GO和绝缘栅双极型晶体管VT的栅极G均连接至驱动电路。
[0028]图2示出了本实用新型一种无间隙雷电冲击电流发生器的一个优选实施例，所述充电电阻R、绝缘栅双极型晶体管VT和充电电容C相互连接构成充放电发生组，本无间隙雷电冲击电流发生器包括至少两组充放电发生组，每组充放电发生组中的充电电阻R (I……η)均连接至整流器D，绝缘栅双极型晶体管VT (I……η)的发射极均连接至高压试品ZX的一端，绝缘栅双极型晶体管VT (I……η)的栅极G (I……η)均连接至驱动电路，充电电容C (1......η)的负极均接地。
[0029]图3、图6和图7示出了本实用新型一种无间隙雷电冲击电流发生器的另一个优选实施例，所述驱动电路主要由单片机连接光电耦合回路构成，所述绝缘栅双极型晶体管VT的栅极和发射极之间设有栅极均压回路，所述绝缘栅双极型晶体管VT的集电极和发射极之间设有静态均压回路和动态均压回路。
[0030]根据本实用新型一种无间隙雷电冲击电流发生器的另一个优选实施例，所述栅极均压回路主要由相互串接齐纳二极管DQ和方向二级管DF构成，其中齐纳二极管DQ的负极连接至绝缘栅双极型晶体管VT的发射极，方向二级管DF的负极连接至绝缘栅双极型晶体管VT的栅极。可以利用齐纳二极管钳位的作用对绝缘栅双极型晶体管VT的电压进行控制。
[0031]栅极均压回路的原理是:当绝缘栅双极型晶体管VT的电压低于齐纳二极管DQ的钳位电压时，控制电路不动作；一旦绝缘栅双极型晶体管VT的电压高于齐纳二极管DQ电压，齐纳二极管DQ被击穿，额外电压将被加到栅极，使绝缘栅双极型晶体管VT趋于导通，从而降低端电压。
[0032]根据本实用新型一种无间隙雷电冲击电流发生器的另一个优选实施例，所述静态均压回路主要由连接在绝缘栅双极型晶体管VT的集电极和发射极之间的电阻RT构成；所述动态均压回路主要由电阻RS和二极管DS并联和串接电容CS构成，其中二极管DS的正极连接至绝缘栅双极型晶体管VT的集电极，所述电容CS的一端连接至绝缘栅双极型晶体管VT的发射极。
[0033]静态均压回路可以通过每个器件两端并联一个均压电阻来实现静态电压均衡。在集电极与发射极两端并联一定阻值的电阻RT，当两个IGBT串联时，RT取值为IGBT关断电
阻值Roff。
[0034]计算公式:
【权利要求】
1.一种无间隙雷电冲击电流发生器，其特征在于:包括主边和充电电源相连的供电变压器T，供电变压器T的副边一端接地，另一端连接绝缘栅双极型晶体管VTO的集电极，绝缘栅双极型晶体管VTO的发射极连接依次串接整流器DZ和充电电阻R，再连接至绝缘栅双极型晶体管VT的集电极，绝缘栅双极型晶体管VT的集电极连接至充电电容C的正极，充电电容C的负极接地，所述绝缘栅双极型晶体管VT的发射极连接至高压试品ZX的一端，高压试品ZX的另一端接地，其中所述绝缘栅双极型晶体管VTO的栅极GO和绝缘栅双极型晶体管 VT的栅极G均连接至驱动电路。
2.根据权利要求1所述的一种无间隙雷电冲击电流发生器，其特征在于:所述充电电阻R、绝缘栅双极型晶体管VT和充电电容C相互连接构成充放电发生组，本无间隙雷电冲击电流发生器包括至少两组充放电发生组，每组充放电发生组中的充电电阻R (I……n)均连接至整流器D，绝缘栅双极型晶体管VT(1……n)的发射极均连接至高压试品ZX的一端，绝缘栅双极型晶体管VT (I……n)的栅极G (I……n)均连接至驱动电路，充电电容C (I…… n)的负极均接地。
3.根据权利要求1或2所述的一种无间隙雷电冲击电流发生器，其特征在于:所述驱动电路由单片机连接光电耦合回路构成，所述绝缘栅双极型晶体管VT的栅极和发射极之间设有栅极均压回路，所述绝缘栅双极型晶体管VT的集电极和发射极之间设有静态均压回路和动态均压回路。
4.根据权利要求3所述的一种无间隙雷电冲击电流发生器，其特征在于:所述栅极均压回路由相互串接齐纳二极管DQ和方向二级管DF构成，其中齐纳二极管DQ的负极连 接至绝缘栅双极型晶体管VT的发射极，方向二级管DF的负极连接至绝缘栅双极型晶体管VT的栅极。
5.根据权利要求3所述的一种无间隙雷电冲击电流发生器，其特征在于:所述静态均压回路由连接在绝缘栅双极型晶体管VT的集电极和发射极之间的电阻RT构成；所述动态均压回路由电阻RS和二极管DS并联和串接电容CS构成，其中二极管DS的正极连接至绝缘栅双极型晶体管VT的集电极，所述电容CS的一端连接至绝缘栅双极型晶体管VT的发射极。
6.一种无间隙雷电冲击电流发生器，其特征在于:包括主边和充电电源相连的供电变压器T，供电变压器T的副边一端接地和可控硅DO的输入端、可控硅DO的输出端依次串接整流器DZ和充电电阻R，再连接至可控硅D的正极，可控硅D的正极还连接至充电电容C的正极，充电电容C的负极接地，所述可控硅D的负极连接至高压试品ZX的一端，高压试品ZX 的另一端接地，其中所述可控硅DO的栅极GO和可控硅D的栅极G均连接至驱动电路。
7.根据权利要求6所述的一种无间隙雷电冲击电流发生器，其特征在于:所述充电电阻R、可控硅D和充电电容C相互连接构成充放电发生组，本无间隙雷电冲击电流发生器包括至少两组充放电发生组，每组充放电发生组中的充电电阻R (I……n)均连接至整流器 D，可控硅D (I……n)的负极均连接至高压试品ZX的一端，可控硅D (I……n)的栅极G (1......n)均连接至驱动电路，充电电容C (1......n)的负极均接地。
8.根据权利要求6或7所述的一种无间隙雷电冲击电流发生器，其特征在于:所述驱动电路由单片机连接光电耦合回路构成，所述可控硅D的栅极和负极之间设有栅极均压回路，所述可控硅D的正极和负极之间设有静态均压回路和动态均压回路。
9.根据权利要求8所述的一种无间隙雷电冲击电流发生器，其特征在于:所述栅极均压回路由相互串接齐纳二极管DQ和方向二级管DF构成，其中齐纳二极管DQ的负极连接至可控硅D的负极，方向二级管DF的负极连接至可控硅D的栅极。
10.根据权利要求8所述的一种无间隙雷电冲击电流发生器，其特征在于:所述静态均压回路由连接在可控硅D的正极和负极之间的电阻RT构成；所述动态均压回路由电阻RS和二极管DS并联和串接电容CS构成，其中二极管DS的正极连接至可控硅D的负极，所述电容CS的一端连接至可控硅D的正极`。
【文档编号】G01R1/28GK203433011SQ201320549127
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年9月5日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】李建明, 郭蓉萍, 陈少卿, 张榆, 文丽 申请人:国家电网公司, 国网四川省电力公司电力科学研究院