一种交流峰值叠加脉冲振荡高压的产生电路的制作方法

本实用新型涉及一种将交流峰值叠加脉冲振荡高压进行叠加的电路。

背景技术：

干式空心电抗器在电力系统中广泛应用，它能够补充系统的感抗，平衡系统的无功功率，限制系统的工频过电压及操作过电压，在电力系统中占有重要的地位。电抗器在实际的运行中也发生大量的烧毁事故，这些烧毁事故是由于匝间短路直接引起的，过电压是引起电抗器事故的根本原因之一，其中尤以投切过电压出现最为频繁且危害较大，投切过电压类似于在交流电压峰值处叠加脉冲振荡电压。通过试验研究投切过电压对干式空心电抗器匝间绝缘的破坏性，对于干式空心电抗器的制造和防护具有重要意义，但是现有的高压试验电路只能单一地产生交流电压或者脉冲振荡电压，所以需要研究交流峰值处叠加脉冲振荡电压的产生电路。

技术实现要素：

本实用新型是为了解决现有的高压试验电路只能单一地产生交流电压或者脉冲振荡电压，且没有将二者进行叠加的电路，本实用新型提供了一种交流峰值叠加脉冲振荡高压的产生电路。

一种交流峰值叠加脉冲振荡高压的产生电路，它包括脉冲振荡电路、保护电阻R₃、容性试样C_X、工频交流试验电路、球隙点火电路和球隙放电控制电路；

球隙放电控制电路发出触发脉冲信号至球隙点火电路，球隙点火电路根据接收的触发脉冲信号输出点火控制信号至脉冲振荡电路的点火控制端；

脉冲振荡电路产生脉冲振荡电压经保护电阻R₃后加载在容性试样C_X的一端，

工频交流试验电路用于产生工频交流电压，并加载在容性试样C_X的另一端；

容性试样C_X的两端作为叠加后的电压输出端。

所述的脉冲振荡电路包括脉冲振荡侧调压器T₁、脉冲振荡侧试验变压器T₂、高压硅堆D、保护电阻R₁、充电电容C₁、辅助电感L₁和可控放电球隙G；

脉冲振荡侧调压器T₁的两个电压输入端用于接入220V交流电；

脉冲振荡侧调压器T₁的电压输出端与脉冲振荡侧试验变压器T₂原边的一端连接，脉冲振荡侧试验变压器T₂原边的另一端与脉冲振荡侧调压器T₁的一个电压输入端连接；

脉冲振荡侧试验变压器T₂副边的一端与高压硅堆D的阳极连接，高压硅堆D的阴极与保护电阻R₁的一端连接，保护电阻R₁的另一端与充电电容C₁的一端和可控放电球隙G的一端同时连接，可控放电球隙G的另一端与脉冲振荡侧试验变压器T₂副边的另一端和辅助电感L₁的一端同时连接后，接电源地；

充电电容C₁的另一端与辅助电感L₁的另一端连接，并用于产生脉冲振荡电压；

可控放电球隙G的放电端作为脉冲振荡电路的点火控制端。

所述的工频交流试验电路包括工频交流侧调压器T₄、工频交流侧试验变压器T₅、保护电阻R₂和辅助电容C₂；

所述的保护电阻R₂的一端与容性试样C_X的另一端连接，且保护电阻R₂的一端还与辅助电容C₂的一端连接，保护电阻R₂的另一端与工频交流侧试验变压器T₅副边的一端连接，工频交流侧试验变压器T₅副边的另一端与辅助电容C₂的另一端连接后，接电源地；

工频交流侧试验变压器T₅原边的一端与工频交流侧调压器T₄的电压输出端连接，

工频交流侧调压器T₄的两个电压输入端用于接入220V交流电；

工频交流侧试验变压器T₅原边的另一端与工频交流侧调压器T₄的一个电压输入端连接。

所述的球隙点火电路包括隔离变压器T₆、高压脉冲变压器T₃、二极管D₁、充电电阻R₄、双向晶闸管D₂和充电电容C₃；

隔离变压器T₆原边的两端用于接入220V交流电，隔离变压器T₆副边的一端与二极管D₁的阳极连接，二极管D₁的阴极与充电电阻R₄的一端连接，充电电阻R₄的另一端与充电电容C₃的一端和双向晶闸管D₂的一个主电极同时连接；

双向晶闸管D₂的另一个主电极与隔离变压器T₆副边的另一端同时连接后，接电源地；

充电电容C₃的另一端与高压脉冲变压器T₃原边的一端连接，高压脉冲变压器T₃原边的另一端接电源地，

高压脉冲变压器T₃副边的一端作为点火控制信号输出端，其副边的另一端接电源地；

双向晶闸管D₂的门极用于接收球隙放电控制电路发出触发脉冲信号。

所述的球隙放电控制电路包括移相整形电路、调频电路和隔离驱动电路；

移相整形电路对接收的220V交流电依次进行移相、整形后，输出至调频电路，调频电路的调频信号输出端与隔离驱动电路的调频信号输入端连接，隔离驱动电路的信号输出端用于发出触发脉冲信号。

所述的调频电路包括电阻R_A、电阻R_B、电阻R_C、电阻R_D、电阻R_L、电阻R_H、电容C₄、电容C₅、PNP型三极管Q₁、PNP型三极管Q₂、逻辑或门、逻辑与门、NE555时基集成电路U1和NE555时基集成电路U2；

PNP型三极管Q₁的基极作为调频电路的移相整形信号输入端；

PNP型三极管Q₁的集电极与电阻R_A的一端连接，电阻R_A的另一端与电阻R_B的一端和NE555时基集成电路U1的7号管脚连接，电阻R_B的另一端与电容C₄的一端、NE555时基集成电路U1的6号及2号管脚同时连接，电容C₄的另一端接电源地；NE555时基集成电路U1的1号管脚接电源地；

PNP型三极管Q₁的发射极与NE555时基集成电路U1的4号管脚连接，电源Vcc与电阻R_L的一端、NE555时基集成电路U1的4号及8号管脚同时连接，电阻R_L的另一端与NE555时基集成电路U1的3号管脚和逻辑或门的一个输入端同时连接，逻辑或门的另一个输入端与PNP型三极管Q₁的基极连接；

逻辑或门的输出端与逻辑与门的一个输入端和PNP型三极管Q₂的基极同时连接；

PNP型三极管Q₂的集电极与NE555时基集成电路U2的7号管脚连接；

PNP型三极管Q₂的发射极与电阻R_C的一端和电阻R_D的一端同时连接；

电阻R_D的另一端与电容C₅的一端、NE555时基集成电路U2的6号及其2号管脚同时连接，电容C₅的另一端接电源地；

电阻R_C的另一端与电阻R_H的一端、NE555时基集成电路U2的4号及其8号管脚同时接入电源Vcc，电阻R_H的另一端与NE555时基集成电路U2的3号管脚和逻辑与门的另一个输入端同时连接，NE555时基集成电路U2的1号管脚接电源地；

逻辑与门的输出端作为调频电路的调频信号输出端。

所述的晶闸管D₂为型号为BTA20-600B的双向可控硅。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提出的交流峰值叠加脉冲振荡高压的产生电路能够产生交流峰值叠加脉冲振荡高压；提出的球隙放电控制电路能在工频交流电压峰值处等周期间隔地产生晶闸管触发脉冲信号，从而控制球隙的放电频率。

本实用新型提出的交流峰值叠加脉冲振荡高压的产生电路，其产生的叠加电压用于对干式空心电抗器匝间绝缘样品进行试验研究，揭示投切过电压对电抗器匝间绝缘的破坏机理。

附图说明

图1为本实用新型所述的一种交流峰值叠加脉冲振荡高压的产生电路的结构示意图；

图2为具体实施方式四所述的球隙点火电路的结构示意图；

图3为具体实施方式五所述的球隙放电控制电路的结构示意图；

图4为调频电路的结构示意图；

图5为球隙放电控制电路的时序图。

具体实施方式

具体实施方式一：参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种交流峰值叠加脉冲振荡高压的产生电路，它包括脉冲振荡电路1、保护电阻R₃、容性试样C_X、工频交流试验电路2、球隙点火电路3和球隙放电控制电路4；

球隙放电控制电路4发出触发脉冲信号至球隙点火电路3，球隙点火电路3根据接收的触发脉冲信号输出点火控制信号至脉冲振荡电路1的点火控制端；

脉冲振荡电路1产生脉冲振荡电压经保护电阻R₃后加载在容性试样C_X的一端，

工频交流试验电路2用于产生工频交流电压，并加载在容性试样C_X的另一端；

容性试样C_X的两端作为叠加后的电压输出端。

具体实施方式二：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种交流峰值叠加脉冲振荡高压的产生电路的区别在于，所述的脉冲振荡电路1包括脉冲振荡侧调压器T₁、脉冲振荡侧试验变压器T₂、高压硅堆D、保护电阻R₁、充电电容C₁、辅助电感L₁和可控放电球隙G；

脉冲振荡侧调压器T₁的两个电压输入端用于接入220V交流电；

脉冲振荡侧调压器T₁的电压输出与脉冲振荡侧试验变压器T₂原边的一端连接，脉冲振荡侧试验变压器T₂原边的另一端与脉冲振荡侧调压器T₁的一个电压输入端连接；

脉冲振荡侧试验变压器T₂副边的一端与高压硅堆D的阳极连接，高压硅堆D的阴极与保护电阻R₁的一端连接，保护电阻R₁的另一端与充电电容C₁的一端和可控放电球隙G的一端同时连接，可控放电球隙G的另一端与脉冲振荡侧试验变压器T₂副边的另一端和辅助电感L₁的一端同时连接后，接电源地；

充电电容C₁的另一端与辅助电感L₁的另一端连接，并用于产生脉冲振荡电压；

可控放电球隙G的放电端作为脉冲振荡电路1的点火控制端。

具体实施方式三：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一或二所述的一种交流峰值叠加脉冲振荡高压的产生电路的区别在于，所述的工频交流试验电路2包括工频交流侧调压器T₄、工频交流侧试验变压器T₅、保护电阻R₂和辅助电容C₂；

所述的保护电阻R₂的一端与容性试样C_X的另一端连接，且保护电阻R₂的一端还与辅助电容C₂的一端连接，保护电阻R₂的另一端与工频交流侧试验变压器T₅副边的一端连接，工频交流侧试验变压器T₅副边的另一端与辅助电容C₂的另一端连接后，接电源地；

工频交流侧试验变压器T₅原边的一端与工频交流侧调压器T₄的电压输出端连接，

工频交流侧调压器T₄的两个电压输入端用于接入220V交流电；

工频交流侧试验变压器T₅原边的另一端与工频交流侧调压器T₄的一个电压输入端连接。

本实施方式的图1中，左侧为脉冲振荡电路1，在工频交流峰值处，可控放电球隙G放电时辅助电感L₁上将产生一个高频脉冲振荡衰减电压。右侧为工频交流试验电路2，辅助电容C₂很小(nF级)，试验变压器T₅输出的工频交流电压几乎全部施加在辅助电容C₂两端。辅助电感L₁、保护电阻R₃、容性试样C_X和辅助电容C₂构成了一个回路，且保护电阻R₃相比试样C_X的容抗几乎可以忽略，则容性试样C_X上电压就为交流峰值叠加脉冲振荡电压。

原理分析：

在脉冲振荡电路1中，可控放电球隙G放电时辅助电感L₁两端的电压u_L为：

其中，U_C0为充电电容C₁的初始充电电压，ω₁为脉冲振荡电路的脉冲振荡频率，δ为脉冲振荡电路的衰减系数，t为时间，e为常数，R为脉冲振荡电路的等效回路电阻；且

当同时满足条件：和时，脉冲振荡电路1施加在容性试样C_X两端的电压为：

其次，在工频交流试验电路2中，当同时满足条件和时，工频交流试验电路2施加在容性试样C_X两端的电压为：

其中，ω为工频交流电压角频率，所述的工频交流电压为220V交流电压，

为工频交流侧试验变压器T₅副边绕组输出交流电压的峰值。

综上，容性试样C_X在交流电压峰值处叠加脉冲振荡电压为:

具体实施方式四：参见图1和图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种交流峰值叠加脉冲振荡高压的产生电路的区别在于，所述的球隙点火电路3包括隔离变压器T₆、高压脉冲变压器T₃、二极管D₁、充电电阻R₄、双向晶闸管D₂和充电电容C₃；

隔离变压器T₆原边的两端用于接入220V交流电，隔离变压器T₆副边的一端与二极管D₁的阳极连接，二极管D₁的阴极与充电电阻R₄的一端连接，充电电阻R₄的另一端与充电电容C₃的一端和双向晶闸管D₂的一个主电极同时连接；

双向晶闸管D₂的另一个主电极与隔离变压器T₆副边的另一端同时连接后，接电源地；

充电电容C₃的另一端与高压脉冲变压器T₃原边的一端连接，高压脉冲变压器T₃原边的另一端接电源地，

高压脉冲变压器T₃副边的一端作为点火控制信号输出端，其副边的另一端接电源地；

双向晶闸管D₂的门极用于接收球隙放电控制电路4发出触发脉冲信号。

本实施方式中，球隙点火电路3工作时，隔离变压器T₆通过二极管D₁和充电电阻R₄给充电电容C₃充电，当充电电容C₃充满电后，在某一交流电压的峰值时，充电电容C₃给晶闸管D₂触发脉冲信号，晶闸管D₂导通，此时，充电电容C₃经晶闸管D₂以及高压脉冲变压器T₃的原边形成脉冲振荡，释放能量的同时，在高压脉冲变压器T₃的副边形成另一个高压脉冲，此高压脉冲用来给可控放电球隙G点火。

具体实施方式五：参见图1和图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种交流峰值叠加脉冲振荡高压的产生电路的区别在于，所述的球隙放电控制电路4包括移相整形电路4-1、调频电路4-2和隔离驱动电路4-3；

移相整形电路4-1对接收的220V交流电依次进行移相、整形后，输出至调频电路4-2，调频电路4-2的调频信号输出端与隔离驱动电路4-3的调频信号输入端连接，隔离驱动电路4-3的信号输出端用于发出触发脉冲信号。

具体实施方式六：参见图1和图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式五所述的一种交流峰值叠加脉冲振荡高压的产生电路的区别在于，所述的调频电路4-2包括电阻R_A、电阻R_B、电阻R_C、电阻R_D、电阻R_L、电阻R_H、电容C₄、电容C₅、PNP型三极管Q₁、PNP型三极管Q₂、逻辑或门、逻辑与门、NE555时基集成电路U1和NE555时基集成电路U2；

PNP型三极管Q₁的基极作为调频电路4-2的移相整形信号输入端；

PNP型三极管Q₁的集电极与电阻R_A的一端连接，电阻R_A的另一端与电阻R_B的一端和NE555时基集成电路U1的7号管脚连接，电阻R_B的另一端与电容C₄的一端、NE555时基集成电路U1的6号及2号管脚同时连接，电容C₄的另一端接电源地；NE555时基集成电路U1的1号管脚接电源地；

PNP型三极管Q₁的发射极与NE555时基集成电路U1的4号管脚连接，电源Vcc与电阻R_L的一端、NE555时基集成电路U1的4号及8号管脚同时连接，电阻R_L的另一端与NE555时基集成电路U1的3号管脚和逻辑或门的一个输入端同时连接，逻辑或门的另一个输入端与PNP型三极管Q₁的基极连接；

逻辑或门的输出端与逻辑与门的一个输入端和PNP型三极管Q₂的基极同时连接；

PNP型三极管Q₂的集电极与NE555时基集成电路U2的7号管脚连接；

PNP型三极管Q₂的发射极与电阻R_C的一端和电阻R_D的一端同时连接；

电阻R_D的另一端与电容C₅的一端、NE555时基集成电路U2的6号及其2号管脚同时连接，电容C₅的另一端接电源地；

电阻R_C的另一端与电阻R_H的一端、NE555时基集成电路U2的4号及其8号管脚同时接入电源Vcc，电阻R_H的另一端与NE555时基集成电路U2的3号管脚和逻辑与门的另一个输入端同时连接，NE555时基集成电路U2的1号管脚接电源地；

逻辑与门的输出端作为调频电路4-2的调频信号输出端。

本实施方式中，移相整形电路4-1可采用现有技术实现；

本实用新型提出球隙放电控制电路4的时序图如附图5所示；其中，移相信号B¹的电压波形是通过220V交流电压波形A¹移相90度得到，将移相信号B¹进行整形获得整形信号C¹，该整形后的信号C¹的波形为方波。

从时序图5可以看出，整形后的信号C¹可以实现在220V交流电压波形A¹的每一个正峰值处，触发晶闸管D₂导通，进而可控放电球隙G放电、工频交流侧试验变压器T₅输出交流电压的每一个正峰值处叠加上脉冲振荡电压。其中，工频交流侧试验变压器T₅输出交流电压为：与220V交流电压同相位的工频交流电压。若要在工频交流电压峰值处等周期间隔地叠加上脉冲振荡电压，就要对整形得到的方波信号C¹进行调频处理。本实用新型提出的调频电路4-2由NE555时基集成电路构成的多谐振荡电路串接而成，电路具体连接方式如附图4所示；其中，第一级多谐振荡电路由一个NE555时基集成电路U1、电阻R_A、电阻R_B、上拉电阻R_L、电容C₄、PNP型三极管Q₁构成，

第二级多谐振荡电路与第一级多谐振荡电路类似，由NE555时基集成电路U2、电阻R_C、电阻R_D、电阻R_H、PNP型三极管Q₂构成。

由NE555时基集成电路构成的多谐振荡电路中，方波信号C¹通过三极管Q₁控制电容C₄充放电形成振荡，在NE555时基集成电路U1的3号管脚输出端能够输出矩形脉冲。

从第一级555多谐振荡电路的管脚3输出调频信号时序图中的定时信号D¹,定时信号D¹再与移相整形后的方波信号C¹通过逻辑或门电路形成定时信号E，定时信号E通过三极管Q₂控制第二级555多谐振荡电路中电容C₅的放电过程，能够从第二级555电路管脚3输出定时信号F波形，而后波形C¹和波形F通过一个逻辑与门电路输出波形G。

从时序图5可以看出在定时信号D¹的每个振荡周期内产生了一个触发脉冲信号，改变第一级555多谐振荡电路产生的定时信号D¹的振荡频率触发脉冲信号的频率随之而改变，相应地球隙放电频率变化，最终控制了每秒于工频交流电压峰值处叠加脉冲振荡电压的次数。根据数字电子技术的相关知识可知，第一级多谐振荡电路中的电容C₄的充电时间对应着NE555时基集成电路U1的管脚3输出矩形脉冲高电平持续时间，电容C₄的放电时间对应着NE555时基集成电路U1的管脚3输出发矩形脉冲的低电平时持续时间，电容C₄的充电时间T₁为：

T₁＝(R_A+R_B)C₄ln2，

电容C₄的放电时间T₂为：

T₂＝R_BC₄ln2，

故第一级555振荡电路输出矩形脉冲D¹的振荡周期T为：

T＝T₁+T₂＝(R_A+2R_B)C₄ln2，

第一级555振荡电路输出矩形脉冲D¹的振荡频率f为：

从上述关系式可知，改变第一级555多谐振荡电路中电阻R_A、R_B和电容C₄的参数即可改变定时信号D¹的振荡频率，进而改变每秒于工频交流电压峰值处产生的触发脉冲信号的个数。以每秒在工频交流电压峰值处产生两个触发脉冲信号为例，通过计算可得R_A＝7.5kΩ、R_B＝1.1kΩ、C₁＝33uF，经过对555串级多谐振荡调频电路的仿真和工频叠加脉冲振荡试验的验证，此结果符合要求。

具体实施方式七：参见图1和图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式四所述的一种交流峰值叠加脉冲振荡高压的产生电路的区别在于，所述的晶闸管D₂为型号为BTA20-600B的双向可控硅。

本实用新型所述一种交流峰值叠加脉冲振荡高压的产生电路的结构不局限于上述各实施方式所记载的具体结构，还可以是上述各实施方式所记载的技术特征的合理组合。