4800kV双边高效率冲击发生器毕业设计.docx

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4800kV双边高效率冲击发生器毕业设计

设计要求：

输出大小为

4800kv的冲击电压发生器

第一章、设计

冲击电容C1选择：

取负载为1000PF，冲击电压发生器的对地杂散电容和高压引线及球隙等的电容如估计为500PF，电容分压器的电容如估计为600PF，则总的负荷电容为

C2=1000+500+600=2100PF

为保证效率，冲击电容

10倍负荷电容，我们取

C1=10C2=21000PF=0.021uF

方案选择：

要输出4800KV的冲击电压，考虑到裕度系数，老化系数等，取标称电压为5600KV。

由于标称电压太大，加上脉冲电容器的容量限制，如果采用普通的MARX回路或者高效率回路，串级至少达到20级，通常级数过高，会给球隙的同步带来困难。

因此采用双边充电的高效率回路。

分14级，每级由两个电容器串联，每个电容器充电200KV，共2×200×14=5600KV。

为了改善g2在动作时的过电压倍数，采用2倍倍压充电。

试验变压器前接调压器，使试变输出始终保持在额定电压上。

R0为保护电阻。

IGBT驱动电路:

IGBT驱动电路采用光耦隔离进行驱动，由单片机STC89C51提供输入信号进行控制（整个电路的要求不高，程序简单，并且芯片便宜，损坏了直接更换就行）。

驱动电路的作用是讲单片机的输出脉冲进行功率放大，以驱动IGBT的正常工作。

最小应用系统驱动电路

带电气隔离的IGBT驱动电路

电容器选择：

上面分析得到，每个电容器充电200KV，查资料找到MWF200-0.2高压脉冲电容器。

型号

电压

试验电压

电容

尺寸

重量

MWF200-0.2

200KV

240KV

0.2uF

630mm

820mm

300kg

用此种电容器12级串联，每级由两组3个电容并联之后的串联在一起，冲击电容为

C1

10C2，跟预设相比，相差不大，所以合适。

每级单元接线如图.

冲击电压发生器的主要参数：

标称电压：

U1=5600KV

冲击电容：

C1=0.0215uF

标称能量：

波前电阻和放电电阻的计算：

由上可知。

C2=2100pF

波前时间

得Rf=193.40

.每级rf=Rf/14=13.81

。

如果考虑回路电感影响时：

得Rf=269.21

.每级rf=Rf/14=19.23

。

半峰值时间

得Rt=3057.21

，每级rt=Rt/14=218.37

冲击电压发生器的效率：

因为回路中没有Rd，所以

.效率很高，证明所选电容是合理的。

充电电阻和保护电阻的选择：

当充电电阻放电的时间常数为主回路放电时间常数的10-20倍时，充电电阻不影响主回路的放电效率。

在双边充电的高效回路中，有

。

取R=20rt=4368

，取R=5K

。

保护电阻r约为充电电阻R的20倍，取r=100K

。

5k的电阻有两种0.6w和2w的

充电时间的估算：

由于采用了倍压充电回路，增加了保护电阻R0，R0阻值较大，取R0=r=100K

有

考虑到充电回路中C0的影响，以及其他各种影响，估计T充=35秒。

变压器选择:

充电回路由单相调压器、试验变压器构成，以及整流电路构成。

单相调压器选择：

TDZ-500/0.38

试验变压器按脉冲电容充电时间与标称容量进行计算，选型。

并加大安全系数到3.0。

试变容量=

试变电压=

根据计算结果，选择TQSB100/200油浸式高压试验变压器，其额定高压是200kV，额定低压是380V，额定容量为100kVA。

基本符合要求。

硅堆选择：

考虑到缩短充电时间，充电变压器经常提高10%的电压，因此硅堆的反峰电压为：

200kV+1.1x200kV=420kV

硅堆的额定电流以平均电流计算。

实际充电电流是脉动的，充电之初平均电流较大，选择硅堆用的平均电流难以计算。

现只能根据充电变压器输出的电流（有效值）来选择硅堆。

电流的有效值是大于平均值的。

因此，选择硅堆的额定电流为1A，选择型号为2DL-100/1.5型低频硅堆，选择5只组成每一个整流器。

第二章、仿真

按照书上充放电回路分析，

1、等效电路仿真

等效仿真电路图

为什么按照公式计算出来的电阻值，仿真时候产生波形的波前时间相差那么大。

2、倍压电源仿真

显然20s的时候就基本能得到2倍Um。

3、全电路仿真

powergui参数设置。

启动IGBT前（模拟球隙放电前），随机选取几个电容观察，发现在9s左右基本都充电完成。

如图，能在极短时间内释放出-4.9e6左右的冲击高电压（与前面等效电路基本输出一致），要想获得不同大小的电压，可在充电变压器低压侧添加一个单相调压器。

另外想要获得正的冲击高电压，只需要将倍压整流的高压硅堆反向连接即可。