专利名称：基于真空触发开关管的10/350μs雷电流波形激励装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种雷电流波形激励装置，尤其设计一种基于真空触发开关 管的10/350 us雷电流波形激励装置，配合冲击电流发生器可产生10/350 "s 雷电流波，用于电涌保护器的性能测试。
背景技术：
雷电冲击电流发生器是进行电涌保护器(SPD)检测不可缺少的试验设备， 电涌保护器(SPD， Surge Protective Devices)的试验需要8/20 u s、 10/350 u s 和组合波等不同雷电冲击波形，组合波和8/20"s波形已被各国广泛应用，1995 年IEC 61643系列标准引入了 "等级I"测试，要求对安装在供电入线端位置的 电涌保护器采用10/350 tis波形进行"等级I"方法测试。GB18802.1-2002《低 压配电系统的电涌保护器第一部分性能要求和试验方法》中也要求采用 10/350 u s雷电冲击电流波形作为SPD I级分类试验的波形，目前国内外主要采 用雷电冲击电流一冲击电压发生器Crowbar联合试验回路，或者RLC大容量放电 回路产生10/350iis雷电流波形，设备费用高，电路控制复杂。
发明内容
本实用新型的目的就是针对上述问题，提供一种基于真空触发开关管的 10/350 w s雷电流波形激励装置，该装置可以在冲击电流发生器回路中利用真空 触发开关管形成Crowbar电路产生10/350 u s雷电流波形。
本实用新型的目的是这样实现的-
本实用新型包括冲击电流发生器，设置有真空触发开关管、点火电路、续流 电路和延时电路；
真空触发开关管的输入端分别与点火电路、续流电路、延时电路的输出端连接；真空触发开关管的输出端和冲击电流发生器的输入端连接。
为产生10/350 u s冲击电流波，需在冲击电流发生器主回路中接入Crowbar 电路，Crowbar球隙在点火之前要承受大约是点火后电压3倍的脉冲高压，对 Crowbar球隙要求很高。本实用新型采用采用真空触发开关管作为Crowbar球隙， 为此设计了真空触发开关管点火电路，并结合续流电路增加点火器输出的能量， 使之可靠击穿。点火电路须在冲击电流发生器放电球隙击穿后延时一定时间进行 触发击穿，才能产生10/350ps雷电流波形，为此设计了延时电路，实现0 31.5Ps延时可调，精度为0.5us。
真空触发开关管(Triggered Vacuum Switcher, TVS)又称触发真空间隙， 是基于真空间隙和触发火花间隙技术的电路关合器件，具有结构紧凑、工作电压 范围宽、主间隙介电强度恢复迅速、动作时延及分散性小、操作无噪声及环境适 应性强等优点。真空触发开关管最高工作电压〉40kV，最大工作电流可达200kA， 真空间隙一般l 20mm,真空压力>10 —4Pa。真空触发开关管的导通要求触发脉 冲提供一定数量的等离子体，因触发脉冲提供的初始等离子体不足以导通主间隙 放电时的大电流，故有一个初始等离子体引发击穿的发展过程，最后导致全间隙 的击穿。
真空触发开关管采用高压小电流击穿加低压大电流续流方式的触发电路，结 合针对10/350 P s、 Crowbar电路暂态过电压特点专门设计的真空触发开关管结 构，增加了真空触发开关管触发可靠性。真空触发开关管点火电路高压部分将处 于高真空条件下有很高绝缘强度的触发间隙击穿，再由真空触发开关管续流电路 提供足够数量的初始等离子体，在主间隙电压〉3kV时可保证整个间隙可靠击穿。 另外真空触发开关管内长间隙具有良好的工作稳定性应用于Crowbar电路中，省 去了Crowbar球隙间距的调节，简化了控制过程。
本实用新型具有下列优点和积极效果
1、 结构简捷，控制简便，可靠性高；
2、 点火、续流和延时电路稳定性好；
3、 使用寿命长，实现成本低。
适用于装配在冲击电流发生器中产生10/350 u s雷电流波形，对电涌保护器 等防雷元件进行检测。
图1是本实用新型结构方框图2. 1是真空触发开关管内部结构原理图2. 2是真空触发开关管结构图(局剖)；
图3是点火电路原理图4是续流电路原理图； 图5是延时电路原理图6是真空触发开关管电路原理及其电气连线图
其中
l一真空触发开关管，
1. l一绝缘罩(真空玻璃或陶瓷)，
1.3—阴电极，
2— 点火电路，
2. l—单相抗尖峰滤波器，
2. 3—冲击波形成回路， 2.5—高压脉冲变压器；
3— 续流电路，
3. l—充电电路， 4一延时电路，
4. l一时间调节电路， 5—冲击电流发生器，
5.1—充电回路，
1.2—阳电极， 1.4一触发极；
2.2—倍压电路， 2.4—手动和自动触发电路，
3. 2—隔离电路；
4. 2—脉冲宽度调节电路;
5.2—冲击电流放电回路。
英译汉
Crowbar电路一原指一种快速短路的消弧电路，在10/350 n s雷电流波形回 路中指并联在主电容支路与试品支路中间借助短路间隙(也称Crowbar间隙，本 实用新型中指真空触发开关管的延迟主放电间隙G击穿而形成的一条对试品放 电的电路连接。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步说明
一、 总体
如图1，本实用新型包括冲击电流发生器5，设置有真空触发开关管1、点 火电路2、续流电路3和延时电路4;
真空触发开关管1的输入端分别与点火电路2、续流电路3、延时电路4的 输出端连接；真空触发开关管1的输出端和冲击电流发生器5的输入端连接。
二、 主要功能块
1、 真空触发开关管l
如图2.1、 2.2,真空触发开关管l主要包括绝缘罩l.l、阳电极1.2、阴电 极1. 3和触发极1. 4;
在绝缘罩1.1顶部，从上到下依次设置有相互连接的触发极1.4和阴电极
1.3;
在绝缘罩l.l底部，设置有阳电极1.2。
真空触发开关管1的工作原理是
在真空触发开关管1的触发极1. 4输入触发脉冲，触发脉冲提供一定数量的 等离子体，当初始等离子体足以导通主间隙放电时，阴电极1.3与阳电极1.2
之间间隙击穿导通。
2、 点火电路2
如图3，点火电路2包括依次连接的单相抗尖峰滤波器2.1、倍压电路2.2、 冲击波形成回路2. 3、手动和自动触发电路2. 4及高压脉冲变压器2. 5。 点火电路2的工作原理是
交流电源通过单相抗尖峰滤波器2.1后经由第1-6 二极管D1-D6与第l-6 电容CI-C6组成倍压电路2. 2，产生高压对冲击波形成回路2. 3中第7、 8电容 C7、 C8进行充电，然后通过手动和自动触发电路2.4输出触发脉冲信号将冲击 波形成回路2. 3中第1-3气体放电管Gl-G3击穿，通过高压脉冲变压器2. 5输出 15kV及以上高压脉冲。
3、 续流电路3如图4,续流电路3由充电电路3. l和隔离电路3.2串联而成。 续流电路3的工作原理是
供电交流电源通过第l、 2电阻R1、 R2和第1二极管D1对电容器C充电， 第2-31 二极管D2-D31连接在点火电路2与续流电路3之间用于隔离直流电压。
4、 延时电路4
如图5，延时电路4主要由前后连接的时间调节电路4.1和脉冲宽度调节电 路4.2组成；
时间调节电路4. 1选用芯片74LS221可复位双单稳集成电路，通过改变外部 连接的电容和电阻来改变控制继电器开关实现输出脉冲信号的作用；
脉冲宽度调节电路4. 2主要由一组继电器K14-K17和一组聚苯电容C8-C16 组成，输出的脉冲信号宽度主要是由于不同的聚苯电容组合而成，当开关分别闭 合时，延时电路4输出脉冲延迟于冲击电流发生器5放电间隙，触发脉冲时间分 别为0.5us、 lus、 2us、 4ws、 8us、 16us。在PLC主控制程序中，将根据 设定的延时时间，开合不同的开关，从而达到0. 5 u s 31. 5 u s (间隔为0. 5 u s) 的延时，满足真空触发开关管中延时电路4触发需要。
5、 冲击电流发生器5
如图6，现有技术的冲击电流发生器5主要由充电回路5.1和冲击电流放电 回路5.2构成；
充电回路5.1主要工作原理为交流电源经保险F、第2、 3电阻R2、 R3对 变压器T原边供电，变压器T副边产生高压经过电阻R、硅堆D对电容器C充电；
冲击电流放电回路5.2主要工作原理为高压电容器C经放电间隙G、调波 电阻Rl和调波电感Ll对试品S放电，分压器FYQ用于测量试品S两端的冲击电 压，分流器FLQ主要用于测量冲击电流的大�。静ㄆ鰿RO主要用于显示冲击放 电的波形。
三、本实用新型的工作原理
如图1、 6，真空触发开关管1连接于冲击电流发生器5的冲击放电回路5. 2 中，充电回路5.1达到设定的充电电压后，冲击电流发生器5自身的触发电路会 将放电间隙G击穿，延时电路4达到设定好的延时时间时，点火电路2加上续流 电路3对真空触发开关管1触发使之击穿，电流会经过调波电阻Rl和调波电感L1对试品S放电，产生标准要求的10/350 US雷电流波形，雷电流波形的幅值 可以通过充电电压和回路参数进行调节。
权利要求1、一种基于真空触发开关管的10/350μs雷电流波形激励装置，包括冲击电流发生器(5)，其特征在于设置有真空触发开关管(1)、点火电路(2)、续流电路(3)和延时电路(4)；真空触发开关管(1)的输入端分别与点火电路(2)、续流电路(3)、延时电路(4)的输出端连接；真空触发开关管(1)的输出端和冲击电流发生器(5)的输入端连接。
2、 按权利要求1所述的10/350 u s雷电流波形激励装置，其特征在于 真空触发开关管(1)主要包括绝缘罩(1. 1)、阳电极(1.2)、阴电极(1.3)和触发极(1.4);在绝缘罩(1.1)顶部，从上到下依次设置有相互连接的触发极(1.4)和阴电极(1.3);在绝缘罩(1.1)底部，设置有阳电极(1.2)。
3、 按权利要求l所述的10/350 ps雷电流波形激励装置，其特征在于 点火电路(2)包括依次连接的单相抗尖峰滤波器(2.1)、倍压电路(2.2)、冲击波形成回路(2.3)、手动和自动触发电路(2.4)及高压脉冲变压器(2.5)。
4、 按权利要求l所述的10/350 us雷电流波形激励装置，其特征在于 续流电路(3)由充电电路(3.1)和隔离电路(3.2)串联而成。
5、 按权利要求l所述的10/350 us雷电流波形激励装置，其特征在于-延时电路(4)主要由前后连接的时间调节电路(4. 1)和脉冲宽度调节电路(4.2)组成；时间调节电路(4. l)选用芯片74LS221可复位双单稳集成电路； 脉冲宽度调节电路(4.2)主要由一组继电器(K14-K17)和一组聚苯电容 (C8-C16)组成。
专利摘要本实用新型公开了一种基于真空触发开关管的10/350μs雷电流波形激励装置，涉及一种雷电流波形激励装置。本实用新型包括冲击电流发生器(5)，设置有真空触发开关管(1)、点火电路(2)、续流电路(3)和延时电路(4)；真空触发开关管(1)的输入端分别与点火电路(2)、续流电路(3)、延时电路(4)的输出端连接；真空触发开关管(1)的输出端和冲击电流发生器(5)的输入端连接。本实用新型结构简捷，控制简便，可靠性高；使用寿命长，实现成本低；适用于装配在冲击电流发生器中产生10/350μs雷电流波形，对电涌保护器等防雷元件进行检测。
文档编号G01R1/28GK201222073SQ200820067638
公开日2009年4月15日 申请日期2008年6月6日 优先权日2008年6月6日
发明者洋 刘, 周文俊, 李小陆, 王建国, 健 薛 申请人:武汉大学
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