冲击电压发生器的启动方式有哪些

冲击电压发生器是产生冲击电压波的装置。如前所述，雷电冲击电压波形是一个很快地从零上升到峰值然后较慢地下降的单向性脉冲电压。这种冲击电压通常可以利用高压电容器通过球隙对电阻电容回路放电而产生的。图3.27给出了冲击电压发生器的两种基本回路：回路1如图3.27 （a）所示，回路2如图3.27 （b）所示。

图3.27中的冲击主电容C1在被间隙G隔离的状态下由直流电源充电到稳态电压U0。当球隙G被点火击穿后，主电容C1上的电荷对电阻R2放电（回路1中要经过R1 ），同时对负荷电容C2充电，在被试品上形成上升的电压波前。当C2上的电压波充电达到最大值后，反过来C2又与C1一起对R2放电（回路2中要经过R1 ），在被试品上形成下降的电压波尾。

图3.27　冲击电压发生器的基本回路

被试品的电容可以等值地并入电容C2中。一般选择R2比R1大得多，这样就可以在C2上得到所要求的波前较短（时间常数R1 C2较小）而波长较长（时间常数R2 C1较大）的冲击电压波形。输出电压峰值Um与U0之比，称为冲击电压发生器的利用系数η。由于Um不可能大于由冲击电容上的起始电荷UOC1分配到（C1+C2）后所决定的电压，即，故得

（3-20）

可见，为了提高冲击电压发生器的利用系数，应该选择C1比C2大得多。

如上所述， 由于一般选择R2C1□R1 C2，在回路2中，在很短的波前时间内，C1对R2的放电时，对C1上的电压没有显著影响，所以回路2的利用系数主要决定于上述电容间的电荷分配，即

（3-21）

而在回路1中，影响输出电压幅值Um的，除了电容上的电荷分配外，还有在电阻R1 、 R2上的分压作用。因此，回路1的利用系数可近似地表示为

（3-22）

比较式（3-21）及式（3-22）可知，2 ＞ η1，所以回路2称为高效率回路。由于回路2η具有较高的利用系数，在实际的冲击电压发生器中，回路2常被用作冲击电压发生器的基本接线方式。

下面就以如图3.28所示回路2为基础来分析回路元件与输出冲击电压波形的关系。为使问题简化，在决定波前时，可忽略R2的作用，即把图3.27回路2简化成如图3.28 （a）所示电路。这样，C2上的电压可用下式表示

（3-23）

式中τ1——决定波前的时间常数，。

图3.28　图3.27　回路2的简化等值电路

根据冲击波视在波前T1的定义（详见课题一任务四中“（一）标准波形”），可知当t=t1时，u（t1）=0.3Um； t=t2时，u（t2） = 0.9Um则，

即

（ 3-24）

及0.9Um = Um （1-e-t2 / τ1 ）即

（ 3-25）

式（3-24）除以式（3-25）得

则波前时间：

（3-26）

同样，在决定半峰值时间时可忽略R1的作用，即把回路简化成如图3.28 （ b）所示电路。

这样，输出电压可用下式表示：

（ 3-27）

式中　τ2——决定半峰值时间的时间常数，τ2 = R2（C1 + C2）

根据半峰值时间T2的定义（详见课题一中任务四节），可以列出方程式：T2

由此得

（ 3-28）π

应当指出，式（3-26）及式（3-28）的关系是在略去了许多影响因素（其中包括回路电感的影响）以后近似推导出的。根据较详细的分析计算和在实际装置上测量校验的经验，推荐使用下述修正公式：

（3-29）

当回路电感较大时，式（3-29）中的系数取较小的值。上述两个公式可以用来计算冲击电压发生器的参数和调整冲击电压发生器的输出电压波形。