峰化电容一体化电容分压器的意义

作者： 国自电气 时间：2024-10-30 09:26:45 阅读：24

峰化电容器由于结构紧凑一般采用间接测量其承受的电压,而峰化电容电压的直接测量一直是难以解决的问题。为了解决该问题,以峰化电容器为基础,研制了一种新型结构的电阻补偿式自积分型峰化电容一体化电容分压器。其次,根据分压器的新型结构分析了峰化电容一体化电容分压器的理论分压比,给出了理论分压比计算公式,分析了影响低频响应的因素并进行了电路仿真验证。同时,开展了方波标定实验,得到了两个探头的分压比及响应时间,且探头响应时间均小于6.2n。此外,为了得到更准确的分压比并验证正常工作状态下该一体化电容分压器分压比的稳定性,进行了高压在线标定实验,得到了1#探头分压比为11071.2#探头分压比为15148。目在更高电压等级下,该电容分斥器探头的测量相对误差较小,分压比稳定性良好。

关键词:峰化电容器;电阻补偿;电容分压器;分压比;高压脉冲

在电磁脉冲源装置中,准确测量输出开关的脉冲击穿电压是十分重要的问题。由于电磁脉冲源的输出开关和峰化电容器均封装于高气压的绝缘气体中,同时,脉冲电压幅值高,绝缘腔体结构复杂,对运行中的电磁脉冲源的测量比较困难。在尽量不改变电磁脉冲源基本结构的前提下,考虑通过测量峰化电容的电压以及负载电压,根据两者之差来确定输出开关的击穿电压是一个可行的方法,而该方法亟待解决的问题就是MV级同轴薄膜电容器的电压测量。由于峰化电容器结构紧凑,所以目前关于峰化电容电压的直接测量为一大难题,且相关文献报道也较

为少见。因此,本文致力于研究实现峰化电容电压直接测量的方法。

电容分压器由于具有响应速度快、分压比大、频带宽以及负载效应小等优点,因此被广泛应用于高压窄脉冲的测量”。在脉冲功率技术领域中,测量纳秒级窄脉冲一般采用电容分压器与示波器配合使用的测量方式,尤其是在脉冲功率装置中,如同轴型水、油传输线等这种 MV级脉冲电压的测量?。而根据输出信号与输人信号的关系,电容分压器可分为自积分型和 D-dot型"。由于D-dot型电容分压器测量输出电压为输人电压的微分,因此要测得输入电压的实际波形,需对输出信号进行积分,即在输出端连接积分器或者数值积分达到积分的目的!。相

比于如 Tesa变压器中脉冲前沿百纳秒至微秒、结构单一、介质均匀的水油传输线,峰化电容脉冲前沿更快,高压臂电容值不易估算,从而影响后端积分器设计。而数值积分方法在测量方波信号时存在抗干扰差以及微分信号超示波器屏等问题"”,因而本文拟采用自积分型电容分压器。

由于测量脉宽主要由输入阻抗和低压臂电容之积决定,若要提高分压器的测量脉宽,则需提高低压臂电容或者增加输人阻抗"…。而通过采用电容补偿来提高低压臂电容会引人寄生电感,补偿电容寄生电感的存在会导致测量波形振荡,且寄生电感越大产生的振荡越严重!。峰化电容器的结构紧凑,而低感补偿电容体积较大,所以难以实现电容补偿结构设计与安装。所以,本文最终采用电阻补偿的方式达到自积分条件。

综上,为了实现MV级同轴薄膜电容器的纳秒级脉冲电压的测量,本文以峰化电容器为基础,研制了一种分压比大、结构简单且紧凑的电阻补偿式电容分压器。首先,对峰化电容一体化电容分压器进行结构设计,在峰化申容最外层同心电容器的接地端巧妙嵌人聚酰亚胺覆铜薄膜,形成了一种新型电路结构的峰化电容一体化电容分压器。其次,对提出的电容分压器测量等效电路的分压比和频率响应特性进行电路理论分析和仿真分析。最后,对研制的峰化电容一体化电容分压器进行阶跃方波标定和高压在线标定,同时分析了在考虑峰化电容的容值高压作用下受等离子体的影响时探头分压比变化的现象。此外,通过进一步实验验证了峰化电容在更高等级电压下探头分压比的稳定性。