高压脉冲电容分压器毕业论文(编辑修改稿)

高压脉冲电容分压器毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

tCR dt 所测输出的信号是原信号的微分，需要对其还原源信号，即要积分。 当 2πfhR(C0+C1)1[9], 取 fh=, 既在 tr2 0分压器必须加积分电路。 等效电路 电容器的等效电路 电容器的一般结构通常由三部分组成： （ 1）电 容器芯子 : 主要有介质和极板构成，它是电容器的核心部分，等效电路中通常用 Z1表示。 （ 2）保护结构 : 它的作用是保护电容芯子，使其能够长期可靠的工作。 这部分阻抗通常以 Z2表示。 （ 3） 引线或绝缘子引出端 : 这部分阻抗通常以 Z3表示。 在交流电压作用下这三部分均起作用，其中 Z1， Z2取并联形式并与 Z3串联。 若把电容器中的各部分都已集中参数表示，则可得出电容的等效电路图 24[10]如下： 图 2４ 电容器的等效电路图 在 Z1部分中， R1， C1表示电容器芯子介质的等效并联电阻和电容； r1， L1表示极板的电阻和电感。 Z2 部分中， R2， C2 中表示保护层介质的并联电阻和电容；r2， L2表示保护层内引出片的电阻和电感。 在保护层结构的等效电路中，偶遇保护层内的引出片很短，同时面积有很小，所以和 r2,L2,C2,R2的数值比起相应的电容器芯子介质的参数要小的多，一般情况下这部分的对整个电容器的影响很小。 为了分析和计算的方便，上述电容器的等效电路可以进一步的简化。 用集中参数形式表示，有如图 25 所示七种形式，其中 Cp是主 介质和保护介质的各种极化电容量； R是介质极化引入的等效并联电阻； rm是电容器金属部分的电阻； r1是漏导阻抗，是针对 (b)直流的情况： 10 图 2５ 电容分压器的简化等效图 电容中的电感 当电流不断流经导体时将在导体周围产生磁通量并形成磁场，磁通量的大小和方向取决于该导体的电流大小和方向。 因此，磁通量与电流之间有一比例关系，此比例或其增量之间的比例就称为该段导体的电感。 明显，电容器也是金属导体，所以电容也有电感。 当交流电或变化的电流经电容器的引出线、极板、金属外壳等导 体部分时都会产生电感。 实际上电容器的电容量和电感是同时并存的。 电感的大小取决于通过电流导体的几何尺寸和导体的磁导率，而与通过的电流的大小无关。 虽然各种电容的具体尺寸和结构不同，其电感各异，但一般电容器的电感是由三部分组成即芯子电感（主要指极板部分，也包括接触用的引出片电感和多个芯子之间的连接部分）、引线电感和外壳电感（当电容的外壳为金属并与电容器的一端连接时）。 在制造电容器分压器时，为使电容器具有较小电感，可以考虑以下三个方面 [12]： (1)电容器的载流部分应尽可能配置的使其磁通量相互抵消。 因此，应使电 流方向相反的导体靠近，电流方向相同的导体远离。 (2)尽量缩短载流导体的长度，对导体的形状和结构应特殊考虑（增大电流流经的宽度和厚度）。 (3)电容器金属部分的材料，应当选用非磁性材料。 11 图 26 可以认为电感为零 的结构 图 27引线错开，板间电流方向 存在相同，形成磁场电感 增 大 在电容器芯子中，如果能使流经上、下两个极板的电流方向相反，同时又假定在极板上的分布是均匀的，则从理论上讲，这种情况对外呈现最小电感。 如图26 所示电容极板两侧的 电流方向都相反，就可以认为其电感为零；而对图 27而言，其两个极板间的引出线相互的错开，在极板间存在电流方向相同的区域，在 该 区间的就会形成磁场而使电感的值增大。 ２ . 电容器的容量温度特性 电容器的电容除了受频率的影响之外，也受温度的影响。 电容量随温度的变化首先决定于介质材料，具有电子、电离位移极化的各种中性介质和离子结构的电解质属于这一类；第二类是  与温度呈现强烈非线性关系的材料，具有明显居里点的 II 型陶瓷材料。 根 据介质介电常数  随温度的变化情况将其也可以分为两类：第一类是  与温度有线性关，第二类是  与温度没有线形关系。 除此之外电容的结构、工艺也会影响电容的温度特性。 极化 图 28 夹板极化及等效电路 图中每一层介质的面积及厚度均相等，外电压为 电压 U0，合闸瞬间两层夹板的电压 U与各层的电容成反比关系（突然合闸的瞬间相当于很高的频率的电压）， 12 即：当 t=0 时有 1221UC。 稳定后，各层电压与电阻成正比，即与电导成反比， 1221GGUU  如果介质不均匀，即 ξr1 与 ξr C1与 C G1与 G2都不相等， 当 t=0 时和 t 为无穷时的 U1/U2 不相等，那么合闸后两层介质之间就有一个电压分配的过程其中一个电容上的电荷要通过 G放电，另一个要从电源吸收电荷，该部分成为吸收电荷。 整个介质的等值电容将增大。 吸收过程完毕，极化过程结束，吸收过程要经C C2和 G G2进行 放电 ，其放电 常数  ＝（ C1＋ C2） /(G1+G2)。 由于 G 很小，故 很大，极化速度非常缓慢。 所以在设计电容分压器时极化因素可以忽略。 线路中的波 电系统各个元件都是通过导线连接成的一个整体，在发生雷电或进行开关操作时，线路上都可能产生以流动形式出现的过压波。 过电压波在线路上的传播，就其本质而言是电磁场 能量沿线路的传播过程，即在导体周围空间逐步建立电场 （ E） 和磁场（ H） 的过程，也即是在导体周围空间存储和传递磁能的过程，空间各点的 E 与 H 相互的垂直。 线路中的波的折射与反射 [13] 在电力系统中常会遇到两种不同波阻抗的线路连接在一起的情况，如图29。 图 29 行波在节点 A的折射与反射 当行波传播到连接点时，在节点 A前后都必须保持单位长度导线的电场能量和磁场能量总和相等的规律，故必然要发生电磁场能量的重新分配的过程，也就是说在节点 A发生 折射和反射。 在节点 A 处只能有一个电压值和电流值，即 A 点 Z1侧及 Z2侧的电压和电流在 A 点必须连续，这是边界条件。 据此可以求出节点 A 电压的折射系数  和反射系数 β，有 2122ZZZ  ； 2112ZZZZ  ； 1。 13 3 影响因素分析 如 图 31是电容分压器的结构简图，铜芯和铜壁构成分压器高压臂，两个铜壁之 间构成分压器 低压臂，高压臂是一个管型电容器，电容的值比较的小。 低 压臂是一个锥型电容器，电容的值远大于高压电容值，即高压臂的电容量较大。 图 31 电容分压器的结构简图 根据上面的结构简图和第二章中关于电容器的知识我们可以建立如图 32所示的 电容分压器的等效电路图： R m 0L 0C 0R c 0R m 1L 1R c 1 C 1C 1 2C g 1C g 2C g 3 图 32 分压器的等效电路 14 其中 C0， C1为电容器高压臂和低压臂的主电容； Rc1和 Rc2是高、低压臂电容介质（包括主介质和保护层介质）极化引起的并联电阻； Cg1到 C g3 是对地电容；C12 是极板间的电容； L0 、 L1 是电容器金属部分电感； Rm0 和 Rm1 是电容器金属部分的电阻。 电容分压器相关参数 计算 低压臂 相关计算 同轴电容分压器的低压臂是一个同轴电容，即是管形电容器。 图 33 管型电容器 （ 1）电容的计算 [14] 低压臂是由两个同轴的圆柱面 所构成，半径分别为 r1和 r2，长度为 b。 在两极板间间隔的介电常数为  的介电质，其间点位设为 U。 由静电学的基本 定律可知，距轴心 r处的电场强度为： 02QE rb   由电场与电位的关系 dUE dr 则 02Qd U E d r d rrb      上式积分 12 02rrQU drrb   = 20 ln2rQrb r   15 1 2 2 20 1 8 . 8 5 1 0 /( . )4 C N mk     将上面的值 代入，并 Q=CU，则芯子的电容量为： 2111 .8 ln (1 )1 .8 lnbbC rdrr () （ 2）电感的计算 低压臂电容的芯子的半径为 r1,铜芯的长度是 b。 在工频下 ，单导线单位长度的电抗为： 42 ( 4 . 6 l g 0 . 5 ) 1 0 ( / )mDx f k mr     其中 D 为单向导线的几何平均距离，在此取 r1的值 ；  为导体的相对导磁率系数，对非磁性材 料铜  =1。 对于长度为 b的铜芯的电抗为： 42 ( 4 . 6 l g 0 . 5 ) 1 0 ( / )mDX x b b f k mr       () 把电容器的电感当集中参数来看，设电感为 L0 02X fL 402 2 ( 4 . 6 l g 0 . 5 ) 1 0 ( / )mDfL b f k mr       40 ( 4 . 6 l g 0 . 5 ) 1 0 ( / )mDL b k mr      （ 3）电阻的计算 经查表铜的电阻率 2cu 1 7 5 m m / m    20m 0。