專利名稱：電感、電阻補償型電容分壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電容分壓器，具體涉及一種用于脈沖功率或電力系統(tǒng)的用于納秒
級高壓脈沖測量的電感、電阻補償型電容分壓器。
背景技術(shù)：
目前用于測量沖擊高電壓的分壓器主要有電容式和阻容式兩種結(jié)構(gòu)，而純電容分 壓器盡管只有幅值誤差，但電容分壓器本身帶有電感，在測量沖擊電壓時，波頭處難免產(chǎn)生 高頻振蕩。阻容并聯(lián)分壓器盡管也可用于脈沖電壓的測量，但常用的阻容并聯(lián)分壓器難以 滿足分壓比不變條件，在測量時同樣存在波形畸變問題。 采用阻容串聯(lián)分壓的這種電阻型補償方式，阻尼電阻不能過大，過大的阻尼電阻 會使分壓器高頻響應(yīng)變差，但小的阻尼電阻可能導(dǎo)致分壓器產(chǎn)生較大的波頭振蕩，頻帶寬 度的問題依然沒有得到很好的解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種以電感、電阻補償方式拓寬分壓器測量頻帶目的的電 感、電阻補償型電容分壓器。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括通過同軸連接頭相連接的高壓 臂和低壓臂，在高壓臂上增加用以補償?shù)蛪罕鄣募纳鷧?shù)效應(yīng)的補償電感^及補償電阻 Ri，低壓臂采用分立元件構(gòu)成的分壓盒，在分壓盒內(nèi)設(shè)置有與同軸連接頭相連的電容，通過 對低壓臂阻抗頻率特性的精確測量以及通過仿真對參數(shù)進(jìn)行擬合，確定高壓臂的補償電感 和補償電阻，從而實現(xiàn)拓寬電容分壓器測量頻帶。 本發(fā)明的高壓臂采用同軸輻射結(jié)構(gòu)，高壓臂的一次側(cè)導(dǎo)體處于中間，植入電極圍 繞著一次側(cè)導(dǎo)體，二者之間的分布電容構(gòu)成電容分壓器的高壓臂，且在一次側(cè)導(dǎo)體與植入 電極之間澆注有環(huán)氧樹脂；在高壓臂上增加用以補償?shù)蛪罕鄣募纳鷧?shù)效應(yīng)的精密電阻、 高頻電感線圈與植入電極相連構(gòu)成高壓臂補償電感^及補償電阻I^ ;分壓盒為金屬屏蔽 盒，低壓臂的電容G采用八個大容值的高頻陶瓷電容同軸并聯(lián)呈輻射結(jié)構(gòu)放置在金屬屏蔽 盒中。 本發(fā)明由低壓臂阻抗頻率特性出發(fā)，確定高壓臂的補償電感和補償電阻，是實現(xiàn) 拓寬電容分壓器測量頻帶的有效方法。為了能夠精確測量和標(biāo)定低壓臂的頻域響應(yīng)特性， 用以確定高壓臂的補償參數(shù)，分壓器的低壓臂采用了分立元件構(gòu)成分壓盒。分壓盒的以上 結(jié)構(gòu)特點，能夠?qū)崿F(xiàn)對其阻抗頻域特性的精確測量，為高壓臂補償元件參數(shù)的確定提供基 本的依據(jù)。


圖1是本發(fā)明的原理圖； 圖2是高壓臂結(jié)構(gòu)；
圖3是低壓臂結(jié)構(gòu)； 圖4是低壓臂的阻抗頻響測量及參數(shù)擬合；
圖5是分壓器的脈沖響應(yīng)仿真。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。 參見圖1，由于電介質(zhì)極化、電極的歐姆電阻、局部放電等消耗能量，低壓臂的高頻 等效模型采用電阻R2、電感L2和電容C2串聯(lián)電路，如圖l所示。圖1中，Q為高壓臂電容， k、Ri分別為高壓臂的補償電感、補償電阻。本發(fā)明包括通過同軸連接頭相連接的高壓臂和 低壓臂，在高壓臂上電容Q的兩側(cè)增加用以補償?shù)蛪罕鄣募纳鷧?shù)效應(yīng)的補償電感1^及補 償電阻&，根據(jù)電容元件的物理結(jié)構(gòu)及頻域響應(yīng)特性，低壓臂采用分立元件構(gòu)成的分壓盒， 在分壓盒內(nèi)設(shè)置有與同軸連接頭7相連的電容&，通過對低壓臂阻抗頻率特性的精確測量， 確定高壓臂的補償電感和補償電阻，從而實現(xiàn)拓寬電容分壓器測量頻帶。電阻1 2、電感1^是 在高頻測量中由電容C2引起的分壓盒的寄生參數(shù)，為達(dá)到以電感、電阻補償方式拓寬分壓 器測量頻帶的目的，本發(fā)明根據(jù)電路理論，首先確定高壓臂的補償元件參數(shù)。
根據(jù)圖1的電路分析，分壓比|3滿足
<formula>formula see original document page 4</formula>
其中仏是高壓臂被測電壓，仏是低壓臂分壓盒兩端電壓。圖1各元件在一般取值 的情況下，分壓比P為復(fù)數(shù)，其幅頻、相頻響應(yīng)均與被測信號的頻率有關(guān)，為實現(xiàn)測量結(jié)果 與頻率無關(guān)，令


此時圖l各電路元件滿足
<formula>formula see original document page 4</formula>
當(dāng)參數(shù)滿足等式(3)時，電容分壓器的分壓比為
"=， (4) 由上述分析，當(dāng)分壓器各元件參數(shù)滿足(4)時，其分壓比13為實常數(shù)，為高低壓臂 電容值之和與高壓臂容值之比?？蓪崿F(xiàn)測量結(jié)果與被測信號的頻率無關(guān)，從而極大的拓寬 電容分壓器的測量頻帶，無損的將高幅值瞬態(tài)電壓信號轉(zhuǎn)換成示波器等記錄儀器能夠測量 的低電壓信號。 參見圖2，本發(fā)明的高壓臂采用同軸輻射結(jié)構(gòu)，高壓臂的一次側(cè)導(dǎo)體1處于中間， 植入電極2圍繞著一次側(cè)導(dǎo)體l，二者之間的分布電容構(gòu)成電容分壓器的高壓臂，且在一次側(cè)導(dǎo)體1與植入電極2之間澆注有環(huán)氧樹脂4 ;精密電阻5、高頻電感線圈6與植入電極2 相連構(gòu)成高壓臂補償電感k及補償電阻R1Q電容分壓器通過屏蔽接地外殼3接地。
參見圖3，本發(fā)明低壓臂的電容C2采用八個大容值的高頻陶瓷電容(8)同軸并聯(lián) 呈輻射結(jié)構(gòu)放置在金屬屏蔽盒9中。 圖4，5是低壓臂分壓盒的阻抗頻響實測結(jié)果。根據(jù)測量結(jié)果可進(jìn)行低壓臂寄生參 數(shù)的擬合，為高壓臂補償參數(shù)的確定提供依據(jù)。根據(jù)圖4測量結(jié)果進(jìn)行參數(shù)擬合，串連等效 電阻0. 03 Q ，串連等效電感0. 7nH。
權(quán)利要求
一種電感、電阻補償型電容分壓器，其特征在于包括通過同軸連接頭(7)相連接的高壓臂和低壓臂，在高壓臂上增加用以補償?shù)蛪罕鄣募纳鷧?shù)效應(yīng)的補償電感L1及補償電阻R1，低壓臂采用分立元件構(gòu)成的分壓盒，在分壓盒內(nèi)設(shè)置有與同軸連接頭(7)相連的電容，通過對低壓臂阻抗頻率特性的精確測量以及通過仿真對參數(shù)進(jìn)行擬合，確定高壓臂的補償電感和補償電阻，從而實現(xiàn)拓寬電容分壓器測量頻帶。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感、電阻補償型電容分壓器，其特征在于所說的高壓臂采用同軸輻射結(jié)構(gòu)，高壓臂的一次側(cè)導(dǎo)體(1)處于中間，植入電極(2)圍繞著一次側(cè)導(dǎo)體(1)， 二者之間的分布電容構(gòu)成電容分壓器的高壓臂，且在一次側(cè)導(dǎo)體(1)與植入電極(2)之間 澆注有環(huán)氧樹脂(4);精密電阻(5)、高頻電感線圈(6)與植入電極(2)相連構(gòu)成高壓臂補 償電感^及補償電阻R"
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感、電阻補償型電容分壓器，其特征在于所說的分壓盒為金屬屏蔽盒(9)，低壓臂采用八個大容值的高頻陶瓷電容(8)同軸并聯(lián)呈輻射結(jié)構(gòu)放置在 金屬屏蔽盒(9)中。
全文摘要
本發(fā)明旨在設(shè)計一種電感、電阻補償型電容分壓器，用于功率脈沖或電力系統(tǒng)納秒級暫態(tài)高電壓的測量。該分壓器包括通過同軸連接頭相連接的高壓臂和低壓臂，在高壓臂上增加用以補償?shù)蛪罕鄣募纳鷧?shù)效應(yīng)的補償電感及補償電阻，低壓臂采用分立元件構(gòu)成的分壓盒，并采用多個電容同軸并聯(lián)而成放置在金屬屏蔽盒中。本發(fā)明能夠無損的將高幅值瞬態(tài)電壓信號轉(zhuǎn)換成示波器等記錄儀器能夠測量的低電壓信號。
文檔編號G01R15/06GK101710137SQ200910219388
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月9日
發(fā)明者劉志遠(yuǎn), 張國鋼, 王妍, 王建華, 王振興, 翟小社, 耿英三 申請人:西安交通大學(xué)