專利名稱：一種高電壓放電實驗箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及高校學(xué)生進行電學(xué)實驗或教學(xué)演示的一種裝置，特別是用于進行 高電壓放電實驗和研究高電壓放電現(xiàn)象。
背景技術(shù)：
我國正在進行的高壓和特高壓相關(guān)工程的建設(shè)，高電壓大功率電源和交直流高電 壓特性等方面研究，有許多技術(shù)問題需要解決，包括系統(tǒng)研究、測試、產(chǎn)品研究與開發(fā)、工程 設(shè)計和實施等問題.以及高壓、特高壓直流輸電工程的電磁環(huán)境、過電壓與絕緣配合、直流 偏磁、控制保護系統(tǒng)、交直流高壓的特性等方面的研究已經(jīng)對于高電壓領(lǐng)域科研人員的實 踐能力提出了更高的要求。但是由于高壓電學(xué)實驗設(shè)備價格昂貴，并且現(xiàn)有的實驗設(shè)備功能單一，實驗危險 性較大，控制不方便，所以試驗設(shè)備很難推廣，相關(guān)的實驗也很難開展，因此很多學(xué)生往往 只能通過觀看錄像或在科技展覽館中獲得相關(guān)的高壓電學(xué)實踐知識，對高電壓的放電現(xiàn)象 往往沒有一個直觀的印象，而自己更沒有得到實踐的機會，理論和實踐沒有很好地結(jié)合起來?；谔岣邔W(xué)生實踐能力原則，本實用新型提出了一種功能豐富，設(shè)計簡單，控制方 便，低成本，安全性高的高電壓放電實驗箱，該實驗箱可以用于學(xué)生提高高電壓放電理論知 識和工程實踐能力的提高，也對研究工作者深入研究高電壓放電現(xiàn)象有一定的幫助。發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，提出了一種功能豐富，設(shè)計簡單，控制方便， 低成本，安全性高的高電壓放電實驗箱。本實用新型所采用的技術(shù)方案是一種高電壓放電實驗箱，包括有箱體，還設(shè)置 有直流放電實驗區(qū)，用于在直流高壓實驗啟動開關(guān)的控制下進行高壓直流相關(guān)放電實驗； 交流高壓放電實驗區(qū)，用于在交流高壓實驗啟動開關(guān)的控制下進行高壓交流放電相關(guān)實 驗。所述的直流放電實驗區(qū)包括有與箱體內(nèi)部直流高壓發(fā)生電路陽極相連的直流高 壓陽極輸出端，與箱體內(nèi)部直流高壓發(fā)生電路陽極相連的直流高壓陰極輸出端，以及為實 現(xiàn)直流電弧實驗而設(shè)置的直流電弧實驗觸點和為實現(xiàn)直流脈沖實驗而設(shè)置的直流脈沖實 驗觸點，連接在直流高壓陽極輸出端的直流彈性切換開關(guān)可以搭接在直流電弧實驗觸點 上，與直流高壓陰極輸出端進行直流高壓電弧實驗，連接在直流高壓陽極輸出端的直流彈 性切換開關(guān)可以搭接在直流脈沖實驗觸點上，與直流高壓陰極輸出端實現(xiàn)直流高壓脈沖實 驗。所述的交流高壓放電實驗區(qū)包括有與箱體內(nèi)部交流高壓發(fā)生電路相連的交流高 壓輸出上端和交流高壓輸出下端，為實現(xiàn)交流電弧空間放電實驗而設(shè)置的羊角狀天線接線 上觸點和羊角狀天線接線下觸點和為實現(xiàn)交流電弧沿面放電實驗而設(shè)置的炭膜隧道上觸點和炭膜隧道下觸點。所述的連接在交流高壓輸出上端和交流高壓輸出下端的交流彈性上切換開關(guān)和 交流彈性下切換開關(guān)可以搭接在羊角狀天線接線上觸點和羊角狀天線接線下觸點實現(xiàn)交 流空間放電，連接在交流高壓輸出上端和交流高壓輸出下端的交流彈性上切換開關(guān)和交流 彈性下切換開關(guān)還可以搭接在炭膜隧道上觸點和炭膜隧道下觸點上，在炭膜隧道中進行沿 面放電。本實用新型的一種高電壓放電實驗箱，是用簡單的電路和電子元器件，在一個實 驗箱中就能完成直流和交流高壓相關(guān)的多種高電壓放電實驗。通過彈性切換開關(guān)，可以將 交、直流高壓切換到不同放電電路中，在交、直流高壓實驗啟動開關(guān)的控制下，可以實現(xiàn)直 流電弧，人造閃電，交流空間和沿面放電實驗以及各種高電壓絕緣實驗。該實驗箱成本低， 功能強，實驗豐富，實驗現(xiàn)象明顯，使用簡單，而且相對安全，為高電壓放電的原理和現(xiàn)象研 究提供了設(shè)備基礎(chǔ)。
圖1是實驗箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖2是直流脈沖升壓電路原理圖圖3是羊角狀天線示意圖其中1直流高壓放電實驗區(qū)7 J[流高壓實驗啟動開關(guān)21交流高壓輸出上端8交流高壓實驗啟動開關(guān)22交流高壓輸出下端9交流高壓放電實驗區(qū)31羊角狀天線接線上觸點10 ；直流彈性切換開關(guān)32羊角狀天線接線下觸點11 ；直流高壓陽極輸出端41交流彈性上切換開關(guān)12 ；直流脈沖實驗觸點42交流彈性下切換開關(guān)13 ；直流電弧實驗觸點51炭膜隧道上觸點14；直流高壓陰極輸出端52炭膜隧道下觸點15箱體。6炭膜隧道16 ；直流脈沖實驗升壓電路具體實施方式
下面結(jié)合實施例和附圖對本實用新型的一種高電壓放電實驗箱做出詳細的說明。如圖1所示，本實用新型的一種高電壓放電實驗箱，包括有箱體15，還設(shè)置有直 流放電實驗區(qū)1，用于在直流高壓實驗啟動開關(guān)7的控制下進行高壓直流相關(guān)放電實驗 ’交 流高壓放電實驗區(qū)9，用于在交流高壓實驗啟動開關(guān)8的控制下進行高壓交流放電相關(guān)實 驗。所述的直流放電實驗區(qū)1包括有與箱體內(nèi)部直流高壓發(fā)生電路陽極相連的直流 高壓陽極輸出端11，與箱體內(nèi)部直流高壓發(fā)生電路陽極相連的直流高壓陰極輸出端14，以 及為實現(xiàn)直流電弧實驗而設(shè)置的直流電弧實驗觸點13和為實現(xiàn)直流脈沖實驗而設(shè)置的直 流脈沖實驗觸點12，連接在直流高壓陽極輸出端11的直流彈性切換開關(guān)10可以搭接在直流電弧實驗觸點13上，與直流高壓陰極輸出端14進行直流高壓電弧實驗，連接在直流高壓 陽極輸出端11的直流彈性切換開關(guān)10可以搭接在直流脈沖實驗觸點12上，與直流高壓陰 極輸出端14實現(xiàn)直流高壓脈沖實驗。所述的交流高壓放電實驗區(qū)9包括有與箱體內(nèi)部交流高壓發(fā)生電路相連的交流 高壓輸出上端21和交流高壓輸出下端22，為實現(xiàn)交流電弧空間放電實驗而設(shè)置的羊角狀 天線接線上觸點31和羊角狀天線接線下觸點32和為實現(xiàn)交流電弧沿面放電實驗而設(shè)置的 炭膜隧道上觸點51和炭膜隧道下觸點52。所述的連接在交流高壓輸出上端21和交流高壓輸出下端22的交流彈性上切換開 關(guān)41和交流彈性下切換開關(guān)42可以搭接在羊角狀天線接線上觸點31和羊角狀天線接線 下觸點32實現(xiàn)交流空間放電，連接在交流高壓輸出上端21和交流高壓輸出下端22的交流 彈性上切換開關(guān)41和交流彈性下切換開關(guān)42還可以搭接在炭膜隧道上觸點51和炭膜隧 道下觸點52上，在炭膜隧道6中進行沿面放電。如圖2所示，直流脈沖實驗升壓電路16的GND與直流高壓陰極輸出端14相連，直 流脈沖實驗升壓電路16的HV與直流脈沖實驗觸點12相連，其升壓原理采用的是Marx (馬 克思脈沖)發(fā)生器，是由多個相同的電容C并聯(lián)連接，在每兩個電容C的各相并聯(lián)端之間 都接有一個阻值大于2ΜΩ的電阻M2，在每兩個電容C的尾首之間都通過放電球隙G相連； Marx發(fā)生器的基本原理是使電容C并聯(lián)充電，再串聯(lián)放電，從而實現(xiàn)電壓的倍增。當(dāng)所加電壓為+HV時，因為初始時放電球隙G并未被擊穿，故而斷路。所有的電容 C并聯(lián)在電源兩側(cè)。對于每一個電容C而言，如果充滿電，其兩端的電勢差為+HV。當(dāng)在+HV 的電壓作用下第一級放電球隙g擊穿后，如圖2，①②兩點相當(dāng)于導(dǎo)線連接，②處的電勢瞬 時變化和①相同，即從0變?yōu)?HV ；③與②的電勢差為+HV，故而③處電勢變?yōu)?2HV ；緊接著 第二個放電球隙g擊穿，④處電勢由0變?yōu)?2HV，⑤處變?yōu)?3HV依此類推，經(jīng)過9次升壓， 在放電終端FD電壓升高為+9HV，從而在很短的時間內(nèi)實現(xiàn)了電壓的倍增。而且，因為圖中 電阻M2的阻值很大，為ΜΩ級，可以起到很好的隔離作用，使相鄰各點之間的電勢不會在短 時間內(nèi)相互影響。如圖3所示，所述的羊角狀天線接線上觸點31和羊角狀天線接線下觸點32可以 分別與一個羊角狀天線的Z4端相連，交流高壓電弧將沿著兩個羊角狀天線運行，同時可以 拉伸或壓縮羊角狀天線，以實現(xiàn)調(diào)整交流高壓電弧運行長度的目的。本實用新型的一種高電壓放電實驗箱，可以實現(xiàn)多種高壓放電實驗，包括有直流 電弧，人造閃電，交流空間和沿面放電等以及各種高電壓絕緣實驗。該實驗箱成本低，功能 強，實驗豐富，實驗現(xiàn)象明顯，使用簡單，而且相對安全，為高電壓放電的原理和現(xiàn)象研究提 供了設(shè)備基礎(chǔ)。
權(quán)利要求1.一種高電壓放電實驗箱，包括有箱體(15)，其特征在于，還設(shè)置有直流放電實驗區(qū)(I)，用于在直流高壓實驗啟動開關(guān)(7)的控制下進行高壓直流相關(guān)放電實驗；交流高壓放 電實驗區(qū)(9)，用于在交流高壓實驗啟動開關(guān)(8)的控制下進行高壓交流放電相關(guān)實驗。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高電壓放電實驗箱，其特征在于，所述的直流放電實驗 區(qū)(1)包括有與箱體內(nèi)部直流高壓發(fā)生電路陽極相連的直流高壓陽極輸出端(11)，與箱體 內(nèi)部直流高壓發(fā)生電路陽極相連的直流高壓陰極輸出端(14)，以及為實現(xiàn)直流電弧實驗而 設(shè)置的直流電弧實驗觸點(13)和為實現(xiàn)直流脈沖實驗而設(shè)置的直流脈沖實驗觸點(12)， 連接在直流高壓陽極輸出端(11)的直流彈性切換開關(guān)(10)可以搭接在直流電弧實驗觸點 (13)上，與直流高壓陰極輸出端(14)進行直流高壓電弧實驗，連接在直流高壓陽極輸出端(II)的直流彈性切換開關(guān)(10)可以搭接在直流脈沖實驗觸點(12)上，與直流高壓陰極輸 出端(14)實現(xiàn)直流高壓脈沖實驗。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高電壓放電實驗箱，其特征在于，所述的交流高壓放電 實驗區(qū)(9)包括有與箱體內(nèi)部交流高壓發(fā)生電路相連的交流高壓輸出上端和交流高 壓輸出下端(22)，為實現(xiàn)交流電弧空間放電實驗而設(shè)置的羊角狀天線接線上觸點(31)和 羊角狀天線接線下觸點(32)和為實現(xiàn)交流電弧沿面放電實驗而設(shè)置的炭膜隧道上觸點 (51)和炭膜隧道下觸點(52)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求3所述的一種高電壓放電實驗箱，其特征在于，所述的連 接在交流高壓輸出上端和交流高壓輸出下端0 的交流彈性上切換開關(guān)Gl)和交 流彈性下切換開關(guān)G2)可以搭接在羊角狀天線接線上觸點(31)和羊角狀天線接線下觸點 (32)實現(xiàn)交流空間放電，連接在交流高壓輸出上端和交流高壓輸出下端0 的交流 彈性上切換開關(guān)Gl)和交流彈性下切換開關(guān)G2)還可以搭接在炭膜隧道上觸點(51)和 炭膜隧道下觸點(52)上，在炭膜隧道(6)中進行沿面放電。
專利摘要本實用新型公開一種高電壓放電實驗箱，包括有箱體，直流放電實驗區(qū)，用于在直流高壓實驗啟動開關(guān)的控制下進行高壓直流相關(guān)放電實驗；交流高壓放電實驗區(qū)，用于在交流高壓實驗啟動開關(guān)的控制下進行高壓交流放電相關(guān)實驗；并且在直流放電實驗區(qū)設(shè)置有直流彈性切換開關(guān)，在交流放電實驗區(qū)設(shè)置有交流彈性切換開關(guān)，可以將交、直流高壓切換到不同放電電路中，在一個試驗箱中實現(xiàn)多種高壓放電實驗，包括有直流電弧，人造閃電，交流空間和沿面放電等以及各種高電壓絕緣實驗。該實驗箱成本低，功能強，實驗豐富，實驗現(xiàn)象明顯，使用簡單，而且相對安全，為高電壓放電的原理和現(xiàn)象研究提供了設(shè)備基礎(chǔ)。
文檔編號G01R1/04GK201828636SQ20102053242
公開日2011年5月11日 申請日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者于亮, 沈啟林, 高圣偉 申請人:天津工業(yè)大學(xué)