本發(fā)明涉及超高壓脈沖功率電子裝備領(lǐng)域，特別涉及一種超高壓脈沖功率電子裝備用高頻超高壓脈沖電壓電流互感器。

背景技術(shù)：

1、隨著高壓脈沖功率電子技術(shù)廣泛應(yīng)用于醫(yī)用加速器、商業(yè)輻照、工業(yè)加速器、雷達(dá)發(fā)射機(jī)、同步輻射光源、高能物理研究、生命科學(xué)研究、生物制藥，人工核反應(yīng)技術(shù)以及安檢、探傷等高壓脈沖功率電子設(shè)備上，生產(chǎn)和科研時(shí)需要對大量的高壓脈沖功率電子設(shè)備的脈沖超高壓和高頻脈沖電流進(jìn)行高保真精確測量。

2、由于高頻超高壓脈沖功率電子裝備的脈沖電壓較高，且高頻脈沖超高壓設(shè)備周圍都有比較復(fù)雜的電磁環(huán)境。目前國內(nèi)針對脈沖功率電子裝備的脈沖超高壓和高頻脈沖電流在線監(jiān)測時(shí)通常采用的方案是：

3、1、脈沖超高壓測量：將脈沖超高壓通過接線引入同軸式電容分壓器或者平行板式電容分壓器對脈沖高壓進(jìn)行在線監(jiān)測，此類電容分壓器都需要用浸油式、絕緣氣體密封式以及絕緣樹脂灌注式結(jié)構(gòu)；無論是浸油式或絕緣氣體密封式電容分壓器在設(shè)計(jì)時(shí)都有一個(gè)尺寸很大的外殼，造成電容分壓器所占整體裝備體積和重量的比例較大，成本較高，不方便快速安裝,且影響整體高壓脈沖功率電子裝備小型化設(shè)計(jì)；

4、2、高頻脈沖電流測量：高頻脈沖電流取樣受現(xiàn)有技術(shù)的限制通常在只能脈沖功率電子裝備的低壓端穿一個(gè)普通型電流互感器(其內(nèi)部電路原理圖如圖3進(jìn)行取樣測量，這種測量方案導(dǎo)致所測量的高頻脈沖電流波形因?yàn)槭茈姶怒h(huán)境和分布參數(shù)影響造成波形過沖震蕩畸形或失真以及不能精確的進(jìn)行在線測量的問題；

5、在超脈沖高壓端取樣的電流互感器，為保證耐壓需要很大的內(nèi)徑尺寸，當(dāng)直徑很大時(shí)接收了很多周圍高頻干擾信號導(dǎo)致中心超高壓導(dǎo)體位置變化時(shí)對高頻脈沖電流取樣波形失真和測量數(shù)據(jù)變化的問題；在極端情況下中心超高壓導(dǎo)體會對脈沖電流互感器放電或脈沖電流互感器內(nèi)部電荷累積導(dǎo)致測量儀器損壞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是實(shí)現(xiàn)一種結(jié)構(gòu)簡單、體積輕小、安裝快捷、能夠在脈沖超高壓端進(jìn)行精確測量脈沖超高壓和高頻脈沖電流的特種元件，即高頻超高壓脈沖電壓電流互感器。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種高頻超高壓脈沖電壓電流互感器，互感器設(shè)有環(huán)形并環(huán)繞中心超高壓導(dǎo)體的高頻脈沖電流測量線圈組件，所述高頻脈沖電流測量線圈組件外層包裹有雙屏蔽層，所述高頻脈沖電流測量線圈組件包括磁芯、線圈、分布式負(fù)載、平面導(dǎo)體、電流取樣半鋼性同軸電纜、電流取樣負(fù)載補(bǔ)償電阻、繞線絕緣材料等組成，所述線圈均勻繞制在環(huán)形的磁芯上，所述分布式負(fù)載均勻分布在線圈周圍，且每間隔相同匝數(shù)的線圈與一個(gè)分布式負(fù)載的一端電連接，每個(gè)所述分布式負(fù)載的另一端連接到平面導(dǎo)體上，所述平面導(dǎo)體為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)設(shè)在線圈外側(cè)，平面導(dǎo)體與線圈之間設(shè)有隔離絕緣材料，所述高頻脈沖電流測量線圈組件上產(chǎn)生的電流通過電流取樣半鋼性同軸電纜延伸至屏蔽層外，所述繞線絕緣材料包裹磁芯。

3、所述屏蔽層設(shè)有兩層，分別是位于內(nèi)層的是第一屏蔽層，以及位于外層的第二屏蔽層，所述第一屏蔽層和第二屏蔽層均為圓形的管狀結(jié)構(gòu)，所述第一屏蔽層和第二屏蔽層包裹高頻脈沖電流測量線圈組件，所述第一屏蔽層和第二屏蔽層之間設(shè)有隔離懸浮間隙。

4、所述第二屏蔽層外設(shè)有電流取樣輸出接口，所述電流取樣半鋼性同軸電纜的內(nèi)外導(dǎo)體連接到電流取樣輸出接口的芯和殼，所述電流取樣輸出接口外殼通過半鋼性同軸電纜的外導(dǎo)體與第一屏蔽層連接，所述電流取樣輸出接口與第二屏蔽層隔離懸浮。

5、所述第一屏蔽層的防短路間隙位置在圓環(huán)的外側(cè)，所述第二屏蔽層的防短路間隙位置在圓環(huán)內(nèi)側(cè)，所述第一屏蔽層防短路間隙與第二屏蔽層防短路間隙之間的形成長條弧形間隙，防止雜散磁通直接穿過間隙在線圈上感應(yīng)出電壓尖峰造成高頻脈沖電流取樣波形過沖或震蕩。

6、所述第一屏蔽層與第二屏蔽層之間設(shè)有感應(yīng)環(huán)、隔離環(huán)、匹配電容c2、電壓取樣終端電阻，所述感應(yīng)環(huán)通過第二屏蔽層的防短路間隙與中心超高壓導(dǎo)體相對應(yīng)并感出一個(gè)感應(yīng)電容c1，感應(yīng)環(huán)與中心超高壓導(dǎo)體的距離為d，中心超高壓導(dǎo)體的直徑為d；

7、通過和獲取距離d；

8、通過獲取中心超高壓導(dǎo)體的直徑d；

9、其中s為感應(yīng)面積，ε為介電常數(shù)，n為分壓比，c1為感應(yīng)電容，c2為匹配電容，up為超高壓脈沖電壓值，emax為電極表面最大電場強(qiáng)度。

10、所述匹配電容的一端接到感應(yīng)環(huán)，另一端接到第二屏蔽層和電壓取樣半鋼性同軸電纜的外導(dǎo)體，電壓取樣終端電阻的一端接到感應(yīng)環(huán)另一端接到電壓取樣半鋼性同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體，所述電壓取樣半鋼性同軸電纜的內(nèi)外導(dǎo)體再接到電壓取樣輸出接口的芯和殼，所述電壓取樣輸出接口與第一屏蔽層隔離懸浮。

11、所述電壓取樣輸出接口和電流取樣輸出接口為n型接口、bnc接口或者sam接口等。

12、所述第一屏蔽層內(nèi)灌有灌注絕緣材料，所述第一屏蔽層和第二屏蔽層之間填充灌注絕緣材料，所述灌注絕緣材料采用低介電常數(shù)、耐油、耐射線輻照的絕緣材料。

13、所述磁芯為高導(dǎo)磁率磁芯，所述電流取樣負(fù)載補(bǔ)償電阻為大功率、低溫漂、高精度、無感電阻，所述繞線絕緣材料為低介電常數(shù)的絕緣紙或絕緣薄膜。

14、本發(fā)明高頻超高壓脈沖電壓電流互感器具有超高壓脈沖電壓取樣和高頻脈沖電流取樣功能，為高壓脈沖功率電子裝備小型化設(shè)計(jì)提供必要條件，具體來說具有以下優(yōu)勢：

15、1、解決了浸油式電容分壓器、絕緣氣體密封式電容分壓器以及絕緣樹脂灌注式電容分壓器等傳統(tǒng)電容分壓器體積龐大，結(jié)構(gòu)件加工生產(chǎn)難度大，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)成本高的問題，且該高頻超高壓脈沖電壓電流互感器不需要將脈沖高壓通過接線引入到高頻超高壓脈沖電壓電流互感器，直接將高頻超高壓脈沖電壓電流互感器套在中心超高壓導(dǎo)體回路周圍就能夠?qū)崿F(xiàn)超高壓脈沖電壓的測量；

16、2、解決了在超高壓脈沖高壓端取樣時(shí)高頻脈沖電流取樣波形失真或過沖的問題；

17、3、解決了在超高壓脈沖高壓端取樣時(shí)中心超高壓導(dǎo)體對高頻脈沖電流互感器放電時(shí)或者高頻脈沖電流互感器內(nèi)部電荷累積造成損壞測試儀器的問題；

18、4、解決了高頻脈沖電流互感器套在中心超高壓導(dǎo)體回路中，為保證耐壓需要很大的內(nèi)徑尺寸，當(dāng)直徑很大時(shí)接收了很多周圍高頻干擾信號導(dǎo)致中心超高壓導(dǎo)體位置變化時(shí)對高頻脈沖電流取樣波形失真和測量數(shù)據(jù)變化的問題。

19、因此，該高頻超高壓脈沖電壓電流互感器具有功能多，體積非常小，成本低，且測量精度高性能穩(wěn)定可靠、生產(chǎn)加工成本極低、無線感應(yīng)、安裝便捷快速等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種高頻超高壓脈沖電壓電流互感器，互感器設(shè)有環(huán)形并環(huán)繞中心超高壓導(dǎo)體的高頻脈沖電流測量線圈組件，所述高頻脈沖電流測量線圈組件外層包裹有雙屏蔽層，其特征在于：所述高頻脈沖電流測量線圈組件包括磁芯、線圈、分布式負(fù)載、平面導(dǎo)體、電流取樣半鋼性同軸電纜、電流取樣負(fù)載補(bǔ)償電阻、繞線絕緣材料組成，所述線圈均勻繞制在環(huán)形的磁芯上，所述分布式負(fù)載均勻分布在線圈周圍，且每間隔相同匝數(shù)的線圈與一個(gè)分布式負(fù)載的一端電連接，每個(gè)所述分布式負(fù)載的另一端連接到平面導(dǎo)體上，所述平面導(dǎo)體為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)設(shè)在線圈外側(cè)，平面導(dǎo)體與線圈之間設(shè)有隔離絕緣材料，所述高頻脈沖電流測量線圈組件上產(chǎn)生的電流通過電流取樣半鋼性同軸電纜延伸至屏蔽層外，所述繞線絕緣材料包裹磁芯。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻超高壓脈沖電壓電流互感器，其特征在于：所述屏蔽層設(shè)有兩層，分別是位于內(nèi)層的是第一屏蔽層，以及位于外層的第二屏蔽層，所述第一屏蔽層和第二屏蔽層均為圓形的管狀結(jié)構(gòu)，所述第一屏蔽層和第二屏蔽層包裹高頻脈沖電流測量線圈組件，所述第一屏蔽層和第二屏蔽層之間設(shè)有隔離懸浮間隙。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高頻超高壓脈沖電壓電流互感器，其特征在于：所述第二屏蔽層外設(shè)有電流取樣輸出接口，所述電流取樣半鋼性同軸電纜的內(nèi)外導(dǎo)體連接到電流取樣輸出接口的芯和殼，所述電流取樣輸出接口外殼通過半鋼性同軸電纜的外導(dǎo)體與第一屏蔽層連接，所述電流取樣輸出接口與第二屏蔽層隔離懸浮。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高頻超高壓脈沖電壓電流互感器，其特征在于：所述第一屏蔽層的防短路間隙位置在圓環(huán)的外側(cè)，所述第二屏蔽層的防短路間隙位置在圓環(huán)內(nèi)側(cè)，所述第一屏蔽層防短路間隙與第二屏蔽層防短路間隙之間的形成長條弧形間隙，防止雜散磁通直接穿過間隙在線圈上感應(yīng)出電壓尖峰造成高頻脈沖電流取樣波形過沖或震蕩。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高頻超高壓脈沖電壓電流互感器，其特征在于：所述第一屏蔽層與第二屏蔽層之間設(shè)有感應(yīng)環(huán)、隔離環(huán)、匹配電容c2、電壓取樣終端電阻，所述感應(yīng)環(huán)通過第二屏蔽層的防短路間隙與中心超高壓導(dǎo)體相對應(yīng)并感出一個(gè)感應(yīng)電容c1，感應(yīng)環(huán)與中心超高壓導(dǎo)體的距離為d，中心超高壓導(dǎo)體的直徑為d；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高頻超高壓脈沖電壓電流互感器，其特征在于：所述匹配電容的一端接到感應(yīng)環(huán)，另一端接到第二屏蔽層和電壓取樣半鋼性同軸電纜的外導(dǎo)體，電壓取樣終端電阻的一端接到感應(yīng)環(huán)另一端接到電壓取樣半鋼性同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體，所述電壓取樣半鋼性同軸電纜的內(nèi)外導(dǎo)體再接到電壓取樣輸出接口的芯和殼，所述電壓取樣輸出接口與第一屏蔽層隔離懸浮。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高頻超高壓脈沖電壓電流互感器，其特征在于：所述電壓取樣輸出接口和電流取樣輸出接口為n型接口、bnc接口或者sam接口。

8.根據(jù)權(quán)利要求2-7中任一所述的高頻超高壓脈沖電壓電流互感器，其特征在于：所述第一屏蔽層內(nèi)灌有灌注絕緣材料，所述第一屏蔽層和第二屏蔽層之間填充灌注絕緣材料，所述灌注絕緣材料采用低介電常數(shù)、耐油、耐射線輻照的絕緣材料。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高頻超高壓脈沖電壓電流互感器，其特征在于：所述磁芯為高導(dǎo)磁率磁芯，所述電流取樣負(fù)載補(bǔ)償電阻為大功率、低溫漂、高精度、無感電阻，所述繞線絕緣材料為低介電常數(shù)的絕緣紙或絕緣薄膜。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明揭示了一種高頻超高壓脈沖電壓電流互感器，互感器設(shè)有環(huán)形并環(huán)繞中心超高壓導(dǎo)體的高頻脈沖電流測量線圈組件，所述高頻脈沖電流測量線圈組件外層包裹有雙屏蔽層，其特征在于：所述高頻脈沖電流測量線圈組件包括磁芯、線圈、分布式負(fù)載、平面導(dǎo)體、電流取樣半鋼性同軸電纜、電流取樣負(fù)載補(bǔ)償電阻、繞線絕緣材料該高頻超高壓脈沖電壓電流互感器具有功能多，體積非常小，成本低，且測量精度高性能穩(wěn)定可靠、生產(chǎn)加工成本極低、無線感應(yīng)、安裝便捷快速等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：李懷田,宮龍,劉新明,朱作敏,王有利,余銳,李成,陳凱
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蕪湖麥可威電磁科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19