專利名稱：脈沖電流發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種為了進(jìn)行試驗(yàn)等而對例如浪涌保護(hù)設(shè)備(寸一 7防護(hù)^ ^ ) (簡稱SPD)、其它電器裝置等負(fù)載提供脈沖電流的脈沖電流發(fā)生裝置(簡稱ICG)。還涉及 一種對浪涌保護(hù)設(shè)備提供使商用頻率電流疊加到脈沖電流而得到的電流的脈沖電流發(fā)生裝置。在本說明書中，浪涌保護(hù)設(shè)備是指在2004年制定的JIS C5381 :2004中定義的設(shè) 備。即，浪涌保護(hù)設(shè)備是以限制瞬態(tài)的過電壓并將浪涌電流分流為目的的設(shè)備。該設(shè)備內(nèi) 置有一個(gè)以上的非線性元件。也就是說，浪涌保護(hù)設(shè)備是以往被稱為放電器(arrester)、避 雷器、浪涌吸收器(surge absorber)等的裝置的總稱。
背景技術(shù)：
對負(fù)載提供脈沖電流的脈沖電流發(fā)生裝置的主要電路方式中，如非專利文獻(xiàn)1中 也記載的那樣存在RLC電路方式和消弧(crowbar)電路方式。在RLC電路方式中，如圖1所示那樣將負(fù)載12連接到電容器4、放電間隙 (discharge gap) 6、電感器8以及電阻器10串聯(lián)而成的串聯(lián)電路。事先對電容器4充電直 流高電壓，通過觸發(fā)放電間隙6來使其放電(S卩，導(dǎo)通)，由此能夠利用電容器4所蓄積的電 荷對負(fù)載12提供脈沖電流Iimp。圖3示出該脈沖電流Iimp的波形的一例。在該電路方式中，當(dāng)將電容器4的靜電容量設(shè)為C、將電感器8的電感設(shè)為L、將電
阻器10的電阻值設(shè)為R時(shí)，根據(jù)電阻器10的電阻值R與浪涌阻抗VL/C的值之比來確定 脈沖電流Iimp的波頭長度Tf和波尾長度Tt。此外，省略圖示了用于放電間隙6和后述的消弧間隙(crowbar gap) 14的觸發(fā)電 極以及用于觸發(fā)電極的觸發(fā)電路等。在消弧電路方式中，如圖2所示那樣將負(fù)載12連接到電容器4、放電間隙6以及電 感器8串聯(lián)而成的串聯(lián)電路。中間設(shè)有消弧間隙14。事先對電容器4充電直流高電壓，通 過觸發(fā)放電間隙6來使其放電(S卩，導(dǎo)通)，由此電容器4所蓄積的電荷在通電路徑16中流 動(dòng)，從而作為脈沖電流Iimp被提供給負(fù)載12而消耗，并且一部分電荷被蓄積到電感器8中。 在該過程中，產(chǎn)生根據(jù)確定的時(shí)間寬度(波頭長度Tf)的波頭部。接著，通過在上述脈沖電流Iimp達(dá)到峰值的時(shí)刻對消弧間隙14進(jìn)行觸發(fā)使其放電 (艮P，導(dǎo)通)，來形成以電感器8為電源的通電路徑18。在該過程中，當(dāng)將負(fù)載12的電阻值 設(shè)為R時(shí)，產(chǎn)生時(shí)間常數(shù)L/R的波尾部，從而確定波尾長度Tt。非專利文獻(xiàn)1 田中和彥、其他三名、「高電壓試験裝置O最新技術(shù)動(dòng)向」、日新電 機(jī)技報(bào)、日新電機(jī)株式會(huì)社、2008年3月11日、第53卷(總第130號(hào))、27_37頁
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題在上述消弧電路方式中由于不需要負(fù)載12以外的電阻成分(S卩，能量消耗成分)，因此具有與RLC電路方式相比能量效率高的優(yōu)點(diǎn)，另一方面，存在如下缺點(diǎn)等(a)由于脈 沖電流Iimp的波尾部依賴于負(fù)載12的電阻值R，因此每當(dāng)負(fù)載12改變時(shí)都需要調(diào)整該波尾 部；(b)除了放電間隙6及其放電控制電路(觸發(fā)電路等)以外，還需要消弧間隙14及其 放電控制電路(觸發(fā)電路及其控制電路等)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且大型。另一方面，上述RLC電路方式具有如下優(yōu)點(diǎn)(a)由于脈沖電流Iimp的波頭長度Tf 和波尾長度Tt不依賴于負(fù)載12，因此不需要與負(fù)載12相應(yīng)地進(jìn)行調(diào)整，通用性高；(b)不需 要如消弧電路方式那樣的消弧間隙及其放電控制電路，結(jié)構(gòu)簡單，另一方面，存在如下缺點(diǎn) 等在電容器4的電壓在脈沖電流Iimp的波尾部變低時(shí)，有時(shí)無法維持放電間隙6的放電， 導(dǎo)致成為脈沖電流Iimp的波尾部被截?cái)嗟牟ㄐ巍Ｌ貏e地，在2004年制定的上述JIS中除了規(guī)定波頭長度Tf/波尾長度Tt為其以前 的8/20μ S的波形以外，還規(guī)定了 10/350μ S的波尾長度長的試驗(yàn)波形，在這種波尾長度長 的波形的情況下，容易引起電流在波尾部截?cái)?。在以往的RLC電路方式的脈沖電流發(fā)生裝置中，為了防止波尾部的電流截?cái)啵?如能夠采用使電容器4的充電電壓與以往裝置的充電電壓(例如20kV左右)相比變得很 高(例如200kV左右)、從而即使在電容器4的電壓下降時(shí)也可靠地維持放電間隙6的放電 的方法，但是當(dāng)如上述那樣提高電容器4的充電電壓時(shí)，產(chǎn)生如下的新的問題需要將用于 電容器4的充電電路設(shè)為如上述那樣輸出高電壓的電路，并且很難采取電路絕緣措施，因 此成本大幅增加。脈沖電流發(fā)生裝置只要能夠?qū)⒚}沖電流以規(guī)定的波形流通即可，由于電壓本身幾 乎不重要，因此在采取高電壓的絕緣措施等方面花費(fèi)大量的費(fèi)用是不合理的。因此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種如下的脈沖電流發(fā)生裝置通過改進(jìn)以往 的RLC電路方式的脈沖電流發(fā)生裝置，即使不提高電容器的充電電壓也能夠防止脈沖電流 在波尾部處的電流截?cái)唷Ａ硗?，在上述JIS中，更具體地說是在JIS C 5381-1 :2004的7. 6. 5項(xiàng)中，作為I類 試驗(yàn)和II類試驗(yàn)的工作職責(zé)試驗(yàn)，規(guī)定有如下事項(xiàng)“從具有5A以上的標(biāo)稱電流容量的電 源向SPD施加Uc的電壓。通過SPD將電流脈沖逐步增加到Ipeak(根據(jù)3. 9規(guī)定)或Imax(根 據(jù)3. 10規(guī)定)來實(shí)施本試驗(yàn)。”。為了實(shí)施該工作職責(zé)試驗(yàn)，需要向浪涌保護(hù)設(shè)備(SPD)提 供使商用頻率電流疊加到脈沖電流而得到的電流來進(jìn)行試驗(yàn)(以下將該試驗(yàn)稱為商用頻 率電流疊加試驗(yàn))。該商用頻率電流疊加試驗(yàn)的現(xiàn)狀如下由于脈沖電流與商用頻率電流之間的相位 調(diào)整比較困難等原因，在日本，在采用了上述RLC電路方式、消弧電路方式中的任一個(gè)方式 的脈沖電流發(fā)生裝置中都無法實(shí)施遵照上述標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)。特別是在消弧電路方式中，如上所述，在脈沖電流Iimp流通的過程中由消弧間隙 14形成閉合電路，該電路妨礙對作為負(fù)載的浪涌保護(hù)設(shè)備流通商用頻率電流，因此在消弧 電路方式中很難實(shí)現(xiàn)上述商用頻率電流疊加試驗(yàn)。因此，本發(fā)明另一目的在于提供一種如下的脈沖電流發(fā)生裝置進(jìn)一步改進(jìn)以往 的RLC電路方式的脈沖電流發(fā)生裝置，即使不提高電容器的充電電壓也能夠防止脈沖電流 在波尾部處的電流截?cái)?，另外，能夠?qū)擞勘Ｗo(hù)設(shè)備提供使商用頻率電流疊加到脈沖電流 而得到的電流。
用于解決問題的方案本發(fā)明所涉及的脈沖電流發(fā)生裝置之一是一種對負(fù)載提供脈沖電流的脈沖電流 發(fā)生裝置，其特征在于，具備在連接上述負(fù)載的第一輸出端子與第二輸出端子之間相互串 聯(lián)連接的電容器、電感器、電阻器和放電間隙裝置；以及直流充電電路，其對上述電容器進(jìn) 行充電，并且，上述放電間隙裝置具備固定電極、可動(dòng)電極以及電極驅(qū)動(dòng)裝置，該電極驅(qū)動(dòng) 裝置向上述固定電極驅(qū)動(dòng)該可動(dòng)電極來使該可動(dòng)電極與上述固定電極相接觸。本發(fā)明所涉及的脈沖電流發(fā)生裝置的另一個(gè)裝置是對試驗(yàn)對象的浪涌保護(hù)設(shè)備 提供使商用頻率電流疊加到脈沖電流而得到的電流的脈沖電流發(fā)生裝置，其特征在于，具 備在連接上述浪涌保護(hù)設(shè)備的第一輸出端子與第二輸出端子之間相互串聯(lián)連接的主電容 器、電感器、電阻器、主放電間隙裝置和輔助放電間隙；以及直流充電電路，其對上述主電容 器進(jìn)行充電，其中，上述主放電間隙裝置具備固定電極、可動(dòng)電極、電極驅(qū)動(dòng)裝置以及觸發(fā) 電極，該電極驅(qū)動(dòng)裝置向上述固定電極驅(qū)動(dòng)該可動(dòng)電極來使該可動(dòng)電極與上述固定電極相 接觸，該觸發(fā)電極使上述固定電極與可動(dòng)電極之間開始放電，上述輔助放電間隙的放電開 始電壓低于上述主電容器的充電電壓，并且高于商用頻率電源電路的輸出電壓，該脈沖電 流發(fā)生裝置還具備上述商用頻率電源電路，其與電抗器串聯(lián)地連接在上述第一輸出端子 與第二輸出端子之間，來輸出商用頻率電流；觸發(fā)發(fā)生電路，其對上述主放電間隙裝置的觸 發(fā)電極提供觸發(fā)電壓；以及控制電路，其進(jìn)行如下控制使上述主放電間隙裝置的電極驅(qū) 動(dòng)裝置對上述可動(dòng)電極的驅(qū)動(dòng)與來自上述觸發(fā)發(fā)生電路的上述觸發(fā)電壓的輸出同步，并且 在上述商用頻率電源電路的輸出電壓為規(guī)定相位時(shí)使上述觸發(fā)發(fā)生電路輸出上述觸發(fā)電 壓。較為理想的是，上述控制電路在上述商用頻率電源電路的輸出電壓的相位為 π /2 [rad]時(shí)，進(jìn)行控制使上述觸發(fā)發(fā)生電路輸出上述觸發(fā)電壓。也可以具備輔助電容器，該輔助電容器與上述商用頻率電源電路并聯(lián)地連接在上 述商用頻率電源電路與上述電抗器之間，并與上述電抗器相協(xié)作而形成以商用頻率發(fā)生諧 振的諧振電路。發(fā)明的效果根據(jù)第一發(fā)明，由于能夠通過電極驅(qū)動(dòng)裝置向固定電極驅(qū)動(dòng)放電間隙裝置的可動(dòng) 電極來使該可動(dòng)電極與固定電極相接觸，因此即使電容器的電壓在脈沖電流的波尾部變 低，也能夠維持該放電間隙裝置的通電。因而，即使不提高電容器的充電電壓，也能夠防止 在脈沖電流在波尾部處的電流截?cái)?。并且，通過如上述那樣驅(qū)動(dòng)放電間隙裝置的可動(dòng)電極，即使不設(shè)置觸發(fā)電極，也能 夠使放電間隙裝置開始放電，因此不需要觸發(fā)電極和觸發(fā)電路。根據(jù)第二發(fā)明，由于主放電間隙裝置具備可動(dòng)電極和電極驅(qū)動(dòng)裝置，因此與第一 發(fā)明的情況同樣地，即使主電容器的電壓在脈沖電流的波尾部變低，也能夠維持該主放電 間隙裝置的導(dǎo)通。并且，由于輔助放電間隙的放電開始電壓低于主電容器的充電電壓，因此 即使主電容器的電壓在脈沖電流的波尾部變低，也能夠長時(shí)間內(nèi)維持該輔助放電間隙的導(dǎo) 通。因而，即使不提高主電容器的充電電壓，也能夠防止脈沖電流在波尾部處的電流截?cái)?。并且，由于具備商用頻率電源電路，因此通過脈沖電流流過浪涌保護(hù)設(shè)備來使浪 涌保護(hù)設(shè)備導(dǎo)通，由此商用頻率電流從商用頻率電源電路流向浪涌保護(hù)設(shè)備。因而，能夠?qū)擞勘Ｗo(hù)設(shè)備提供使商用頻率電流與脈沖電流疊加而得到的電流。并且，控制裝置由于進(jìn) 行上述同步控制等，因此能夠以規(guī)定的相位關(guān)系使商用頻率電流與脈沖電流很好地同步而疊加。并且，通過上述電抗器和輔助放電間隙能夠很好地防止脈沖源側(cè)與商用頻率電源 電路之間的干擾，并且通過輔助放電間隙的作用，能夠?qū)⑸逃妙l率電流作為脈沖電流的續(xù) 電流而很好地提供給浪涌保護(hù)設(shè)備。即，上述電抗器能夠阻止脈沖電流流入商用頻率電源 電路。在上述疊加時(shí)，隨著主電容器的電壓下降，上述輔助放電間隙由于放電自然消失而被 斷開，因此能夠?qū)⑸逃妙l率電源電路與脈沖源側(cè)分離。由此，能夠阻止商用頻率電流流入脈 沖源側(cè)，并且能夠?qū)擞勘Ｗo(hù)設(shè)備提供的電流很好地從脈沖電流連續(xù)地切換為商用頻率 電流。根據(jù)第三發(fā)明，起到如下的進(jìn)一步的效果。即，控制電路在商用頻率電源電路的輸 出電壓的相位為大致n/2[rad]時(shí)，進(jìn)行使觸發(fā)發(fā)生電路輸出觸發(fā)電壓的控制，因此在商 用頻率電源電路的輸出電壓的相位與包括電抗器和浪涌保護(hù)設(shè)備的串聯(lián)電路的滯后相位 大致相等時(shí)，使主放電間隙裝置放電，通過脈沖電流能夠使浪涌保護(hù)設(shè)備導(dǎo)通，由此，能夠 使從商用頻率電源電路向浪涌保護(hù)設(shè)備提供的商用頻率電流在浪涌保護(hù)設(shè)備導(dǎo)通時(shí)大致 從0開始上升，并且能夠防止該商用頻率電流產(chǎn)生瞬態(tài)現(xiàn)象。其結(jié)果，由于能夠向浪涌保護(hù) 設(shè)備提供商用頻率電流與脈沖電流很好地連接而成的波形的電流，因此能夠?qū)擞勘Ｗo(hù)設(shè) 備更正確地實(shí)施商用頻率電流疊加試驗(yàn)。根據(jù)第四發(fā)明，起到如下的進(jìn)一步的效果。即，當(dāng)浪涌保護(hù)設(shè)備導(dǎo)通時(shí)，通過蓄積 在輔助電容器中的電荷，瞬態(tài)電流流過浪涌保護(hù)設(shè)備，并且該瞬態(tài)電流成為以商用頻率振 蕩(衰減振蕩)的正弦波狀的電流。由于除了從商用頻率電源電路以外的部分也能夠?qū)⑦@ 種電流提供給浪涌保護(hù)設(shè)備，因此在對浪涌保護(hù)設(shè)備提供規(guī)定大小的商用頻率電流的情況 下，能夠減小商用頻率電源電路的容量。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)該商用頻率電源電路的小型化、低 成本化等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)脈沖電流發(fā)生裝置的小型化、低成本化等。
圖1是表示以往的RLC電路方式的脈沖電流發(fā)生裝置的概要例的電路圖。圖2是表示以往的消弧電路方式的脈沖電流發(fā)生裝置的概要例的電路圖。圖3是表示脈沖電流的波形的一例的圖。圖4是表示本發(fā)明所涉及的脈沖電流發(fā)生裝置的一個(gè)實(shí)施方式的電路圖。圖5是表示本發(fā)明所涉及的脈沖電流發(fā)生裝置的另一實(shí)施方式的電路圖。圖6是表示圖5所示的脈沖電流發(fā)生裝置的動(dòng)作的例子的流程圖。圖7是表示使商用頻率電流疊加到脈沖電流得到的電流波形的一例的圖。圖8是用于說明在對RL串聯(lián)電路施加交流電壓時(shí)流動(dòng)的電流的圖。圖9是用于說明在RLC串聯(lián)電路中當(dāng)迅速釋放被充電的電容器的電荷時(shí)流動(dòng)的瞬 態(tài)電流的圖。附圖標(biāo)記說明2 直流充電電路；4 電容器、主電容器；8 電感器；10 電阻器；12 負(fù)載；30a 放 電間隙裝置；30b 主放電間隙裝置；32 固定電極；34 可動(dòng)電極；36 電極驅(qū)動(dòng)裝置；38 觸發(fā)電極；40 輔助放電間隙；42 浪涌保護(hù)設(shè)備；44 電抗器(reactor) ；46 輔助電容器； 48 商用頻率電源電路；58 觸發(fā)發(fā)生電路；60 控制電路。
具體實(shí)施例方式(1)第一實(shí)施方式在圖4中示出本發(fā)明所涉及的脈沖電流發(fā)生裝置的一個(gè)實(shí)施方式。此外，在本申 請中，為了便于說明，在不同的電路中也共同地使用電阻器、電感器、靜電容量的符號(hào)R、L、 C，但是不同電路的R、L、C的值不一定相同是理所當(dāng)然的。該脈沖電流發(fā)生裝置屬于上述的RLC電路方式。即，該脈沖電流發(fā)生裝置是對負(fù) 載12提供脈沖電流Iimp的裝置，具備電容器4、電感器8、電阻器10和放電間隙裝置30a以 及直流充電電路2，其中，上述電容器4、電感器8、電阻器10和放電間隙裝置30a在連接負(fù) 載12的第一輸出端子20與第二輸出端子22之間相互串聯(lián)連接，該直流充電電路2對電容 器4進(jìn)行充電，更具體地說是對電容器4充電直流高電壓。負(fù)載12例如是上述浪涌保護(hù)設(shè)備、其它電器裝置等。直流充電電路2的輸出電壓、即電容器4的充電電壓V。例如是20kV左右，但是并 不限于此。放電間隙裝置30a具備固定電極32、可動(dòng)電極34以及電極驅(qū)動(dòng)裝置36，該電極驅(qū) 動(dòng)裝置36如箭頭B所示那樣向固定電極32驅(qū)動(dòng)該可動(dòng)電極34來使該可動(dòng)電極34與固定 電極32相接觸。電極驅(qū)動(dòng)裝置36例如是液壓缸、氣壓缸等。在驅(qū)動(dòng)可動(dòng)電極34之前的狀態(tài)下，顯然，放電間隙裝置30a的放電開始電壓大于 電容器4的充電電壓V。，因此固定電極32與可動(dòng)電極34之間不放電。在該脈沖電流發(fā)生裝置中，在將電容器4充電到規(guī)定的充電電壓V。的狀態(tài)下，當(dāng) 由電極驅(qū)動(dòng)裝置36向固定電極32驅(qū)動(dòng)可動(dòng)電極34時(shí)，即使不施加觸發(fā)電壓，當(dāng)兩電極32、 34之間接近到兩電極32、34間的電壓成為其放電開始電壓以下時(shí)，在兩電極32、34之間也 產(chǎn)生放電，從而兩電極32、34之間導(dǎo)通。由此，通過蓄積在電容器4的電荷，脈沖電流Ihlip經(jīng) 由電感器8、電阻器10以及放電間隙裝置30a而開始流過負(fù)載12。并且，在此以后也驅(qū)動(dòng) 可動(dòng)電極；34直到可動(dòng)電極34與固定電極32接觸為止。由此，能夠?qū)ω?fù)載12提供規(guī)定波 形(例如如圖3所示的波形)的脈沖電流Iimp。關(guān)于對上述脈沖電流Iimp的波頭長度Tf和波尾長度Tt的確定，與參照圖1的說明 的內(nèi)容相同，因此在此省略重復(fù)說明。當(dāng)將電容器4的充電電壓V。設(shè)為20kV左右時(shí)，在該程度的電壓下，當(dāng)放電間隙裝 置30a的兩電極32、34之間的空隙例如變?yōu)镮Omm左右時(shí)開始放電，但是從該距離起直到兩 電極32、34接觸為止的機(jī)械動(dòng)作時(shí)間通常遠(yuǎn)比脈沖電流Iimp的波尾長度Tt要長。但是，在 兩電極32、34之間一旦開始放電，則通過該放電而在兩電極32、34之間產(chǎn)生等離子體，并 且，充滿該等離子體的空間由于可動(dòng)電極34的移動(dòng)而被繼續(xù)壓縮，因此即使電容器4的電 壓在脈沖電流Iimp的波尾部變低，也能夠使兩電極32、34之間持續(xù)放電。此外，為了抑制由于兩電極32、34的接觸(碰撞)而兩電極32、34表面劣化，只要 將兩電極32、34的材料設(shè)為抵抗該劣化的能力強(qiáng)的材料即可。例如碳是優(yōu)選材料之一。
如上所述，根據(jù)該脈沖電流發(fā)生裝置，能夠通過電極驅(qū)動(dòng)裝置36向固定電極32驅(qū) 動(dòng)放電間隙裝置30a的可動(dòng)電極34來使該可動(dòng)電極34與固定電極32接觸，因此即使電容 器4的電壓在脈沖電流Iimp的波尾部變低，也能夠維持該放電間隙裝置30a的通電。因而， 即使不提高電容器4的充電電壓V。，也能夠防止脈沖電流Iimp在波尾部處的電流截?cái)?。例如，即使在提供上?0/350 μ s的波尾長度長的脈沖電流Iimp的情況下，通過 20kV左右的充電電壓V。也能夠防止電流在波尾部處截?cái)?。即，只要使用上?00kV的十分 之一左右的電壓即可。其結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)直流充電電路2的小容量化、小型化、低成本化。另 外，由于還容易采取電路的絕緣措施，因此從該觀點(diǎn)來看也能夠?qū)崿F(xiàn)成本的降低。并且，通過如上述那樣驅(qū)動(dòng)放電間隙裝置30a的可動(dòng)電極34，即使不設(shè)置觸發(fā)電 極，也能夠使放電間隙裝置30a開始放電，因此不需要觸發(fā)電極和觸發(fā)電路。因而，與此相 應(yīng)地能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)的簡單化和成本的降低。(2)第二實(shí)施方式在圖5中示出本發(fā)明所涉及的脈沖電流發(fā)生裝置的另一實(shí)施方式。對與圖4所示 的實(shí)施方式相同或相當(dāng)?shù)牟糠指郊油环?hào)，以下主要說明與圖4所示的實(shí)施方式之間的 不同點(diǎn)。該脈沖電流發(fā)生裝置是對試驗(yàn)對象的浪涌保護(hù)設(shè)備42提供使商用頻率電流Inf疊 加到脈沖電流1_而得到的電流I的裝置。圖7示出該電流I的波形的一例。但是，在圖7 中，由于受到紙張尺寸的限制，圖示的脈沖電流Iimp與商用頻率電流Inf的振幅比小于實(shí)際 的振幅比。脈沖電流Iimp的峰值例如是20kA。波形的波頭長度Tf/波尾長度Tt (也參照圖3) 例如是10/350 μ S。也存在將波形的波頭長度Tf/波尾長度Tt設(shè)為8/20 μ s等的情況。商 用頻率電流Inf的峰值例如是500Α。也存在將商用頻率電流Inf的峰值設(shè)為5Α等的情況。浪涌保護(hù)設(shè)備42是如上所述的設(shè)備。該脈沖電流發(fā)生裝置具備主電容器4、電感器8、電阻器10、主放電間隙裝置30b和 輔助放電間隙40以及直流充電電路2，其中，上述主電容器4、電感器8、電阻器10、主放電 間隙裝置30b和輔助放電間隙40在連接浪涌保護(hù)設(shè)備42的第一輸出端子20與第二輸出 端子22之間相互串聯(lián)連接，上述直流充電電路2對主電容器4進(jìn)行充電，更具體地說是對 主電容器4充電直流高電壓。主放電間隙裝置30b具備固定電極32、可動(dòng)電極34、電極驅(qū)動(dòng)裝置36以及觸發(fā)電 極38，該電極驅(qū)動(dòng)裝置36如箭頭B所示那樣向固定電極32驅(qū)動(dòng)該可動(dòng)電極34來使該可動(dòng) 電極；34與固定電極32接觸，該觸發(fā)電極38用于使固定電極32與可動(dòng)電極34之間開始放 H1^ ο輔助放電間隙40的放電開始電壓低于直流充電電路2對主電容器4的充電的充 電電壓V。、更具體地說是非常低，并且高于下面要說明的商用頻率電源電路48的輸出電壓。例如，主電容器4的充電電壓V。如上所述是20kV，商用頻率電源電路48的輸出電 壓是200V (有效值)，輔助放電間隙40的放電開始電壓是400V 500V左右。這樣，輔助放 電間隙40的放電開始電壓是充電電壓V。的1/40 1/50左右，遠(yuǎn)低于充電電壓\。因而，稍后說明圖5所示的裝置的綜合性的動(dòng)作，當(dāng)通過對主放電間隙裝置30b的 觸發(fā)電極38提供后述的觸發(fā)電壓Vt來使主放電間隙裝置30b放電(即，導(dǎo)通)時(shí)，輔助放電間隙40也放電(S卩，導(dǎo)通)，由此能夠?qū)擞勘Ｗo(hù)設(shè)備42提供脈沖電流Iimp。該脈沖電流發(fā)生裝置還具備商用頻率電源電路48和觸發(fā)發(fā)生電路58，該商用頻 率電源電路48與電抗器44串聯(lián)地連接在第一輸出端子20與第二輸出端子22之間，來輸 出商用頻率fn的電流(即，商用頻率電流)Inf，該觸發(fā)發(fā)生電路58對主放電間隙裝置30b 的觸發(fā)電極38提供觸發(fā)電壓Vt。商用頻率電源電路48例如具備商用頻率電源50、變壓器52以及將該商用頻率電 源電路48的輸出電壓分壓輸出的分壓器54。商用頻率電源50例如是60Hz、200V的商用電 源。變壓器52例如是初級(jí)電壓/次級(jí)電壓為200V/200V的絕緣變壓器。該變壓器52的主 要目的是絕緣，因此并不是本發(fā)明所必需的部件。該脈沖電流發(fā)生裝置還具備控制電路60，該控制電路60進(jìn)行如下控制使主放電 間隙裝置30b的電極驅(qū)動(dòng)裝置36對可動(dòng)電極34的驅(qū)動(dòng)與來自觸發(fā)發(fā)生電路58的觸發(fā)電 壓Vt的輸出同步，并且在商用頻率電源電路48的輸出電壓為規(guī)定相位時(shí)使觸發(fā)發(fā)生電路 58輸出該觸發(fā)電壓Vt。在本例中，控制電路60使用來自分壓器M的電壓，測量商用頻率 電源電路48的輸出電壓的相位，來進(jìn)行上述控制。理想的是，控制電路60在商用頻率電源電路48的輸出電壓的相位為大致 π /2[rad]時(shí)，進(jìn)行使觸發(fā)發(fā)生電路58輸出觸發(fā)電壓Vt的控制，在本實(shí)施方式中控制電路 60進(jìn)行這種控制。下面說明其原因。當(dāng)對浪涌保護(hù)設(shè)備42提供上述脈沖電流Iimp時(shí)，浪涌保護(hù)設(shè)備42進(jìn)行動(dòng)作來發(fā) 揮其原有的功能(即，限制上述浪涌電壓并將浪涌電流分流的功能)。此時(shí)，簡單地說，浪涌 保護(hù)設(shè)備42以非常小的電阻值迅速導(dǎo)通。如果將該浪涌保護(hù)設(shè)備42的迅速導(dǎo)通視作開關(guān)的接通動(dòng)作，則圖5所示的商用頻 率電源電路48、電抗器44以及浪涌保護(hù)設(shè)備42的串聯(lián)電路實(shí)質(zhì)上等同于圖8所示的電路。 即，交流電源e(t)相當(dāng)于商用頻率電源電路48，開關(guān)SW相當(dāng)于浪涌保護(hù)設(shè)備42，電感器L 相當(dāng)于電抗器44，電阻器R相當(dāng)于除浪涌保護(hù)設(shè)備42以外的電路的電阻。該圖8是常被記載在說明瞬態(tài)現(xiàn)象的書籍中的例子。后述的圖9也相同。在圖8的電路中，如果將在t = 0接通開關(guān)SW而施加了交流電壓e(t)= EfflSin (ω t+θ)時(shí)流動(dòng)的電流設(shè)為I1，則電路方程式成為下式。是交流電壓的最大值，ω 是角頻率，θ是開關(guān)SW接通時(shí)的交流電壓的相位。[式1]L (di/dt) +Ri1 = Emsin (ω t+ θ )根據(jù)上述式子，當(dāng)應(yīng)用I = OWi1 = O的初始條件求出電流I1時(shí)成為式2。在此， Z是上述RL串聯(lián)電路的阻抗，Φ是滯后相位，通過式3表示Z和Φ。[式2]
權(quán)利要求
1.一種脈沖電流發(fā)生裝置，對負(fù)載提供脈沖電流，其特征在于，具備在連接上述負(fù)載的第一輸出端子與第二輸出端子之間相互串聯(lián)連接的電容器、電感 器、電阻器和放電間隙裝置；以及直流充電電路，其對上述電容器進(jìn)行充電，并且，上述放電間隙裝置具備固定電極、可動(dòng)電極以及電極驅(qū)動(dòng)裝置，該電極驅(qū)動(dòng)裝置 向上述固定電極驅(qū)動(dòng)該可動(dòng)電極來使該可動(dòng)電極與上述固定電極相接觸。
2.一種脈沖電流發(fā)生裝置，對試驗(yàn)對象的浪涌保護(hù)設(shè)備提供使商用頻率電流疊加到脈 沖電流而得到的電流，該脈沖電流發(fā)生裝置的特征在于，具備在連接上述浪涌保護(hù)設(shè)備的第一輸出端子與第二輸出端子之間相互串聯(lián)連接的主電 容器、電感器、電阻器、主放電間隙裝置和輔助放電間隙；以及直流充電電路，其對上述主電容器進(jìn)行充電，其中，上述主放電間隙裝置具備固定電極、可動(dòng)電極、電極驅(qū)動(dòng)裝置以及觸發(fā)電極，該 電極驅(qū)動(dòng)裝置向上述固定電極驅(qū)動(dòng)該可動(dòng)電極來使該可動(dòng)電極與上述固定電極相接觸，該 觸發(fā)電極使上述固定電極與可動(dòng)電極之間開始放電，上述輔助放電間隙的放電開始電壓低于上述主電容器的充電電壓，并且高于商用頻率 電源電路的輸出電壓，該脈沖電流發(fā)生裝置還具備上述商用頻率電源電路，其與電抗器串聯(lián)地連接在上述第一輸出端子與第二輸出端子 之間，來輸出商用頻率電流；觸發(fā)發(fā)生電路，其對上述主放電間隙裝置的觸發(fā)電極提供觸發(fā)電壓；以及控制電路，其進(jìn)行如下控制使上述主放電間隙裝置的電極驅(qū)動(dòng)裝置對上述可動(dòng)電極 的驅(qū)動(dòng)與來自上述觸發(fā)發(fā)生電路的上述觸發(fā)電壓的輸出同步，并且在上述商用頻率電源電 路的輸出電壓為規(guī)定相位時(shí)使上述觸發(fā)發(fā)生電路輸出上述觸發(fā)電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的脈沖電流發(fā)生裝置，其特征在于，上述控制電路在上述商用頻率電源電路的輸出電壓的相位為Ji/2[rad]時(shí)，進(jìn)行控制 使上述觸發(fā)發(fā)生電路輸出上述觸發(fā)電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的脈沖電流發(fā)生裝置，其特征在于，具備輔助電容器，該輔助電容器與上述商用頻率電源電路并聯(lián)地連接在上述商用頻率 電源電路與上述電抗器之間，并與上述電抗器相協(xié)作而形成以商用頻率發(fā)生諧振的諧振電
全文摘要
提供一種通過改進(jìn)以往的RLC電路方式的脈沖電流發(fā)生裝置來即使不提高電容器的充電電壓也能夠防止電流在脈沖電流的波尾部截?cái)嗟拿}沖電流發(fā)生裝置。該脈沖電流發(fā)生裝置具備在連接負(fù)載(12)的輸出端子(20、22)之間相互串聯(lián)連接的電容器(4)、電感器(8)、電阻器(10)和放電間隙裝置(30a)以及對電容器(4)進(jìn)行充電的直流充電電路(2)。放電間隙裝置(30a)具備固定電極(32)、可動(dòng)電極(34)以及向固定電極(32)驅(qū)動(dòng)可動(dòng)電極(34)來使該可動(dòng)電極與固定電極(32)接觸的電極驅(qū)動(dòng)裝置(36)。
文檔編號(hào)H02M9/04GK102104344SQ20101014436
公開日2011年6月22日 申請日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
發(fā)明者田中武司 申請人:日新電機(jī)株式會(huì)社