论文总字数：27946字

摘 要

以montena公司的一种高压分压器产品为研究对象，结合期刊和相关论文对该种类型的高压分压器原理和结构的研究，确定了所要设计制作的高压分压器两大结构：微分结构、积分结构。以该种高压分压器的主要技术参数为基础，利用电路仿真软件OrCAD完成积分电路的设计，并根据电路原理和分压器需求完成了电子元件的选择和PCB电路板的制作；利用绘图软件AutoCAD完成微分结构的设计，并完成实物加工制作。

在完成所有实物制作和装配后对分压器进行了测试。测试用仪器为实验室函数信号发生器和示波器，根据信号发生器的实际条件选择了10MHz和50MHz两种脉冲信号作为信号源分别对分压器进行测试，并记录了测试结果，根据测试结果和理论分析对比发现了微分结构的缺陷，并利用网络分析仪进行进一步的测试验证了这个缺陷，然后针对微分结构缺陷提供了解决方案，为以后类似的结构设计提供了参考。

关键词：高压分压器; 微分结构; 积分结构

The design of 20kV High voltage divider

02011525 WU Han-bing

Supervised by ZHOU Xiang

Abstract: In this paper, a high-voltage pulse signal divider is designed for the high voltage power system and electromagnetic field to achieve the pulse signal measurement.

A high voltage divider product from montena is as for study, with the other research of structure and journal article of the high voltage divider, determine the high voltage divider is made of two structures: differential structure and integral structure. Base on the main technical parameters of the high voltage divider, use circuit simulation software OrCAD to complete the job of design integration circuit, and complete the work of electronic component selection and PCB circuit board production according to the principles and requirements of the circuit; use drawing software AutoCAD to complete the differential structure design, and complete production.

Divider is tested after the production and assembly.Testing equipment including the function generator and oscilloscope, signal choice is based on the actual condition of generator, and two pulse signaland are as the signal source to test the voltage divider respectively, the differential structure defects are found based on the test results and theoretical analysis, then use the Network-Analyzer for the further testing to verify this defect, and provide a solution to the defect of the differential structure,and provide a reference for the similar structure design in the future.

Key words: High voltage divider; Differential structure; Integral structure

目录

20kV高压分压器的设计 I

摘要 I

关键词 I

Abstract II

Key words II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 本论文的主要工作 1

第二章 同轴脉冲高压分压器的基本理论 3

2.1 本论文高压分压器的测量方法和基本原理 3

2.2 积分器的组成部分 3

2.2.1 微分结构 4

2.2.2 积分部分 4

2.3 本章小结 5

第三章 同轴脉冲高压分压器微分结构的设计 6

3.1 分压器微分结构的要求 6

3.2 分压器微分结构的组成 6

3.3 外导体的外形设计 6

3.3.1 外导体的长度、宽度、高度 7

3.3.2 与射频连接器法兰面凸台配合的孔径 8

3.3.3 与射频连接器连接的螺纹孔 8

3.3.4 与SMA连接的螺纹孔、SMA伸入外导体的孔径 8

3.4 内导体的设计 9

3.5 确定外导体的内径 10

3.6 外导体内圆和内导体的同轴度 11

3.7 SMA尖端的电场传感器 12

3.8 本章小结 12

第四章 同轴脉冲高压分压器积分电路的设计 13

4.1 分压器积分电路的参数要求 13

4.2 积分电路的分类和基本原理 13

4.2.1有源积分电路的基本原理 13

4.2.2 无源积分电路的基本原理 14

4.2.3 本论文积分器的积分类型 15

4.3 确定无源积分电路参数的基本要求 15

4.4 利用OrCAD电路仿真软件确定无源积分电路参数 16

4.5 积分电路的仿真方案和测试结果 17

4.6 本章小结 21

第五章 同轴脉冲高压分压器积分电路的仿真测试 22

5.1 积分电路的仿真目的及方案 22

5.1.1 积分电路RC元件仿真参数 23

5.1.2 积分电路激励电源的选择 23

5.1.3 积分电路仿真数据处理方法 25

5.2 积分电路的仿真结果和数据处理 25

5.2.1 激励电源不同脉动值的仿真结果 25

5.2.2 仿真数据的处理和结论 28

5.3 本章小结 29

第六章 积分电路元件的选择和PCB设计 30

6.1 积分元件的选择标准 30

6.2 积分电阻的选择 30

6.3 积分电容的选择 31

6.4 PCB电路板的设计 31

6.5 本章小结 33

第七章 同轴脉冲高压分压器的装配和测试 34

7.1 同轴脉冲高压分压器的装配 34

7.2 高压分压器的测试方案 34

7.2.1 测试仪器说明 35

7.2.2 测量仪器和分压器的连接 35

7.2.3 确定函数发生器的信号 36

7.3 分压器测试结果 36

7.3.1 10MHz脉冲信号测试结果 36

7.3.2 脉冲信号测试结果 37

7.4 测试结果分析 38

7.5 分压器改进方案 39

7.6 本章小结 39

第八章 结论和展望 40

8.1 结论 40

8.2 展望 40

致 谢 41

参考文献 42

20kV高压分压器的设计

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

随着现代电力行业的快速发展，在实际的电力系统测量中需要比以往更多地进行对电力电网进行测试，以此来保证电网的工作状态。这其中对于一些高压脉冲电压信号的测量技术要求比以往的测量要求会更严格。电力系统中的高压脉冲信号的有这样几个特点^[1]，第一是脉冲前沿很快，通常在纳秒级或皮秒级之间；第二是脉冲值很大，通常可以达到几十千伏或者几百千伏，这两个特点决定了高压脉冲信号的电磁干扰很大，这种电磁干扰对于任何电器设备来讲都是有极大危害的。本论文就是针对电力系统或电磁脉冲领域的高压脉冲信号，设计一种高压分压器来实现对脉冲信号的测量装置。

在高压脉冲信号的实际测量中，受传统测量仪器所限，不可能用直接测量的方法对高压脉冲信号进行测量，只能采用间接测量的方法，将待测信号转换成可以用传统仪器测量的信号，如数字示波器,利用两个信号之间的数学关系来确定原始待测信号的各种参数。这其中起到转换作用的就是高压分压器，高压分压器可以将原始的待测信号在不产生畸变的情况下衰减为可用数字示波器测量的信号。

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