【技術實現步驟摘要】
本申請屬于雷電流模擬，更具體地，涉及一種基于集總參數鏈式電路的多分量雷電流模擬裝置及方法。
技術介紹
1、模擬雷電電流涉及多個電流分量波形。標準sae?apr?5412a規定的電流分量a、b、c和d波形分別模擬首次回擊、m分量電流、持續電流和后續回擊，圖1是現有技術提供的模擬電流波形a、b、c和d分量的示意圖，見圖1，是目前廣泛應用的直流效應模擬手段。
2、當雷云中電荷密集處的電場強度達到空氣擊穿場強時，就產生強烈的碰撞電離，形成指向大地的一段導電通道，稱為雷電先導。首次回擊前，負極性電荷移向大地的物理機制是一種被稱為“梯級先導”的放電現象，其移動并不連續，而是以大約50m長的不連續的發光段的形式向下移動，然后停下來，再向下移動大約50m，如此繼續下去。向下發展的梯級先導分支向下，負電荷以電子的形式，幾乎連續不斷地從云中電荷區輸送至先導通道。當下行先導接近地面時，會從地面較突出的部分發出向上的迎面先導。當迎面先導與下行先導相遇時，便產生強烈的“中和”過程，引起極大的電流，這就是雷電的回擊階段。回擊能產生一條高溫的發光通道，最高溫度幾乎能得到3萬℃，并瞬時加熱攜帶電流的空氣，受熱的空氣膨脹，從而產生人能夠聽到的雷聲。回擊的存在時間極短，通常不超過1ms，通道電流可達數十到數百ka，回擊速度大約為光速的1/3～2/3。
3、m分量是回擊過程之后疊加在連續電流上的脈沖分量，該過程的發生伴隨著通道亮度的激增和電場的突變。一個典型的m分量電流脈沖大體上基于時間軸對稱，幅值為數百a。
4、回擊到達云端就結
5、首次回擊后，閃電可能會停止，但大多數閃電的回擊不止一次。當通道上方有額外的電荷存在時，一個被稱為“箭式先導”的連續傳播的先導會沿著之前的回擊通道向下移動，并引發后續回擊。
6、實驗室常用的是模擬雷電流直接效應(a、b、c、d分量電流)的大容量試驗裝置，是采用不同波形連續時序的復合施加技術，產生雷電流abcd分量波形。
7、現有技術中的雷電流模擬需由四個分量波形發生器共同配合產生分量波形。各發生器存儲在電容器組中的電荷通過觸發間隙，在控制單元作用下依次施加到試驗樣品上，通過在發生器回路中串聯插入電感和電阻調節所施加的波形。現有技術中的方案存在如下缺陷：第一，電流波形需由四個分量波形發生器共同配合產生，采用不同波形連續時序的復合施加技術，開關控制及互鎖保護復雜；第二，四個發生器的電路之間易互耦合導致器件損壞，故障率高；第三，四個發生器占地面積大。
技術實現思路
1、針對現有技術的缺陷，本申請的目的在于降低雷電流模擬設備復雜度和設備故障率。
2、為實現上述目的，第一方面，本申請提供了一種基于集總參數鏈式電路的多分量雷電流模擬裝置，包括：放電間隙、負載電阻、觸發間隙和l-c鏈網絡，所述l-c鏈網絡包括多個依次連接的l-c鏈；
3、所述放電間隙的第一端接地，所述放電間隙的第二端與所述負載電阻的第一端連接，所述負載電阻的第二端與所述觸發間隙的第一端連接；
4、任意一個所述l-c鏈包括電容和電感，所述電容的第一端接地，所述電容的第二端連接所述電感的第一端；
5、在所述l-c鏈為所述多個依次連接的l-c鏈中的首位l-c鏈的情況下，所述l-c鏈中電感的第二端連接所述觸發間隙的第二端；
6、在所述l-c鏈為所述多個依次連接的l-c鏈中的任意一個中間l-c鏈或末位l-c鏈的情況下，所述l-c鏈中電感的第二端連接前一個l-c鏈中電容的第二端。
7、可選地，所述裝置具體包括：多個所述l-c鏈網絡以及各個所述l-c鏈網絡對應的觸發間隙和負載電阻，多個所述l-c鏈網絡共用同一個所述放電間隙。
8、可選地，還包括：充電模塊，所述充電模塊用于對所述l-c鏈網絡進行充電，以調整所述l-c鏈網絡中各個電容的電壓至目標電壓。
9、可選地，所述充電模塊包括依次連接的變壓器、整流器和限流電阻。
10、第二方面，本申請還提供一種基于集總參數鏈式電路的多分量雷電流模擬方法，應用于上述任意一種基于集總參數鏈式電路的多分量雷電流模擬裝置，所述方法包括：
11、構建所述裝置對應的仿真電路模型；
12、基于參考波形和所述仿真電路模型，通過仿真分析，調整所述l-c鏈網絡的配置參數。
13、可選地，所述基于參考波形和所述仿真電路模型，通過仿真分析，調整所述l-c鏈網絡的配置參數，包括：
14、針對所述仿真電路模型進行仿真分析，獲取仿真波形；
15、基于所述參考波形和所述仿真波形，確定所述仿真波形中待優化的目標階段；
16、基于所述待優化的目標階段，調整所述l-c鏈網絡的配置參數。
17、可選地，所述仿真波形具體包括電流上升階段仿真波形、電流持續階段仿真波形和電流下降階段仿真波形，所述基于所述參考波形和所述仿真波形，確定所述仿真波形中待優化的目標階段，包括：
18、若確定所述電流上升階段仿真波形與所述參考波形中對應階段的波形之間不匹配，則確定電流上升階段作為一個待優化的目標階段；
19、若確定所述電流持續階段仿真波形與所述參考波形中對應階段的波形之間不匹配，則確定電流持續階段作為一個待優化的目標階段；
20、若確定所述電流下降階段仿真波形與所述參考波形中對應階段的波形之間不匹配，則確定電流下降階段作為一個待優化的目標階段。
21、可選地，所述基于所述待優化的目標階段，調整所述l-c鏈網絡的配置參數，包括以下操作中的一項或多項：
22、在所述待優化的目標階段為所述電流上升階段的情況下，調整所述l-c鏈網絡中首位l-c鏈的配置參數；
23、或，在所述待優化的目標階段為所述電流下降階段的情況下，調整所述l-c鏈網絡中末位l-c鏈的配置參數；
24、或，在所述待優化的目標階段為所述電流持續階段的情況下，調整所述l-c鏈網絡中的一個或多個l-c鏈分別對應的配置參數。
25、可選地，所述電流持續階段包括第一電流持續子階段、第二電流持續子階段和第三電流持續子階段，所述第一電流持續子階段的結束時刻等于所述第二電流持續子階段的起始時刻，所述第二電流持續子階段的結束時刻等于所述第三電流持續子階段的起始時刻，所述第二電流持續子階段的持續時間最長；
26、所述調整所述l-c鏈網絡中的一個或多個l-c鏈分別對應的配置參數，包括：
27、若確定優化第一電流持續子階段，則調整所述l-c鏈網絡中首位l-c鏈的配置參數；
28、若確定優化第二電流持續子階段，則調整所述l-c鏈網絡中的一個或多個中間l-c鏈分別對應的配置本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于集總參數鏈式電路的多分量雷電流模擬裝置，其特征在于，包括：放電間隙、負載電阻、觸發間隙和L-C鏈網絡，所述L-C鏈網絡包括多個依次連接的L-C鏈；
2.根據權利要求1所述基于集總參數鏈式電路的多分量雷電流模擬裝置，其特征在于，所述裝置具體包括：多個所述L-C鏈網絡以及各個所述L-C鏈網絡對應的觸發間隙和負載電阻，多個所述L-C鏈網絡共用同一個所述放電間隙。
3.根據權利要求1或2所述基于集總參數鏈式電路的多分量雷電流模擬裝置，其特征在于，還包括：充電模塊，所述充電模塊用于對所述L-C鏈網絡進行充電，以調整所述L-C鏈網絡中各個電容的電壓至目標電壓。
4.根據權利要求3所述基于集總參數鏈式電路的多分量雷電流模擬裝置，其特征在于，所述充電模塊包括依次連接的變壓器、整流器和限流電阻。
5.一種基于集總參數鏈式電路的多分量雷電流模擬方法，應用于如權利要求1-4任意一項所述基于集總參數鏈式電路的多分量雷電流模擬裝置，其特征在于，所述方法包括：
6.根據權利要求5所述基于集總參數鏈式電路的多分量雷電流模擬方法，其特征在于
7.根據權利要求6所述基于集總參數鏈式電路的多分量雷電流模擬方法，其特征在于，所述仿真波形具體包括電流上升階段仿真波形、電流持續階段仿真波形和電流下降階段仿真波形，所述基于所述參考波形和所述仿真波形，確定所述仿真波形中待優化的目標階段，包括：
8.根據權利要求7所述基于集總參數鏈式電路的多分量雷電流模擬方法，其特征在于，所述基于所述待優化的目標階段，調整所述L-C鏈網絡的配置參數，包括以下操作中的一項或多項：
9.根據權利要求8所述基于集總參數鏈式電路的多分量雷電流模擬方法，其特征在于，所述電流持續階段包括第一電流持續子階段、第二電流持續子階段和第三電流持續子階段，所述第一電流持續子階段的結束時刻等于所述第二電流持續子階段的起始時刻，所述第二電流持續子階段的結束時刻等于所述第三電流持續子階段的起始時刻，所述第二電流持續子階段的持續時間最長；
10.根據權利要求5-9任意一項所述基于集總參數鏈式電路的多分量雷電流模擬方法，其特征在于，L-C鏈的配置參數包括：電感參數和電容參數。
...【技術特征摘要】
1.一種基于集總參數鏈式電路的多分量雷電流模擬裝置，其特征在于，包括：放電間隙、負載電阻、觸發間隙和l-c鏈網絡，所述l-c鏈網絡包括多個依次連接的l-c鏈；
2.根據權利要求1所述基于集總參數鏈式電路的多分量雷電流模擬裝置，其特征在于，所述裝置具體包括：多個所述l-c鏈網絡以及各個所述l-c鏈網絡對應的觸發間隙和負載電阻，多個所述l-c鏈網絡共用同一個所述放電間隙。
3.根據權利要求1或2所述基于集總參數鏈式電路的多分量雷電流模擬裝置，其特征在于，還包括：充電模塊，所述充電模塊用于對所述l-c鏈網絡進行充電，以調整所述l-c鏈網絡中各個電容的電壓至目標電壓。
4.根據權利要求3所述基于集總參數鏈式電路的多分量雷電流模擬裝置，其特征在于，所述充電模塊包括依次連接的變壓器、整流器和限流電阻。
5.一種基于集總參數鏈式電路的多分量雷電流模擬方法，應用于如權利要求1-4任意一項所述基于集總參數鏈式電路的多分量雷電流模擬裝置，其特征在于，所述方法包括：
6.根據權利要求5所述基于集總參數鏈式電路的多分量雷電流模擬方法，其特征在于，所述基于參考波形...
【專利技術屬性】
技術研發人員：周蜜，陳江濤，鄭生全，蔡力，王建國，樊亞東，曹金鑫，
申請(專利權)人：武漢大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。