【摘 要】為了提高串級(jí)沖擊電壓發(fā)生器放電過(guò)程的授課效果，使用Flash實(shí)現(xiàn)了一個(gè)串級(jí)沖擊電壓發(fā)生器放電過(guò)程的動(dòng)態(tài)演示動(dòng)畫(huà)。動(dòng)畫(huà)的演示結(jié)果表明：本演示動(dòng)畫(huà)將串級(jí)沖擊電壓發(fā)生器放電過(guò)程形象化和具體化，大大方便和加深了初學(xué)者對(duì)串級(jí)沖擊電壓發(fā)生器放電過(guò)程的理解，有利于提高教學(xué)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】高電壓試驗(yàn)技術(shù) 串級(jí)沖擊電壓發(fā)生器 放電過(guò)程 Flash 演示動(dòng)畫(huà)

【中圖分類號(hào)】TM832 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-4810（2015）09-0059-02

高電壓與絕緣技術(shù)專業(yè)的主干專業(yè)課程包括高電壓絕緣、電力系統(tǒng)過(guò)電壓和高電壓試驗(yàn)技術(shù)等。其中高壓與絕緣是對(duì)矛盾，高電壓與絕緣技術(shù)學(xué)科伴隨這對(duì)矛盾發(fā)展而發(fā)展。高電壓絕緣主要研究電介質(zhì)或電氣設(shè)備絕緣的介電、導(dǎo)電和電氣強(qiáng)度性能，它們是電氣設(shè)備絕緣的關(guān)鍵性能。由于目前高電壓與絕緣技術(shù)學(xué)科發(fā)展還不能通過(guò)計(jì)算方式獲得電介質(zhì)的介電、導(dǎo)電和電氣強(qiáng)度性能，因此這些性能主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式獲得。高電壓與絕緣技術(shù)學(xué)科又被稱為實(shí)驗(yàn)性學(xué)科。高電壓試驗(yàn)技術(shù)主要研究高電壓、大電流的產(chǎn)生及測(cè)量方法，該課程內(nèi)容主要針對(duì)電介質(zhì)相關(guān)參數(shù)的測(cè)量，在學(xué)科中的地位比較重要。串級(jí)沖擊電壓發(fā)生器是沖擊高壓的產(chǎn)生設(shè)備，它的放電過(guò)程涉及各點(diǎn)電位的變化及球隙同步的概念，原理比較復(fù)雜，是該課程講解過(guò)程中的難點(diǎn)之一。

為了更好地講解串級(jí)沖擊電壓發(fā)生器放電過(guò)程，本文基于Flash實(shí)現(xiàn)了一個(gè)串級(jí)沖擊電壓發(fā)生器放電過(guò)程的動(dòng)態(tài)演

示動(dòng)畫(huà)。該動(dòng)畫(huà)形象生動(dòng)地顯示了放電過(guò)程中各點(diǎn)電位變化及球隙同步過(guò)程，大大方便和加深了初學(xué)者對(duì)串級(jí)沖擊電壓發(fā)生器放電過(guò)程的理解，有利于提高教學(xué)質(zhì)量。

一 串級(jí)沖擊電壓發(fā)生器放電過(guò)程原理

串級(jí)沖擊電壓發(fā)生器有多種，總體來(lái)說(shuō)放電原理和過(guò)程大同小異，本文以基本回路即Marx回路為例進(jìn)行分析，演示動(dòng)畫(huà)也基于該類型的放電回路。沖擊電壓發(fā)生器基本回路如圖1所示。

其放電基本原理為：充電完成后各主電容器C1-C4及各球隙g1～g4上承受電壓均為U。當(dāng)需要使球隙動(dòng)作時(shí)，可向點(diǎn)火球隙的針極送去一脈沖電壓，針極和銅球之間產(chǎn)生一小火花，引起點(diǎn)火球隙放電，于是電容器C1的上極板經(jīng)g1接地，點(diǎn)3電位由地電位變?yōu)?U。電容器C1與C2間有充電電阻R隔開(kāi)，R比較大，在g1放電瞬間，同時(shí)由于C'以及R的存在，點(diǎn)3和點(diǎn)4電位不可能突然改變，點(diǎn)4電位仍為-U，故中間球隙g2上的電位差突然上升到2U，g2馬上放電，于是點(diǎn)5電位變?yōu)?2U。同理，隨著球隙擊穿的進(jìn)行g(shù)3、g4和g0上也分別承受+3U、+4U和+4U的電壓，也快速跟著放電。球隙g1～g4上承受的過(guò)電壓倍數(shù)分別為1、2、3和4。因此，從g1開(kāi)始隨后各個(gè)球隙的放電時(shí)間間隔逐步變短，各個(gè)球隙近似在同一時(shí)刻放電，這稱為同步性能好。

從以上過(guò)程可知，串級(jí)沖擊電壓發(fā)生器放電過(guò)程涉及內(nèi)容較多，原理較復(fù)雜，不便初學(xué)者理解。

二 演示動(dòng)畫(huà)的實(shí)現(xiàn)

為了更好地使初學(xué)者能理解放電過(guò)程，欲通過(guò)動(dòng)畫(huà)形式形象生動(dòng)地展示放電過(guò)程。Flash是一款集動(dòng)畫(huà)創(chuàng)作與應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)于一身的創(chuàng)作軟件。它廣泛應(yīng)用于創(chuàng)建吸引人的應(yīng)用程序，包含豐富的視頻、聲音、圖形和動(dòng)畫(huà)的編輯和處理技術(shù)，它是目前動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)方面的主流軟件。Flash完全能滿足本文制作串級(jí)沖擊電壓發(fā)生器放電過(guò)程動(dòng)畫(huà)的要求，因此我們選擇它制作原理演示動(dòng)畫(huà)。

為了更好地實(shí)現(xiàn)演示效果，我們對(duì)演示動(dòng)畫(huà)有如下要求：（1）能以不同顏色區(qū)分各點(diǎn)電位并且實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)要求不同電位的顏色區(qū)分度盡量明顯，這樣能有效提高演示效果；（2）各點(diǎn)電位數(shù)值能動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示；（3）能體現(xiàn)同步性能，也就是說(shuō)從球隙g1到g4（g0）的擊穿時(shí)間間隔逐漸減少，放電劇烈程度逐漸增加；（4）放電回路加粗并以其他顏色顯示以區(qū)別充電回路、充電電阻等與放電回路無(wú)關(guān)的組件；（5）除了視覺(jué)上的沖擊力，還需要通過(guò)添加放電聲音的音頻增加聽(tīng)覺(jué)上的沖擊力，以提高初學(xué)者的理解力。

按照以上要求我們選擇了不同電位對(duì)應(yīng)的顏色以及電弧的表示方式，按照4級(jí)沖擊電壓發(fā)生器放電過(guò)程設(shè)計(jì)了一系列圖像，在Macromedia Flash 8.0中將這些圖片生成了swf和fla文件的動(dòng)畫(huà)，采用Flash Player_15_sa_debug.exe顯示結(jié)果如下：

由圖2可知，本文實(shí)現(xiàn)的串級(jí)沖擊電壓發(fā)生器放電過(guò)程演示動(dòng)畫(huà)可以在放電全過(guò)程形象顯示各點(diǎn)電位的變化過(guò)程，同時(shí)也能清晰觀察到待擊穿球隙承受的電壓，比如圖2（a）中g(shù)0承受4U。從各個(gè)球隙逐漸擊穿的過(guò)程中根據(jù)球隙兩端擊穿時(shí)間間隔的差距也可以清晰發(fā)現(xiàn)球隙從g1到g4承受的電壓存在逐漸增大的情況。而且從球隙間電弧的粗細(xì)可以直接感覺(jué)到擊穿的強(qiáng)烈程度和速度，加上設(shè)計(jì)好的各球隙擊穿時(shí)間間隔可以使初值者能比較方便理解同步的概念。圖2（c）為演示完成后的效果，用于展示放電過(guò)程剛結(jié)束的情況，該圖中將放電回路中各元器件及其名稱都用一種鮮亮的顏色（紫色）突出顯示，而且隱去非放電回路的各元器件，這樣也有利于初學(xué)者深刻記憶放電回路的組成。綜上所述，本演示動(dòng)畫(huà)將串級(jí)沖擊電壓發(fā)生器放電過(guò)程形象化和具體化，大大方便和加深了初學(xué)者對(duì)串級(jí)沖擊電壓發(fā)生器放電過(guò)程的理解，有利于提高教學(xué)質(zhì)量。

三 結(jié)論

基于Flash實(shí)現(xiàn)了一個(gè)4級(jí)沖擊電壓發(fā)生器放電過(guò)程動(dòng)態(tài)演示動(dòng)畫(huà)。通過(guò)實(shí)時(shí)顯示各點(diǎn)電位數(shù)值，以不同顏色清晰地區(qū)分各點(diǎn)電位，各球隙擊穿時(shí)間間隔和電弧粗細(xì)的不同，生動(dòng)地顯示了放電過(guò)程和同步概念。本演示動(dòng)畫(huà)將串級(jí)沖擊電壓發(fā)生器放電過(guò)程形象化和具體化，有利于方便和加深初學(xué)者對(duì)串級(jí)沖擊電壓發(fā)生器放電過(guò)程的理解，有望提高教學(xué)質(zhì)量。

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〔責(zé)任編輯：林勁〕