高電壓試驗技術(shù)(第三章 直流高電壓試驗設(shè)備)

1、Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong UniversityHigh-Voltage Testing Technology第三章第三章 直流高電壓試驗設(shè)備直流高電壓試驗設(shè)備Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong University第三章第三章 直流高電壓試驗設(shè)備直流高電壓試驗設(shè)備3.1 3.1 概述概述一、一、 直流

2、高壓產(chǎn)生的必要性直流高壓產(chǎn)生的必要性大電容量試品（如電纜）的工頻高壓試驗，需大容量試變。用直流高壓代替交流試驗，可避免電容電流，減少設(shè)備容量；直流高壓輸電的發(fā)展，需各種直流高壓試驗；直流高壓設(shè)備作用為其他試驗設(shè)備的電源；其它技術(shù)領(lǐng)域的需要：如高能物理（加速器）、靜電噴漆、織絨、除塵等。二、二、 產(chǎn)生方法產(chǎn)生方法 交流高壓整流產(chǎn)生直流高壓TrDRCRxCopyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong UniversityCopyright reserved High

3、voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong UniversityCopyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong UniversityCopyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong University 三、三、 技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù) 額定直流電壓 （算

4、術(shù)平均值）(Ud) 額定直流電流 (平均值) (Id) 額定負載電流 脈動系數(shù) 平均電壓降落 （Ua） Ua=UM-Ud=UM-(Umax+Umin)/2 =UM-Umax+(Umax-Umin)/2= U+U)(2minmax平均值adUUUU2minmaxUUdUUUSS5%（IEC規(guī)定）S3%（GB規(guī)定）Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong University3.2 整流電路一、半波整流電路一、半波整流電路Rx：Ud=Uc=UMRxIdQQ2Rx

5、存在時，存在時，Rx上流過負載電流，上流過負載電流，UcUM若負載電流為若負載電流為Id，Rx上一周內(nèi)流過的電荷上一周內(nèi)流過的電荷Q1=IdT=Q2+Q一周內(nèi)：一周內(nèi)：D截止時，電容截止時，電容C向負載提高電荷向負載提高電荷Q2，C上電壓逐漸降低上電壓逐漸降低 D導通時，電源補充電容損失的電荷導通時，電源補充電容損失的電荷Q2 ，并提供負載，并提供負載Q一周內(nèi)，電容上的電壓一周內(nèi)，電容上的電壓Uc是波動的是波動的輸出電壓含有脈動輸出電壓含有脈動TrDRCR：保護電阻（保護電阻（作用是什么？作用是什么？）Rx：試品：試品Copyright reserved High voltage divisi

6、on, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong UniversityUdt1t2utTUmaxUminUM電容上電壓波形電容上電壓波形電壓波動原因：一周內(nèi)電壓波動原因：一周內(nèi)C損失電荷損失電荷Q2后，又獲得電荷后，又獲得電荷Q2 CQUU2minmaxCQUUU222minmax21221,QQQQtt即：由于CfICTICQUdd2221xdddCfRCfUIUUS212Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian Jia

7、oTong University?maxMUU輸出電壓出現(xiàn)電壓降落輸出電壓出現(xiàn)電壓降落UUUMmax原因：原因：D導通時，通過導通時，通過R給給C補充電荷補充電荷Q2, 負載負載 Q，電容器的充，電容器的充電電流和負載的放電電流都會在保護電阻電電流和負載的放電電流都會在保護電阻R、變壓器內(nèi)阻和硅、變壓器內(nèi)阻和硅堆內(nèi)阻上產(chǎn)生一定的壓降。堆內(nèi)阻上產(chǎn)生一定的壓降。平均電壓降落：平均電壓降落：UUUamaxUUUMCopyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong Unive

8、rsity 二、全波電路二、全波電路CfICTICQUdd42222CfICfICTIUUUddda4342CfIUUUUdMaMd43Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong University三、全橋電路三、全橋電路四、倍加電路四、倍加電路Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong University五、倍壓電路五、

9、倍壓電路特點：變壓器一端接地另一端輸出高壓電路輸出電壓2UMC1的工作電壓UMC2的工作電壓2UM可多級串聯(lián)組成串級發(fā)生器1. 1. 工作原理（無負載）工作原理（無負載）tUuMsin30設(shè)變壓器輸出電壓U30:電源電壓U10:1點對地電位U20:2點對地電位Uc1=U10-U30Uc2=U20Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong UniversityUM/25UM/413UM/80tuU M2U Mt1 t2t3t4 t5t6t7t8t9t10u20u

10、10McUuut2202McUu1ut0U M2U Mu20u10uc1u30Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong University 2. 存在負載時存在負載時Rx存在時，存在時，Rx上流過負載電流，上流過負載電流，Uc2UM若負載電流為若負載電流為Id，Rx上一周內(nèi)流過的電荷上一周內(nèi)流過的電荷Q1=IdT=Q2+Q一周內(nèi)：一周內(nèi)：D截止時，電容截止時，電容C向負載提高電荷向負載提高電荷Q2，C上電壓逐漸降低上電壓逐漸降低 D導通時，電源補充電容損失

11、的電荷導通時，電源補充電容損失的電荷Q2 ，并提供負載，并提供負載Q一周內(nèi)，電容上的電壓一周內(nèi)，電容上的電壓Uc是波動的是波動的輸出電壓含有脈動輸出電壓含有脈動Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong UniversityUdt1t2utTUmaxUmin2UM電容上電壓波形電容上電壓波形電壓波動原因：一周內(nèi)電壓波動原因：一周內(nèi)C損失電荷損失電荷Q2后，又獲得電荷后，又獲得電荷Q2 CQUU2minmaxCQUUU222minmax21221,QQQQtt即

12、：由于CfICTICQUdd2221xdddCfRCfUIUUS212Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong University?daUU 輸出電壓出現(xiàn)電壓降落輸出電壓出現(xiàn)電壓降落UUUM 2max原因：原因：D導通時，通過導通時，通過R給給C補充電荷補充電荷Q2, 負載負載 QCfICTICQUdd1平均電壓降落：平均電壓降落：CfICfICfIUUUddda232CfIUUUUdMaMa2322Copyright reserved High volt

13、age division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong University 3.3 串級直流高壓發(fā)生器串級直流高壓發(fā)生器組成組成：多個倍壓電路串接：多個倍壓電路串接Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong University一、無負載一、無負載2UM02UM當Cn-1的電壓低于2UM時，電容Cn給其充電，使其電壓達到2UM當Un-1大于2UM時，電容Cn-1可經(jīng)過Dn-1、Dn向電容Cn

14、-1充電，直到Cn-1電壓達到2UM，則n-1點到電位最終將達到4UM。2UM4UM4UM2nUMCopyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong University二、有負載時二、有負載時發(fā)生器給負載提供電流發(fā)生器給負載提供電流IdD1截止時，負載電流由右柱提供截止時，負載電流由右柱提供 右柱電容的電壓下降右柱電容的電壓下降正半周時，正半周時，D1Dn導通左柱電容導通左柱電容對右柱充電，提供負載電流對右柱充電，提供負載電流 右柱電容的電壓得到恢復右柱電容的電壓得

15、到恢復右柱電容上電壓有升有降，出現(xiàn)波動右柱電容上電壓有升有降，出現(xiàn)波動正半周時，正半周時，D1Dn導通左柱電容導通左柱電容對右柱充電，并提供負載電流對右柱充電，并提供負載電流負半周時，負半周時，D1Dn導通左柱電容充電導通左柱電容充電 右柱電容充電電壓低于左柱右柱電容充電電壓低于左柱 左柱電容充電電壓低于右柱左柱電容充電電壓低于右柱 存在負載時，輸出電壓出現(xiàn)降落存在負載時，輸出電壓出現(xiàn)降落Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong University二、有負

16、載時二、有負載時Tt0t1t2t3T/2 U Ua U 2nUMUmaxUmin T=t0+t1+t2+t3t0: D1Dn導通，左柱C1Cn對右柱C1Cn充電Q2，供給負載Qt1: D1,D1Dn, Dn截止，右柱C1Cn供給負載電流Idt2: D1Dn導通，右柱C2Cn對左柱C1Cn-1充電Q1，供給負載Idt3: D1,D1Dn, Dn截止，右柱C1Cn供給負載電流Idt0 CnCopyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong University一個周期T內(nèi)

17、，負載獲得電荷為： Q1=IdT=Q2+QQ2C1：只供給負載Q2C2：供給負載Q2，補充C1電荷Q1 一周損失電荷Q2+Q1 Cn：供給負載Q2，補充Cn-1電荷Q1 一周損失電荷Q2+(n-1)Q1 右柱t1t3時間內(nèi)損失電荷：Q2+Q2+Q1+.Q2+(n-1)Q1 Q1+2Q1+nQ1Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong UniversityCQnnCnQQQU11112) 1(/ )2( 總電壓波動：CfInnCQnnUUd4) 1(22) 1

18、(21脈動電壓：xdddCfRnnCfUInnUUS4) 1(4) 1(脈動系數(shù)：第k級右柱電容上的電壓降落（k由上往下逐漸增加）：) 122)(21knknCQUk6382231nnnCfIUUdnkk總電壓降落)234(623nnnCfIUda平均電壓降落Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong University32nUnSa因此，n達到一定值時，增加n，只是Ua增加，而Ua并不增加)234(6223nnnCfInUUdMa平均電壓0)236(322

19、nnCfIUdndUdMa當：反而下降，增加即：aMdeUIfCnUnne稱為臨界級數(shù)Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong University3.4 減小脈動減小脈動S和電壓降落和電壓降落Ua的途徑的途徑1. 合理選擇級數(shù)合理選擇級數(shù)ddCfUInnS4) 1( )234(623nnnCfIUda考慮電容的耐壓考慮電容的耐壓Uc和容量和容量C2. 提高電源的頻率提高電源的頻率采用中頻（采用中頻（400800Hz）或高頻（）或高頻（120kHz）電源供電

20、）電源供電Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong University3. 采用對稱回路或三相供電采用對稱回路或三相供電每半周電容器充電一次，流失電荷時間不到半周每三分之一周電容器充電一次，流失電荷時間不到三分之一周Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong University4. 增加左柱最下面的電容增加左柱最下面的電容Cn=2C, UCn=Uc/2, 其他電容均為C)2(33nnfCIUda對紋波無影響對紋波無影響Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTo