高电压试验技术(第三章 直流高电压试验设备)

1、Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong UniversityHigh-Voltage Testing Technology第三章第三章 直流高电压试验设备直流高电压试验设备Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong University第三章第三章 直流高电压试验设备直流高电压试验设备3.1 3.1 概述概述一、一、 直流

2、高压产生的必要性直流高压产生的必要性大电容量试品（如电缆）的工频高压试验，需大容量试变。用直流高压代替交流试验，可避免电容电流，减少设备容量；直流高压输电的发展，需各种直流高压试验；直流高压设备作用为其他试验设备的电源；其它技术领域的需要：如高能物理（加速器）、静电喷漆、织绒、除尘等。二、二、 产生方法产生方法 交流高压整流产生直流高压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、 技术参数技术参数 额定直流电压 （算

4、术平均值）(Ud) 额定直流电流 (平均值) (Id) 额定负载电流 脉动系数 平均电压降落 （Ua） Ua=UM-Ud=UM-(Umax+Umin)/2 =UM-Umax+(Umax-Umin)/2= U+U)(2minmax平均值adUUUU2minmaxUUdUUUSS5%（IEC规定）S3%（GB规定）Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong University3.2 整流电路一、半波整流电路一、半波整流电路Rx：Ud=Uc=UMRxIdQQ2Rx

5、存在时，存在时，Rx上流过负载电流，上流过负载电流，UcUM若负载电流为若负载电流为Id，Rx上一周内流过的电荷上一周内流过的电荷Q1=IdT=Q2+Q一周内：一周内：D截止时，电容截止时，电容C向负载提高电荷向负载提高电荷Q2，C上电压逐渐降低上电压逐渐降低 D导通时，电源补充电容损失的电荷导通时，电源补充电容损失的电荷Q2 ，并提供负载，并提供负载Q一周内，电容上的电压一周内，电容上的电压Uc是波动的是波动的输出电压含有脉动输出电压含有脉动TrDRCR：保护电阻（保护电阻（作用是什么？作用是什么？）Rx：试品：试品Copyright reserved High voltage divisi

6、on, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong UniversityUdt1t2utTUmaxUminUM电容上电压波形电容上电压波形电压波动原因：一周内电压波动原因：一周内C损失电荷损失电荷Q2后，又获得电荷后，又获得电荷Q2 CQUU2minmaxCQUUU222minmax21221,QQQQtt即：由于CfICTICQUdd2221xdddCfRCfUIUUS212Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian Jia

7、oTong University?maxMUU输出电压出现电压降落输出电压出现电压降落UUUMmax原因：原因：D导通时，通过导通时，通过R给给C补充电荷补充电荷Q2, 负载负载 Q，电容器的充，电容器的充电电流和负载的放电电流都会在保护电阻电电流和负载的放电电流都会在保护电阻R、变压器内阻和硅、变压器内阻和硅堆内阻上产生一定的压降。堆内阻上产生一定的压降。平均电压降落：平均电压降落：UUUamaxUUUMCopyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong Unive

8、rsity 二、全波电路二、全波电路CfICTICQUdd42222CfICfICTIUUUddda4342CfIUUUUdMaMd43Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong University三、全桥电路三、全桥电路四、倍加电路四、倍加电路Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong University五、倍压电路五、

9、倍压电路特点：变压器一端接地另一端输出高压电路输出电压2UMC1的工作电压UMC2的工作电压2UM可多级串联组成串级发生器1. 1. 工作原理（无负载）工作原理（无负载）tUuMsin30设变压器输出电压U30:电源电压U10:1点对地电位U20:2点对地电位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. 存在负载时存在负载时Rx存在时，存在时，Rx上流过负载电流，上流过负载电流，Uc2UM若负载电流为若负载电流为Id，Rx上一周内流过的电荷上一周内流过的电荷Q1=IdT=Q2+Q一周内：一周内：D截止时，电容截止时，电容C向负载提高电荷向负载提高电荷Q2，C上电压逐渐降低上电压逐渐降低 D导通时，电源补充电容损失

11、的电荷导通时，电源补充电容损失的电荷Q2 ，并提供负载，并提供负载Q一周内，电容上的电压一周内，电容上的电压Uc是波动的是波动的输出电压含有脉动输出电压含有脉动Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong UniversityUdt1t2utTUmaxUmin2UM电容上电压波形电容上电压波形电压波动原因：一周内电压波动原因：一周内C损失电荷损失电荷Q2后，又获得电荷后，又获得电荷Q2 CQUU2minmaxCQUUU222minmax21221,QQQQtt即

12、：由于CfICTICQUdd2221xdddCfRCfUIUUS212Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong University?daUU 输出电压出现电压降落输出电压出现电压降落UUUM 2max原因：原因：D导通时，通过导通时，通过R给给C补充电荷补充电荷Q2, 负载负载 QCfICTICQUdd1平均电压降落：平均电压降落：CfICfICfIUUUddda232CfIUUUUdMaMa2322Copyright reserved High volt

13、age division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong University 3.3 串级直流高压发生器串级直流高压发生器组成组成：多个倍压电路串接：多个倍压电路串接Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong University一、无负载一、无负载2UM02UM当Cn-1的电压低于2UM时，电容Cn给其充电，使其电压达到2UM当Un-1大于2UM时，电容Cn-1可经过Dn-1、Dn向电容Cn

14、-1充电，直到Cn-1电压达到2UM，则n-1点到电位最终将达到4UM。2UM4UM4UM2nUMCopyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong University二、有负载时二、有负载时发生器给负载提供电流发生器给负载提供电流IdD1截止时，负载电流由右柱提供截止时，负载电流由右柱提供 右柱电容的电压下降右柱电容的电压下降正半周时，正半周时，D1Dn导通左柱电容导通左柱电容对右柱充电，提供负载电流对右柱充电，提供负载电流 右柱电容的电压得到恢复右柱电容的电压得

15、到恢复右柱电容上电压有升有降，出现波动右柱电容上电压有升有降，出现波动正半周时，正半周时，D1Dn导通左柱电容导通左柱电容对右柱充电，并提供负载电流对右柱充电，并提供负载电流负半周时，负半周时，D1Dn导通左柱电容充电导通左柱电容充电 右柱电容充电电压低于左柱右柱电容充电电压低于左柱 左柱电容充电电压低于右柱左柱电容充电电压低于右柱 存在负载时，输出电压出现降落存在负载时，输出电压出现降落Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong University二、有负

16、载时二、有负载时Tt0t1t2t3T/2 U Ua U 2nUMUmaxUmin T=t0+t1+t2+t3t0: D1Dn导通，左柱C1Cn对右柱C1Cn充电Q2，供给负载Qt1: D1,D1Dn, Dn截止，右柱C1Cn供给负载电流Idt2: D1Dn导通，右柱C2Cn对左柱C1Cn-1充电Q1，供给负载Idt3: D1,D1Dn, Dn截止，右柱C1Cn供给负载电流Idt0 CnCopyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong University一个周期T内

17、，负载获得电荷为： Q1=IdT=Q2+QQ2C1：只供给负载Q2C2：供给负载Q2，补充C1电荷Q1 一周损失电荷Q2+Q1 Cn：供给负载Q2，补充Cn-1电荷Q1 一周损失电荷Q2+(n-1)Q1 右柱t1t3时间内损失电荷：Q2+Q2+Q1+.Q2+(n-1)Q1 Q1+2Q1+nQ1Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong UniversityCQnnCnQQQU11112) 1(/ )2( 总电压波动：CfInnCQnnUUd4) 1(22) 1

18、(21脉动电压：xdddCfRnnCfUInnUUS4) 1(4) 1(脉动系数：第k级右柱电容上的电压降落（k由上往下逐渐增加）：) 122)(21knknCQUk6382231nnnCfIUUdnkk总电压降落)234(623nnnCfIUda平均电压降落Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong University32nUnSa因此，n达到一定值时，增加n，只是Ua增加，而Ua并不增加)234(6223nnnCfInUUdMa平均电压0)236(322

19、nnCfIUdndUdMa当：反而下降，增加即：aMdeUIfCnUnne称为临界级数Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong University3.4 减小脉动减小脉动S和电压降落和电压降落Ua的途径的途径1. 合理选择级数合理选择级数ddCfUInnS4) 1( )234(623nnnCfIUda考虑电容的耐压考虑电容的耐压Uc和容量和容量C2. 提高电源的频率提高电源的频率采用中频（采用中频（400800Hz）或高频（）或高频（120kHz）电源供电

20、）电源供电Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong University3. 采用对称回路或三相供电采用对称回路或三相供电每半周电容器充电一次，流失电荷时间不到半周每三分之一周电容器充电一次，流失电荷时间不到三分之一周Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTong University4. 增加左柱最下面的电容增加左柱最下面的电容Cn=2C, UCn=Uc/2, 其他电容均为C)2(33nnfCIUda对纹波无影响对纹波无影响Copyright reserved High voltage division, school of Electrical engineering, Xian JiaoTo