電壓擊穿試驗(yàn)儀產(chǎn)生高壓主要有以下幾種常見(jiàn)方式:
工頻變壓器升壓方式
- 原理:
利用電磁感應(yīng)原理,通過(guò)改變變壓器原、副邊繞組的匝數(shù)比來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓的升高。將輸入的市電(通常為 220V 或 380V 的工頻交流電)接入變壓器的初級(jí)繞組,當(dāng)初級(jí)繞組通入交變電流時(shí),會(huì)在鐵芯中產(chǎn)生交變磁場(chǎng),這個(gè)交變磁場(chǎng)會(huì)在匝數(shù)更多的次級(jí)繞組中感應(yīng)出更高的電壓。例如,若初級(jí)繞組匝數(shù)為 100 匝,次級(jí)繞組匝數(shù)為 1000 匝,按照理想變壓器的電壓比與匝數(shù)比成正比的關(guān)系(即,、分別為初級(jí)、次級(jí)電壓,、分別為初級(jí)、次級(jí)匝數(shù)),當(dāng)輸入 220V 電壓時(shí),次級(jí)就能輸出 2200V 的電壓。實(shí)際應(yīng)用中,會(huì)根據(jù)所需的最終高壓值合理設(shè)計(jì)匝數(shù)比來(lái)達(dá)到升壓目的。 - 特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)景:
這種方式產(chǎn)生的電壓波形一般為正弦波,與市電的頻率一致(50Hz 或 60Hz),比較穩(wěn)定,適合對(duì)絕緣材料進(jìn)行常規(guī)的、長(zhǎng)時(shí)間的工頻耐壓測(cè)試,比如對(duì)普通電力變壓器的絕緣油、一些中低壓電氣設(shè)備的絕緣部件等進(jìn)行擊穿電壓測(cè)試,以檢驗(yàn)它們?cè)谡9ゎl電壓下的絕緣耐受能力。但它輸出電壓的上限會(huì)受到變壓器鐵芯材料、繞組絕緣等因素限制,通常難以實(shí)現(xiàn)極高電壓的輸出,對(duì)于需要超高壓測(cè)試的情況不太適用。
倍壓整流電路升壓方式
- 原理:
它是在變壓器升壓的基礎(chǔ)上,結(jié)合整流和電容的儲(chǔ)能作用來(lái)實(shí)現(xiàn)更高電壓的輸出。首先通過(guò)變壓器將市電電壓升高到一定值,然后利用多個(gè)二極管和電容組成的倍壓整流電路結(jié)構(gòu)。例如常見(jiàn)的二倍壓整流電路,在變壓器輸出的交流電壓正半周時(shí),電流通過(guò)一個(gè)二極管給一個(gè)電容充電到變壓器輸出電壓的峰值;在負(fù)半周時(shí),另一個(gè)二極管導(dǎo)通,這個(gè)電容與變壓器輸出電壓串聯(lián)后給另一個(gè)電容充電,使得第二個(gè)電容兩端的電壓能達(dá)到變壓器輸出峰值電壓的兩倍,依此類推,通過(guò)多級(jí)倍壓電路可以實(shí)現(xiàn)數(shù)倍甚至數(shù)十倍于變壓器初次級(jí)匝數(shù)比理論輸出電壓的效果,實(shí)現(xiàn)高壓輸出。 - 特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)景:
能夠在一定程度上突破單純變壓器升壓的電壓限制,相對(duì)容易獲得較高的直流電壓,可用于一些需要直流高電壓進(jìn)行測(cè)試的場(chǎng)合,比如對(duì)電子設(shè)備中的高壓直流電容、某些靜電防護(hù)裝置的絕緣性能測(cè)試等。不過(guò)隨著倍壓級(jí)數(shù)的增加,電路的等效電容增大,對(duì)電源的負(fù)載能力要求提高,且電壓的穩(wěn)定性可能會(huì)有所下降,同時(shí)制作和調(diào)試較復(fù)雜,成本也會(huì)相應(yīng)增加。
脈沖發(fā)生器升壓方式
- 原理:
基于不同的脈沖發(fā)生原理來(lái)產(chǎn)生高電壓脈沖,常見(jiàn)的如利用馬克思發(fā)生器(Marx Generator)原理。它由多個(gè)電容和開(kāi)關(guān)(通常為火花間隙開(kāi)關(guān)等)組成,開(kāi)始時(shí)多個(gè)電容通過(guò)充電電阻并聯(lián)充電到較低的電壓,當(dāng)充電達(dá)到設(shè)定值后,觸發(fā)第一個(gè)開(kāi)關(guān)閉合,使得第一個(gè)電容與第二個(gè)電容串聯(lián),電壓疊加升高,接著后續(xù)的開(kāi)關(guān)依次閉合,多個(gè)電容不斷串聯(lián)起來(lái),最終可以輸出很高的脈沖電壓,電壓幅值可達(dá)到數(shù)十萬(wàn)伏甚至更高。還有利用脈沖變壓器等原理的脈沖發(fā)生器,通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的脈沖變壓器將輸入的脈沖信號(hào)進(jìn)行升壓,輸出高幅值的脈沖電壓。 - 特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)景:
主要用于模擬實(shí)際工況中瞬間出現(xiàn)的高電壓沖擊情況,像在對(duì)電力電纜進(jìn)行雷電沖擊模擬測(cè)試時(shí),能夠產(chǎn)生與雷電脈沖類似的高幅值、短時(shí)間的脈沖電壓,觀察電纜在這種極端脈沖電壓沖擊下的絕緣性能是否能耐受,是否會(huì)發(fā)生擊穿現(xiàn)象。也適用于一些對(duì)電磁脈沖耐受性有要求的電子設(shè)備、電氣系統(tǒng)的測(cè)試,比如航空航天設(shè)備中的電子線路在遭受空間電磁脈沖干擾時(shí)的絕緣可靠性測(cè)試等。不過(guò)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的電壓持續(xù)時(shí)間較短,是瞬間的脈沖形式,且設(shè)備相對(duì)復(fù)雜,需要專業(yè)的調(diào)試和維護(hù)。
高頻高壓發(fā)生器升壓方式
- 原理:
采用高頻逆變技術(shù),先將市電的低頻交流電通過(guò)整流電路轉(zhuǎn)換為直流電,然后利用高頻逆變電路將直流電逆變?yōu)楦哳l交流電,高頻交流電再通過(guò)高頻變壓器進(jìn)行升壓,之后經(jīng)過(guò)整流、濾波等環(huán)節(jié)得到高壓直流電。高頻變壓器由于工作在高頻狀態(tài)下,其鐵芯可以采用鐵氧體等高頻性能好的材料,能夠減小變壓器的體積和重量,并且在高頻下更容易實(shí)現(xiàn)匝數(shù)比的優(yōu)化設(shè)計(jì)以獲得更高的電壓輸出。例如一些小型的高頻高壓發(fā)生器,可將輸入的 220V 市電轉(zhuǎn)換為幾十千伏甚至更高的直流高壓輸出。 - 特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)景:
具有體積小、重量輕、輸出電壓調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn),適合在一些對(duì)設(shè)備空間和便攜性有要求的場(chǎng)合使用,比如在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)小型的電子元器件、絕緣薄膜等進(jìn)行擊穿試驗(yàn),或者在一些現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)場(chǎng)景中,方便攜帶到不同地點(diǎn)對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行絕緣性能抽檢等。但其輸出的高頻電壓可能會(huì)帶來(lái)一些電磁干擾問(wèn)題,需要采取相應(yīng)的電磁屏蔽等措施來(lái)減少對(duì)周邊儀器設(shè)備的影響。
不同的產(chǎn)生高壓方式各有優(yōu)劣,在實(shí)際使用電壓擊穿試驗(yàn)儀時(shí),會(huì)根據(jù)具體的測(cè)試需求、測(cè)試對(duì)象以及應(yīng)用場(chǎng)景等來(lái)選擇合適的高壓產(chǎn)生方式。
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