電壓擊穿試驗儀產(chǎn)生高壓主要有以下幾種常見方式:
工頻變壓器升壓方式
- 原理:
利用電磁感應(yīng)原理,通過改變變壓器原、副邊繞組的匝數(shù)比來實(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)接入變壓器的初級繞組,當(dāng)初級繞組通入交變電流時,會在鐵芯中產(chǎn)生交變磁場,這個交變磁場會在匝數(shù)更多的次級繞組中感應(yīng)出更高的電壓。例如,若初級繞組匝數(shù)為 100 匝,次級繞組匝數(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、次級電壓,、分別為初級、次級匝數(shù)),當(dāng)輸入 220V 電壓時,次級就能輸出 2200V 的電壓。實(shí)際應(yīng)用中,會根據(jù)所需的最終高壓值合理設(shè)計匝數(shù)比來達(dá)到升壓目的。 - 特點(diǎn)及應(yīng)用場景:
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,適合對絕緣材料進(jìn)行常規(guī)的、長時間的工頻耐壓測試,比如對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)行擊穿電壓測試,以檢驗它們在正常工頻電壓下的絕緣耐受能力。但它輸出電壓的上限會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,對于需要超高壓測試的情況不太適用。
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)合整流和電容的儲能作用來實(shí)現(xiàn)更高電壓的輸出。首先通過變壓器將市電電壓升高到一定值,然后利用多個二極管和電容組成的倍壓整流電路結(jié)構(gòu)。例如常見的二倍壓整流電路,在變壓器輸出的交流電壓正半周時,電流通過一個二極管給一個電容充電到變壓器輸出電壓的峰值;在負(fù)半周時,另一個二極管導(dǎo)通,這個電容與變壓器輸出電壓串聯(lián)后給另一個電容充電,使得第二個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,通過多級倍壓電路可以實(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)行測試的場合,比如對電子設(shè)備中的高壓直流電容、某些靜電防護(hù)裝置的絕緣性能測試等。不過隨著倍壓級數(shù)的增加,電路的等效電容增大,對電源的負(fù)載能力要求提高,且電壓的穩(wěn)定性可能會有所下降,同時制作和調(diào)試較復(fù)雜,成本也會相應(yīng)增加。
脈沖發(fā)生器升壓方式
- 原理:
基于不同的脈沖發(fā)生原理來產(chǎn)生高電壓脈沖,常見的如利用馬克思發(fā)生器(Marx Generator)原理。它由多個電容和開關(guān)(通常為火花間隙開關(guān)等)組成,開始時多個電容通過充電電阻并聯(lián)充電到較低的電壓,當(dāng)充電達(dá)到設(shè)定值后,觸發(fā)第一個開關(guān)閉合,使得第一個電容與第二個電容串聯(lián),電壓疊加升高,接著后續(xù)的開關(guān)依次閉合,多個電容不斷串聯(lián)起來,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,通過特殊設(shè)計的脈沖變壓器將輸入的脈沖信號進(jìn)行升壓,輸出高幅值的脈沖電壓。 - 特點(diǎn)及應(yīng)用場景:
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,像在對電力電纜進(jìn)行雷電沖擊模擬測試時,能夠產(chǎn)生與雷電脈沖類似的高幅值、短時間的脈沖電壓,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,是否會發(fā)生擊穿現(xiàn)象。也適用于一些對電磁脈沖耐受性有要求的電子設(shè)備、電氣系統(tǒng)的測試,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的絕緣可靠性測試等。不過脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的電壓持續(xù)時間較短,是瞬間的脈沖形式,且設(shè)備相對復(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,高頻交流電再通過高頻變壓器進(jìn)行升壓,之后經(jīng)過整流、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),適合在一些對設(shè)備空間和便攜性有要求的場合使用,比如在實(shí)驗室中對小型的電子元器件、絕緣薄膜等進(jìn)行擊穿試驗,或者在一些現(xiàn)場檢測場景中,方便攜帶到不同地點(diǎn)對電氣設(shè)備進(jìn)行絕緣性能抽檢等。但其輸出的高頻電壓可能會帶來一些電磁干擾問題,需要采取相應(yīng)的電磁屏蔽等措施來減少對周邊儀器設(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儀時,會根據(jù)具體的測試需求、測試對象以及應(yīng)用場景等來選擇合適的高壓產(chǎn)生方式。
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