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直流高壓發(fā)生器的工作原理與拓撲結(jié)構(gòu)解析

更新時間:2025-12-12點擊次數(shù):238
   直流高壓發(fā)生器通過高頻電力電子技術(shù)實現(xiàn)低壓到高壓的轉(zhuǎn)換,其核心原理與拓撲結(jié)構(gòu)可歸納為以下方面:
  一、工作原理
  整流與逆變
  輸入工頻交流電(如220V/380V)經(jīng)整流濾波后轉(zhuǎn)換為直流電,再通過IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)構(gòu)成的全橋或半橋逆變電路,將直流電逆變?yōu)楦哳l交流電(頻率通常為30-100kHz)。高頻化可顯著減小變壓器體積,提升功率密度。
  高壓升壓與整流
  高頻交流電通過中頻變壓器升壓至數(shù)千伏至數(shù)百千伏,再經(jīng)多級硅堆倍壓整流電路(如Cockcroft-Walton電路)轉(zhuǎn)換為直流高壓。倍壓電路通過電容串聯(lián)充電、并聯(lián)放電的原理實現(xiàn)電壓倍增,同時利用硅堆的單向?qū)щ娦酝瓿烧鳌?/div>
  電壓穩(wěn)定與反饋控制
  采用閉環(huán)反饋控制技術(shù),通過電壓傳感器實時監(jiān)測輸出電壓,并與設(shè)定值比較。誤差信號經(jīng)PWM(脈寬調(diào)制)控制器調(diào)整IGBT的導(dǎo)通占空比,動態(tài)調(diào)節(jié)輸出電壓,確保穩(wěn)定性優(yōu)于0.1%。部分設(shè)備還引入0.75倍電壓鎖定功能,便于氧化鋅避雷器試驗。
  二、拓撲結(jié)構(gòu)
  半橋隔離變換器
  由兩個IGBT、兩個電容和變壓器構(gòu)成。通過交替導(dǎo)通IGBT,在變壓器原邊產(chǎn)生交變電壓,副邊經(jīng)倍壓整流輸出高壓。該結(jié)構(gòu)成本低、抗不平衡能力強,但輸出功率受限(通常≤700W),適用于中小功率場景。
  全橋變換電路
  采用四個IGBT構(gòu)成H橋,變壓器原邊電壓為輸入直流電壓,輸出功率可達2000W以上。全橋結(jié)構(gòu)驅(qū)動復(fù)雜,但開關(guān)管耐壓要求低,適合高功率需求(如電力電纜耐壓試驗)。
  串級倍壓電路
  將多級倍壓整流單元串聯(lián),空載輸出電壓可達2nUm(n為級數(shù),Um為交流峰值電壓)。受電壓降落和脈動系數(shù)限制,級數(shù)通常不超過5級,最高輸出電壓約2MV,適用于特高壓試驗。
  三、技術(shù)優(yōu)勢
  高頻化:提升功率密度,減小設(shè)備體積。
  模塊化設(shè)計:支持分節(jié)式結(jié)構(gòu),兼容高低電壓等級(如單節(jié)100kV/4mA,兩節(jié)200kV/2mA)。
  多重保護:集成過壓、過流、零位合閘、斷線保護及接地不良報警功能,確保操作安全。
  智能化控制:采用單片機或DSP實現(xiàn)參數(shù)顯示、故障診斷及遠程通訊,提升用戶體驗。