2直流高电压试验设备

可见经6.25周期（0.125s）即已基本充电到
2Um, 之后D1、D2完全处于截止状态。
无负载时倍压电路稳态工作原理
点1电位以正弦波在2UM ～0间波动； 点3电位以正弦波在－UM ～UM间波动 。
4.2.2 带负载时的电路分析计算
t1时：C1送出电荷Q1，一部分 对C2充电Q2；一部分对负荷 放电△Q ；Q1=Q2+ △Q； t2时：C2对负荷放电Q2 ；
2、高压杂散电容Ch，使电压分布不均，越接近接地
端的硅二极管承受的反压越大。
3、综合Ce、Ch作用及Ce>Ch，硅堆上的电压分布为
两端大中间小，而承受反压大的单管在高压端附近，以 高压端第一个单管为最大。
4、Cr大或 Rr小（容抗、电阻小），Ce、Ch作用相
对减小，电压分布均匀些。
3.1 硅堆的均压措施
第一篇 稳态高电压试验设备
第二章 直流高电压试验设备
主要内容
1. 简单整流回路 2. 高压硅整流器（硅堆） 3. 倍压整流电路 4. 直流高压串级发生器 5. 小型化的直流高压发生器
概述
一、为什么需要直流高压试验设备
1、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； 2、直流高压输电的发展，需各种直流高压试验；
R选择：使硅堆瞬间过载电流（峰）≥事故电流峰值。
1.1.2 直流高压的基本参数
① 额定直流电压：
U dT 10 Tu(t)d tU m2 aU xmi nU a
② 额定直流电流 ：
③ 电压纹波幅值: ④ 电压纹波系数：
(ripple factor)
Id
Ud Rx
U
UmaxUmin 2
S U Ud
④该电路为串级直流装置基本单元。
4.2.1 无负载时倍压电路工作原理
① 无负载时倍压电路暂态工作原理
无负载时倍压电路暂态工作原理
无负载时倍压电路暂态工作原理
下一周期：
Uc2CU m2C 183 CU m1 2Um1 26 9 Um
再下一周期：
U c2Cm U 2 1 C 2C 6 9m U 1 2 U m3 6U 2 1 m 1 6U 2 4 m 51 22 U 5m 8 3
Q2:试验变压器在t1时间对电容内的充电电荷；
Δ Q:在t1时间流经试品的放电电荷； Q1 = Q2 +Δ Q
平均电流：
Id
Q1 T
纹波幅值：
U 1 Q2
2C
1.1.3 整流电路的计算
平均电流：
Id
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Q1 T
纹波幅值：
UQ2 Q1 IdT Id
2C 2C 2C 2fC
电压纹波系数： SU Id T
2、正向压降Uf
硅堆通过正向电流为额定值 If 时在硅堆两端的压降。
3、额定反峰电压Ur
硅堆截止时在硅堆两端允许出现的最高反向工作电 压峰值。
2.1 高压硅堆基本参数
4、反向平均电流Ir：
在最高反的工作电压作用下流过管子的反向电流平 均值。
5、额定过载电流（Is）：
负载击穿或闪络时，硅堆能够允许的短时过载电流 平均值。
缺点：
为得到更高电压需提高 变压器、硅堆、电容器 的工作电压。
② 硅堆反峰电压为： 2 2UT
电路输出电压为：
③该电路为绝缘芯变压器串级直 流装置的基本单元。
4.2 倍压电路
特点：
① 变压器T一端接地；
② 硅堆反峰电压为： 电路输出电压为：
2
2U T
③ C1峰值电压: C2峰值电压:
2U T 2 2U T
① ② ④ 为基本技术参数。
1.1.2 直流高压的基本参数
⑤ 输出电压降： 无负载输出电压值与带载时的最大电压之差。
U 2UT Umax
⑥ 输出平均电压降： 无负载输出电压与负载时的直流平均电压之差。
Ua 2UTUd
1.1.3 整流电路的计算
半波整流电压输出波形
1.1.3 整流电路的计算
Q1:试验变压器在t1时间内的充电电荷；
1、减少串联的管数n； （而n的减少受单管制造水平和限制）。
2、单管两端并联大电容和小电阻，强迫均压； （但使输出的脉动增加）。
3、用高压雪崩型整流元件，击穿时动态电阻减小， 自动均压。
4 倍压电路
4.1 半波整流叠加倍压电路
特点：
① 变压器T次级电压UT，A、A
点点对地绝缘分别为2 2UT，2UT
6、额定工作频率：
工频高压硅堆（2DL）< 3kHz 高频高压硅堆（2DGL）> 3kHz
2.2 高压硅堆使用中的问题
1、在自然冷却下的 If ，若油冷，If可约提高一倍。
2、在高于室温的较高环境温度下工作时，硅堆的If应
相应降低。
3、PN结的功率损耗对结部加热使结温升高。而结温 还与电流波形的反向电压有关。如非正弦的矩形波时，
If应↓，反向电压较高，反向电流<Ir。
3 硅堆的电压分布和均压措施
3.1 硅堆的电压分布
硅堆反向运行等效电路图
Ch：单管与高压端部分电容； Ce：单管与地部分电容
Rr：MΩ~几千MΩ；
Cr：等效电容，pF级
3.1 硅堆的电压分布
1、对地电容Ce，使得电压分布不均，越靠近高压端
的硅二极管承受的反压越大。
Ud 2fCdU2RxC
1.1.3 整流电路的计算
工频试变容量估算：WT=（2～2.5）UdId C额定电压： Uc 2UTUdUa
2 高压硅堆
2.1 高压硅堆基本参数
硅二极管正、方向伏安特性
2.1 高压硅堆基本参数
1、额定整流电流If
通过硅堆的正向电流在一个周期内的平均值，运行
中应选择硅堆 If ≥ Id。
3、直流高压设备作用为冲击发生器的电源；
4、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。
概述
二、产生直流高压的方法
简单整流
AC转换为DC
倍压整流 串级直流
绝缘芯变压器的串级直流 直流高压：
特殊直流（AC→DC→高频AC→DC）
静电发生器（机构能→电能，VQ，如皮带驱动静电发生器） C
1 简单整流回路
➢ 半波整流 ➢ 直流高压的基本参数 ➢ 整流电路的计算
1.1 半波整流
1.1.1 半波整流电路(Half-Wave Rectifier Circuit)
T-试验变压器； D－整流元件（硅堆）； R-保护电阻； C-滤波电容器； Rx－试品；
半波整流电路
保护电阻R作用
① 限制试品Rx（或C）闪络时的过电流，保护D、T。 ② 限制电源向C突然充电时的电流，保护D、T。 ③ R和C抑制试验中瞬态过程的过电压。