直流高压发生器原理剖析与选型要点详解丨中科新仪

直流高压发生器的原理

直流高压发生器是一种将低压交流电转换为高压直流电的装置，广泛应用于电气设备绝缘测试、避雷器试验、电缆测试等领域。其核心原理基于倍压整流技术，通过电容储能和电压叠加实现高压输出。

1. 整流与滤波
输入的低压交流电首先经过整流电路转换为脉动直流电，再通过滤波电路（如电容滤波）平滑波形，减少纹波。

2. 倍压整流
倍压整流是直流高压发生器的核心技术。通过多级电容-二极管电路，利用电容的储能特性和二极管的单向导电性，将电压逐级叠加。例如，两级倍压电路可将输入电压提升两倍，三级则提升三倍，依此类推。

3. 电压调节与控制
通过调节变压器变比或倍压级数，可改变输出电压。现代直流高压发生器通常配备反馈控制系统，实时监测输出电压并调整电路参数，确保输出稳定。

4. 保护机制
为防止过压、过流或短路损坏设备，直流高压发生器内置多种保护功能，如过压保护、过流保护、接地保护等。

直流高压发生器的选型

选型时需根据具体应用需求，综合考虑以下关键参数：

1. 输出电压与电流

• 电压范围：根据被测设备的额定电压选择。例如，氧化锌避雷器试验通常需要75-200 kV，电缆试验可能需要100-300 kV。
• 电流能力：根据泄漏电流测试需求选择。例如，氧化锌避雷器试验通常需要2 mA，电缆试验可能需要5 mA或更高。

2. 纹波系数

• 纹波系数反映了输出电压的波动程度。高精度测试（如避雷器试验）要求纹波系数≤1%，一般绝缘测试可接受≤3%。

3. 极性选择

• 直流高压发生器可输出正极性或负极性电压。负极性电压更接近实际运行工况，尤其适用于户外绝缘子测试。

4. 体积与重量

• 便携式设备适用于现场测试，需关注体积和重量；实验室用设备则更注重性能和稳定性。

5. 安全与保护功能

• 必须具备过压保护、过流保护、接地保护等功能。高端设备可能还配备电弧检测、声光报警等。

6. 附加功能

• 分压器与微安表：部分设备内置分压器和微安表，方便直接读取电压和电流。
• 0.75倍U1mA功能：专门用于氧化锌避雷器试验，可快速切换至75%额定电压。
• 数据记录与通信：支持USB接口或无线传输，便于数据存储和分析。

7. 环境适应性

• 根据使用环境选择防护等级（如IP54、IP65）和温度范围（如-20℃至+50℃）。

选型示例

示例1：氧化锌避雷器试验

• 需求：输出电压75-200 kV，电流2 mA，纹波系数≤1%，负极性。
• 推荐：选择具备0.75倍U1mA功能、内置分压器和微安表的设备。

示例2：电缆绝缘测试

• 需求：输出电压100-300 kV，电流5 mA，纹波系数≤3%，便携式。
• 推荐：选择体积小、重量轻、具备过压和过流保护的设备。

示例3：实验室用设备

• 需求：高精度、高稳定性，支持长时间连续运行。
• 推荐：选择工业级设备，具备高分辨率显示和多种通信接口。

注意事项

1. 安全第一：高压设备操作需严格遵守安全规程，佩戴绝缘手套和护目镜。
2. 定期校准：确保设备输出电压和电流的准确性，建议每年校准一次。
3. 环境要求：避免在潮湿、多尘或强电磁干扰环境中使用。
4. 维护保养：定期检查电容、二极管等关键部件，及时更换老化元件。

通过合理选型和规范操作，直流高压发生器可为电气设备的安全运行提供可靠保障。