一、中頻直流高壓發(fā)生器的基本定義

中頻直流高壓發(fā)生器又稱高壓發(fā)生器、高壓直流發(fā)生器、直流高壓發(fā)生器、便攜式直流高壓發(fā)生器、高頻直流高壓發(fā)生器、交直流高壓發(fā)生器。它采用中頻倍壓電路，應(yīng)用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)和大功率IGBT器件，根據(jù)電磁兼容性理論，采用特殊屏蔽、隔離和接地等措施。該設(shè)備適用于電力部門、廠礦企業(yè)動力部門、科研單位、鐵路、化工、發(fā)電廠等對氧化鋅避雷器、磁吹避雷器、電力電纜、發(fā)電機(jī)、變壓器、開關(guān)等設(shè)備進(jìn)行直流高壓試驗。

中頻直流高壓發(fā)生器符合國家電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ZBF 24003-90《便攜式直流高壓發(fā)生器通用技術(shù)條件》以及DL/T 848.1—2004《直流高壓發(fā)生器通用技術(shù)條件》的要求。

二、中頻倍壓電路的工作原理

中頻直流高壓發(fā)生器的工作原理建立在“工頻-中頻-高壓”的變換路徑之上。傳統(tǒng)直流高壓發(fā)生器多采用工頻倍壓整流技術(shù)，直接使用50Hz工頻電源，通過調(diào)壓器調(diào)節(jié)電壓，再經(jīng)變壓器升壓和多級倍壓整流得到直流高壓。這種方案設(shè)備體積龐大、重量較重，且升壓效率較低。

現(xiàn)代中頻直流高壓發(fā)生器則采用中頻倍壓電路。其核心流程是：首先將輸入的工頻交流電（AC 220V±10%，50Hz）整流成直流，再由IGBT等功率器件構(gòu)成的逆變電路將其轉(zhuǎn)換成頻率在數(shù)百Hz至數(shù)千Hz的中頻交流電，然后經(jīng)中頻變壓器升壓和倍壓整流得到直流高壓。這一技術(shù)路線的優(yōu)勢在于：中頻升壓的效率高于工頻；中頻變壓器的鐵芯和繞組尺寸遠(yuǎn)小于工頻變壓器，使得設(shè)備整體重量大幅降低。

三、高頻逆變與PWM脈寬調(diào)制技術(shù)

中頻直流高壓發(fā)生器采用了高頻倍壓電路，應(yīng)用了PWM高頻脈寬調(diào)制技術(shù)，閉環(huán)調(diào)整，采用了電壓大反饋，使電壓穩(wěn)定度得到了提高。PWM脈寬調(diào)制技術(shù)通過調(diào)節(jié)開關(guān)管的導(dǎo)通時間比例來控制輸出電壓，具有響應(yīng)速度快、控制精度高的特點。電壓大反饋技術(shù)則將輸出電壓信號實時反饋至控制電路，與設(shè)定值進(jìn)行比較后調(diào)整PWM驅(qū)動信號，形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。

大功率IGBT器件是逆變電路的核心開關(guān)元件。IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）結(jié)合了MOSFET的高輸入阻抗和雙極型晶體管低導(dǎo)通壓降的優(yōu)點，適用于中高頻大功率開關(guān)應(yīng)用。配套的驅(qū)動技術(shù)確保IGBT在安全區(qū)域內(nèi)可靠工作，包括足夠的驅(qū)動功率、合適的柵極電阻以及保護(hù)措施。

根據(jù)電磁兼容性理論，設(shè)備采用特殊屏蔽、隔離和接地等措施。屏蔽措施用于抑制高頻電磁干擾的輻射和傳導(dǎo)；隔離措施將高壓部分與控制部分進(jìn)行電氣隔離，保障操作人員安全；良好的接地設(shè)計則為干擾信號提供低阻抗泄放路徑。

四、結(jié)構(gòu)設(shè)計與便攜化特征

中頻直流高壓發(fā)生器具有輸出功率大、體積小、重量輕的特點。整個儀器便于攜帶，操作方便。其結(jié)構(gòu)通常由控制箱和高壓倍壓筒兩部分組成?？刂葡浒刂齐娐贰@示和操作界面；高壓倍壓筒包含中頻變壓器和倍壓整流電路。分節(jié)式結(jié)構(gòu)設(shè)計是中頻直流高壓發(fā)生器的一項重要特征。以100/200kV/2mA分兩節(jié)為例，單節(jié)時可做100kV/4mA使用，可用于35kV及以下系統(tǒng)電氣設(shè)備直流高壓試驗；兩節(jié)使用時可做200kV/2mA使用，可用于220kV分節(jié)、110kV及以下氧化鋅避雷器直流試驗及交聯(lián)電纜的直流耐壓試驗。這種設(shè)計真正實現(xiàn)了一機(jī)兩用。

機(jī)箱采用鋁合金材料制造?？烧郫B底座設(shè)計進(jìn)一步增強(qiáng)了設(shè)備的便攜性和現(xiàn)場適應(yīng)性。

五、保護(hù)功能體系

中頻直流高壓發(fā)生器具有可靠的過壓、過流及零位合閘保護(hù)功能。具體的保護(hù)功能包括：低壓過流、低壓過壓、高壓過流、高壓過壓、零位保護(hù)、不接地保護(hù)等。電壓保護(hù)值可整定，顯示直觀。

故障取樣采用專用的傳感器，動作時間為納秒級，光隔離元件也為納秒級。在輸出端采用專用傳感器取樣，通過納秒級的光隔離元件和納秒級的模擬開關(guān)，全過程在2微秒內(nèi)將功放電路的推動信號切斷，保證在輸出短路的情況下不損壞功率器件。

設(shè)備還帶有0.75倍電壓鎖存功能，并配有時間繼電器，能在試驗中設(shè)置定時聲訊報警。0.75倍電壓鎖存功能專用于氧化鋅避雷器測試——在測得U1mA后，可一鍵切換至0.75U1mA進(jìn)行泄漏電流測量。

六、性能指標(biāo)與應(yīng)用領(lǐng)域

在輸出性能方面，中頻直流高壓發(fā)生器的紋波系數(shù)小，電壓輸出穩(wěn)定可靠。全量程平滑調(diào)壓，電壓調(diào)節(jié)細(xì)度好，調(diào)節(jié)精度≤0.5%，穩(wěn)定度≤1%，電壓電流誤差為1%（讀數(shù)±0.2kV），電流誤差±1個字。

中頻直流高壓發(fā)生器主要用于研究電氣設(shè)備在直流高電壓下的絕緣強(qiáng)度、直流輸電線路電暈和離子流及其效應(yīng)，以及進(jìn)行交、直流電力設(shè)備的泄漏電流試驗。另外還可以作為其他高壓試驗設(shè)備（如沖擊電壓發(fā)生器、沖擊電流發(fā)生器、振蕩回路等）的電源。在其他科技領(lǐng)域里，如物理學(xué)（加速器、電子顯微鏡等）、電子醫(yī)療設(shè)備（X射線）、工業(yè)應(yīng)用（廢氣沉淀、靜電噴漆等）、電子通信（電視、廣播站）等方面也被廣泛應(yīng)用。