一种叠层式超低频高压发生器

技术领域

本发明属于电子和高压测量技术领域，具体涉及一种叠层式超低频高压发生器。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

超低频高压发生器是进行超低频绝缘耐压试验的仪器，超低频绝缘耐压试验实际上是工频耐压试验的一种替代方法。对大型发电机、电缆等试品进行工频耐压试验时，可以代替大容量谐振变压器。超低频高压发生器接合了现代数字变频先进技术，采用微机控制，升压、降压、测量、保护完全自动化。由于全电子化，所以体积小重量轻、大屏幕电容屏触摸屏液晶显示，清晰直观、且能显示输出波形、打印试验报告。

对高压电缆或者其它大电容量高压电力设备进行交流耐压试验时，传统上采用工频频率，但是这种工频试验设备极其笨重。由于试验需要的电源容量与频率成正比，因此出现了采用超低频工作的耐压试验设备，例如，50Hz下需要500kVA的试验电源容量，在采用0.1Hz时只需要1kVA，因此试验设备重量由几吨降低到几十公斤，相应造价也大大降低。

据发明人了解，现有的超低频高压发生器，均采用工频高压变压器一次性升压，再采用高压电子开关实现整流或换向的方法，实现超低频高压输出；但是，这种结构对各部件的绝缘和耐压要求很高，不仅结构复杂成本高，采用两级串联也只能达到80kV，提高输出电压十分困难。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种叠层式超低频高压发生器，采用片状单元，将若干片状单元叠层安装达到所需的高压，可通过增加磁棒柱长度和片状单元数量来任意提高电压；整个结构十分简洁，不需要专用的高压部件，大大降低了成本，采用高频驱动，大大减轻了重量。

根据一些实施例，本发明的方案提供了一种叠层式超低频高压发生器，采用如下技术方案：

一种叠层式超低频高压发生器，包括第一磁棒柱、第二磁棒柱以及套设在所述第一磁棒柱和所述第二磁棒柱上的呈叠层式串联结构分布的若干个片状单元；其中，所述第一磁棒柱和所述第二磁棒柱结构设置相同，套设在所述第一磁棒柱和所述第二磁棒柱上的相邻的片状单元之间分别通过连接触点连接；所述第一磁棒柱包括磁棒、绕设在第一磁棒上的一次线圈以及套设在绕设有一次线圈的第一磁棒外侧的绝缘套管；

所述第一磁棒柱的一次线圈连接高频驱动电路的正半周驱动输出，所述第二磁棒柱的一次线圈连接高频驱动电路的负半周驱动输出，通过高频驱动电路分别驱动第一磁棒柱和第二磁棒柱，实现正负高压输出，得到所需的高压输出波形。

作为进一步的技术限定，所述片状单元采用电路板结构，所述电路板结构上印设有二次线圈和整流滤波放电电路。

进一步的，所述电路板结构上开设有用于套设所述第一磁棒柱和所述第二磁棒柱的通孔。

进一步的，所述整流滤波放电电路采用倍压整流电路。

进一步的，所述整流滤波放电电路包括整流二极管、滤波电容和放电回路；所述放电回路采用电阻或晶体管。

进一步的，所述第一磁棒柱的一次线圈与高频驱动电路的正半周驱动连接，正半周驱动电压在套在所述第一磁棒柱的片状单元的二次线圈中按照匝数比感应出二次电压，整流滤波后输出正高压，当一次线圈驱动电压降低时，基于放电电路同步降低正半周的高压；所述第二磁棒柱的一次线圈与高频驱动电路的负半周驱动连接，负半周驱动电压在套在所述第二磁棒柱的片状单元的二次线圈中按照匝数比感应出二次电压，整流滤波后输出负高压，当一次线圈驱动电压降低时，基于放电电路同步降低负半周的高压。

作为进一步的技术限定，靠近高压端的所述绝缘套管的一端呈绝缘密封状。

作为进一步的技术限定，所述绝缘套管采用聚四氟乙烯绝缘管。

作为进一步的技术限定，所述第一磁棒柱和所述第二磁棒柱的长度可调，套设在磁棒柱上的片状单元的数量可调。

作为进一步的技术限定，通过增加第一磁棒柱和第二磁棒柱的数量来增加输出电流。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明中的各个片状单元与磁棒柱融为一体，磁棒柱一次线圈只需要最高几百V的高频电压驱动，每个片状单元只需要输出最大±2kV，整个电路只需要成熟的低压电子元件实现，因此具有很高的可靠性。高频工作时每个片状单元只需要匝数很少的二次线圈，因此不存在分布电容引起的高频谐振现象，输出内阻小线性好；采用高频驱动，大大减小了体积和重量。

本发明中的片状单元电路板依次套装在磁棒柱上，相邻电路板之间只有最大2kV左右的电压，随着叠层数量增加，绝缘距离和输出电压依次提高，这种结构具有天然的高安全性和高可靠性；整个结构仅由聚四氟乙烯管提供绝缘，简单可靠。电路板叠加套装在磁棒柱上，电路板间隙形成散热通道，采用风冷就能很好的控制温升。

本发明中的片状单元套装在磁棒柱上，只要增加片状单元的数量和磁棒柱的长度便可提高输出电压，增加磁棒柱的数量便可提高输出电流，因此可以非常方便的修改设计以适应各种电压、电流等级要求。由于磁棒柱几乎不会损坏，也不需要灌封，且片状单元采用印制线圈和贴片元件便于自动化生产，因此大大简化了生产工艺。

附图说明

构成本实施例的一部分的说明书附图用来提供对本实施例的进一步理解，本实施例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，并不构成对本实施例的不当限定。

图1为本发明实施例中的叠层式超低频高压发生器的结构示意图；

图2为本发明实施例中的片状单元结构示意图；

图3为本发明实施例中的双线圈片状单元结构示意图；

其中，1、片状单元；2、二次线圈；3、整流滤波放电电路；4、连接触点；5、磁棒柱；6、磁棒；7、一次线圈；8、聚四氟乙烯套管。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本实发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

实施例

本发明实施例介绍了一种叠层式超低频高压发生器。

如图1所示的叠层式超低频高压发生器，包括片状单元1和磁棒柱5，片状单元包含印刷在电路板上的二次线圈2、整流滤波放电电路3和连接触点4，磁棒柱5包括绕在磁棒6上的一次线圈7和聚四氟乙烯绝缘管8。若干片状单元套装在磁棒柱上，形成串联结构。

作为一种或多种实施方式，片状单元1为电路板，包括由二次线圈2和整流滤波放电电路3组成的两个电源A和B，其中A用于输出正电压，B用于输出负电压，两个电源反向串联，并通过连接触点4和另一侧接触点引出，以便输出正负电压；片状单元1的二次线圈2印制在电路板上，中间开有圆孔以便穿过磁棒柱；二次线圈2可以印制在片状单元1的电路板上；为了减小线圈面积(二次线圈一般需要四层以上电路板印刷制作，单独的二次线圈电路板主要是为了降低成本，如果整块电路板采用四层板工艺，造价提高10倍，6层以上板更贵；多层电路板可减小线圈面积，片状单元可以使用金属基板，金属基板是单层板，不能印制线圈)，也可以单独印制在一块多层电路板上，然后再安装在片状单元1的电路板上，此时，片状单元1可以采用金属基板的电路板以提高散热能力。片状单元1的整流滤波放电电路3包括整流二极管D、滤波电容C和放电回路R组成；整流滤波放电电路3为普通成熟电路，可以采用倍压整流电路，以减少二次线圈匝数，放电回路R即可以采用电阻，也可以采用晶体管实现；整流滤波放电电路3采用贴片元件以减小片状单元1的厚度。

作为一种或多种实施方式，片状单元1可使用多个二次线圈2和多根磁棒柱5分别为其电源A和B供电，以实现大电流输出。

本实施例中的磁棒柱5包括磁棒6、一次线圈7和聚四氟乙烯管8；其中，磁棒6为铁氧体或其它磁性材料，一次线圈7绕在磁棒6上，聚四氟乙烯管8套在绕好一次线圈的磁棒上，聚四氟乙烯管在高压一端的端口被堵死，以防止对高压输出端漏电。

整个电路分为左A、右B两部分，其中磁棒柱A的一次线圈与高频驱动电路的正半周驱动连接，正半周驱动电压在所有的片状单元左侧的二次线圈中按照匝数比感应出二次电压，经过整流滤波后输出正高压，当一次线圈驱动电压降低时，放电电路R使得正高压同步降低；右侧电路具有相似的功能，只是在负半周驱动下输出负的高压。

每个片状单元只需要输出最高±2kV左右的高压，N个片状单元串联，可实现最高±2kV×N的高压输出。

一般的超低频高压发生器大约需要20mA的输出电流，此时采用单根磁棒柱即可满足要求，如果需要更大电流时，可以采用多个二次线圈和多根磁棒柱实现。

作为另一种实施方式，一种叠层式超低频高压发生器，片状单元二次线圈采用单独的四层电路板印刷制作，如图2所示，每个线圈120匝。磁棒柱5为φ35*140mm锰锌铁氧体磁棒，外面用三股0.6mm三层绝缘线均匀并绕30圈，磁棒外部套有内径38mm厚度2mm的聚四氟乙烯绝缘管，绝缘管高压端堵死，磁棒柱驱动信号为频率20kHz幅度可调的高频电压，高频电压最大约500Vpp(峰峰值)，按照30:120的匝数比在二次线圈感应出2kVpp电压，经过整流，最大输出电压为2kV。每个片状单元由两个反向串联的2kV电源组成，在磁棒柱的驱动下，可以获得最大±2kV/20mA的输出；

片状单元电路板共18块套入两根磁棒柱形成串联结构的片状单元组，电路板间距6.5mm，总叠层厚度约110mm。在强制风冷条件下，该叠层式超低频高压发生器可以在最大输出±36kV/20mA/0.1Hz正弦波情况下连续工作。通过高压电压检测，可以借助于负反馈进一步提高输出高压电压精度和减小高压波形失真。

作为另一种实施方式，一种叠层式超低频高压发生器，片状单元的每个二次线圈由两个线圈组成，如图3所示，采用与片状单元一体的双层电路板印刷制作，共120匝。磁棒柱5为φ35*440mm锰锌铁氧体磁棒，外面用1mm三层绝缘线分别绕10个30圈的线圈，然后10个线圈并联，磁棒外部套有内径40mm厚度5mm的聚四氟乙烯绝缘管，绝缘管高压端堵死，磁棒柱驱动信号为频率20kHz幅度可调的高频电压，高频电压最大约500pp(峰峰值)，按照30:120的匝数比在二次线圈感应出2kVpp电压，经过整流，最大输出电压为2kV。每个片状单元由两个反向串联的2kV电源组成，分别在左侧两根磁棒柱和右侧两根磁棒柱的驱动下，可以获得最大±2kV/40mA的输出；片状单元电路板共50块套入四根磁棒柱形成串联结构的片状单元组，电路板间距8mm。在强制风冷条件下，该叠层式超低频高压发生器可以在最大输出±100kV/40mA/0.1Hz正弦波情况下连续工作；通过高压电压检测，可以借助于负反馈进一步提高输出高压电压精度和减小高压波形失真。

本实施例提供了一种叠层式超低频高压发生器，采用片状单元，每个片状单元只需要产生约±2kV超低频电压，将若干片状单元叠层安装达到所需的高压。绕有一次线圈的磁棒包在聚四氟乙烯绝缘管中形成磁棒柱，插入片状单元叠层中，一根(或多根)磁棒柱提供正高压输出，另一根(或多根)磁棒柱提供负高压输出。整个结构仅由聚四氟乙烯管提供绝缘，简单可靠。增加磁棒柱长度和片状单元数量，可以任意提高电压，增加磁棒柱的数量，可以任意提高电流,整个结构十分简洁，不需要专用的高压部件，大大降低了成本，采用高频驱动，大大减轻了重量。

以上所述仅为本实施例的优选实施例而已，并不用于限制本实施例，对于本领域的技术人员来说，本实施例可以有各种更改和变化。凡在本实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实施例的保护范围之内。