Gleichstrom-Hochspannungsgeneratoren ermöglichen die Umwandlung von niedriger Spannung in hohe Spannung durch Hochfrequenz-Elektronik, deren Kernprinzip und Topologie auf folgende Aspekte zusammengefasst werden können:
1. Arbeitsprinzip
Korrektur und Umkehr
Eingangsfrequenz Wechselstrom (z. B. 220V / 380V) wird nach der Gleichstromfilterung in Gleichstrom umgewandelt und dann durch eine Vollbrücke- oder Halbbrücke-Umkehrschaltung, die ein IGBT (Isolationsgate Bipolar Transistor) bildet, umgewandelt, um den Gleichstrom in hohe Frequenz Wechselstrom (Frequenz in der Regel 30-100kHz) umzuwandeln. Die hohe Frequenz reduziert das Transformatorvolumen erheblich und erhöht die Leistungsdichte.
Hochdruckerhöhung und -korrektur
Hochfrequenter Wechselstrom wird über einen mittleren Transformator auf Tausende bis Hunderte von Kilovolt angespannt und dann über mehrstufige Siliziumreaktor-Doppelspannungskorrekturkreise wie Cockcroft-Walton-Schaltungen in Gleichspannungshochspannung umgewandelt. Die Doppelspannungsschaltung verdoppelt die Spannung durch das Prinzip der kondensativen seriellen Ladung und der parallelen Entladung und nutzt gleichzeitig die einseitige Leitfähigkeit des Siliziumreaktors, um den Strom zu korrigieren.
Spannungsstabilität und Rückkopplungsregelung
Überwachen Sie die Ausgangsspannung mit einem Spannungssensor in Echtzeit und vergleichen Sie sie mit den eingestellten Werten mit einer geschlossenen Rückkopplungssteuerung. Das Fehlersignal passt das Leitungsverhältnis des IGBT über den PWM-Controller (Pulsbreitenmodulation) an und regelt die Ausgangsspannung dynamisch, um eine bessere Stabilität als 0,1% zu gewährleisten. Einige Geräte haben auch eine 0,75-fache Spannungssperrfunktion eingeführt, um Zinkoxid-Blitzschutzteste zu erleichtern.
II. Topologie
Halbbrücke Isolationswandler
Es besteht aus zwei IGBTs, zwei Kondensatoren und einem Transformator. Durch die abwechselnde Leitung des IGBT wird eine Wechselspannung an der ursprünglichen Seite des Transformators erzeugt, wobei die Nebenseite eine hohe Ausgangsspannung durch die doppelte Spannungsrechtung liefert. Diese Struktur ist kostengünstig und gegen Ungleichgewichte stark, aber die Ausgangsleistung ist begrenzt (in der Regel ≤700W) und eignet sich für kleine und mittlere Leistungsszenarien.
Vollbrückenwechselkreis
Mit vier IGBTs bildet die H-Brücke, die ursprüngliche Spannung des Transformators ist die Eingangs-Gleichstromspannung und die Ausgangsleistung kann über 2000W erreichen. Die gesamte Brückenstruktur ist komplex angetrieben, aber die Druckbeständigkeit der Schaltrohre ist gering und geeignet für hohe Leistungsanforderungen (z. B. Spannungsprüfungen von Stromkabeln).
Kettenklasse-Doppelspannungskreis
Verbinden Sie mehrstufige Doppelspannungskorrektureinheiten in Reihe, so dass die leere Ausgangsspannung bis zu 2nUm erreicht wird (n ist die Reihe, um ist die Wechselstromspitzenspannung). Beschränkt durch den Spannungsanfall und den Pulskoeffizienten, übersteigt die Reihe in der Regel nicht mehr als 5 Stufen, die maximale Ausgangsspannung ist etwa 2MV, geeignet für Ultrahochspannungstests.
3. Technische Vorteile
Hohe Frequenz: Erhöhen Sie die Leistungsdichte und reduzieren Sie das Gerätevolumen.
Modulares Design: Unterstützt die Struktur mit Abschnitten, kompatibel mit hohen und niedrigen Spannungsklassen (z. B. 100 kV/4 mA für einen Abschnitt, 200 kV/2 mA für zwei Abschnitte).
Mehrfachschutz: Integrierte Überspannung, Überstrom, Zero-Bit-Schließung, Abrennungsschutz und schlechte Erdung Alarmfunktionen, um die Betriebssicherheit zu gewährleisten.
Intelligente Steuerung: Parametrische Anzeige, Fehlerbehebung und Fernkommunikation mit Single-Chip oder DSP, um das Benutzererlebnis zu verbessern.