Устройство для формирования испытательного напряжения

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля напряжения пробоя жидких и твердых диэлектриков. Устройство для формирования испытательного напряжения содержит задающий генератор, усилитель мощности, регулируемый источник питания, высокочастотный трансформатор, выходной высоковольтный блок, объект испытаний, датчик тока, компаратор, промежуточный высоковольтный блок, который содержит изолирующий трансформатор, умножитель напряжения и накопитель энергии. Достигаемый технический результат - расширение диапазона изменения испытательного напряжения, возможность экстренного отключения напряжения от испытуемого объекта в момент возникновения пробоя. 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля напряжения пробоя жидких и твердых диэлектриков.

Известно устройство для получения испытательного напряжения (авт.св. СССР N 894611, М.кл.⁶ G 01 R 31/14, 1981 г.), содержащее генератор синусоидального напряжения, выход которого подключен к усилителю мощности, нагруженному на первичную обмотку высоковольтного трансформатора, на вторичной обмотке которого формируется испытательное переменное напряжение. Питание усилителя мощности осуществляется от источника линейно изменяющегося напряжения.

Недостатками данного устройства являются: необходимость в громоздком и сложном в изготовлении высоковольтном трансформаторе при получении напряжения > 40 кВ, низкий КПД источника регулируемого напряжения, отсутствие экстренного отключения напряжения от объекта испытаний в момент пробоя диэлектрика.

Известно устройство для контроля витковой и корпусной изоляции высоковольтных двигателей (авт.св. СССР N 1780061, М.кл.⁶ G 01 R 31/14, 1992 г.), выбранное за прототип, содержащее задающий генератор, подключенный к управляющему входу усилителя мощности, питание на который подается от регулируемого источника напряжения, а выход нагружен на первичную обмотку высокочастотного трансформатора, вторичная обмотка которого подключена через умножитель напряжения к накопителю энергии, на высоковольтном выводе которого и формируется испытательное напряжение.

Недостатками устройства являются: ограниченный (24 кВ) диапазон изменения выходного напряжения, отсутствие возможности оптимальной по мощности компоновки источника испытательного напряжения, отсутствие экстренного отключения источника напряжения от объекта испытаний в момент пробоя.

Задачей изобретения является расширение диапазона изменения испытательного напряжения (> 24 кВ), возможность построения оптимальных по мощности источников испытательного напряжения, экстренное отключение напряжения от испытуемого объекта в момент возникновения пробоя.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для формирования испытательного напряжения, содержащее задающий генератор, подключенный своим выходом к управляющему входу усилителя мощности, питающий вход которого связан с входом регулируемого источника питания, а выход нагружен на первичную обмотку высокочастотного трансформатора, выходной высоковольтный блок, клемма высокого напряжения которого связана с клеммой высокого напряжения объекта испытаний, клемма низкого напряжения которого через датчик тока связана с зажимом заземления устройства, причем выходной высоковольтный блок содержит умножитель напряжения и накопитель энергии, низковольтный вывод которого связан с клеммой низкого напряжения выходного высоковольтного блока, а высоковольтный вывод - с его клеммой высокого напряжения и с выходом умножителя напряжения, вход которого является входом выходного высоковольтного блока, дополнительно введены компаратор, подключенный первым входом к датчику тока, вторым входом - к внешнему источнику порогового напряжения, а выходом - к входу обнуления регулируемого источника питания, вход управления которого подключен к внешнему устройству, промежуточный высоковольтный блок, соединенный своим входом с выходом высокочастотного трансформатора, клеммой низкого напряжения - с зажимом заземления устройства, клеммой высокого напряжения - с клеммой низкого напряжения выходного высоковольтного блока, а своим выходом - с входом выходного высоковольтного блока, причем промежуточный высоковольтный блок содержит изолирующий трансформатор, выход которого является выходом промежуточного высоковольтного блока, последовательно соединенные умножитель напряжения и накопитель энергии, низковольтный вывод которого соединен с клеммой низкого напряжения промежуточного высоковольтного блока, высоковольтный вывод подключен к его клемме высокого напряжения и выходу умножителя напряжения, вход которого связан в входом изолирующего трансформатора и является входом промежуточного высоковольтного блока.

Такое выполнение устройства позволяет расширить диапазон испытательных напряжений за пределы максимально возможного (25 кВ), получаемого применением малогабаритных высокочастотных унифицированных узлов: строчного трансформатора ТВС 110 ПУ15, умножителя напряжения УН-9/27-1,3 А.

Реально возможно получить 4-кратное увеличение испытательного напряжения путем последовательного соединения трех промежуточных высоковольтных блоков и одного выходного высоковольтного блока. Кроме того, обеспечивается возможность компоновать оптимальные по мощности источники питания, имея в наборе несколько промежуточных высоковольтных блоков.

Сравнение заявленного решения с прототипом показало наличие таких отличительных признаков: промежуточный высоковольтный блок, компаратор и связи между ними. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "новизна".

При изучении других технических решений в данной области не было обнаружено совокупности существенных признаков, обеспечивающих такое же качество, как в заявляемом решении, а именно широкий диапазон испытательных напряжений при низких весогабаритных параметрах, возможность компоновки оптимальной по мощности структуры источника испытательного напряжения, а также экстренное отключение источника напряжения от объекта испытаний в момент возникновения пробоя.

На чертеже приведена блок-схема устройства. Устройство содержит задающий генератор 1, выход которого подключен к управляющему входу усилителя мощности 2, питающий вход которого связан с выходом регулируемого источника питания 3, а выход соединен с первичной обмоткой высокочастотного трансформатора 4, вторичная обмотка которого подключена к входу промежуточного высоковольтного блока 5, клемма низкого напряжения которого подключена к зажиму заземления устройства, а клемма высокого напряжения и выход подключены соответственно к клемме низкого напряжения и входу выходного высоковольтного блока 6, клемма высокого напряжения которого соединена с клеммой высокого напряжения объекта испытания 7, клемма низкого напряжения которого соединена с первым входом компаратора 8, а через датчик тока 9 - с зажимом заземления устройства. Второй вход компаратора 8 подключен к внешней шине задания порогового уровня тока, а выход соединен с входом обнуления регулируемого источника питания 3, вход задания высокого напряжения которого подключен к внешней шине управления. Промежуточный высоковольтный блок 5 состоит из изолирующего трансформатора 10, первичная отмотка которого связана с входом умножителя напряжения 11 и является входом промежуточного высоковольтного блока 5. Вторичная обмотка изолирующего трансформатора 10 является выходом промежуточного высоковольтного блока 5. Выход умножителя напряжения 11 подключен к высоковольтному выводу накопителя энергии 12 и к клемме высокого напряжения промежуточного высоковольтного блока 5. Низковольтный вывод накопителя энергии 12 соединен с клеммой низкого напряжения промежуточного высоковольтного блока 5. Выходной высоковольтный блок 6 содержит умножитель напряжения 13, выход которого подключен к клемме высокого напряжения выходного высоковольтного блока 6 и к высоковольтному выводу накопителя энергии 14. Низковольтный вывод накопителя энергии 14 и вход умножителя напряжения 13 связаны соответственно с клеммой низкого напряжения и с входом выходного высоковольтного блока 6. Регулируемый источник питания выполнен в виде сетевого трансформатора и выпрямителя, к выходу которого подключен импульсный стабилизатор напряжения с регулируемой по внешней шине управления величиной выходного напряжения и возможностью сброса выходного напряжения по сигналу, поступающему на вход обнуления. Выполнение регулируемого источника питания 3 в виде линейного стабилизатора менее экономично. Дополнительные обмотки сетевого трансформатора используются для питания схемы управления устройства. Усилитель мощности 2 может быть выполнен как по двухтактной, так и по однотактной схеме. Наиболее оптимальной авторы считают полумостовую однотактную схему построения усилителя мощности 2. В качестве высокочастотного трансформатора может быть применен унифицированный трансформатор строчной развертки ТВС 110ПЦ15. В промежуточном высоковольтном блоке 5 и выходном высоковольтном блоке 6 также применены унифицированные детали. Умножитель напряжения 11 - УН9/27-1,3 А, накопитель энергии 12 - К15-4-470 пФ х 30 кВ. Изолирующий трансформатор выполнен на сердечнике унифицированного строчного трансформатора ТВС 110 ЛА. В качестве первичной и вторичной обмоток применены высоковольтные катушки строчного трансформатора ТВС 110 ЛА. Таким образом, коэффициент трансформации изолирующего трансформатора обеспечивается равным 1, а сопротивление изоляции между первичной и вторичной обмотками - не менее 20 ... 30 кВ. Задающий генератор может быть выполнен на базе интегрального таймера К1006ВИ1.

Устройство работает следующим образом.

После включения питания на выходе регулируемого источника питания 3 устанавливается нулевой уровень. Задающий генератор 1 начинает функционировать, но на выходе усилителя мощности 2 и клемме высокого напряжения объекта испытания 7 присутствует нулевой уровень. Повышение уровня напряжения на шине управления регулируемого источника питания 3 вызывает появление на выходе усилителя мощности 2 высокочастотных, 20 ... 30 кГц, импульсов, инициируемых задающим генератором 1. Амплитуда импульсов на вторичной обмотке высокочастотного трансформатора 2 увеличена в соответствии с коэффициентом трансформации последнего. Вторая ступень повышения напряжения обеспечивается промежуточным высоковольтным блоком 5, а именно умножителем напряжения 11 и накопителем энергии 12, на высоковольтном выводе которого создается относительно земляного зажима устройства умноженное и выпрямленное напряжение постоянного тока. Кроме того, на вторичной обмотке изолирующего трансформатора 10 формируются высокочастотные импульсы с амплитудой, равной амплитуде импульсов на входе умножителя 11, но изолированные от входа последнего. Это позволяет соединить один вывод вторичной обмотки изолирующего трансформатора 10 с высоковольтным выводом накопителя энергии 12, а второй ее вывод подключить к входу умножителя напряжения 13 выходного высоковольтного блока 6, в результате чего напряжение на высоковольтном выводе накопителя энергии 14 выходного высоковольтного блока 6 создается относительно высоковольтного вывода накопителя 12 промежуточного высоковольтного блока 5. Таким образом, третья ступень увеличения напряжения обеспечивается выходным высоковольтным блоком в соответствии с коэффициентом умножения умножителя 13. К клемме высокого напряжения объекта испытаний 7 прикладывается сумма напряжений на накопителе энергии 12 промежуточного высоковольтного блока 5 и накопителе энергии 14 выходного высоковольтного блока 6.

Максимальное напряжение, которое может быть создано с использованием унифицированных малогабаритных высокочастотных узлов, возросло до 40 кВ. Причем переменное напряжение 8 кВ формируется на выходе высокочастотного трансформатора 4, выпрямленное напряжение 24 кВ формируется на клемме высокого напряжения промежуточного высоковольтного блока 5, и выпрямленное напряжение 48 кВ формируется на клемме высокого напряжения выходного высоковольтного блока 6. При достижении напряжения на клемме высокого напряжения объекта испытаний 7 напряжения пробоя ток через датчик тока 9 резко возрастает, что вызывает увеличение напряжения на первом входе компаратора 8, напряжение на втором входе которого определяет порог его срабатывания. Сигнал с выхода компаратора 8 вызывает сброс напряжения на выходе регулируемого источника питания 3 в момент возникновения пробоя.

Формула изобретения

Устройство для формирования испытательного напряжения, содержащее задающий генератор, подключенный своим выходом к управляющему входу усилителя мощности, питающий вход которого связан с выходом регулируемого источника питания, а выход нагружен на первичную обмотку высокочастотного трансформатора выходной высоковольтный блок, клемма высокого напряжения которого связана с клеммой высокого напряжения объекта испытаний, клемма низкого напряжения которого через датчик тока связана с зажимом заземления устройства, причем выходной высоковольтный блок содержит умножитель напряжения и накопитель энергии, низковольтный вывод которого связан с клеммой низкого напряжения выходного высоковольтного блока, а высоковольтный вывод - с его клеммой высокого напряжения и с выходом умножителя напряжения, вход которого является входом выходного высоковольтного блока, отличающееся тем, что в него дополнительно введены компаратор, подключенный первым входом к датчику тока, вторым входом - к внешнему источнику порогового напряжения, а выходом - к входу обнуления регулируемого источника питания, вход управления которого подключен к внешнему устройству, промежуточный высоковольтный блок, соединенный своим входом с выходом высокочастотного трансформатора, клеммой низкого напряжения - с зажимом заземления устройства, клеммой высокого напряжения - с клеммой низкого напряжения выходного высоковольтного блока, а своим выходом - с входом выходного высоковольтного блока, причем промежуточный высоковольтный блок содержит изолирующий трансформатор, выход которого является выходом промежуточного высоковольтного блока, последовательно соединенные умножитель напряжения и накопитель энергии, низковольтный вывод которого соединен с клеммой низкого напряжения промежуточного высоковольтного блока, высоковольтный вывод подключен к его клемме высокого напряжения и выходу умножителя напряжения, вход которого связан с входом изолирующего трансформатора и является входом промежуточного высоковольтного блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1