устройство для формирования испытательного напряжения

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.

Описание изобретения к патенту

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.