CN101562405B

CN101562405B - 一种多功能高压电源

Info

Publication number: CN101562405B
Application number: CN2009100651088A
Authority: CN
Inventors: 张柯柯; 张占领; 刘珊中; 栗海仙; 刘翠然; 马宁; 岳云; 于华; 王要利; 石红信; 吴志伟; 孙敬
Original assignee: Henan University of Science and Technology
Current assignee: Henan University of Science and Technology
Priority date: 2009-05-25
Filing date: 2009-05-25
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2029-05-25
Also published as: CN101562405A

Abstract

本发明属于特种电源技术领域，公开一种多功能高压电源，其包括变压电路、整流滤波电路、安全保护电路和检测显示电路，变压电路的升压变压器(T2)的副边的一端接所述检测显示电路的电流表后接地，另一端作为多功能高压电源的交流高压输出端；变压电路的高压输出端与整流滤波电路的高压硅堆(D1)正极连接，与高压硅堆(D2)负极连接，高压硅堆(D1)负极作为多功能高压电源的正直流高压输出端，高压硅堆(D2)正极作为多功能高压电源的负直流高压输出端。本发明适用于为工作机构或装置提供不同类型高压电的高压电源。

Description

一种多功能高压电源

技术领域

本发明属于特种电源技术领域，尤其是涉及一种多功能高压电源，适应于为工作机构或装置提供多种类型组合的高压电。

背景技术

为满足高电压环境下工作机构或装置的供电要求，需要由电压、种类和极性的不同组配构成的专门供电电源来适应其工作要求。如已有研究表明，在电场作用下，材料的塑性(电塑性)会得到改善，材料的电塑性与外加电场类型(包括电场强度、种类和极性等)有关。但现有高压供电电源品种单一，不能满足开展外加电场强度、种类和极性等更多影响高温塑性的因素的全面研究，给工作带来诸多的不便。

文献检索表明，现有高压电源形式组合品种单一，电源品种主要是提供单一直流正、负极性电源或单一交流高压电源或单一脉冲电源，且主要是商用电源来满足通用性的需求。而对能够同时满足具有特殊工作要求具有多种功能的专门高压电源，未见文献报道。如在材料塑性研究方面，傅莉等采用输出在0～20kV的商用直流高压电源实现了LY12CZ合金棒状或管状试样的摩擦焊接；兰柏等提供了单一的电源输出频率为10～30kHz连续可调最大输出电压为10kV高频高压交流电源；梁晋昌等设计了脉冲周期为20s的高压脉冲电源；Di.Yang和H.Conrad采用提供的直流电源装置进行了TiAl棒状试样高温压缩变形研究。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种多功能高压电源，其能够输出多种类型高压电，且电压稳定、绝缘性能优良、操作方便、安全可靠。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种多功能高压电源，其包括变压电路、整流滤波电路、安全保护电路和检测显示电路；

所述变压电路包括自耦调压器和升压变压器，自耦调压器的原边接220V交流电源，副边接升压变压器的原边，升压变压器的副边的一端接所述检测显示电路的电流表后接地，另一端作为多功能高压电源的交流高压输出端；

所述整流滤波电路包括两个高压硅堆和两个高电压大电容，其中，一个高压硅堆正极与升压变压器的高压输出端连接，负极作为多功能高压电源的正直流高压输出端；另一个高压硅堆负极与升压变压器的高压输出端连接，正极作为多功能高压电源的负直流高压输出端；两个高电压大电容一端接地，另一端分别与多功能高压电源的正直流高压输出端、负直流高压输出端连接；

所述安全保护电路主要包括过流保护模块，过流保护模块串接在自耦调压器的副边，检测自耦调压器副边流过的电流；

所述检测显示电路主要包括电压表、电流表、分压器，电流表串接在升压变压器的副边的一端，然后接地，检测高压电源主回路的电流；分压器一端与所述多功能高压电源的正直流高压输出端连接，另一端接地；电压表一端接地，另一端接分压器的抽头，电压表通过检测分压器抽头处的电压实现对正直流高压输出端输出电压的检测。

在上述的多功能高压电源中，所述高压硅堆由多个耐压值为1500V以上的二极管串联组成，串接而成的高压硅堆总耐压值不低于15kV。

在上述的多功能高压电源中，所述高电压大电容耐压值为15000V以上，电容值0.1～5μF。

在上述的多功能高压电源中，所述多功能高压电源的正直流高压输出端、负直流高压输出端、交流高压输出端分别与接地端一起使用，分别可以输出0～10000V正直流高压、负直流高压、交流高压。

在上述的多功能高压电源中，所述正直流高压输出端与接地端之间可接两个放电小球，通过调整两个放电小球之间的间隙，使小球放电，在正直流高压输出端输出一定频率和电压值的高压正脉冲，此时正直流高压输出端就成为正脉冲输出端，输出脉冲频率0.1～10Hz，电压100～10000V；放电小球间隙很大时，正直流高压输出端输出正直流高压。

在上述的多功能高压电源中，所述放电小球可以接在正直流高压输出端与接地端之间，也可以接在负直流高压输出端与接地端之间，也可以同时在正直流高压输出端与接地端之间、负直流高压输出端与接地端之间接放电小球。

在上述的多功能高压电源中，所述电流表为毫安电流表，量程为1mA～200mA。

在上述的多功能高压电源中，所述多功能高压电源的正直流高压输出端、负直流高压输出端、交流高压输出端以及接地端中的任意两个可与工作机构或装置的两个电极相连接，在两个电极之间产生不同类型的电场。

所述的多功能高压电源，其还包括放电棒，用于放掉工作机构或装置的电极上的静电和高压电源高压输出端上的静电。

由于采用了如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

该多功能高压电源，其克服了现有的高压供电电源品种单一，不能满足开展外加电场强度、种类和极性等更多影响材料高温塑性的因素的全面研究的不足，适用于为工作机构或装置提供不同类型高压电的高压电源。该高压电源有正直流高压、负直流高压、脉冲高压、交流高压输出端和接地端，任一输出端与接地端配合使用，都可以输出0～10000V高压。

附图说明

图1是本发明的电路方框图；

图2是本发明一实施例的电路原理图；

具体实施方式

如图1、2所示：该多功能高压电源，其包括变压电路、整流滤波电路、安全保护电路和检测显示电路，有正直流高压输出端、负直流高压输出端、交流高压输出端、正脉冲输出端和接地端，其中正直流高压输出端和正脉冲输出端共用一个输出端子；其中，

所述的变压电路包括自耦调压器T1和升压变压器T2，自耦调压器T1的原边接220V交流电源，副边接升压变压器T2的原边，升压变压器的副边的一端接所述检测显示电路的电流表后接地，另一端作为多功能高压电源的交流高压输出端O₁；

所述的整流滤波电路包括两个高压硅堆D1、D2和两个高电压大电容C1、C2，其中，高压硅堆D1正极与升压变压器T2的高压输出端连接，负极作为多功能高压电源的正直流高压输出端O₃；高压硅堆D2负极与升压变压器T2的高压输出端连接，正极作为多功能高压电源的负直流高压输出端O₂；高电压大电容C1、C2一端接地，C1另一端与多功能高压电源的正直流高压输出端连接，C2另一端与多功能高压电源的负直流高压输出端连接；

所述的安全保护电路采用过流保护方式保护，主要包括过流保护模块CM，过流保护模块串接在自耦调压器T1的副边，检测自耦调压器副边流过的瞬时电流值；若该电流值超过设定的电流限制值，则切断自耦调压器T1原边电路，使整个高压电源主回路断电；安全电流保护设定的电流限制值为1～3A，优选1A。

所述检测显示电路主要包括电压表、电流表、分压器，电流表串接在升压变压器的副边的一端，然后接地，检测高压电源主回路的电流，电流表为毫安电流表，其量程为1mA～200mA，如20mA；分压器F一端与多功能高压电源的正直流高压输出端连接，另一端接地；电压表一端接地，另一端接分压器的抽头，电压表通过检测分压器抽头处的电压实现对正直流高压输出端输出电压的检测；当整流滤波电路中两支路的高压硅堆D1、D2电参数、大电容C1、C2的电容值分别相等时，负直流高压输出端的输出电压等于正直流高压输出端的输出电压，交流输出端的输出电压有效值为正直流高压输出端输出电压的91％左右，通过实验测试，可以获得交流输出端输出电压有效值与正直流高压输出端输出电压值之间的准确比例关系。由本实例实验检测结果表明，交流输出端的输出电压有效值约等于正直流高压输出端输出电压的91.5％。

在上述的多功能高压电源中，所述高电压大电容耐压值为15000V以上，电容值0.1～5μF。高电压大电容起滤波作用，使直流高压输出端输出电压值平稳、稳定。

如两个高压硅堆D1、D2分别用16个耐压值为5000V的二极管串联组成，串接而成的高压硅堆反向耐压值为80kV，允许正向电流最大值200mA，两个耐高电压大电容的电容值均为2.2μF。此时，正直流高压输出端、负直流高压输出端输出电压范围为0～10000V，交流输出端输出电压范围为0～11000V，正脉冲输出端输出脉冲频率0.1～10Hz，电压100～10000V。

在上述的多功能高压电源中，所述正直流高压输出端与接地端之间可接两个放电小球X1、X2，通过调整两个放电小球之间的间隙，使小球放电，在正直流高压输出端输出一定频率和电压值的高压正脉冲，此时正直流高压输出端就成为正脉冲输出端，输出脉冲频率0.1～10Hz，电压100～10000V；放电小球间隙很大时，正直流高压输出端输出正直流高压。

在上述的多功能高压电源中，所述多功能高压电源的正直流高压输出端、负直流高压输出端、交流高压输出端以及接地端中的任意两个可与工作机构或装置的两个电极：电极A、电极B相连接，在两个电极之间产生不同类型的电场。两个电极可按如下表1列出的方式连接，在两个电极之间产生不同类型的电场，表1中列出了12种连接方式，但并不限于表1列出的方式，也可根据实验需求采取别的连接方式。如电极A接正直流高压输出端，电极B接接地端，通过调节高压电源的输出电压值可在电极A和电极B之间施加0～10000V正直流电压，可根据电压值和两个电极的形状、尺寸、位置关系、电极间介质的介电常数等计算电场强度。

表1

序号	与电极A接的输出端	与电极B接的输出端	输出电压范围(kV)
				1	正直流高压	负直流高压	0～20
2	正直流高压	地线	0～10
				3	负直流高压	正直流高压	0～20
4	负直流高压	正直流脉冲高压	0～20
				5	负直流高压	地线	0～10
6	交流高压	地线	0～10
				7	正直流脉冲高压	负直流高压	0～20
8	正直流脉冲高压	地线	0～10
				9	地线	正直流高压	0～10
10	地线	负直流高压	0～10
				11	地线	交流高压	0～10
12	地线	正直流脉冲高压	0～10

所述的多功能高压电源，其还包括放电棒，用于放掉工作机构或装置的电极上的静电和高压电源高压输出端上的静电。如用耐高电压(如30000V)绝缘导线与耐高电压绝缘大电阻(如300kΩ电阻)、金属触头串接做成放电棒。工作结束后，先把自耦变压器副边调至零点，然后将放电棒一端(绝缘导线)接接地端，另一端(金属触头)碰触工作机构或装置的电极，即可放掉电极上的静电。

如上所述，通过对附图的说明及相应的具体实施例描述本发明。但应理解的是，其中在实施例中关于高压电源的元件部分的构形和相对布置的描述并不意味着将本发明限定在所公开的特定形式，本方案仅仅是以示例的方式公开，除非另有特别说明。

Claims

1.一种多功能高压电源，其特征在于：其包括变压电路、整流滤波电路、安全保护电路和检测显示电路；

所述变压电路包括自耦调压器T1和升压变压器T2，自耦调压器T1的原边接220V交流电源，副边接升压变压器T2的原边，升压变压器的副边的一端接所述检测显示电路的电流表后接地，另一端作为多功能高压电源的交流高压输出端；

所述整流滤波电路包括两个高压硅堆D1、D2和两个高电压大电容C1、C2，其中，一个高压硅堆D1的正极与升压变压器T2的作为多功能高压电源的交流高压输出端的另一端连接，负极作为多功能高压电源的正直流高压输出端；另一个高压硅堆D2的负极与升压变压器T2的作为多功能高压电源的交流高压输出端的另一端连接，正极作为多功能高压电源的负直流高压输出端；两个高电压大电容C1、C2的一端接地，其中高电压大电容C1的另一端与多功能高压电源的正直流高压输出端连接，高电压大电容C2的另一端与负直流高压输出端连接；

所述安全保护电路包括过流保护模块，过流保护模块CM串接在自耦调压器T1的副边，检测自耦调压器副边流过的电流；

所述检测显示电路包括电压表、电流表、分压器，电流表串接在升压变压器的副边的一端，然后接地，检测高压电源主回路的电流；分压器F一端与多功能高压电源的正直流高压输出端连接，另一端接地；电压表一端接地，另一端接分压器的抽头，电压表通过检测分压器抽头处的电压实现对正直流高压输出端输出电压的检测。

2.根据权利要求1所述的多功能高压电源，其特征在于：所述高压硅堆由多个耐压值为1500V以上的二极管串联组成，串接而成的高压硅堆总耐压值不低于15kV。

3.根据权利要求1所述的多功能高压电源，其特征在于：所述高电压大电容耐压值为15000V以上，电容值0.1～5μF。

4.根据权利要求1所述的多功能高压电源，其特征在于：所述多功能高压电源的正直流高压输出端、负直流高压输出端、交流高压输出端分别与接地端一起使用，分别输出0～10000V正直流高压、负直流高压、交流高压。

5.根据权利要求1所述的多功能高压电源，其特征在于：所述正直流高压输出端与接地端之间接两个放电小球X1、X2，通过调整两个放电小球之间的间隙，使小球放电，在正直流高压输出端输出一定频率和电压值的高压正脉冲，此时正直流高压输出端就成为正脉冲输出端，输出脉冲频率0.1～10Hz，电压100～10000V；放电小球间隙很大时，正直流高压输出端输出正直流高压。

6.根据权利要求5所述的多功能高压电源，其特征在于：所述放电小球接在正直流高压输出端与接地端之间；或接在负直流高压输出端与接地端之间；或同时在正直流高压输出端与接地端之间、负直流高压输出端与接地端之间接放电小球。

7.根据权利要求1所述的多功能高压电源，其特征在于：所述电流表为毫安电流表，量程为1mA～200mA。

8.根据权利要求1所述的多功能高压电源，其特征在于：所述多功能高压电源的正直流高压输出端、负直流高压输出端、交流高压输出端以及接地端中的任意两个与工作机构或装置的两个电极相连接，在两个电极之间产生不同类型的电场。

9.根据权利要求8所述的多功能高压电源，其特征在于：其还包括放电棒，用于放掉工作机构或装置的电极上的静电和高压电源高压输出端上的静电。