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摘要 用于检测避雷器阀片的直流高压恒流源，采用带反馈控制系统的交流-直流-交流变换，使输出的直流高压从3kV到8kV连续可调，以自动保持通过不同被测阀片的电流为1mA。
关键词 直流高压 恒流源 避雷器阀片
0 引 言
使电气设备免受各种过电压损害的保护设备通常为氧化锌避雷器，亦称为金属氧化物避雷器。它由精心筛选的阀片串联而成的，避雷器残压等参数必须满足国家标准GB11032—89的要求，出厂的每一阀片都要进行质量测试和预防性试验，包括直流高压作用下测量泄漏电流1mA时阀片上的电压降U1mA。目前一般采用人工测试法，由于阀片的特性不完全一致，每一阀片作试验时都必须手动调节直流高压源的电压，使泄漏电流等于1mA，工作量大，工作效率低。
本文研制的直流高压恒流源可自动调节输出直流高压，使不同被测阀片的泄漏电流恒定为1mA。该恒流源作为避雷器阀片特性自动检测装置的一部分，对避雷器阀片生产自动化发挥了重要作用。
1 恒流方案选择
由于同一型号的避雷器阀片U1mA为几kV，最大偏差近1kV；不同型号的避雷器阀片U1mA差别更大，因此要求该恒流源输出电压能在3～8kV范围内完全自动调节，并保证其输出电流恒定为1mA。
最简单的恒流源电路是L—C谐振电路，但其用于高电压场合时存在一些问题［1］。为了防止L—C谐振电路部分的电压过高，通常必须在L—C谐振电路和高电压负载之间引入升压变压器。这样，只能保证恒流流入升压变压器的原边(低压边)，而不能保证其副边(高压边)恒流流出，非理想变压器且负载上高压变化较大时尤其明显。故不能采用L—C谐振电路加升压变压器的办法。
用阀片泄漏电流采样电路反馈控制系统驱动伺服电机及相应的传动机构也可自动调节输出电压。但每片试验伺服电机起动一次，生产厂每天要试验成千上万的阀片，如此频繁的动作将大大减短设备机械寿命。故该方案也不适于工厂自动化生产线。
用高电压电子管也可构成高压恒流源电路，但工作电压范围较窄，难以满足本设计的要求。
最后选择的反馈控制可控硅开关调压的交流-直流-交流变换方案达到了设计要求。
2 高压直流恒流源电路
研制的直流高压恒流源的原理框图见图1。交直变换电路见图2，它将电网的工频交流电转换成直流电压，其核心元件为受反馈控制的可控硅SCR。反馈控制信号为零时，SCR截止，由于电容C
仍然向负载(直交变换电路)放电，直流电压EC下降；反馈控制信号为高频脉冲串列时，SCR导通，电网向电容C充电，因此时充电快于放电，EC上升。通过控制可控硅的导通和截止时间(即改变反馈控制信号中t1和t2的大小)，使得EC连续可调。
图1 直流高压恒流源的原理框图
图2 可控硅开关调压交直变换电路
直交变换电路见图3，它将交直变换电路提供的直流电压EC转换成幅值为K2EC(K2为变压器T2的变比)的50Hz准正弦交流电压。直交变换电路由方波发生器和两路复合三极管放大电路组成。方波发生器输出频率50Hz的互为反相的Q和 方波信号，占空比50%。当Q为高电平时(此时 为低电平)，复合管G1、G3导通并进入饱和，G2、G4截止。电流从EC出发、流过T2原边的上半绕组，在T2的副边产生幅值为K2EC的交变电压的正半波。同理，当Q为低电平时(此时 为高电平)，在T2的副边产生负半波。由于电路的对称性，随着两路复合管放大电路的交替饱和和截止，在T2的副边产生完整的幅值为K2EC的交流电压波形。如果将方波信号直接加在复合管的基极上，其输出的电压波形为也几乎为方波。这样的波高次谐波很强，对变压器的运行极为不利，其谐波分量将产生电磁噪音并可能增大涡流损耗，降低变压器效率。因此，在复合管的基极并一个小电容C3和C4，其充放电将基极信号由方波变成近似的正弦波(实为电容充放电指数波)，输出电压也近似为正弦波。为了防止感性负载使管子产生过压或过流，在管子c、e极之间并联保护电容C1和C2以吸收电压尖峰，防止管子被击穿。
图3 直交变换电路
高压硅堆整流桥和滤波电容组成的高压整流电路将直交变换电路提供的幅值为K2EC的准正弦交流高电压转换成直流高压。
采样电路由采样电阻、电压比较放大器和过零比较器组成。比较阀片泄漏电流IL流过采样电阻产生采样电压与基准电压，其差值由比较放大器放大后送入过零比较器进行逻辑处理。最后实现IL＞1mA时，该电路输出高电平；反之输出低电平。
反馈控制电路为受采样电路控制的高频方波发生器。采样电路输出低电平时，反馈控制电路输出高频方波，该脉冲串列使交直电路中可控硅SCR导通；采样电路输出高电平时，反馈控制电路不输出高频方波而输出低电平使SCR在电流过零时截止。
所以该高压直流恒流源工作过程为：当高压整流电路输出电压偏低，使流过避雷器阀片的泄漏电流IL<1mA时，采样电路输出低电平，使反馈控制电路输出高频方波，该脉冲串列使交直电路中可控硅SCR导通，电网向电容C充电，EC上升。上升的EC使直交电路输出的交变电压幅值K2EC也随之上升，最终导致高压整流电路输出电压上升直至IL等于1mA。反之，当泄漏电流IL大于1mA时，通过类似的反馈控制过程，可使IL降至1ml
参考文献
[1]王新新，王志文.关于L—C谐振恒流电路用于高压充电时的几个问题.高电压技术，1997，23(4)：53
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