[发明专利]一种用于模拟倍压电路电压建立装置及其方法

说明书

本发明涉及一种用于模拟倍压电路电压建立装置及其方法，属于电压建立过程模拟技术领域。解决的是倍压电路工作原理复杂，文字描述繁琐，很难使初学者完全理解的问题。包括蓄水池、第一单向阀、第一玻璃管、第二单向阀、第二玻璃管、固定桩和升降系统，蓄水池上部开口通过第一单向阀与第一玻璃管的中部开口连接，第一玻璃管的下部开口通过第二单向阀与第二玻璃管的下端连接，第一玻璃管设置在升降系统上，隔板上设置有蓄水池和固定桩，第二玻璃管设置在固定桩上。通过玻璃管内水位的变化过程模拟电容器内电压的变化过程，用肉眼可见的水流、水位来模拟肉眼不可见的电流、电位，生动直观，使学生和研究学者对于倍压电路的工作原理能理解的更加透彻。

技术领域

本发明涉及一种模拟倍压电路电压建立装置及其方法，属于电压建立过程模拟技术领域。

背景技术

随着电力电子技术的发展和新型高性能、高耐压、高频电力电子器件的出现，高压直流电源开始在军事、工业、农业、医疗和日常生活中得到广泛的应用。截至目前，产生直流高压最常用的是使用高匝数比的高压变压器加直流高压硅堆及高压电容器构成的半波整流方法，然而在实际应用中太大的变压器匝比会加剧变压器的非理想性，这种非理想性会导致变压器电压和电流出现尖峰，变压器体积过大等问题，同时也受到高压硅堆、高压电容器额定电压及容量的限制。而在高压电源各技术方案中，串级直流高压发生器具备电路结构简单、可以有效降低变压器的体积等优点而被广泛地应用于高压小电流电路场合。倍压电路为构成串级直流高压发生器的基本单元，理解倍压电路电压建立过程是理解串级直流高压发生器工作原理的前提。此外，《高电压试验技术》是我国高电压与绝缘技术专业本科生必修课程，倍压电路是学生必须掌握的重点内容，但该电路的工作原理理解起来晦涩难懂，容易使学生产生误解。对于研究学者来说，大部分的学者都是在倍压电路的基础上进行输出电压波形、电路工作效率等方面的研究，对于倍压电路自身的工作原理研究较少，甚至对于基本原理并没有十分清晰的概念。倍压电路如图5所示，根据图中标注的节点，U30为试验变压器输出电压；U13为电容器C1上、下极板电势差；U10为高压硅堆D2的反向电压；U20为电容器C2上、下极板间电压，同时也是输出电压。倍压电路充电过程各点电位变化情况如图6所示。该电路工作原理：试验变压器T接交流电源。当电压波形从零点上升到正峰值过程中，高压硅堆D1导通、D2截止，试验变压器给C1电容充电，3点电位为+Um，1点电位为0，U13两端电压为-Um，同时C1电容、C2电容串联充电，充电后U13两端电压为-Um/2，U20两端电压从0增长为+Um/2。当电压波形从正峰值下降接近负峰值时刻过程中，高压硅堆D1截止、D2导通，试验变压器给C1电容充电，但C1电容并不给C2电容充电，U13两端电压增长为从-Um/2增长到+Um。当输入电压波形从负峰值上升接近正峰值时刻过程中，高压硅堆D1导通、D2截止，C1电容、C2电容继续串联充电。充电完成后，U13两端电压为+Um/4，U20两端电压从+Um/2增长为+5Um/4。电压波形继续下降到负峰值，试验变压器给C1电容充电。电压波形又上升到正峰值时刻，C1电容、C2电容串联充电，U20两端电压会从+5Um/4增长为+13Um/8。分析可以看出，U20电压在逐步升高：0→+Um/2→+5Um/4→+13Um/8...如此循环数个周期，最终2点电位会达到+2Um，即U20电压最终会等于+2Um。2点为倍压电路的电压输出端，其输出电压可达2倍的试验变压器输出电压幅值，因此称为倍压电路。从文字叙述工作原理的角度来看，该电路工作原理复杂，文字描述繁琐，很难使初学者完全理解。但是在学习过程中若对于倍压电路的工作原理没有很深入的理解，便很难去进行更加深入的研究和应用，所以研制出一套可以用于模拟倍压电路电压建立过程的装置来帮助相关学者及在校本科生理解该电路的工作原理是十分必要的。

基于上述问题，亟需提出一种用于模拟倍压电路电压建立装置及其方法，以解决上述技术问题。

发明内容