1. Inngangur

Stutspennugjafi er háspennubúnaður sem framleiðir púlsbylgjuform eins og eldingastraumspennu og rofspennu. Það er grundvallarbúnaður í-háspennuprófunarstofum. Aðalnotkun þess er að framkvæma hvatspennuprófanir á raforkubúnaði-þar á meðal fullbylgjum eldinga, höggbylgjum í eldingu og höggbylgjum-til að sannreyna frammistöðu einangrunar. Áður en háspennu rafbúnaður í raforkukerfum er tekinn í notkun er almennt þörf á höggspennuprófum til að meta einangrunarhegðun hans við ofspennuskilyrði.

Með stöðugri aukningu á spennustigi raforkukerfisins og hraðri þróun endurnýjanlegrar orkubúnaðar hefur mikilvægi hvatspennugjafa til að tryggja öruggan og áreiðanlegan rekstur raforkukerfisins orðið meira áberandi.

2. Starfsregla

Hvatspennugjafar nota venjulega Marx-hringrásina (sem Erwin Otto Marx lagði til árið 1924), en kjarnahugtak hennar er samhliða hleðsla og raðhleðsla margra þéttaþrepa.

Grunnrekstrarferlið er sem hér segir: hver þrepaþétti er tengdur samhliða með hleðsluviðnámum og hlaðinn að forstilltri spennu í gegnum afriðunarrás. Á þessum tíma er hlífðarviðnámið almennt um það bil tíu sinnum stærri en hleðsluviðnámið, sem bæði verndar afriðunarbúnaðinn og tryggir tiltölulega samræmda hleðslu hvers þrepa þétta. Þegar fyrsta-kveikjuneistabilið er komið af stað með kveikjupúlsi, brotna millineistabilin á þeim stigum sem eftir eru í röð niður vegna ofspennu og neistageislunar. Eftir að öll neistabil hafa virkað eru sviðsþéttarnir tengdir í röð í gegnum framviðnámið (bylgju-framan) og losað í álagsþéttann. Heildarröð rafrýmd verður C/n og heildarspenna verður nV (þar sem n er fjöldi þrepa). Vegna þess að álagsrýmið er tiltölulega lítið hleðst það hratt og tæmist síðan ásamt þrepaþéttunum í gegnum hala (bylgju-hala) viðnámið. Þannig myndast stutt-háspennuhraðbylgjulögun- yfir álagsþéttann.

Hægt er að stilla straumspennubylgjuformið með því að breyta gildum fram- og bakviðnáms-; amplitudinni er stjórnað af hleðsluspennunni og hægt er að snúa póluninni við með því að skipta um afriðunarstaflann.

Á undanförnum árum, með framförum í rafeindatækni, hefur al-föst-marx rafallinn orðið mikilvæg rannsóknarstefna. Ólíkt hefðbundnum gas-neista-bilrofum, nota allir-solid-rafallar hálfleiðaratæki eins og MOSFET sem aðalrofa, raðað í einingafjölþrepa Marx toppfræði með nákvæmri stjórnun frá FPGA. Slíkir nýir rafala geta dregið verulega úr stærð og þyngd á sama tíma og þeir bæta endurtekningarhraða losunar og sveigjanleika bylgjuformsins.

3. Kerfissamsetning

Fullkomið prófunarkerfi fyrir spennugjafa samanstendur venjulega af eftirfarandi hlutum:

Hleðslutæki– inniheldur hleðsluspennir,-háspennu kísilafriðara, hlífðarviðnám, DC viðnámsspennuskil og sjálfvirkan jarðtengingarbúnað. Hleðsluspennirinn hækkar nettíðnispennuna sem síðan er leiðrétt í DC til að hlaða þrepaþéttana.
Rafall meginhluti– samanstendur af mörgum púlsþéttum, neistaeyðum, framviðnámum, bakviðnámum, hleðsluviðnámum og einangrunarstoðum. Meginhlutinn er smíðaður í turn- eða súlubyggingu, með stigi þétta tengdir í röð til að ná háum útgangsspennu. Það fer eftir notkuninni, það er hægt að flokka það sem útigerð, föst gerð innandyra eða hreyfanleg gerð innandyra.
Stjórnbúnaður- Nútíma stjórnkerfi eru venjulega miðuð við PLC (Programmable Logic Controller) með stafrænu mæli- og stjórnkerfi. Þeir gera aðgerðir eins og sjálfvirka stöðuga-straumhleðslustýringu, spennu- og straumvöktun, sjálfvirka fjarlægðarstillingu neista-bils, kveikja og yfirstraums-/ofspennuvörn.
Mælikerfi– samanstendur af dempuðum rafrýmdum spennuskilum, mælisnúrum, stafrænum upptökutæki eða sveiflusjá o.s.frv., sem notaðir eru til að skrá og greina straumspennubylgjuformið nákvæmlega.

4. Staðlaðar bylgjuform og tæknilegar kröfur

Staðlaðar höggspennubylgjuformin fyrir einangrunarprófun eru tilgreind í alþjóðlegum og innlendum stöðlum fyrir háspennuprófunartækni:

Fullbylgja eldinga: framtími T₁=1.2 μs (með leyfilegt frávik ±30%), tími að hálfu gildi T₂=50 μs (±20%).
Skiptimpulsbylgja: framtími Tcr=250 μs, tími í hálfgildi T₂=2500 μs.
Eldingahvöt hakkað bylgja: höggvið á bilinu 2 til 6 μs.
Brött-frambylgja: afar stuttur framtími, með bratta allt að 1000 kV/μs eða meira.

Framleiðsla og sannprófun straumspennugjafa fylgir fyrst og fremst eftirfarandi stöðlum:

DL/T 848.5 – Almennar tækniforskriftir fyrir háspennuprófunartæki – Hluti 5: Hvatspennugjafar (á við um málspennu frá 300 kV til 4800 kV og málorku frá 5 kJ til 480 kJ).
GB/T 16927.1/.2 – Há-prófunartækni röð.
IEC 60060 – staðlar Alþjóða raftækniráðsins um háspennuprófunartækni.
GB 311.1 – Einangrunarsamhæfing fyrir há-flutnings- og umbreytingarbúnað.

5. Umsóknarsvæði

Hvatspennugjafar eru mikið notaðir á eftirfarandi sviðum:

Gerðarprófanir og venjubundnar prófanir á aflbúnaði - Transformerar, hljóðfæraspennar, hlauparar, einangrunartæki, spennustopparar, GIS og annar flutnings- og dreifingarbúnaður krefjast venjulega eldinga- og rofspennuprófa. Þetta felur í sér full-bylgjuhöggþolspróf og hakkað-bylgjuhöggpróf, notuð til að sannreyna einangrunarþol búnaðar við eldingu og yfirspennuskipti.
Einangrunarrannsóknir - Notað til að rannsaka einangrunarafköst aflbúnaðar sem verður fyrir ofspennu í andrúmslofti (eldingum) og yfirspennu rofi.
Prófanir á endurnýjanlegum orkubúnaði – Með samþættingu vindorku, ljósa og annarra endurnýjanlegra orkugjafa, krefjast mikill fjöldi-hækkandi spennubreyta og rofa strangar hvatspennuprófanir.
Vísindarannsóknir - Einnig mikið notaðar á sviðum eins og rannsóknum á rafsegulsviðssamhæfi, rannsóknum á losunarbúnaði og púlsafltækni.

6. Þróunarþróun

Þegar raforkukerfi færast í átt að ofur-hári spennu og meiri upplýsingaöflun sýnir iðnaður hvatspennugjafa eftirfarandi þróun:

Vitsmunir og sjálfvirkni – Nútíma hvatspennugjafar eru almennt búnir PLC-sjálfvirkum stjórnkerfum, sem gerir sjálfvirka breytustillingu kleift, sjálfvirka ræsingu og sjálfvirka skráningu og greiningu prófunargagna. Hægt er að forrita prófunarröðina með snertiskjáviðmótum til að ná að mestu sjálfvirkri aðgerð. Sum kerfi eru farin að samþætta aukagreiningaraðgerðir til að bera kennsl á og gefa til kynna hugsanleg próffrávik.
Þéttleiki og allt-fast-ástand – Nýir rafala byggðir á solid-rofum geta dregið verulega úr rúmmáli og þyngd, bætt endurtekningartíðni útblásturs og aukið sveigjanleika bylgjuformsins. Allir-solid state-Marx rafala, sem nota rafeindatæki í stað hefðbundinna neistabila, eru orðin mikilvæg þróunarstefna.
Stafræn væðing og tengingar – Nútíma rafalar nota stafræna upptökutæki og há-nákvæmnisupptökukort í stað hefðbundinna ljósgeisla-sveiflusjá, sem gerir sjálfvirka bylgjuformagreiningu og skýrslugerð kleift. Sum tæki geta tengt við upplýsingastjórnunarkerfi rannsóknarstofu í gegnum nettengingar fyrir gagnaskipti.
Mikil nákvæmni og mikil áreiðanleiki - Með bættri skynjaratækni og merkjavinnslu reikniritum hefur mælingarnákvæmni og endurtekningarnákvæmni verið stöðugt aukið. Eins og er er hægt að stjórna hleðsluspennuóstöðugleika dæmigerðs búnaðar innan ±1%.
Fjölvirkni – Einn rafall getur framleitt ýmis stöðluð og ó{0}}stöðluð bylgjulög, þar á meðal eldingar í fullum bylgjum, hakkaðar bylgjur, skiptibylgjur, sveiflubylgjur og brattar-frambylgjur, til að henta mismunandi notkunarsviðum.

7. Niðurstaða

Sem grundvallaratriði á háspennuprófunarsviðinu hefur tæknilegt stig straumspennugjafans bein áhrif á nákvæmni og áreiðanleika sannprófunar á einangrunarafköstum fyrir aflbúnað. Allt frá hefðbundinni Marx-hringrás til nútíma-faststöðu-stórfræði, og frá handvirkum aðgerðum til skynsamlegrar sjálfstýringar, er tækni fyrir hvatspennuframleiðendur að ganga í gegnum verulega umbreytingu. Með áframhaldandi þróun á ofur-háspennu raforkukerfum, vexti endurnýjanlegrar orkustöðva og framfarir stafrænnar umbreytingar, halda hvatspennuframleiðendur áfram mikilvægu hlutverki við að tryggja öruggan og áreiðanlegan rekstur raforkukerfa.