电缆故障直流高压电源的工作原理

一、交流输入与整流滤波阶段

电缆故障直流高压电源以工频交流电（220V/380V）为输入，首先经EMI 电磁干扰滤波器抑制电网杂波与设备自身干扰，保证输入电能纯净，避免谐波影响后续电路稳定性。随后，交流电通过单相 / 三相全桥整流电路（由整流二极管或晶闸管组成）进行整流，将交变的正弦波交流电转换为单向脉动的直流电；脉动直流电再经大容量电解电容与电感组成的 LC 滤波电路平滑处理，滤除纹波，输出稳定的低压直流电压（通常为 300V~540V），为后续逆变环节提供稳定的直流输入，完成 “交流→平滑直流" 的能量转换。

二、直流逆变与高频转换阶段

整流滤波后的低压直流电进入逆变电路（核心为全桥 / 半桥逆变拓扑，采用 IGBT、MOSFET 等高频电力电子开关器件），在 PWM（脉宽调制）驱动信号控制下，开关器件按设定频率（通常为 10kHz~50kHz）快速导通与关断，将低压直流电逆变为高频方波或正弦波交流电。采用高频逆变的核心优势是大幅降低后续升压变压器的体积与重量，同时提升电源转换效率，满足电缆故障测试设备便携化、高效化的需求，完成 “低压直流→高频交流" 的能量转换。

三、高频升压与电压变换阶段

高频交流电输入至高频高压升压变压器，该变压器采用高绝缘强度的磁芯与绕组工艺，根据变比关系将低压高频交流电压升压至中压高频交流电压（通常为 10kV~35kV 级）。升压过程中，变压器同时实现输入侧与输出侧的电气隔离，避免高压侧故障反馈至低压控制电路，保障操作人员与设备安全；高频特性使变压器无需传统工频变压器的笨重铁芯，大幅缩小设备体积，适配现场电缆故障测试的便携需求，完成 “低压高频交流→高压高频交流" 的电压提升。

四、倍压整流与直流输出阶段

高压高频交流电经多级倍压整流电路（如 Cockcroft-Walton 倍压拓扑，由高压二极管与高压电容串联组成）处理，利用二极管的单向导电性与电容的储能特性，将高压高频交流电压逐级倍增、整流，转换为直流高压电（输出范围通常为 0~60kV、0~80kV 或 0~100kV，可按需调节）。倍压电路后串联高压滤波电容，进一步滤除直流纹波，确保输出直流高压的稳定性与平滑度，满足电缆故障闪络测试、烧穿测试、直流耐压测试对高压直流电源的严苛要求，完成 “高压高频交流→稳定直流高压" 的最终能量转换。

五、闭环控制与参数调节阶段

电源内置高精度电压 / 电流采样电路与微处理器（MCU）控制单元，实时采集输出端的直流高压值与泄漏电流值，与操作人员设定的目标电压、电流参数对比，通过PID 闭环控制算法动态调节逆变电路的 PWM 驱动信号占空比与频率，精准控制输出电压的升降与稳定度，实现 0~ 额定电压的连续平滑调节。同时，控制单元实时监测输出特性，确保电压精度≤±1%，满足电缆故障定位中对高压电源精准控压的需求，保证测试结果的准确性。

六、安全保护与故障防护阶段

为适配电缆故障测试的复杂现场环境，电源配备多重安全保护机制：过压保护（输出电压超设定时立即切断高压）、过流 / 短路保护（输出短路或泄漏电流超标时快速停机，避免故障扩大）、接地保护（未可靠接地时禁止启动高压输出）、过温保护（功率器件温度超标时启动散热并降额运行）、高压联锁保护（舱门未关闭、测试线未接好时无法触发高压）。所有保护动作均伴随声光报警，同时快速泄放高压回路残留电荷，保障操作人员与设备安全，是电缆故障测试中坚实的安全屏障。