方波电压发生装置的制作方法

1.本发明涉及中高频变压器及其绝缘材料的耐压测试领域，特别是涉及一种方波电压发生装置。


背景技术：

2.随着工业化水平不断提高以及电力企业对供电可靠性要求的提高，保障电力设备的安全可靠运行对于保证供电可靠性具有至关重要的作用，而电力设备中材料性能决定了设备的安全可靠运行。
3.中高频变压器作为电力设备中的重要组成部分，在电压输送及电压频率抬升中起着重要作用，而变压器的整体运行可靠性取决于变压器中绕组的绝缘性能，特别是高压和高压条件下的绝缘性能，因此测试绝缘材料在接近工况条件下的电气特性对中高频变压器的绝缘设计具有重要意义。
4.目前针对中高频变压器及其绝缘材料的耐压测试常以绝缘材料直流及工频电压下的绝缘性能为主，无法满足中高频变压器及其绝缘材料在高压条件下的绝缘性能测试需求。


技术实现要素：

5.基于此，针对上述问题，有必要提供一种方波电压发生装置。
6.为了实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种方波电压发生装置，包括：
8.供电模块，用于提供直流电压；
9.逆变模块，与所述供电模块连接，用于将所述直流电压转变成高频交流电压；
10.变压模块，与所述逆变模块连接，用于对所述高频交流电压进行电压调节，产生电压调节后的高频交流电压；
11.倍压模块，与所述变压模块连接，用于对所述电压调节后的高频交流电压进行整流处理及电压等级的调节以产生高频直流电压；
12.双极性电压转换模块，与所述倍压模块连接，用于对所述高频直流电压进行双极性电压转换，产生方波电压。
13.在其中一个实施例中，所述双极性电压转换模块包括：
14.电压变换单元，与所述倍压模块连接，用于将所述高频直流电压进行正极性电压、负极性电压的选择输出，并对所述正极性电压、所述负极性电压的输出时间进行控制以产生不同频率范围的方波电压。
15.在其中一个实施例中，所述双极性电压转换模块还包括：
16.第一驱动单元，与所述电压变换单元连接，用于为所述电压变换单元提供驱动电压；
17.第一隔离单元，与所述第一驱动单元连接，用于使所述第一驱动单元实现隔离供
电。
18.在其中一个实施例中，所述电压变换单元至少为一个，当电压变换单元为多个时，多个电压变换单元采用级联方式连接。
19.在其中一个实施例中，每个所述电压变换单元包括：
20.第一开关子单元、第二开关子单元、第三开关子单元、第四开关子单元、第一二极管、第二二极管、第一电阻、第二电阻、第一电容；其中，所述第一电容的一端与所述第一开关子单元的第一端连接，所述第一开关子单元的第二端与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端、所述第一二极管的正极与所述第三开关子单元的第一端共接，所述第二开关子单元的第一端与所述第二电阻的一端连接，所述第一电容的另一端与所述第二开关子单元的第二端连接，所述第二电阻的另一端、所述第二二极管的负极与所述第四开关子单元的第二端共接，所述第三开关子单元的第二端与所述第二二极管的正极连接，所述第四开关子单元的第一端与所述第一二极管的负极连接。
21.在其中一个实施例中，所述供电模块包括：
22.电源单元，用于提供交流电压；
23.整流单元，与所述电源单元连接，用于将所述交流电压转换成直流电压；
24.滤波单元，与所述整流单元连接，用于对所述直流电压进行滤波，输出滤波后的直流电压。
25.在其中一个实施例中，所述逆变模块包括：
26.逆变单元，与所述供电模块连接，用于将所述直流电压转变成高频交流电压；
27.第二驱动单元，与所述逆变单元连接，用于为所述逆变单元提供驱动电压；
28.第二隔离单元，与所述驱动单元连接，用于使所述驱动单元实现隔离供电。
29.在其中一个实施例中，所述逆变单元包括：
30.第五开关子单元、第六开关子单元、第七开关子单元及第八开关子单元；其中，所述第五开关子单元的第二端与所述第六开关子单元的第一端连接，所述第五开关子单元的第一端与所述第七开关子单元的第一端连接，所述第七开关子单元的第二端与所述第八开关子单元的第二端连接，所述第六开关子单元的第一端与所述第八开关子单元的第一端连接。
31.在其中一个实施例中，所述直流倍压单元至少为一个，当所述直流倍压单元为多个时，多个所述直流倍压单元采用级联方式连接。
32.在其中一个实施例中，每个所述直流倍压单元包括：
33.第二电容、第三电容、第三二极管及第四二极管；其中，所述第二电容的一端、所述第三二极管的负极与所述第四二极管的正极共接，所述第四二极管的负极与所述第三电容的一端连接，所述第三电容的另一端与所述第三二极管的正极连接。
34.上述方波电压发生装置，通过供电模块提供直流电压，与所述供电模块连接的逆变模块将所述直流电压转变成高频交流电压，与所述逆变模块连接的变压模块对所述高频交流电压进行电压调节，产生电压调节后的高频交流电压，与所述变压模块连接的倍压模块，对所述电压调节后的高频交流电压进行整流处理及电压等级的调节以产生高频直流电压，与所述倍压模块连接的双极性电压转换模块对所述高频直流电压进行双极性电压转换，产生方波电压，提供了中高频变压器及其绝缘材料在中高压条件下的绝缘性能测试条
件，从而保证中高频变压器整体运行的可靠性，进而保障电力设备的安全可靠运行及供电可靠性。
附图说明
35.图1为一个实施例中方波电压发生装置的结构示意图；
36.图2为一个实施例中供电模块的结构示意图；
37.图3为一个实施例中供电模块的电路结构示意图；
38.图4为一个实施例中逆变模块的结构示意图；
39.图5为一个实施例中逆变单元的电路结构示意图；
40.图6为一个实施例中第二驱动单元的电路结构示意图；
41.图7为一个实施例中直流倍压单元的电路结构示意图；
42.图8为一个实施例中由4个直流倍压单元级联构成的倍压模块的电路结构示意图；
43.图9为一个实施例中双极性电压转换模块的结构示意图；
44.图10为一个实施例中电压变换单元的电路结构示意图；
45.图11为一个实施例中由多个电压变换单元级联构成的双极性电压转换模块的电路结构示意图；
46.图12为一个实施例中结合图3、图5、图8及图11构成的方波电压发生装置；
47.图13为一个实施例中方波电压发生装置输出的方波电压典型波形；
48.图14为一个实施例中波电压发生装置运行于电容预充电时的示意图；
49.图15为一个实施例中方波电压发生装置运行于输出正极性电压时的示意图；
50.图16为一个实施例中方波电压发生装置运行于放电状态时的示意图；
51.图17为一个实施例中方波电压发生装置运行于输出负极性电压时的示意图。
具体实施方式
52.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
53.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
54.图1示出了一个实施例中的一种方波电压发生装置，包括：
55.供电模块100，用于提供直流电压。
56.逆变模块200，与供电模块100连接，用于将直流电压转变成高频交流电压。
57.变压模块300，与逆变模块200连接，用于对高频交流电压进行电压调节，产生电压调节后的高频交流电压。
58.倍压模块400，与变压模块300连接，用于对电压调节后的高频交流电压进行整流处理及电压等级的调节以产生高频直流电压。
59.双极性电压转换模块500，与倍压模块400连接，用于对高频直流电压进行双极性电压转换，产生方波电压。
60.其中，供电模块100提供直流电压信号，并将该直流电压信号传送给逆变模块200，逆变模块200将该直流电压转变成高频交流电压，并将该高频交流信号传送给变压模块300，变压模块300对该高频交流电压进行电压调节，产生电压调节后的高频交流电压，并将该电压调节后的高频交流电压传送给倍压模块400，倍压模块400对该电压调节后的高频交流电压进行整流处理及电压等级的调节以产生高频直流电压，并将该高频直流电压传送给双极性电压转换模块500，双极性电压转换模块500对高频直流电压进行双极性电压转换，产生方波电压。
61.本实施例中的方波电压发生装置，通过供电模块提供直流电压，与供电模块连接的逆变模块将直流电压转变成高频交流电压，与逆变模块连接的变压模块对高频交流电压进行电压调节，产生电压调节后的高频交流电压，与变压模块连接的倍压模块，对电压调节后的高频交流电压进行整流处理及电压等级的调节以产生高频直流电压，与倍压模块连接的双极性电压转换模块对高频直流电压进行双极性电压转换，产生方波电压，提供了对中高频变压器及其绝缘材料在中高压条件下的绝缘性能测试条件，从而保证中高频变压器整体运行的可靠性，进而保障电力设备的安全可靠运行及供电可靠性。
62.在一个实施例中，如图2所示，供电模块包括电源单元110、整流单元120及滤波单元130，电源单元110与整流单元120连接，整流单元120与滤波单元130连接。
63.其中，供电模块用于对输入的交流电能进行整流、滤波处理，转换成直流电压输出；电源单元110用于提供交流电压，为整个电路提供能量；整流单元120用于将交流电整流成直流电压；滤波单元130用于对整流后生成的直流电压进行滤波处理，输出滤波后的直流电压，有效获得波纹更低的直流电压。
64.其中，电源单元提供的交流电压可以是电压为220v、频率为50hz的市电。
65.其中，整流单元可以直接与市电连接，用于对交流电进行整流处理，并转换成直流电压输出。
66.其中，由平波电感及滤波电容组成的滤波单元，用于对整流后生成的直流电压进行滤波处理，输出滤波后的直流电压，有效获得波纹更低的直流电压；滤波电容可以是容值较大的铝电解电容，有效降低纹波系数；平波电感可以有效抑制在上电瞬间流过二极管的过电流，减小上电瞬间对电力系统的影响，保证了供电模块的运行可靠性。
67.参阅图3，为一个实施例中供电模块的电路结构示意图。如图3所示，整流单元120包括四个二极管：二极管d1、二极管d2、二极管d3及二极管d4。其中，二极管d1的正极、二极管d2的负极与电源单元的一端共接，二极管d3的正极、二极管d4的负极与电源单元的另一端共接，二极管d1的负极与二极管d3的负极连接，二极管d2的正极与二极管d4的正极连接；滤波单元130包括平波电感l1及滤波电容c1，其中，平波电感l1的一端与整流单元120的一端连接，平波电感l1的另一端与滤波电容c1的一端连接，滤波电容c1的另一端与整流单元120的另一端连接。
68.本实施例中提供的供电模块通过对整流后生成的直流电压进行滤波处理，输出滤波后的直流电压，有效获得波纹更低的直流电压，保证了供电模块的运行可靠性。
69.在一个实施例中，如图4所示，逆变模块包括逆变单元210、第二驱动单元220及第
二隔离单元230，逆变单元210与第二驱动单元220连接，第二驱动单元220与第二隔离单元230连接。
70.其中，逆变模块用于对输入的直流电压进行逆变处理，转换成高频交流电压并输出；逆变单元210用于将直流电压转变成高频交流电压；第二驱动单元220用于为逆变单元210提供驱动电压，可选地，第二驱动单元220为逆变单元210提供 15v和
‑
8v；第二隔离单元230用于使第二驱动单元220实现隔离3kv的电压供电，保证了逆变模块的运行可靠性。
71.其中，第二驱动单元220可以由控制模块控制，可选地，控制模块是pwm控制器，控制器通过脉冲宽度调制法(pwm)控制输出电压。
72.参阅图5，为一实施例中逆变单元的电路结构示意图。如图5所示，逆变单元210包括四个开关子单元：第五开关子单元q1、第六开关子单元q2、第七开关子单元q3及第八开关子单元q4。可选地，每个开关子单元包括igbt管芯和一个二极管，每个igbt管芯的发射极与该二极管的负极连接构成开关子单元的第一端，每个igbt管芯的集电极与该二极管的正极连接构成开关子单元的第二端；第五开关子单元q1的第一端与第六开关子单元q2的第二端连接，第五开关子单元q1的第一端与第七开关子单元q3的第一端连接，第六开关子单元q2的第一端与第八开关子单元q4的第一端连接，构成桥式逆变电路。
73.其中，逆变工作时开关子单元q1和q2中的igbt管芯导通与断开状态互补，开关子单元q3和q4中的igbt管芯导通与断开状态互补。举例，桥式逆变电路的pn端输入直流电压为ud，当开关子单元q2及q3中的igbt管芯断开，开关子单元q1及q4中的igbt管芯导通时，则输出端交流电压为uo＝ud；当开关子单元q2及q3中的igbt管芯导通，开关子单元q1及q8中的igbt管芯断开时，则输出端交流电压为uo＝
‑
ud。当以频率f交替切换开关q1、q4和q2、q3时，其基波可表示为把幅值为ud的矩形波uo展开成傅立叶级数得：uo＝4ud/π*(sinωt 1/3sin3ωt 1/5sin5ωt ... 1/n*sinnωt)，其中π为圆周率，ω为角速度。由式可见，开关切换频率f可以决定输出端频率，改变直流电压ud的幅值可以改变基波幅值，从而实现逆变的目的。
74.可选地，逆变单元包括多个串联方式和/或并联方式组合的开关子单元。
75.参阅图6，为一个实施例中第二驱动单元的电路结构示意图。如图6所示，q1、q2
…
qn为各个开关子单元，x1、x2
…
xn为各个驱动子单元，y1、y2
…
yn为各个变压器；由于每个开关子单元的第二端之间的电压相差较大，与其对应的驱动子单元的供电系统采用变压器隔离供电电路的形式，该变压器隔离供电电路用于隔离高压，极大地提高了供电效率，降低了系统复杂程度与成本。
76.可选地，每个变压器隔离供电电路均可隔离高达30kv的高压，保证驱动子单元输出可靠驱动信号。
77.在一个实施例中，变压模块可以是变压器，变压器包括初级绕组、次级绕组及铁芯，初级绕组的匝数小于次级绕组的匝数。其中，初级绕组的一端、开关子单元q1的第二端与开关子单元q2的第一端共接，初级绕组的另一端、开关子单元q3的第二端与开关子单元q4的第一端共接。
78.其中，变压器，用于对高频交流电压进行电压抬升，产生电压抬升后的高频交流电压；初级绕组作为变压器的输入端，用于接收从逆变模块输入的高频交流电压；次级绕组用于输出电压抬升后的高频交流电压。可选地，变压器变比为310v：6kv，变压器工作频率为
15khz。
79.在一个实施例中，倍压模块400至少包括一个直流倍压单元，当直流倍压单元为多个时，多个直流倍压单元采用级联方式连接，用于将电压调节后的高频交流电压调节至预设电压等级。
80.其中，倍压模块400用于对电压调节后的高频交流电压进行整流处理及电压等级的调节以产生高频直流电压。级联方式可以是多个同样的器件单元采用首尾相连的方式连接，具体地，多个直流倍压单元采用级联方式连接时，前一个直流倍压单元的输出端与后一个直流倍压单元的输入端连接。其中，第一级直流倍压单元的输入端与变压模块中的次级绕组输出端连接。
81.在一个实施例中，如图7所示，每个直流倍压单元410包括第二电容c2、第三电容c3、第三二极管q5及第四二极管q6。其中，第二电容c2的一端、第三二极管q5的负极与第四二极管q6的正极共接，第四二极管q6的负极与第三电容c3的一端连接，第三电容c3的另一端与第三二极管q5的正极连接。其中，由第二电容c2、第三电容c3、第三二极管q5及第四二极管q6组成的直流倍压单元用于将电压调节后的高频交流电压调节至预设电压等级。
82.参阅图8，为一个实施例中由4个直流倍压单元级联构成的倍压模块的结构示意图。
83.如图8所示，第一级直流倍压单元420包括电容c4、电容c5、二极管q7及二极管q8，其中，电容c4的一端、二极管q7的负极与二极管q8的正极共接，二极管q8的负极与电容c5的一端连接，电容c5的另一端与二极管q7的正极连接。
84.第二级直流倍压单元430包括电容c6、电容c7、二极管q9及二极管q10，其中，电容c6的一端、二极管q9的负极与二极管q10的正极共接，电容c6的另一端与二极管q8的正极连接，二极管q10的负极与电容c7的一端连接，电容c7的另一端、二极管q8的负极与二极管q9的正极连接。
85.第三级直流倍压单元440包括电容c8、电容c9、二极管q11及二极管q12，其中，电容c8的一端、二极管q11的负极与二极管q12的正极共接，电容c8的另一端与二极管q10的正极连接，二极管q12的负极与电容c9的一端连接，电容c9的另一端、二极管q10的负极与二极管q11的正极连接。
86.第四级直流倍压单元450包括电容c10、电容c11、二极管q13及二极管q14，其中，电容c10的一端、二极管q13的负极与二极管q14的正极共接，电容c10的另一端与二极管q12的正极连接，二极管q14的负极与电容c11的一端连接，电容c11的另一端、二极管q12的负极与二极管q13的正极连接。
87.其中，直流倍压单元420中的电容c4的一端与变压模块中次级绕组的一端连接，二极管q7的正极、电容c5的一端与变压模块中次级绕组的另一端共接并接地。
88.通过增加直流倍压单元的级联数量提高输出的高频交流电压值，则输出点电压为2nv
ac
。其中，n为倍压模块中采用级联方式连接的直流倍压单元数量，v
ac
为变压模块输出的电压值。可选地，电容c2、电容c3、二极管q5及二极管q6的最高耐受电压为10kv。因此，由多个倍压单元级联构成的倍压模块，满足了电压调节需求，有效降低电压调节成本，提升了倍压模块的可扩展性。
89.在一个实施例中，如图9所示，双极性电压转换模块包括电压变换单元510、第一驱
动单元520及第一隔离单元530，电压变换单元510与第一驱动单元520连接，第一驱动单元520与第一隔离单元530连接。
90.其中，电压变换单元510至少为一个，当电压变换单元510为多个时，多个电压变换单元510采用级联方式连接。级联方式可以是多个同样的器件单元采用首尾相连的方式连接，具体地，多个电压变换单元采用级联方式连接时，前一个电压变换单元的输出端与后一个电压变换单元的输入端连接。其中，第一级电压变换单元的输入端与倍压模块中的末级倍压单元输出端连接。
91.其中，双极性电压转换模块500用于通过控制电压变换单元510的导通与关断，对高频直流电压进行正极性电压、负极性电压的选择输出，进而产生方波电压；电压变换单元510用于将高频直流电压进行电压变换；第一驱动单元520用于为电压变换单元510提供驱动电压，可选地，所提供的驱动电压为 15v和
‑
8v的双电平驱动电压，保障电压变换单元可靠通断；第一隔离单元530用于使第一驱动单元520实现高压隔离供电，可选地，可实现的隔离电压为3.6kv，保证了逆变模块的运行可靠性。
92.其中，第一驱动单元520可以由控制模块控制，可选地，控制模块是pwm(pulse width modulation，脉冲宽度调制)控制器，控制器通过脉冲宽度调制法(pwm)控制输出电压。
93.其中，第一驱动单元520和第一隔离单元530与上述图4中逆变模块的第二驱动单元220及第二隔离单元230，结构上可以相同，具体结构参数设置可以不同。
94.在一个实施例中，如图10所示，电压变换单元510包括第一开关子单元q15、第二开关子单元q16、第三开关子单元q17、第四开关子单元q18、第一二极管q19、第二二极管q20、第一电阻r1、第二电阻r2、第一电容c5。可选地，每个开关子单元包括igbt管芯和一个二极管，每个igbt管芯的发射极与该二极管的负极连接构成开关子单元的第一端，每个igbt管芯的集电极与该二极管的正极连接构成开关子单元的第二端。
95.第一电容c5的一端与第一开关子单元q15的第一端连接，第一开关子单元q15的第二端与第一电阻r1的一端连接，第一电阻r1的另一端、第一二极管q19的正极与第三开关子单元q17的第一端共接，第一电容c5的另一端与第二开关子单元q16的第二端连接，第二开关子单元q16的第一端与第二电阻r2的一端连接，第二电阻r2的另一端、第二二极管q20的负极与第四开关子单元q18的第二端共接，第三开关子单元q17的第二端与第二二极管q20的正极连接，第四开关子单元q18的第一端与第一二极管q19的负极连接。
96.其中，开关子单元q15、开关子单元q16、开关子单元q17、开关子单元q18、二极管q19、二极管q20、电阻r1、电阻r2、电容c5的耐受电压为30kv。电阻r1、电阻r2主要用于限制电流大小，即为限流电阻，防止充放电过程中开关子单元q15、开关子单元q16、开关子单元q17、开关子单元q18、二极管q19及二极管q20因电流过大而损坏；每个开关子单元由多组独立的igbt管芯串联构成，每个igbt管芯的耐受电压为3.6kv，可以根据实际耐受电压需求增加或者减少igbt管芯串联数量，保证了电压变换单元的可靠性，从而保障了双极性电压转换模块的可靠性。
97.参阅图11，为一个实施例中由多个电压变换单元级联构成的双极性电压转换模块的电路结构示意图。如图11所示，该双极性电压转换模块的包括各级联电压变换单元、末端电容c505及高压输出单元550，其中，各级联电压变换单元包括第一级电压变换单元520、中
间各级电压变换单元及末级电压变换单元530。
98.第一级电压变换单元520包括开关子单元q21、开关子单元q22、开关子单元q23、开关子单元q24、二极管q25、二极管q26、限流电阻r3、限流电阻r4及电容c6，其中，每个开关子单元包括igbt管芯和一个二极管，每个igbt管芯的发射极与该二极管的负极连接构成开关子单元的第一端，每个igbt管芯的集电极与该二极管的正极连接构成开关子单元的第二端。
99.其中，电容c6的一端、开关子单元q21的第一端与倍压模块中末级倍压单元的输出端共接，开关子单元q21的第二端与限流电阻r3的一端连接，限流电阻r3的另一端、二极管q25的正极与开关子单元q23的第一端共接，电容c6的另一端与开关子单元q22的第二端连接，开关子单元q22的第一端与限流电阻r4的一端连接，限流电阻r4的另一端、二极管q26的负极与开关子单元q24的第二端共接，开关子单元q23的第二端与二极管q26的正极连接，开关子单元q24的第一端与二极管q25的负极连接。
100.末级电压变换单元530包括开关子单元q27、开关子单元q28、开关子单元q29、开关子单元q30、二极管q31、二极管q32、电阻r5、电阻r6及电容c7。其中，每个开关子单元包括igbt管芯和一个二极管，每个igbt管芯的发射极与该二极管的负极连接构成开关子单元的第一端，每个igbt管芯的集电极与该二极管的正极连接构成开关子单元的第二端。
101.其中，电容c7的一端与开关子单元q27的第一端连接，开关子单元q27的第二端与电阻r5的一端连接，电阻r5的另一端、二极管q31的正极与开关子单元q29的第一端共接，电容c7的另一端与开关子单元q28的第二端连接，开关子单元q28的第一端与电阻r6的一端连接，电阻r6的另一端、二极管q32的负极与开关子单元q30的第二端共接，开关子单元q29的第二端、末端电容c505的一端与二极管q32的正极共接，开关子单元q30的第一端、末端电容c505的另一端与二极管q31的负极共接，高压输出单元550的一端与末端电容c505的一端连接，高压输出单元550的另一端与电容c6的一端连接并接地。
102.双极性电压转换模块中其余电压变换单元中各器件连接情况和第一级电压变换单元及末级电压变换单元相同，此处不再一一描述。
103.由于电容电压不能突变，则各电容电压依据级联次序叠加，若对电压输出端电位进行正极性抬升，由于电路中无其他放电支路，则输出点电压将维持为nv
dc
；若对电压输出端电位进行负极性抬升，由于电路中无其他放电支路，则输出点电压将维持为
‑
nv
dc
。其中，n为双极性电压转换模块中采用级联方式连接的电压变换单元数量，v
dc
为倍压模块输出的电压值。因此，由上述电压变换单元级联构成的双极性电压转换模块，实现了双极性电压输出，极大地简化了结构复杂度，提升了电压转换模块的可扩展性。
104.参阅图12，为一个实施例中结合图3、图5、图8及图11构成的方波电压发生装置。如图12所示，该方波电压发生装置各组成模块连接关系和图3、图5、图8及图11所述相同，此处不再一一描述。
105.本实施例中提供的方波电压发生装置，通过供电模块提供直流电压，与供电模块连接的逆变模块将直流电压转变成高频交流电压，与逆变模块连接的变压模块对高频交流电压进行电压调节，产生电压调节后的高频交流电压，与变压模块连接的倍压模块，对电压调节后的高频交流电压进行整流处理及电压等级的调节以产生高频直流电压，与倍压模块连接的双极性电压转换模块对高频直流电压进行正极性电压、负极性电压的选择输出，产
生方波电压，提供了对中高频变压器及其绝缘材料在中高压条件下的绝缘性能测试条件，从而保证中高频变压器整体运行的可靠性，进而保障电力设备的安全可靠运行及供电可靠性。
106.参阅图13，为一个实施例中方波电压发生装置输出的方波电压典型波形。如图13所示，该电压形成过程包括电容预充电、正极性高压输出、电容放电及负极性高压输出，其中u为方波电压幅值，t为时间，t为方波电压形成周期，ts为电容放电时间段，t 为正极性高压输出时间段，t
‑
为正极性高压输出时间段，通过控制各过程的时间，输出不同频率范围的方波电压。
107.参阅图14，为一个实施例中方波电压发生装置运行于电容预充电时的示意图。如图14所示，方波电压发生装置的双极性电压转换模块为多个电压变换单元级联构成，运行于电容预充电时，双极性电压转换模块中的第一级电压变换单元中的开关子单元q21、开关子单元q22导通，开关子单元q23、开关子单元q24关断，倍压模块输出的直流电压将通过开关子单元q21、开关子单元q22、限流电阻r3和r4、二极管q25及二极管q26对电容c6充电；末级电压变换单元中的开关子单元q27、开关子单元q28导通，开关子单元q29、开关子单元q30关断，倍压模块输出的直流电压将通过开关子单元q27、开关子单元q28、限流电阻r5和r6、二极管q31及二极管q32对电容c7充电，充电完成后各电容电压值将达到倍压模块输出的电压值。
108.其中，双极性电压转换模块中其余电压变换单元中各器件连接情况和第一级电压变换单元及末级电压变换单元相同，此处不再一一描述。
109.参阅图15，为一个实施例中方波电压发生装置运行于输出正极性电压时的示意图。如图15所示，方波电压发生装置的双极性电压转换模块为多个电压变换单元级联构成，运行于正极性高压输出时，双极性电压转换模块中的第一级电压变换单元中的开关子单元q21、开关子单元q23导通，开关子单元q22、开关子单元q24关断，来自倍压模块的直流电压输入被断开，由于第一级电压变换单元中的电容c6已完成充电过程，电容c6的正极与开关子单元q21的第一端连接，电容c6的负极直接接地；末级电压变换单元中的开关子单元q27、开关子单元q29导通，开关子单元q28、开关子单元q30及末级电容c505关断，电容c7的正极与开关子单元q27的第一端连接。
110.其中，双极性电压转换模块中其余电压变换单元中各器件连接情况和第一级电压变换单元及末级电压变换单元相同，此处不再一一描述。
111.根据电容电压不能突变，则各电容电压依据级联次序叠加，对电压输出端电位进行正极性抬升，由于电路中无其他放电支路，则输出点电压将维持为nv
dc
。其中，n为双极性电压转换模块中采用级联方式连接的电压变换单元数量，v
dc
为倍压模块输出的电压值，实现了负极性高压输出，产生方波电压，满足了对中高频变压器及其绝缘材料在中高压条件下的绝缘性能测试需求，从而保证中高频变压器整体运行的可靠性，进而保障电力设备的安全可靠运行及供电可靠性。
112.参阅图16，为一个实施例中方波电压发生装置运行于放电状态时的示意图。如图16所示，方波电压发生装置的双极性电压转换模块为多个电压变换单元级联构成，运行于放电状态时，来自倍压模块的直流电压输入被断开，双极性电压转换模块中的第一级电压变换单元中的各开关子单元均导通，导通后的开关子单元q21、开关子单元q22、开关子单元
q23、开关子单元q24与二极管q25、二极管q26、限流电阻r3、r4及电容c6共同构成放电回路，将电容上的电荷释放，至电压降为0；末级电压变换单元中的各开关子单元均导通，末级电容c505断开，导通后的开关子单元q27、开关子单元q28、开关子单元q29、开关子单元q30与二极管q31、二极管q32、限流电阻r5、限流电阻r6及电容c7共同构成放电回路，电容上的电荷释放，至电压降为0。
113.其中，双极性电压转换模块中其余电压变换单元中各器件连接情况和第一级电压变换单元及末级电压变换单元相同，此处不再一一描述。
114.参阅图17，为一个实施例中方波电压发生装置运行于输出负极性电压时的示意图。如图17所示，方波电压发生装置的双极性电压转换模块为多个电压变换单元级联构成，运行于负极性高压输出时，来自倍压模块的直流电压输入被断开，双极性电压转换模块中的第一级电压变换单元中的开关子单元q22、开关子单元q24导通，开关子单元q21、开关子单元q23关断，电容c6断开连接，末级电压变换单元中的开关子单元q27、开关子单元q29断开，开关子单元q28、开关子单元q30及末级电容c505导通。
115.其中，双极性电压转换模块中其余电压变换单元中各器件连接情况和第一级电压变换单元及末级电压变换单元相同，此处不再一一描述。根据电容电压不能突变，则各电容电压依据级联次序叠加，对电压输出端电位进行负极性抬升，由于电路中无其他放电支路，则输出点电压将维持为
‑
nv
dc
。其中，n为双极性电压转换模块中采用级联方式连接的电压变换单元数量，v
dc
为倍压模块输出的电压值，实现了负极性高压输出，产生方波电压，满足了对中高频变压器及其绝缘材料在中高压条件下的绝缘性能测试需求，从而保证中高频变压器整体运行的可靠性，进而保障电力设备的安全可靠运行及供电可靠性。
116.上述方波电压发生装置，通过供电模块提供直流电压，与供电模块连接的逆变模块将直流电压转变成高频交流电压，与逆变模块连接的变压模块对高频交流电压进行电压调节，产生电压调节后的高频交流电压，与变压模块连接的倍压模块，对电压调节后的高频交流电压进行整流处理及电压等级的调节以产生高频直流电压，与倍压模块连接的双极性电压转换模块对高频直流电压进行正极性电压、负极性电压的选择输出，产生方波电压，满足了对中高频变压器及其绝缘材料在中高压条件下的绝缘性能测试需求，从而保证中高频变压器整体运行的可靠性，进而保障电力设备的安全可靠运行及供电可靠性。
117.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
118.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。