作者： 发布日期：2016-07-06 22:42 信息来源：http://www.ygelc.com/
摘 要： 提出解决x射线探伤机系统高压直流电源缺陷的电气控制系统方案，即采用高频交流电源为x射线探伤机系统高压线圈的电源，可减少x射线探伤机系统体积、减少成本、提高系统的稳定性和减少带负载时直流输出电压降落。
关键词： c-w倍压;x射线;高频交流电;纹波电压;电压降落
中图分类号：tg115 文献标识码：a 文章编号：1671-7597(2011)0920091-01
1 结论
随着医疗器械、压力管道和工业机械等行业快速发展，这些行业使用的金属、非金属等材料制成零部件，铸造及焊接部件进行无损检测，定其内部是否存 在缺陷，为了实现对上述产品实行无损检测，就需要x射线及超声波探伤设备，而现有的x射线及超声波探伤设备高压电源的体积大，并且多采用进口的设备。为了 减少体积和成本，本文设计出一款体积少成本低的高压直流电源。
450x射线探伤机系统使用的x射线管的主要参数：
1)x射线管的高压线圈电压为20～450kv连续可调;
2)x射线管的管电流调节范围小焦点工作时0～2ma，大焦点工作时0～10ma。
由此可见，450x射线探伤机系统是属于高电压、小电流的地方，所以可以使用倍压整流电路。所谓倍压整流，可以把较低的交流电压，用耐压较低的 整流二极管和电容器，“整”出一个较高的直流电压。倍压整流电路一般按输出电压是输入电压的多少倍，分为二倍压、三倍压与多倍压整流电路。
450x射线探伤机系统采用单片机作为核心芯片，采用彩色液晶显示屏作为显示器，控制系统主要分为两部分，其一是控制x射线管的两端电压和流过 的电流大少，其二是控制x射线管的灯丝两端电压和流过的电流大少。x射线管的控制回路有x射线管过电流保、直流电机驱动、x射线管交流调压、倍压电路、x 射线管电压和x射线管电流的检测;x射线管的灯丝 控制回路有x射线管灯丝过电流保护、x射线管灯丝电源变压器和x射线管灯丝电流的检测等组成
2 450x射线探伤机系统直流高压电源框图
3 450x射线管直流高电压电路（仅以6倍压为例）
450x射线管的直流高电压控制系统框图如图1所示，该电路主要由运算放大器、放大驱动电路、直流电动机、工频自耦变压器、c-w倍压整流电路、x射线管 的高电压和x射线管的高电压回路电流检测等电路组成，其工作原理是：ug为系统的给定电压信号，ui为系统的电流负反馈信号，系耐压值要大于 1.5×2u2max，在使用上才安全可靠。通过运算放大器进行运算放大后，在经过功率放大电整流电路带载能力很差，输出很小的功率就会导致输出电压的大 幅度跌路驱动直流电动机，直流电动机可以实现正反转，直流电动机与自耦变压落。假设输出电流为i，每个电容的容量相同为c，交流电源频率为f，输器转轴相 连，当直流电动机正转带动工频自耦变压器转轴旋转，使工频自耦变压器输出交流电压升高，反之，当直流电动机反转带动工频自耦变压器转轴旋转，使工频自耦变 压器输出交流电压降低，工频自耦变压器的二次侧与c-w倍压整流电路相连，使工频自耦变压器输出的交流电转化为高圈相连，x射线管的高电压线圈通过高压直 流电将产生高压电场，与x射线管的高电压线圈有一个电流采样电路输出电流反馈信号ui，电流反馈信号ui加到运算放大器的输入端，形成一个闭环控制系统
450x射线管直流高电压电路的电路原理图如图2所示，ug系统给定电 压，ui系统反馈电压，r为负载电阻。450x射线管直流高电压电路工作原理 是：当系统的给定电压信号u
g为正时，通过电压比较器输出一个负的信号，该负的信号经过非门电路u21得到信号uz为正(1)，双与非门u32的输出为低电平，正信号uz 经过非门电路u22得到信号uf为负(0)，双与非门u31输出为高电平(1)，所以三极管v1导通，正电源vcc通过三极管v1、直流电动机和双与非门 u32组成正转通路，使得高频自耦变压器输出转轴转动使输出电压升高，经过c-w倍压整流电路输出直流电压增高，负载得到较高的直流电压，反之，负载电压 降低。高频倍压电路原理与工频电路相似。
在实际电路中，负载上的电压大约为ul=6x1.2u2。整流二极管所承受的最高反向电压均为u2max。电容器上的直流电压uc4=u2max，uc6=2u2max，uc
， 可以据此设计电路和选择元件，照这样办法，增加多个二极管和相同数量的电容器，既可以组成多倍压整流电路。电容器的工作原理是：ug为系统的给定电压信 号，ui为系统的电流负反馈信号，系统的给定电压信号ug整流电路带载能力很差，输出很小的功率就会导致输出电压的大幅度跌落。假设输出电流为i，每个电 容的容量相同为c，交流电源频率为f，输出电压纹波δu为：
δu=[(n+1)n/2](i/fc)
由上式可以看出，输出电压纹波δu大小与负载电流i成正比，与交流
电源频率f和电容的容量c成反比。
则电压跌落为：
32
δu=i[(2/3)n +(1/2)n -(1/6)n]/fc 式中n为整流输出电压的倍数(n=1,2,3……n)，由上式可以看出，输出电压纹波δu大小与负载电流i成正比，与交流电源频率f和电容的容量c成反比。
采用电子设计自动化软件ewb进行仿真的结果，假如电容采用10μf，交流电源的频率为4.9-5khz时负载两端的电压波形如图3所示，由图 可以看出输出是稳定性较好的直流电压，负载两端的电压稳定在7.9kv。输出直流电压的纹波电压δu增大，负载两端的电压仍稳定在7.9kv。
有以上实验数据可以看出，由电容和二极管组成的直流倍压电路的输出直流电压的纹波电压δu和跌落电压δu与理论推导是不完全相吻合。
4 高频直流电源
高频直流电源主要有桥式整流电路、滤波电路、高频变压器、c-w倍压电路和x射线管高压线圈等组成。假若高频高压电源的频率采用1.2khz 时，则频率提高了20倍，c-w倍压电路输出高频高压电源输出电压 纹波将缩小20倍，高频高压电源输出电压跌落将缩小20倍。在容量相同的 情况下，工频自耦变压器的体积要远远大于高频自耦变压器的体积，采用 高频自耦变压器供电系统的直流输出电压的性能将有很好的改善。
5 结论
高频交流电源应用到x射线探伤机系统中，可以减小x射线探伤机系统中电源的体积，x射线探伤机系统的直流电源的纹波减小，提高直流电源的带负载 的能力，x射线探伤机工作稳定性和可靠性提高，倍压整流电路只能在负载较轻(即r较大，输出电流较小)的情况下工作，否则输出电压会降低。
参考文献：
[1]柳纪虎、刘昶丁，多级倍压整流电路的设计原理及其有关参数的计算方法，选自半导体技术，1992(8).
[2]张长清，9cmos集成电路应用800例，福建科学技术出版社，1996.
[3]张伟、张瑾、张明峰、李素双，新编集成电路选型手册，2008.
[4]王名杰，运动控制系统安装、调试和维修[m].北京：北京邮电大学出版社，2010.
[5]许晓峰，电机及拖动[m].北京：高等教育出版社，2007.
