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高壓電源技術難點及解決辦法

2014/11/30 17:07:07??????點擊:
高壓電源技術難點及解決辦法


  1.體積與絕緣

  高壓電源是專為X射線增強器配套的,它被安裝在X射線增強器底座下一個狹小的空間,因而要求體積小。體積的減小與電路形式的選擇,電路的性能及絕緣,散熱等問題有直接關系。本電路將功率變換、控制電路等部分和高壓部分分開屏蔽放置,并選擇高強度的絕緣介質填充高壓部分,很好地解決了這個問題。

  2.高頻高壓變壓器

  高頻高壓變壓器是高壓電源的核心部件。在低壓(功率)變壓器中,可以不考慮波形的畸變和工作頻帶的問題,因而可以忽略分布電容的影響。在高頻高壓變壓器中,由于匝數增多,特別是次級匝數增多,當變壓器工作頻率比較高和電壓變化率比較大時,必須考慮分布電容和漏感問題。這時,變壓器模型如圖2所示。L1為漏感,Cp和Cs分別為初級和次級的分布電容。變壓器漏感L1和次級分布電容構成了串聯諧振電路。當變壓器次級開路或負載較輕時變壓器可看成電感,因而與次級分布電容Cs構成并聯諧振電路,其等效電路如圖3所示。發生諧振時,電容兩端的電壓會高出工作電壓,也就是說變壓器內部的電壓會高于輸出電壓。這無形中增大了對變壓器的耐壓要求。因而在變壓器的繞制過程中,要盡量減少分布電容和漏感。假設各層電容相等,繞組共有m層,則分布電容Cs=C(C為次級繞組固有電容,N2為次級繞組匝數)。當次級匝數一定時,次級等效到初級的分布電容與次級的層數有關,層數越多分布電容越小。每一層上的匝數越少,分布電容越小。為了減小分布電容,采取分段分組繞制方式,并增加層數,減小每層匝數。變壓器采用馬蹄形鐵氧體磁芯,其繞制示意如圖4所示。

 

圖2    考慮分布電容的變壓器模型

 

圖3    分布電容折合到初級的等效電路

 

圖4    高壓變壓器繞制示意圖

  實踐證明,分段分組繞制法還較好地解決了高壓變壓器的絕緣問題。

  3. 輸入電壓范圍的調制

  高壓電源工作在高頻高壓條件下的小功率電源,輸入電壓范圍的調節會出現困難。不但調整率很差,而且在輸入電壓超過一定值時,電源無輸出,或輸出電壓不穩定。原因是高壓小功率電源的占空比很小,工作時的導通脈寬很窄(呈窄脈沖工作狀態)。當輸入電壓升高時,輸出能量不變,脈沖寬度變窄,幅度加長。輸入電壓升高到一定限度,控制電路呈失控狀態,無法實現有效的閉環控制,導致整個電路關閉。為解決這個問題,經過分析試驗,設計了一個輸入電壓調節電路,如圖5所示。

 

圖5    輸入電壓調節電路

  它實際上是一個輸入電壓預穩壓電路,輸入電壓經過它,成為基本穩定的電壓,再加到主電路(開關電路)上。

  經過調試,試驗和長期裝機應用,證明了該電路的穩定與可靠。表1是設置輸入電壓調節電路與沒有設置時的實測數據。為簡化起見,這里只給出輸出主電路(25kV)參數。明顯看出,加了該電路后,輸入電壓調整率大大提高,輸入電壓調節范圍也增至250V。

  表1    輸入電壓變化對輸出電壓的影響

 

  由于上電時,輸入端瞬間沖擊電流很大,對輸入電壓調節電路造成危害。為此,還專門設計了輸入緩沖電路。

  另外,高壓電源變壓器的變比n大,變壓器次級反饋到初級變化率較小,帶來的問題是穩壓效果不理想。這樣,還設計了輸出電壓預穩壓電路。因篇幅有限,實際電路從略。

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