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高频高压发生器设计

作者:高考题库网
来源:https://www.bjmy2z.cn/gaokao
2021-02-12 13:16
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2021年2月12日发(作者:第四)


高频高压发生器设计



高频高压发生器:



高频高压发生器采 用了高频倍压电路,应用了最新的


PWM


高频脉宽调制技术,闭 环调整,


采用了电压大反馈,


使电压稳定度大幅度提高。


使用性能卓越的大功率


IGBT


器件及其驱动


技术,


并根据电磁兼容性理论,


采用特 殊屏蔽、隔离和接地等措施。使直流高压发生器实现


了高品质、便携式,并能承受额定电 压放电而不损坏。




仪器特点





1




体积小 、重量轻、更美观、更可靠、操作简便、功能齐全,便于野外使用,是新世纪最


理想的可 靠产品。




2




采用最 先进技术、工艺制造,率先应用最新的


PWM


高频脉宽调


制技术、脉冲串逻辑阵列调制,采用大功率


IGBT

< br>器件,利用高频技术提高频率,频率高达


100kHz


, 从而使输出高压稳定度更高,波汶系数更小。



3




精度高 、测量准确。电压、电


流均为数字显示,电压分辨率为


0.1k v


,电流分辨率为


0.1uA


,控制箱 上电压表直接显示加


在负载试品上的电压值,


使用时无需外加分 压器,


接线简单。


仪器具有高、


低压端 测量泄漏


电流,高压端采用圆形数字表显示,不怕放电冲击,抗干扰性能好,适合现场使 用。




4




电压调 节稳定度高,


全量程平滑调压,


输出电压调节采用进口单个多圈 电位器,


升压过程平


稳,调节精度高,并设计有粗调和细调功能 。电压调节度优于


0.1%


,电压、电流测量误差


小于


1.0%


,脉动因数优于


0.5%





5




负极性 输出、零启动、连续可调、有过电压、过


电流、回零、接地保护、特有断线保护等各种保 护功能。自动保护电路功能强,保护完善可


靠,使操作安全,各种技术指标均优于行业标 准及优于同类产品。



6




增设了 高精度


75%VDC-1mA


的功能,做氧化锌避雷器测量带来 极大的方便。轻轻一按无须计算。本仪器


控制箱上有


75%


的电压功能键,在做避雷器氧化锌试验时,当电流升到


1000uA


时,就打开


0.75


的按钮,这时,电 压表、电流表所显示的值就是


75%


的数据,做完后应立即将升 压的


旋钮回到零位上,同时,


将细调电压旋钮回到零位上,并应 立即按绿色按钮,切断高压并关


闭电源开关。再做其它试验。




7




方便的过电压整定设置功能,采用了数字拨盘开关,


能将整定电压值 直观显示,使你操用更随意,显示数值单位为


kv


< p>



8




倍压筒 可分节


结构,现场使用,灵活方便,一机多用,经济实惠。





工作原理:




X


线高频发生器特点



线高频发生器特点



1



x


线性能稳定,


成像质量及 效率高。



X


线的质

< br>(硬度)


是由


x


线球管上所加的 高压,




kv


的大小决定的,在


x


线发生时,如


k v


有波



动,


X


线的质不稳定,低


KV


造成软射线,


射线



性能降低。工频


X


线高压发生器输出电压是脉





动直流波形,对成像没有任何帮助


的软射线成



分较多。


高频高压发生器输出的波形近似恒定



直流,


射线性能稳定,


软射线成


分较少,因而,



成像质量高,同时,成像效率高,剂量可以降



低,降低了患者


X


线伤害


程度 。



2


、高频高压发生器曝光时间精确 ,曝光时间的重复



率高,可实现超短时间曝光。



? < /p>


工频


X


线发生器多以可控硅或接触器作为 曝光与



切断的开关元件,而接触器或可控硅的切断要



与电源频率同步进行;当交流相位没有达到或



接近



过零点



时,接触器或可控硅就不能切



断电源,使短时间曝光的重复率变差。在短时



间的自动曝光系统中,更不能按最佳瞬间及




切断高压。采用逆变技术的


X


线高压发生器输 出



的是波形近似恒定的直流高压,所以


短时曝光



不受电源同步的影响,


曝 光定是精确,


曝光重



复率高。


X


线机超短时间曝光取决


于高压波形的



上升沿,高频机高压波形上升沿很陡,所以最



短曝光时间可达


1ms


。工频


机的高压波形按工频



正弦波变化,上升沿缓慢,较难实现超短时间



曝光。



? 3.

高频高压


X


线发生器能显著缩小体积和重量。



?


普通变压器的感应电动势

E


与工作频



f

< br>,线圈匝




N


和铁芯截面积


S


的关系为:



? E/f


·


N


·


S=


常数



?


由上式可见,若工作频


率提高了几 千倍,


线圈匝



N


和铁芯截面积


S


的乘积即可缩小 几千倍,


而分



母保持不变,


这样就可大大减小变压器的体积。



省去笨重的 自耦变压器。工频


X


线高压发生器是



通过


自耦变压器调节


KV


的,而高频


X


线发生器主



电路使用谐振逆变电路,通过改变频率来改


变电



压,可满足


KV


在宽广范围 的调节,从而省去笨重



的自耦变压器。



?


4.


高频高压发生器的


KV



mA


的控制精度大大提



高。



?


工频


X


线发生器大多以


KV


预示及


KV


补偿来确定



曝光时


KV


的值。

KV


预示即在


X


线管未加负载时,



先测量高压初


级电压,再根据高压变 压器的变压



比,计算出高雅次级电压,预先将本次曝光


X


线



管两


端可能加的实际


KV


指示出来。


KV


补偿法即用



某种方法预 先增加高压变压初级电压,


以补


偿空



载与负载时的电压差。但曝光开始后,为防止加



压后自耦变压器碳轮移动产生电弧,


同时由于曝


< /p>


光时间短,


碳轮驱动系统的机械惯性跟不上电信

< br>


号的变化,


碳轮将处于静止状


态,


KV


的控制没有



闭环反馈,这时由电源电压波动或其他因素造成



的输出高压变化便无


法补偿,使实际


KV

< p>
至于所要



求的


KV


设定值有偏差。



?

工频


X


线发生器的


mA

< p>
调节电路需要设置稳



压电源,

< br>同时由于空间电荷效应的影响,



丝电路还要对空间电荷进行补偿,尽管



采取很多措施,< /p>


mA


实际值与设定值仍有较



大误


差。



? X


线高压发生器,


KV



mA


的控制使用闭



环控制 ,即使用


KV


和灯丝电流的测量


电路,



由比较电路把测定的值与


KV


和灯丝电流的



设定值相比较,如果有差别的 话,有控




电路对控制参数进行快速 调整,直到


KV



< br>灯丝电流的设定值与测量值一致。


KV



mA


的控制的控制精度大大提高,所以,重复



性也提高了。



? 5.


高频高压发生器的高压部分整流电路简单。



?


大功率的工频


X

< br>线发生器为了抑制软射


线,


要减



小高压输出的脉动率,


其高压变压器的次级采用



三相全波整流电路,


复杂而庞大。



?


高频


X


线 发生器的工作频率提高后,


只要使用小



容量的高压电容器就可以有效抑制高压波


形中的


< p>
脉动量。这样在高频


X


线发生器的高压变压器的< /p>



次级只需采用简单的单相全波整


流电路 。



? 6.


使用微机控制,集成化程度高,控制电路体积



减小。



高频高压发生器的主电路原理图



?


高频


X


线发生器主电路工作原理



?


整流器把工频电源整流、经滤波变为平滑


直流;逆


变器把直流变成频率为几万


Hz

< br>的



交流电,由这部分电路决定发生器输出


KV

< br>的大小;高


压变压器变压,获得所需的直



流电压。高频


X


线机的高压变压器工作在频



率为几十到几



KH z


的高频。



整流电路:



整流电路:



?


整流电路的作用是将交流电压变换为单向


脉动的直流电压,


滤波电路用来滤除整流



后单


向脉动电压中的交流成分,使之成为



平滑的直流电压。因为高压发生器主电路


电压很高,


如果是被压整流滤波后的电压



就可达


530V


左右,而稳压器件不能承受这



样的高压,所


以滤波后无稳压电路。



单相倍压整流电路



?


倍压整流电路:


当将几个由二极管和电容



组成的半波整流电路作几级串联时,


交流



电压


经二极管


D1-- Dn


在每半个周期内对电




C1



Cn


进行充放电 ,用低的交流电压就



可以


获得单级半 波整流电路几倍的输出电



压。


倍压整 流电路可以是单倍压,


两倍压,



也可以是


多倍压。



串联谐振逆变电路



?


如图所示为一个


RLC


串联谐振的的桥式逆



变器。逆变桥由四个臂构成,每一个臂由


< /p>



个场效应管(


IGBT


)和一个续流二极管



并联组成。输出为串联谐振电路,谐振逆


变技术


中有串联逆变和并联逆变两种方式,



并联谐振逆变电路就用在工作频率固定或


变化不大的


场合。高频


X


线由于频 率调节范



围比较宽,采用串联谐振逆变技术较为方


便。串联逆变


技术要求输入为恒压源,采



用大电容的滤波。



?


采用谐振开关技术,可以使功率器件两端



的电压或流过的电流呈正弦规律,而且电


压、


电流波形错开,


以实现功率器件零电

< br>


流开关或零电压开关,


使开关损耗理论上



降为零。



谐振电路吸收 了高频变压器漏



抗、


电路中的寄生电 感和功率器件的寄生



电容,


消除了高 频


时产生的电压尖峰和涌



浪电流,消除了电磁干扰和电源噪声。



?


因场效应管(


IGBT

< p>
)或


晶闸管开关频繁,



实际应用中常使用两套或多套串联谐振电



路以减小逆变电路的损耗。



?


如图串联谐振逆变电路所示,电路的电源由不可



控三相整流桥整流后经大电容


C1


滤波


获得平稳的



直流电压,属于电压型逆变器。电路为了续流,



设置了反馈二极管


D1~D4


而逆变器输出功率依



靠调整功率开关管触发脉冲的频率来进行调节。



?


依据


X


线 曝光信


号,在


T0~T1


期间,逆变电 路的开



关元件


VT1



VT4


导通,导通时间为,流过谐振





C

,高压变压器的初级线圈、写真电感


L


的电



流如下图所示,电流为正弦波形,在


T1

< p>
时,


VT1




VT4


断开,在


T1~T2

期间,贮存在电感


L


电容


C




的能量通过


D1



D4



出。 在


T3~T4


期间,逆变电



路的开关元件


VT2



VT3


导通,导通时间也为,



流过谐 振


电容


C


,高压变压器初级线圈、谐振 电




L


的电 流同样为正弦波形,



T4


时,


VT2



VT3


断 开,在


T4~T5


期间,贮存在


L



C


内的能量通过



D2



D3


放 出。在


T3~T5


期间的电压


波形与< /p>


T0~T1


期间一样,只是方向相反。



串联谐振型逆变电路



? T0~T1 ,VT1



VT4


导通,


导通时间为;


电流



为正弦波。



?


T1


时,


VT1



VT4


关断。



?



T1~T2,

< br>贮存在电感


L


、电容


C


内的能量通




D1< /p>



D4


放出。



?



T2


时 ,


D1



D4


关断。



? T3~T4,VT2


、< /p>


VT3


导通,


导通时间为;


电流



为正弦波。



?



T4


时 ,


VT2



VT3

关断。



?


< br>T4~T5


,贮存在电感


L


、电 容


C


内的能量



通过


D2



D3

放出。



?


< br>T5


时,


D2



D3


关断。



低功率输出时串联谐振逆变电流



高功率输出时串联谐振逆变电流



串联谐振电路的基本原理





ω


=


ω


0 =1 lc


-


-


-


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