便攜式X射線探傷機(jī)控制器主回路電路的研究與設(shè)計(jì)

崔國(guó)建，劉 佳

(遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 丹東 118000)

隨著我國(guó)工業(yè)水平的迅猛發(fā)展，X射線探傷機(jī)已廣泛應(yīng)用于壓力容器、輸油輸氣管道、電力、石油化工、造船、機(jī)械制造、軍工、航空航天、高鐵、科研院校等各個(gè)行業(yè)及領(lǐng)域[1，2]。便攜式X射線控制器的發(fā)展從最早的仿制日本理學(xué)的設(shè)備(T4522、T4523)俗稱(chēng)繼電器控制器和單片機(jī)控制器，其控制器比較笨重，約20 kg左右；逐步發(fā)展到智能化數(shù)字機(jī)(T4777、T5777、T6777)通過(guò)編程，報(bào)警功能齊全，如過(guò)電壓、欠電壓、過(guò)電流、欠電流、超溫、自動(dòng)訓(xùn)機(jī)等。但是對(duì)于野外和高空作業(yè)的特殊環(huán)境體積與重量較大，并且故障率比較高，維修周期相對(duì)較長(zhǎng)，大大的降低了工作效率。那么縮小體積減輕控制器重量，有效的減少故障率以及設(shè)備智能化將是今后的一個(gè)重要研究方向[3，4]。

1 x射線機(jī)控制器主回路的研究

X射線探傷機(jī)控制器的主回路部分，一般由分立的元器件固定在殼體內(nèi)的底盤(pán)上，由螺絲緊固，按著原理圖連線焊接完成，整個(gè)過(guò)程需要布線綁線，套管，上錫焊接等工序，焊接組裝工作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，工作效率低。尤其設(shè)備野外工作時(shí)，振動(dòng)顛簸較大，容易出現(xiàn)斷線，開(kāi)焊，接觸不良等問(wèn)題，故障率較高。

通過(guò)設(shè)計(jì)X射線機(jī)主回路線路板，把控制器主回路分立元器件主可控硅、副可控硅、濾波電容、換向電容、濾波電感、換向電感、大功率二極管等設(shè)計(jì)成體積小重量輕的特殊集成電路，從而減少固定元器件數(shù)量和布線環(huán)節(jié)，能夠縮小控制器體積，減輕控制器重量。提高了工作效率，并且節(jié)約成本，從而有效減少故障率，提高了設(shè)備質(zhì)量。

2 控制器主回路電路的總體設(shè)計(jì)

確定如下方案：晶閘管橋式半控整流改由電源模塊代替；主副可控硅改由模塊可控硅代替；濾波電容2 200 V/3 300 uF改由4個(gè)400 V/1 500 uF代替；換向電感用自制高導(dǎo)磁材料替換；大功率二極管由同等參數(shù)，體積更小的二極管代替。

2.1 主回路電路的原理及設(shè)計(jì)

主回路部分的基本原理是220V交流電經(jīng)晶閘管橋式半控整流器整流后，由LC組成的濾波器濾波，變?yōu)槠交闹绷麟姡偎途чl管逆變器逆變，將直流電斬截成單向矩形脈沖波，并作為高壓變壓器一次繞組的供電電源。將濾波后的直流電壓與給定電壓在電壓調(diào)節(jié)單元中進(jìn)行比較，經(jīng)由控制晶閘管的導(dǎo)通角，最終使輸出電壓與給定數(shù)值相等，且保持較高的穩(wěn)定度，當(dāng)輸出電壓高于最高電壓5%時(shí)，千伏調(diào)節(jié)單元中的過(guò)電壓保護(hù)電路動(dòng)作，使逆變器停止工作，進(jìn)而切斷高壓。原理圖如圖1所示。

2.2 主回路電路線路板的繪制

根據(jù)原理圖和元器件尺寸大小設(shè)計(jì)PCB板，PCB板的長(zhǎng)寬要根據(jù)控制器殼體和元器件尺寸大小來(lái)確定，同時(shí)考慮好千伏調(diào)節(jié)單元和電流調(diào)節(jié)單元與主回路板的連接方式。PCB板如圖2。

2.3 主回路線路板生產(chǎn)組裝

按照技術(shù)參數(shù)和型號(hào)尺寸購(gòu)買(mǎi)元器件，用萬(wàn)用表初步檢查元器件好壞，在線路板上焊接元器件，檢查有無(wú)錯(cuò)焊漏焊，完成后接入控制器內(nèi)，把各個(gè)連線連接好，準(zhǔn)備聯(lián)機(jī)試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)過(guò)程

3.1 模擬調(diào)試

控制器組裝完成后，利用模擬臺(tái)進(jìn)行試機(jī)調(diào)試，按照XXQ-2505型設(shè)備進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，千伏板初級(jí)直流電壓115 V，額定電壓185 V，過(guò)壓保護(hù)電壓設(shè)為195 V，初級(jí)超過(guò)此電壓，自動(dòng)切斷高壓，顯示窗口顯示“UU”。毫安板通過(guò)模擬臺(tái)給定5 mA，過(guò)電流保護(hù)值設(shè)為7 mA，超過(guò)此毫安值，自動(dòng)切斷高壓，窗口顯示“UA”，欠電流保護(hù)，通過(guò)模擬臺(tái)毫安設(shè)置旋鈕，逐漸減小毫安值，直到設(shè)備動(dòng)作，切斷高壓，窗口顯示“LA”，超溫保護(hù)，通過(guò)短接溫控開(kāi)關(guān)到“地”的連線，即十芯或九芯連接電纜的6腳和9腳短接，在模擬臺(tái)上可操作，窗口顯示“PT”，說(shuō)明控制器正常。

控制器工作5 min，千伏旋鈕從150 kV～250 kV，電壓連續(xù)可調(diào)，工作與休息按1∶1進(jìn)行，曝光電壓和曝光時(shí)間在規(guī)定范圍內(nèi)任意選擇，一旦出現(xiàn)故障，顯示窗口顯示故障代碼，高壓自動(dòng)切斷，同時(shí)蜂鳴器報(bào)警，說(shuō)明控制器模擬試驗(yàn)基本正常。

3.2 帶載試驗(yàn)

以XXQ-2505型發(fā)生器進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)模擬臺(tái)和示波器觀察各項(xiàng)參數(shù)是否正常。首先進(jìn)行訓(xùn)機(jī)(分自動(dòng)訓(xùn)機(jī)和手動(dòng)訓(xùn)機(jī))，因?yàn)槭菐лd試驗(yàn)，故采用手動(dòng)訓(xùn)機(jī)，曝光時(shí)間設(shè)置為 min，起始電壓從最低開(kāi)始，千伏旋鈕設(shè)置為 150 kV，按下高壓開(kāi)按鈕，曝光開(kāi)始，工作5 min，重復(fù)上述過(guò)程三次，電壓逐漸升到額定電壓，記錄150 kV，180 kV，200 kV，230 kV，250 kV 時(shí)，各初級(jí)電壓值，毫安值，脈寬，周期等參數(shù)值。不同電壓時(shí)技術(shù)參數(shù)值見(jiàn)表1。

表1 不同電壓時(shí)技術(shù)參數(shù)值

帶載試驗(yàn)，老化訓(xùn)機(jī)72 h，未出現(xiàn)重大問(wèn)題，但發(fā)現(xiàn)主可控硅溫度偏高，加大散熱器，在可控硅和散熱器之間涂抹了導(dǎo)熱硅脂后，溫度恢復(fù)正常。

3.3 拍片試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)條件：機(jī)型：XXG-2505；材料：A3鋼階梯式快；膠片：天津-Ⅲ型；曝光時(shí)間：5 min；電壓：250 kV；電流：5 mA；焦距：600 mm；工業(yè)用顯影液和定影液，顯影時(shí)間：5 min；溫度：20 ℃；定影時(shí)間：10 min；溫度：20 ℃；像質(zhì)計(jì)采用Ⅱ-6Fe12。

最大穿透40 mm處，用黑度計(jì)測(cè)量黑度為1.60，像質(zhì)計(jì)靈敏度優(yōu)于1.67%，底片質(zhì)量合格，整機(jī)完全能夠達(dá)到企業(yè)的出廠標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)參數(shù)優(yōu)于分立件控制器。控制器技術(shù)參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 控制器技術(shù)參數(shù)對(duì)比

4 最終成果

針對(duì)X射線探傷機(jī)控制器的主回路部分進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，通過(guò)設(shè)計(jì)線路板，把控制器主回路分立元器件、主可控硅、副可控硅、大功率二極管、濾波電容、換向電感等元器件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并且通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)、帶載試驗(yàn)、拍片試驗(yàn)的數(shù)據(jù)證明本設(shè)計(jì)縮小體積節(jié)約成本減輕控制器重量，經(jīng)用戶(hù)和生產(chǎn)廠家反饋，有效的減少了故障率，提高了設(shè)備的質(zhì)量以及工作效率。對(duì)于高空和野外等特殊環(huán)境探傷作業(yè)意義深遠(yuǎn)。