便携式X射线探伤机控制器主回路电路的研究与设计

崔国建，刘 佳

(辽宁机电职业技术学院，辽宁 丹东 118000)

随着我国工业水平的迅猛发展，X射线探伤机已广泛应用于压力容器、输油输气管道、电力、石油化工、造船、机械制造、军工、航空航天、高铁、科研院校等各个行业及领域[1，2]。便携式X射线控制器的发展从最早的仿制日本理学的设备(T4522、T4523)俗称继电器控制器和单片机控制器，其控制器比较笨重，约20 kg左右；逐步发展到智能化数字机(T4777、T5777、T6777)通过编程，报警功能齐全，如过电压、欠电压、过电流、欠电流、超温、自动训机等。但是对于野外和高空作业的特殊环境体积与重量较大，并且故障率比较高，维修周期相对较长，大大的降低了工作效率。那么缩小体积减轻控制器重量，有效的减少故障率以及设备智能化将是今后的一个重要研究方向[3，4]。

1 x射线机控制器主回路的研究

X射线探伤机控制器的主回路部分，一般由分立的元器件固定在壳体内的底盘上，由螺丝紧固，按着原理图连线焊接完成，整个过程需要布线绑线，套管，上锡焊接等工序，焊接组装工作费时费力，工作效率低。尤其设备野外工作时，振动颠簸较大，容易出现断线，开焊，接触不良等问题，故障率较高。

通过设计X射线机主回路线路板，把控制器主回路分立元器件主可控硅、副可控硅、滤波电容、换向电容、滤波电感、换向电感、大功率二极管等设计成体积小重量轻的特殊集成电路，从而减少固定元器件数量和布线环节，能够缩小控制器体积，减轻控制器重量。提高了工作效率，并且节约成本，从而有效减少故障率，提高了设备质量。

2 控制器主回路电路的总体设计

确定如下方案：晶闸管桥式半控整流改由电源模块代替；主副可控硅改由模块可控硅代替；滤波电容2 200 V/3 300 uF改由4个400 V/1 500 uF代替；换向电感用自制高导磁材料替换；大功率二极管由同等参数，体积更小的二极管代替。

2.1 主回路电路的原理及设计

主回路部分的基本原理是220V交流电经晶闸管桥式半控整流器整流后，由LC组成的滤波器滤波，变为平滑的直流电，再送晶闸管逆变器逆变，将直流电斩截成单向矩形脉冲波，并作为高压变压器一次绕组的供电电源。将滤波后的直流电压与给定电压在电压调节单元中进行比较，经由控制晶闸管的导通角，最终使输出电压与给定数值相等，且保持较高的稳定度，当输出电压高于最高电压5%时，千伏调节单元中的过电压保护电路动作，使逆变器停止工作，进而切断高压。原理图如图1所示。

2.2 主回路电路线路板的绘制

根据原理图和元器件尺寸大小设计PCB板，PCB板的长宽要根据控制器壳体和元器件尺寸大小来确定，同时考虑好千伏调节单元和电流调节单元与主回路板的连接方式。PCB板如图2。

2.3 主回路线路板生产组装

按照技术参数和型号尺寸购买元器件，用万用表初步检查元器件好坏，在线路板上焊接元器件，检查有无错焊漏焊，完成后接入控制器内，把各个连线连接好，准备联机试验。

3 试验过程

3.1 模拟调试

控制器组装完成后，利用模拟台进行试机调试，按照XXQ-2505型设备进行参数设定，千伏板初级直流电压115 V，额定电压185 V，过压保护电压设为195 V，初级超过此电压，自动切断高压，显示窗口显示“UU”。毫安板通过模拟台给定5 mA，过电流保护值设为7 mA，超过此毫安值，自动切断高压，窗口显示“UA”，欠电流保护，通过模拟台毫安设置旋钮，逐渐减小毫安值，直到设备动作，切断高压，窗口显示“LA”，超温保护，通过短接温控开关到“地”的连线，即十芯或九芯连接电缆的6脚和9脚短接，在模拟台上可操作，窗口显示“PT”，说明控制器正常。

控制器工作5 min，千伏旋钮从150 kV～250 kV，电压连续可调，工作与休息按1∶1进行，曝光电压和曝光时间在规定范围内任意选择，一旦出现故障，显示窗口显示故障代码，高压自动切断，同时蜂鸣器报警，说明控制器模拟试验基本正常。

3.2 带载试验

以XXQ-2505型发生器进行试验，通过模拟台和示波器观察各项参数是否正常。首先进行训机(分自动训机和手动训机)，因为是带载试验，故采用手动训机，曝光时间设置为 min，起始电压从最低开始，千伏旋钮设置为 150 kV，按下高压开按钮，曝光开始，工作5 min，重复上述过程三次，电压逐渐升到额定电压，记录150 kV，180 kV，200 kV，230 kV，250 kV 时，各初级电压值，毫安值，脉宽，周期等参数值。不同电压时技术参数值见表1。

表1 不同电压时技术参数值

带载试验，老化训机72 h，未出现重大问题，但发现主可控硅温度偏高，加大散热器，在可控硅和散热器之间涂抹了导热硅脂后，温度恢复正常。

3.3 拍片试验

实验条件：机型：XXG-2505；材料：A3钢阶梯式快；胶片：天津-Ⅲ型；曝光时间：5 min；电压：250 kV；电流：5 mA；焦距：600 mm；工业用显影液和定影液，显影时间：5 min；温度：20 ℃；定影时间：10 min；温度：20 ℃；像质计采用Ⅱ-6Fe12。

最大穿透40 mm处，用黑度计测量黑度为1.60，像质计灵敏度优于1.67%，底片质量合格，整机完全能够达到企业的出厂标准，技术参数优于分立件控制器。控制器技术参数对比见表2。

表2 控制器技术参数对比

4 最终成果

针对X射线探伤机控制器的主回路部分进行开发设计，通过设计线路板，把控制器主回路分立元器件、主可控硅、副可控硅、大功率二极管、滤波电容、换向电感等元器件进行优化设计，并且通过模拟实验、带载试验、拍片试验的数据证明本设计缩小体积节约成本减轻控制器重量，经用户和生产厂家反馈，有效的减少了故障率，提高了设备的质量以及工作效率。对于高空和野外等特殊环境探伤作业意义深远。