無損探傷機驅動電路及主電路的設計本科畢業(yè)設計論文(更新版)

　　

【正文】 6 . 877 . 27 . 47 . 67 . 88電壓 ( V )時間(ms) 圖 41 200檔電壓及其觸發(fā)相位曲線圖 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 2506 . 46 . 66 . 877 . 27 . 47 . 67 . 88電壓 ( V )時間(ms) 圖 42 250檔電壓及其觸發(fā)相位曲線圖 32 典型問題的解決 在 X 射線探傷機調試和調試的過程中，曾經遇到一些故障和問題，而且有些問題曾經多次出現(xiàn)。 VT1 導通 使 VT2 截止 VT3 導通， IGBT 柵極電荷通過 VT3迅速放電，使 C點電位迅速下降至 0V，使 IGBT 可靠關斷， UCE迅速上升， IGBT 正常關斷。 驅動電路的設計 IGBT 驅動電路設計中，最常用的是分立元件構成的驅動電路和專用的混合集成 29 驅動電路。C) 以限制導通損耗； 低開關損耗 (Eoff,typ= IC = 25A 和 TC=25176。 因 此，對于 IGBT 的保護，主要包括 IGBT 過電流保護、 IGBT 過電壓保護和 IGBT過熱保護等。 IGBT 的保護電路簡介 電力電子裝置故障可分為結構性故障和參數性故障。由于 IGBT 內部不存在反向二極管，應用中可以靈活選用外接恢復二極管。 IGBT 既具有功率 MOSFET 的高速開關及電壓驅動特性，又具有雙極型晶體管的低飽和電壓特性極易實現(xiàn)較大電流的能力，是近年來電力電子領域中最令人注目及發(fā)展最快的一種器件。主電路、驅動電路的整機原理圖和實物圖見附錄 附錄 附錄 4 和附錄 5所示。 接著發(fā) Email 或拷盤給加工廠家。 PCB 設計是一項科學性和實踐性很強的工作，也是一門帶有藝術性的設計。 Protle 自動布線功能很強，一般都可以 100%的布通，不滿意的方面再進行人工修改； 。 Prote1 99SE 軟件包主要包含了以下幾個模塊 :原理圖設計軟件 Protel Advanced Schematic 99SE、電路板設計軟件 Protel Advanced PCB 99SE、用于 PCB 自動布線的 Protel Advanced Route 99SE、用于可編程邏輯器件 Protel Advanced PLD 99SE、用于電路仿真的 Advanced SM199 和信號完整性分析的 Advanced Integrity99，可謂功能齊全。 本系統(tǒng)的電路原理圖的繪制和 PCB 圖的設計，是通過強大的電路板設計軟件Protel99SE 來完成的。數碼開關 各種狀態(tài)的含義如表 32所示。其中，電位器 W2 的作用是調節(jié)反饋電壓的取樣值。 電壓反饋功能模塊 電壓反饋功能模塊 的主要功能就是在電 壓 調節(jié)系統(tǒng)中自 動 調節(jié)整流 功能模塊的輸出電壓 ，當整流 功能模塊的輸出電壓升高或降低一定數值 時， 此時通過電壓反饋電路反饋到控制電路中進行輸出電壓調整。每當輸入電壓的波形從負到正（過零點）時，電壓比較器的輸出端將會輸出一次低電平到單片機的外部中斷端，單片機就以該時刻為給觸發(fā)電路輸出脈沖的基準點，使整流功能模塊與其觸發(fā)電路能夠時刻保持同步。 C3 C3 C3 C3 L D4 所組成串聯(lián)諧振電路，可節(jié)約電能，并加速下正上負電壓 的 建立過程 ， 使逆變器在頻率較高時也能正常工作 。 逆變功能模塊 本 功能模塊 采用副晶閘管和換向電容及換向電感的強迫換向方式，由于晶閘管在直流電壓下觸發(fā)導通后 ,其控制極已失去控制能力，不能自行關斷，因而采取了這種專門的措施。 主電路設計 主電路部分主要由整流功能模塊、逆變功能模塊、航空頭功能模塊組成。在發(fā)生器內在鋪設了一層防輻射的鉛板，并用環(huán)氧樹脂粘結在發(fā)生器內壁上。 （ 2）發(fā)光二極管指示燈（共七個） a、電源燈：機器通電時亮； b、預置燈：機器處于預置參數時亮； c、準備燈：機器準備完畢時亮； d、訓機燈：訓機時亮； e、工作燈：訓機或曝光時周期性閃亮； f、休息燈：訓機或工作休息時亮； g、故障燈：機器發(fā)生故障保護時亮。 X 射線管會因陽極過熱而發(fā)生損壞，冷卻得不好還 會發(fā)生高壓變壓器過熱，絕緣性能變壞，耐壓強度降低而擊穿的事件。它的高壓發(fā)生部分（一般是兩個對稱 的高壓發(fā)生器）和 X射線管是分開的，它們之間用高壓電纜連接，為了提高工作效率，一般采用強制油循環(huán)冷卻。不過，與射線照相底片比較熒光屏呈黑度分布正好相反。 5 射線照相法 射線照相法是由射線源輻射的射線，貫穿于距射線源合適距離的被探傷工件。 4 射線的產生 X 射線是由韌致輻射而產生的，當快速運動的電子被物質阻止時，電子運動的速度急劇減小，電子原有的一部分或全部動能轉換為電磁波射出去 ,此即韌致輻射。 本文的主要工作 本文 第一章 主要 闡述了 X 射線無損探傷研究的背景與意義，以及對國內外的現(xiàn)狀進行介紹和分析。 在我國自八十代中期就有一些大學和研究單位，開始了此項研究。自此以后，各種加速器、核反應堆相繼建成。后來，人們?yōu)榱思o念倫琴的偉大發(fā)現(xiàn)，又稱為倫琴射線。例如，用強度均勻的射線照射工件，穿透射線使膠片感光，再經暗室處理得到射線照相底片。 39 致 謝 38 附錄 5： 基于晶閘管的驅動電路實物圖 37 附錄 4： 基于晶閘管的主電路板實物圖 28 II 4 實驗及結果分析 11 6 人機界面功能模塊 6 控制功能模塊 6 保護功能模塊 6 冷卻功能模塊 6 高壓功能模塊 5 攜帶 式 X射線機 第三章 描述了系統(tǒng)的 總體設計思路，在該思路指導下，建立了系統(tǒng)的總體框架，設計了系統(tǒng)的工作流程；其中著重 闡述了 X 射線探傷機主電路及其驅動電路各個功能模塊的作用和工作原理，以及其硬件設計和實現(xiàn)。 第二章介紹了 X 射線的產生與探傷的成像方法以 及 X 射線探傷機的種類、特點和基本結構。 9 射線探傷機的總體設計 10 基于晶閘管的主電路及其驅動電路設計 因此，顯示或測量穿透射線的強度及其分布，即可發(fā)現(xiàn)和判別缺陷。 由于當時對這種新光線的性質不甚了解，便借用數學上未知數“ X”來代表，故稱之為 X射線。二十世紀三十年代，科學家發(fā)現(xiàn)了中子。其中美國 VARIAN 公司的 系統(tǒng)，德國 SEIFERT 公司的實時圖象處理器 OPS3 型 PHILJPS 公司的 MU 系列產品 ,貝麥 ANDREX 公司的 TRU— VTSON150 等產品都曾打入中國市場，有的己被 國內一些廠家使用。當時電路設計是基于原有的電力電子技術和元器件開發(fā)的，多數采用瓊斯電路作逆變電路。 射線的產生與探傷的成像方法 X 射線具有電磁波的共性，同時也具有不同于可見光和無線電波等其他電磁輻射的特性，以下對 X 射線的產生和使用 X射線探傷的成像方法作簡單介紹。所有顯示方法，均是利用射線與顯示物質相互作用的某種后果，而這種后果又與射線的劑量或劑量率有相應關系，從而達到射線探傷的目的。因此，呈現(xiàn)出工件的透視圖像。 移動式 X 射線機 移動式 X射線機是一種體積較大、重量較重的探傷機，安裝在移動小車上，用于固定或半固定場合使用的 X 射線機。 冷卻功能模塊 冷卻是保證 X射線機能否長期使用的關鍵，冷卻效果的好壞直接影響 X 射線管的壽命和連續(xù)使用時間。 圖 23 前面板圖 其中，前面板中的 LED 顯示器、發(fā)光二極管狀態(tài)說明如下所述： （ 1） 數碼顯 示器（共 8 位） a、狀態(tài)： 3位，顯示當前工作狀態(tài)或故障代碼； b、千伏： 3位，顯示機器工作 KV值或預置 KV值； c、時間： 2位，顯示機器工作時間或預置時間。 X 射線發(fā)生器結構簡介 X 射線發(fā)生器的結構如 圖 32 所示，高壓變壓器和 X 射線管安裝在同一個管桶 10 內，其外殼用鋁板加工而成，采用六氟化硫氣體絕緣，供電頻率為 125～ 300Hz，為便于 X射線管散熱采用了陽極接地方式，在陽極靶伸出的端部安裝一個多葉片的鋁散熱器，再用風機強迫冷卻，加強了散熱效果。以下是主電路和驅動電路的具體設計。必須注意，續(xù)流二極管的極性不能接錯，否則會造成短路事故。 C3 C3 C3 C34剩余電荷經 SCR L2（ 3）、 D4 串聯(lián)諧振，使電容電壓 上 負 下 正而停止，電源繼續(xù)向電容充電，開始下 一個過程。零點檢測電路如圖 37所示： 12345678I C 1L M 3 1 1 NR410KD6D5C 1 40 . 1 uC 1 30 . 1 uR510K+ 5 VJ P 1 （ 9 ）單片機 ( I N T 1 )J P 2 （ 9 ）J P 2 （ 11 ） 圖 37 零點檢測功能模塊原理圖 15 電路 工作原理是： 220V 交流電壓經電源變壓器降壓后送到零點檢測電路的兩個輸入端，經 C1 C14 濾波和 D D6限幅后送到電壓比較器的反相輸入端。 W1 可調節(jié)脈沖，脈沖決定主晶閘管的導 通時間，進而可改變電流的大小 。一旦 X 射線發(fā)生 過流和欠流，控制 電路將會發(fā)出控制信號 切斷高壓，使脈沖變壓 B3 停止工作達到保護目的。數碼開關 撥向的改變能代表四種狀態(tài) ， 其中的三種狀態(tài)分別代表三個輸出電壓的范圍 ：開關 1 向上撥 、開關 2向下?lián)艽?輸出 200 伏，開關 1和 開關 2同時向下?lián)?為輸出 250 伏，開關 1 和 開關 2 同時向上撥 為輸出 300 伏。高質量的印制線路板能保證所設計的電路實現(xiàn)預先設定的各項指標是系統(tǒng)功能分析和調試設計結果的基礎，因此需要再設計印制線路板時精心安排 ，合理布局，使設計出來的線路板穩(wěn)定可靠運行，抗干擾能力強。這些技術把產品開發(fā)的三個方面有機的結合在一起，即設計人員、設計文件和建立文件的工具三者合為一體。在此環(huán)境下，可 以根據個人的環(huán)境和喜好設置電路板設計系統(tǒng)的環(huán)境參數和文檔參數； ； ，在電路板中會出現(xiàn)元件封裝連接關系組成的一些凌亂的圖案，需要人工或自動將元件放置到適當的位置； ，包括設定導線間距、導線拐角、導線形式 、導線寬度等； Protel Advance Rote 99Protel 高級無網 格布線器進行自動布線。同時在布線的工程中要不斷的修改元件的布局來保證布線的要求。對于支持 PROTEL99 格式的加工廠家，可將文件另存為 PCB 格式的二進制文件，然后做一次 DRC，通過后不存盤退出，再在觀看文檔目錄情況下將這個文件導出為一個 格式 *.PC B 文件。 3D 仿真圖分別如圖 31320 所示。根據國際電工委員會 IEC/TC（ CO） 1339 文件建議，其各部分名稱基本上沿用場效應晶體管的相應命名方法。一般來講， IGBT 的開關速度低于功率 MOSFET，但是 IR 公司新系列 IGBT 的開關特性非常接近功率MOSFET，而且導通特性也不受工作電壓的影響。 IGBT 逆變電路的另外一個顯著特點是控制電路簡單、控制功能模塊集成化程度高、功能齊全，與晶閘管逆變電路相比，減少了電感和換向電容，因而整機重量大為減輕，并大大改善了 X射線機整體性能、可靠性和智能性。 2．由于負載短路引起流過 IGBT 集電極和發(fā)射極的電流異常增大，使柵極附近局部過熱而損壞。 FGA25N120ANTD 圖形符號如圖 319 所示： CGE 圖 321 FGA25N120ANTD圖形符號 FGA25N120ANTD 的其他特性包括： 低飽和電壓 (VCE(sat),typ= IC = 25A 和 TC=25176。 L1 為高壓變壓器的初級繞組，由 IGBT 斬波后的脈動電壓送到高壓變壓 器進行升壓，最后驅動 X射線管進行探傷。 （ 2）正常關斷過程 當控制電路使 TS01 的 1 腳和 2腳無電流流過時，光電耦合器 TS01 不通， A點電位上升，使 VT1 導通