Разработка моноблока для микрофокусного источника рентгеновского излучения на напряжение 150 кВ, используемого в промышленной дефектоскопии, страница 11

Конденсаторы для схемы умножения подбираются исходя из параметра пульсации напряжения δU. Пульсации означают, суммарное изменение напряжения на конденсаторах [ 8]:

δU = ∆Q/C*(1+2+3+...+n) = I₀*n*(n+1)/2*f*C      (2.2)

где ∆Q – изменение заряда на конденсаторе, I₀ – ток через нагрузку; n – число каскадов; f – частота питающего напряжения; C – емкость высоковольтных конденсаторов.

Из выражения видно, что пульсации тем меньше, чем больше частота питающего напряжения f и емкости конденсаторов C, а так же чем меньше ток нагрузки I₀. Чем меньше пульсации высокого напряжения, тем меньший размер фокусного пятна можно получить на мишени рентгеновской трубки при использовании магнитной фокусировки.

Исходя из ряда выпускаемых отечественной промышленностью высоковольтных конденсаторов марки К73-14М на (470, 680, 1000, 2200) пФ выдерживающие 16 кВ, применяемые в аналогичных аппаратах. Для схемы умножения был взят конденсатор на 1000 пФ, так как он наиболее удовлетворяет необходимым требованиям по пульсациям δU =130 В, при частоте питающего напряжения f=30 кГц и токе через нагрузку I₀=50 мкА, для рентгеновской трубки БС16.

Диоды в схеме умножения подбираются таким образом, чтобы они выдерживали высокое обратное напряжение. Обратное напряжение на всех диодах одинаково и равно 2Um=12 кВ, таким образом диод должен выдерживать напряжение не меньше 12 кВ. Из имеющих отечественных аналогов, были взяты высоковольтные диоды марки КД 121Е, выдерживающие высокое обратное напряжение 14 кВ и максимальный в длительном режиме ток 10 мА. В том случае если высокое обратное напряжение превысит 14 кВ, то диод может выйти из строя, поэтому для повышения надёжности схемы приходится использовать не один, а два последовательно соединённых диода на каждый каскад умножения. В итоге в конкретной схеме умножения будет использовано сорок восемь последовательно соединённых диода.

Для контроля величины высокого напряжения, в схему умножения встроен делитель напряжения на высоковольтных резисторах. Ток трубки измеряется в цепи общей точки низковольтного конца умножителя. Ток трубки без фокусирующей системы равен Iтр=50 мкА. Для делителя напряжения необходимо сопротивление Rдел=14 ГОм, так как ток делителя должен быть не более 20 % от тока трубки. В делителе используется четырнадцать высоковольтных резисторов С2-23 ВН-1 номиналом 1 ГОм.

 Для защиты трубки и схемы умножения от больших токов при разрядах в трубке необходимо использовать балластное сопротивление. Сопротивление подбирается таким образом, чтобы разрядный ток трубки, в момент разряда не выводил из строя элементы схемы умножения и саму трубку. В рабочем режиме на нём должно падать допустимая величина напряжения. Используем балластный резистор марки С3-14-1 сопротивлением Rб=10 МОм. Для обеспечения электрической прочности, используется четыре резистора Rб=40 МОм, что допустимо для высоковольтных диодов. При такой величине  максимально возможный разрядный ток Iраз=4 мА. В рабочем режиме  при 50 мкА на балластном резисторе падает допустимая величина напряжения Uб=2 кВ. Использование балластных резисторов значительно повышает надёжность и долговечность работы моноблока.

 Общий вид двенадцатикаскадного умножителя напряжение 150 кВ представлен на рисунке 2.4.

 Он состоит из кассеты (1), которая изготовлена из ортстекла марки “Стекло СОЛ 12” ГОСТ 15809-70, на одной стороне которой закреплена цепочка из высоковольтных конденсаторов (2) и диодов (3), а к другой стороне крепится линейка из балластных резисторов (4) и делителя напряжения (5).