CN113411007A - 一种小型电子加速器用励磁电源装置及其控制方法 - Google Patents

一种小型电子加速器用励磁电源装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种小型电子加速器用励磁电源装置及其控制方法，主要涉及电子加速器领域；包括三相滤波器、全波整流器、LC滤波器、直流高压电源、电容组C、主励磁线圈L、IGBT1、IGBT1驱动器、IGBT2、IGBT2驱动器、IGBT3、IGBT3驱动器、续流二极管1、续流二极管2；本发明根据LC桥式振荡原理，由外部同步信号控制主励磁线圈电流的幅度大小和重复频率，从而产生强度变化的磁场，用于加速和约束电子，产生X射线，本装置体积小，重量轻，能够很好的适用于小型电子加速器。

Description

一种小型电子加速器用励磁电源装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及电子加速器领域，具体是一种小型电子加速器用励磁电源装置及其控制方法。
背景技术
目前，电子加速器产生的X射线能量比普通管电压式X射线管产生的X射线能量高很多，因此电子加速器产生的X射线能够穿透厚度更大的物体。由于电子加速器能够产生高能量的X射线，电子加速器在无损检测、海关货柜安检系统、工业X射线成像检测装置和医学癌症治疗中得到广泛的应用，而小型电子感应加速器在体积尺寸、操作简单、成本低廉等方面比其他类型的电子加速器具有很好的优势。
对于电子加速器来说，励磁电源体积和重量占到整个电子加速器的三分之二，因此，要使电子加速器变得小型化和轻便化，主要解决的问题就是如何使励磁电源体积变小，重量变轻。早期的主励磁电源采用的是交流励磁电源，利用变压器升压，将220V交流电升压到一定值，然后直接加载在励磁线圈上产生50Hz的变化电流，此类电源需要庞大的变压器绕组和大量的补偿电容，导致电源装置体积庞大，且主励磁圈电流为50Hz，产生的X射线频率也为50Hz，不能根据需求进行变化控制。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种小型电子加速器用励磁电源装置及其控制方法，根据LC桥式振荡原理，由外部同步信号控制主励磁线圈电流的幅度大小和重复频率，从而产生强度变化的磁场，用于加速和约束电子，产生X射线，本装置体积小，重量轻，能够很好的适用于小型电子加速器。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种小型电子加速器用励磁电源装置，包括三相滤波器、全波整流器、LC滤波器、直流高压电源、电容组C、主励磁线圈L、IGBT1、IGBT1驱动器、IGBT2、IGBT2驱动器、IGBT3、IGBT3驱动器、续流二极管1、续流二极管2；
所述三相滤波器的输入端连接三相交流电；
所述三相滤波器的输出端与全波整流器的输入端连接；
所述全波整流器的输出端与LC滤波器的输入端连接；
所述直流高压电源的输入端同时与三相交流电中的一相、LC滤波器的输出端连接；
所述直流高压电源的输出端、IGBT2的输出端、续流二极管2的输出端均与电容组C的输入端连接；
所述电容组C的输出端同时与续流二极管1的输入端、IGBT1的输入端连接；
所述IGBT1的输出端、IGBT3的输出端、续流二极管1的输出端均与主励磁线圈L的输入端连接；
所述主励磁线圈L的输出端同时与IGBT2的输入端、续流二极管2的输入端连接；
所述IGBT1驱动器的输入端、IGBT2驱动器的输入端均与控制信号1连接；
所述IGBT1驱动器的输出端与IGBT1的输入端连接；
所述IGBT2驱动器的输出端与IGBT2的输入端连接；
所述IGBT3驱动器的输入端与控制信号2连接；
所述IGBT3驱动器的输出端、LC滤波器的输出端均与IGBT3的输入端连接。
一种小型电子加速器用励磁电源装置的控制方法，包括步骤：
S1、由IGBT1驱动器和IGBT2驱动器实时监测同步控制信号1，当监测控制信号1为高电平时，进入步骤S2；
S2、IGBT1驱动器打开IGBT1，IGBT2驱动器打开IGBT2，电容组C的能量通过IGBT1向主励磁线圈L流动，再通过IGBT2回到电容组C，主励磁线圈电流开始持续增长，线圈激励的磁场强度也持续增大，进入步骤S3；
S3、IGBT1驱动器和IGBT2驱动器实时监测控制信号1低电平，当监测到控制信号1为高电平时，保持在步骤S3，当监测到控制信号1为低电平时，进入步骤S3；
S4、IGBT1驱动器关闭IGBT1，IGBT2驱动器关闭IGBT2，主励磁线圈L开始续流，线圈电流开始减小，进入步骤S5；
S5、IGBT3驱动器实时监测同步控制信号2，当控制信号2为高电平时，进入步骤S6；当控制信号2为低电平时，保持在步骤S5；
S6、IGBT3驱动器打开IGBT3，LC滤波器向主励磁线圈L补充电流，进入步骤S7；
S7、IGBT3驱动器实时监测同步控制信号2，当控制信号2为低电平时，进入步骤S8，为高电平时，保持在步骤S7；
S8、IGBT3驱动器关闭IGBT3，主励磁线圈电流减为0，完成一个LC震荡周期，进入步骤S1。
对比现有技术，本发明的有益效果在于：
1、本发明依据LC桥式振荡原理，通过特定的控制方法，控制电容组C与主励磁线圈L充放电过程，在主励磁线圈L上产生稳定变化的电流，激励出相应的变化磁场，用于小型电子感应加速器加速和控制电子。传统的励磁电源装置采用的是逆变电路和升压变压器，电源结构复杂，器件笨重，而本发明使用IGBT控制LC振荡，产生稳定变化的电流，简化电源结构，减小了电源的体积与重量，能够很好的适用于小型电子感应加速器上，这是本发明的最大优势；
2、本发明体积小，重量轻，控制方便，可以根据控制信号的重复频率和占空比控制主励磁线圈电流幅度和重复频率，非常适合小型电子感应加速器中产生控制磁场，利用该装置及其控制方法可以控制加速器产生X射线的能量和剂量率。
附图说明
附图1本发明的系统结构示意图；
附图2本发明的控制流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
电子感应加速器基本技术原理是根据麦克斯韦方程，变化的磁场可以产生感生涡旋电场，然后利用感生涡旋电场加速电子，并将电子约束在恒定半径轨道上，当电子被电场加速到一定能量时，电子束打在靶上发生韧致辐射从而产生X射线。电子被加速的能量越高，产生的X射线能量也越高。根据上述基本原理，要使电子在恒定的轨道上加速运动，需要产生一个强度变化的磁场。电子感应加速器的励磁电源通过控制主励磁线圈的电流变化，在线圈内部就可以得到强度变化的磁场，用该磁场就可以加速和约束电子。本发明所述的励磁电源装置就是用来给主励磁线圈提供电流，根据相应的控制方法控制主励磁线圈产生稳定变化的电流，即可得到强度变化的磁场，实现电子加速和约束功能。
本发明根据LC桥式振荡原理，利用电容组向主励磁线圈放电而产生电流，只需简单的控制LC的振荡过程和补偿励磁线圈上的损耗，就能稳定的控制主励磁线圈电流变化，从而产生变化的磁场，本发明可以有效解决电子感应加速器电源装置体积庞大的技术缺点，很好的适用于小型电子感应加速器。
实施例1：如附图1所示，本发明所述是一种小型电子加速器用励磁电源装置，包括三相滤波器、全波整流器、LC滤波器、直流高压电源、电容组C、主励磁线圈L、IGBT1、IGBT1驱动器、IGBT2、IGBT2驱动器、IGBT3、IGBT3驱动器、续流二极管1、续流二极管2；
所述三相滤波器的输入端连接三相交流电；
所述三相滤波器的输出端与全波整流器的输入端连接，全波整流器将三相正弦波电压整流成半波电压；
所述全波整流器的输出端与LC滤波器的输入端连接，通过LC滤波器进一步将半波电压变成直流电压；
所述直流高压电源的输入端同时与三相交流电中的一相、LC滤波器的输出端连接；
所述直流高压电源的输出端、IGBT2的输出端、续流二极管2的输出端均与电容组C的输入端连接；
所述电容组C的输出端同时与续流二极管1的输入端、IGBT1的输入端连接；
所述IGBT1的输出端、IGBT3的输出端、续流二极管1的输出端均与主励磁线圈L的输入端连接；
所述主励磁线圈L的输出端同时与IGBT2的输入端、续流二极管2的输入端连接；
所述IGBT1驱动器的输入端、IGBT2驱动器的输入端均与控制信号1连接；
所述IGBT1驱动器的输出端与IGBT1的输入端连接；
所述IGBT2驱动器的输出端与IGBT2的输入端连接；
所述IGBT3驱动器的输入端与控制信号2连接；
所述IGBT3驱动器的输出端、LC滤波器的输出端均与IGBT3的输入端连接。
三相交流电经过三相滤波器滤波，全波整流器整流，再通过LC滤波器滤波器后得到直流电压。上述直流电压和直流高压电源的输出电压叠加在一起，输入到主电容组C，使主电容组C在振荡开始之前达到一定的电压幅度，储存一定的能量。
IGBT1和IGBT2由控制信号1控制电容组C向主励磁线圈L放电，实现主励磁线圈的电流重复频率控制；IGBT3由控制信号2控制主励磁线圈L进行损耗能量补偿；IBGT1、IGBT2在控制信号1的控制下，配合IGBT3在控制信号2控制下，使主励磁线圈L和电容组C形成稳定的LC振荡，从而主励磁线圈具有稳定变化的电流，在线圈内部产生稳定变化的磁场，满足电子加速和约束的要求。
根据LC桥式振荡原理，由外部同步信号控制主励磁线圈电流的幅度大小和重复频率，从而产生强度变化的磁场，用于加速和约束电子，产生X射线，本装置体积小，重量轻，控制方便，可根据控制信号的重复频率和占空比控制主励磁线圈电流幅度和重复频率，非常适合小型电子感应加速器中产生控制磁场，能够很好的适用于小型电子加速器。
实施例2：如附图2所示，本发明所述是一种小型电子加速器用励磁电源装置的控制方法，包括步骤：
S1、由IGBT1驱动器和IGBT2驱动器实时监测同步控制信号1，当监测控制信号1为高电平时，进入步骤S2；
S2、IGBT1驱动器打开IGBT1，IGBT2驱动器打开IGBT2，电容组C的能量通过IGBT1向主励磁线圈L流动，再通过IGBT2回到电容组C，主励磁线圈电流开始持续增长，线圈激励的磁场强度也持续增大，进入步骤S3；
S3、IGBT1驱动器和IGBT2驱动器实时监测控制信号1低电平，当监测到控制信号1为高电平时，保持在步骤S3，当监测到控制信号1为低电平时，进入步骤S3；
S4、IGBT1驱动器关闭IGBT1，IGBT2驱动器关闭IGBT2，主励磁线圈L开始续流，线圈电流开始减小，进入步骤S5；
S5、IGBT3驱动器实时监测同步控制信号2，当控制信号2为高电平时，进入步骤S6；当控制信号2为低电平时，保持在步骤S5；
S6、IGBT3驱动器打开IGBT3，LC滤波器向主励磁线圈L补充电流，进入步骤S7；
S7、IGBT3驱动器实时监测同步控制信号2，当控制信号2为低电平时，进入步骤S8，为高电平时，保持在步骤S7；
S8、IGBT3驱动器关闭IGBT3，主励磁线圈电流减为0，完成一个LC震荡周期，进入步骤S1。
上述同步控制信号1和控制信号2可由外部输入，也可由CPU(如MCU、DSP、FPGA/CPLD)根据磁场需要控制产生，控制信号的频率和高电平占空比根据实际需要由CPU进行设置。
利用该装置及其控制方法可以控制加速器产生X射线的能量和剂量率。
本发明依据LC振荡原理，通过特定的控制方法，控制电容组与主励磁线圈充放电过程，在主励磁线圈上产生变化的电流，激励出相应的变化磁场，用于小型电子感应加速器加速和控制电子。
传统的励磁电源装置采用的是逆变电路和升压变压器，电源结构复杂，器件笨重，而本发明使用IGBT控制LC振荡，简化电源结构，减小了电源的体积与重量，能够很好的适用于小型电子感应加速器上，这是本发明最大优势。

Claims (2)

1.一种小型电子加速器用励磁电源装置，其特征是：包括三相滤波器、全波整流器、LC滤波器、直流高压电源、电容组C、主励磁线圈L、IGBT1、IGBT1驱动器、IGBT2、IGBT2驱动器、IGBT3、IGBT3驱动器、续流二极管1、续流二极管2；
所述三相滤波器的输入端连接三相交流电；
所述三相滤波器的输出端与全波整流器的输入端连接；
所述全波整流器的输出端与LC滤波器的输入端连接；
所述直流高压电源的输入端同时与三相交流电中的一相、LC滤波器的输出端连接；
所述直流高压电源的输出端、IGBT2的输出端、续流二极管2的输出端均与电容组C的输入端连接；
所述电容组C的输出端同时与续流二极管1的输入端、IGBT1的输入端连接；
所述IGBT1的输出端、IGBT3的输出端、续流二极管1的输出端均与主励磁线圈L的输入端连接；
所述主励磁线圈L的输出端同时与IGBT2的输入端、续流二极管2的输入端连接；
所述IGBT1驱动器的输入端、IGBT2驱动器的输入端均与控制信号1连接；
所述IGBT1驱动器的输出端与IGBT1的输入端连接；
所述IGBT2驱动器的输出端与IGBT2的输入端连接；
所述IGBT3驱动器的输入端与控制信号2连接；
所述IGBT3驱动器的输出端、LC滤波器的输出端均与IGBT3的输入端连接。
2.一种小型电子加速器用励磁电源装置的控制方法，其特征是，包括步骤：
S1、由IGBT1驱动器和IGBT2驱动器实时监测同步控制信号1，当监测控制信号1为高电平时，进入步骤S2；
S2、IGBT1驱动器打开IGBT1，IGBT2驱动器打开IGBT2，电容组C的能量通过IGBT1向主励磁线圈L流动，再通过IGBT2回到电容组C，主励磁线圈电流开始持续增长，线圈激励的磁场强度也持续增大，进入步骤S3；
S3、IGBT1驱动器和IGBT2驱动器实时监测控制信号1低电平，当监测到控制信号1为高电平时，保持在步骤S3，当监测到控制信号1为低电平时，进入步骤S3；
S4、IGBT1驱动器关闭IGBT1，IGBT2驱动器关闭IGBT2，主励磁线圈L开始续流，线圈电流开始减小，进入步骤S5；
S5、IGBT3驱动器实时监测同步控制信号2，当控制信号2为高电平时，进入步骤S6；当控制信号2为低电平时，保持在步骤S5；
S6、IGBT3驱动器打开IGBT3，LC滤波器向主励磁线圈L补充电流，进入步骤S7；
S7、IGBT3驱动器实时监测同步控制信号2，当控制信号2为低电平时，进入步骤S8，为高电平时，保持在步骤S7；
S8、IGBT3驱动器关闭IGBT3，主励磁线圈电流减为0，完成一个LC震荡周期，进入步骤S1。
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