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NP-1型、NP-2型碳氧比能谱测井仪器井下120kV高压电源？

2025-03-12 10:05:38

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回答1：

地面由400Hz正弦波航空发电机向井下供400Hz、220V的交流电。井下有一个变压器产生中子管离子源控制电路需要的各种交流电源，把交流电通过整流、滤波，再获得控制电路需要的+100V、+250V、+300V、+15V、-15V直流电。中子管离子源阳极脉冲电路波形图如图2-3-1所示。

在图2-3-1所示曲线上正弦波正半周时，有一个宽度80μs、幅度300V的负脉冲；正弦波负半周时，有一个宽度30μs、幅度300V的负脉冲。图2-3-1e所示曲线是中子管离子源灯丝波形，灯丝电压5V，不接地。灯丝烧热之后是专门发射电子的，所以叫作热阴极中子管，不要把它误认为是氘贮藏器。氘贮藏器是专门贮存氘气，受热放出，受凉吸入的；它并不发射电子。在中子管靶极端接了一个耐压60kV以上的电容（200pF），电容另一端接了一个400Hz、60kV的交流变压器，初级220匝，次级60000匝，铁芯为波膜合金片，截面500mm2，高180mm×宽75mm×厚20mm，如图2-3-2、图2-3-3 所示。

通过控制电路调节80μs、30μs负脉冲相位，负脉冲对准正弦波交流电的峰点。中子管在正弦波正半周时导电，给高压电容充电，左负右正，充电到峰值为60kV，电荷贮存在高压电容上；当高压变压器负半周时，上负下正，两个60kV相加，中子管靶极上正好等于120kV。相位调得正确，靶压接近或等于120kV，中子产额最高，反之则较低。

变压器初、次级绕组分别用线径0.28mm、0.05mm的高强度漆包线绕，两绕组之间要留有3mm的间隙。次级绕组在骨架上每绕一层垫一层聚酯薄膜，每绕一层收缩一点，绕完之后，层层摞起来，成为梯形，引出60kV线。然后用宽10mm的聚酯薄膜带条包裹次级绕组，包裹厚度3mm。60kV高压引出线，绕薄膜1.5mm厚，即3～4mm粗。在试验中从未发现60kV高压线与铁芯擦边引出而放电打火。

二、NP-3型点测碳氧比能谱测井仪器120kV高压电源NP-1型、NP-2型碳氧比能谱测井仪器120kV高压电源是由400Hz、60kV高压变压器输出60kV交流电，给一个耐压60kV、电容量200pF的高压电容充电，产生120kV高压。这存在三个问题：200pF电容贮存电荷少，即靶流小；400Hz打中子频率太低；要通过移相网络移相，把相位对准，才能获得接近或等于120kV高压，操作麻烦。所以就需要120kV负直流高压电源，如图2-3-4所示。

该高压电源采用两个大功率高反压晶体三极管自激直流推挽变换器，供电(0～200V)×600mA，工作频率3500Hz，变压器T1的次级线圈输出220V。高压倍加器尺寸为φ60mm×600mm；倍加器前面高压保护电阻( 20kΩ×100W )尺寸为φ60mm×125mm，总长725mm，输出高压120kV×200μA。高压硅堆2DL10，高压电容CCTT1500pF ( 6kV )两个并联再串联，成为CCTT1500pF ( 12kV )的电容。变压器采用U-16铁氧体，MXD＝2000，截面等于189mm2。T2、T3、T4三个变压器中每个变压器的三个线圈骨架之间间隙为2mm，抽真空充填环氧树脂。每个变压器三个线圈W1、W2、W3的匝数为W1＝W2＝227匝、W3＝4400匝，W3输出4400V。T2双向10次倍压得到44kV，T3双向10次倍压得到44kV，T4双向10次倍压得到44kV。三个相加等于132kV，带上600MΩ负载，输出120kV×200μA。

在现场测井中发现，高压保护电阻经常被烧坏，变压器三个绕组线圈之间（2mm）的环氧树脂绝缘层经常被击穿。为此对它做了如下改进。

去掉高压保护电阻，倍加器级数多、内阻大，以内阻代替保护电阻，进行自身保护。四个高压变压器减为一个变压器，三个台阶逐级升压到120kV，变为一个变压器，一个台阶一次升压到120kV。初、次级绕组线圈之间不再灌环氧树脂，改用聚四氟乙烯薄膜10～12mm带条，包裹初级绕组线圈，包裹厚度3mm。直流变换器仍然采用图2-3-4所示形式，两个高反压大功率晶体三极管自激推挽。集电极线圈用0.28mm高强度漆包线双线并绕100匝，基极线圈用0.28mm高强度漆包线双线并绕4匝或5匝。次级高压绕组线圈用0.05mm高强度漆包线，采用回线绕法绕8000匝。高压倍加器采用双向20次倍压。硅堆仍用2DL10两个电容CCTT1500pF ( 6kV )串联，变压器T高压绕组线圈8000匝，悬浮在80kV高压上。初级绕组集电极、基极低压绕组包裹3mm厚度聚四氟乙烯薄膜，与高压绕组线圈之间绝缘耐压160kV，集电极、极基极低压绕组引向直流变换器的线，用聚四氟乙烯薄膜包裹成8～10mm粗的高压线，耐压在80kV以上。改进后的120kV高压电源如图2-3-5所示。

改进后的高压电源升至120kV对地打火数十次，供电电源突然通断数百次，均安然无损。

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