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。