Рентгеновский аппарат

 

РЕНТГЕНОВСКИЙ АППАРАТ, содержаций высоковольтный трансформатор, двухполупериодный выпрямитель, рентгеновскую трубку, коммутирующее устройство с блоком управления в цепи первичной обмотки высоковольтного трансформатора, отличающийс я тем, что, с целью снижения пульсаций высокого напряжения при сохранении конструктивной простоты высоковольтной части аппарата, цепь первичной обмотки трансформатора снабжена выводами для подключения к трехфазному источнику переменного напряжения, а коммутирующее устройство выполнено в виде набора коммутируюврх элементов , каждый из которых включен последовательно с одним вывод для подключения к трехфазному источнику.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (И) s А

Н 05 С 1/10

1 ф,РТР Ц» Р в q

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н AB TGPCNOBV CBMgglllllCTBV йИ,Д1 0УНр

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

00 ДДЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И QTHPblTMA (89) 205956, ЧССР (21) 7771015/25 (22) 09.01.80 (31) Р 2638-79 (32) 18.04.79 (33) ЧССР (46) 07.09.84. Бюл. й- 33 (72) Кучера Богумир и Земан Мирослав (ЧССР) (71) Хирана ВУЗТ (ЧССР) (53) 621.386(088.8) (54)(57) РЕНТГЕНОВСКИЙ АППАРАТ, содержащий высоковольтный трансформатор, двухнолупериодный выпрямитель, рентгеновскую трубку, коммутирующее устройство с блоком управления в цепи первичной обмотки высоковольтного трансформатора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, we, с целью снижения пульсаций высокого напряжения при сохранении конструктивной простоты высоковольтной части аппарата, цепь первичной обмотки трансформатора снабжена выводами для подключения к трехфазному источнику переменного напряжения, а коммутирующее устройство выполнено в виде набора коммутирующих элементов, каждый из которых включен последовательно с одним выводом для подключения к трехфазному источнику.

1112585

Изобретение относится к рентгенотехнике, в частности к рентгеновским аппаратам, в которых питание рентгеновской трубки осуществляется высоким напряжением с малым уровнем пуль- 5 саций.

Преимущества рентгеновских аппара» тов с малой пульсацией высокого напряжения на рентгеновской трубке по сравнению с рентгеновскими аппаратами одно- и двухполупериадными известны: время экспозиции рентгеновского излучения, нужное для создания снимка, и, вследствие этого, облучение обслуживающего персонала и пациента меньше, фокус рентгеновской трубки может быть меньше, и снимок получается более резкий.

Известны рентгеновские аппараты с шестифаэным выпрямлением, питаемые 20 от трехфазной электрической сети, у которой высокое напряжение из трехфазного трансформатора выпрямлено посредством мостикового соединения шести выпрямителей, от которых на рентгеновскую трубку поступает выпрямленное высокое напряжение с пульсацией 13 4Х, (Вайза К. и др. Рентгенотехника. АН Венргии, Будапешт, 1973, с. 60-62). 30

Известны рентгеновские аппараты с двенадцатифазным выпрямлениеы с питанием от трехфазной электрической сети, высоковольтный трансформатор которых содержит две вторичные обмот 35 ки, одна из которых включена треугольником, а вторая — звездой, и каждая из них оснащена шестью выпрямителями, за счет чего на рентгеновскую трубку поступает выпрямленное высокое 40 напряжение с пульсацией 3,4 (Байза К. и др. Рентгенотехника. АН Венгрии, Будапешт, 1973, с. 61, 63).

Недостатком данных рентгеновских аппаратов является значительная мас- 45 са трехфазного высоковольтного трансформатора и добавочного регулировочного автотраксформатора, которые переносят кратковременно значительную мощность, нужную для создания рент- 50 геновского снимка. Трехсекционные сердечники регулировочного автотрансформатора и высоковольтного трансформатора очень трудоемки в процессе изготовления. Регулирование выходно- 55 го напряжения автотрансформатора и его включение должны быть осуществлены во всех фазах. Выпрямление требует йспользования шести или двенадцати выпрямителей высокого напряжения.

Кроме того, есть затруднения в связи с созданием точки заземления высоковольтной цепи таким образом, чтобы высоковольтные кабели и другие элементы не были расположены против заземленных частей под более высоким напряжением, чем половина напряжения между анодом и катодом рентгеновской трубки. Сложен также способ измерения анодного тока рентгеновской трубки, так как при соблюдении предыдущего условия узел вторичной обмотки находится под переменным напряжением относительно земли.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является рентгеновский аппарат, содержащий высоковольтный трансформатор, двухполупериодный выпрямитель, рентгеновскую трубку, коммутирующее устройство с блоком управления в цепи первичной обмотки высоковольтного трансформатора (Блинов H.H. и др. Рентгенодиагностические аппараты. М., "Медицина", 1976, с. 78-79).

Недостатком известных аппаратов является высокий уровень пульсации высокого напряжения на рентгеновской трубке, Цель изобретения заключается в снижении пульсаций высокого напряжения при сохранении конструктивной простоты высоковольтной части аппарата.

Поставленная цель достигается тем, что в рентгеновском аппарате, содержащем высоковольтный трансформатор, двухполупериодный выпрямитель, рентгеновскую трубку, коммутирующее устройство с блоком управления в цепи первичной обмотки высоковольтного трансформатора, последняя .снабжена выводами для подключения и к трехфазному источнику переменного напряжения, а коммутирующее устройство выполнено в виде набора коммутирующих элементов, каждый из которых включен последовательно с одним выводом для подключения к трехфазному источнику.

На фиг. 1 даны кривые напряжения в трехфазной сети и моменты срабатывания коммутирующих элементов; на фиг. 2 — кривая напряжения на рентгеновской трубке; на фиг. 3-5 варианты выполнения рентгеновского аппарата; на фиг. 6 — кривые напряжения, получаемые в схеме рентгеновского аппарата

1112

На фиг. 3 показана схема рентге- 50 новского аппарата с питанием напряжением от трехфазной сети, которая содержит коммутирующие элементы 11 в 1, каждый из которых включен в один из выводов подключения к трехфазному ис- 55 точнику переменного напряжения е фазами U, Ч, W (на фиг. 1 показаны соответственно сплошной, штриховой

3 по фиг. 5; на фиг. 7 - кривая напряжения на рентгеновской трубке в схеме аппарата по фиг. 5.

Напряжение от трехфазной сети подводится к рентгеновскому аппарату че- 5 рез контур, регулирующий число фаз, форму кривой напряжения и частоту.

Посредством полупроводниковых коммутирующих элементов (например, тиристоров, триаков и т.п.) напряжение от 10 сети подается рентгеновскому аппарату только тогда, когда оно в отдельных полуволнах близко к пиковой величине (положительной или отрицательной).

При этом углы раскрытия и порядок че- 15 редования отдельных полуволн напряжения выбраны таким образом, что из контура, питаемого трехфазным током сетевой частоты, можно отбирать для питания дальнейших .частей рентгенов- 2р ского аппарата однофазный ток устроенной частоты по сравнению с частотой сети H характеристикой напряжения почти прямоугольного вида. Нривая результирующего напряжения обоз- 25 начена на фиг. 1 толстой линией, а моменты срабатывания коммутирующих элементов — буквами от а до р.После преобразования в высокое напряжение и после двухполупериодно- 5р го выпрямления с помощью мостового выпрямителя на рентгеновскую трубку подается постоянное высокое напряже- ние с малой пульсацией (фиг. 2), Это напряжение аналогично действующему. напряжению в трехфазных рентгеновских аппаратах с шестивентильной схемой выпрямления.

Подобным образом из двух трехфазных напряжений с фазовым сдвигом íà 4р

30 можно получить однофазное напряжение с утроенной или ушестеренной частотой, которое после преобразования в высокое напряжение и после двух.полупериодного выпрямления характери-45 зуется существенно меньшей пульсацией, соответствующей высоковольтным питающим устройствам с двенадцативентильт ной схемой выпрямления.

585 а и штрихпунктирной линиями) регулировочного автотрансформатора 2. К последнему подключен высоковольтный трансформатор 3, к которому через мостовой выпрямитель 4 подключена рентгеновская трубка 5. Работой коммутирующих элементов 11-.1 управляет блок

6 управления. Анодный ток трубки 5 измеряют с помощью миллиамперметра 7, подключенного к вторичной обмотке высоковольтного трансформатора 3.

В этом варианте реализации второй вывод автотрансформатора 2 подключен к нулевому выводу Я трехфазной сети.

Коммутирующие элементы 1 — 15 служат для включения и выключения цепи в избранные моменты времени в обеих полярностях напряжения, Последовательностью включения и выключения управляет известным образом блок 6 управления, питаемый и синхронизируемый напряжением сети U, V, W, В момент Q (фиг. 1) коммутирующий элемент 1 включает фазу V (отрица2 тельная полярность). Одновременно коммутирующий элемент 13 выключает фазу W. Состояние это продолжается до момента b когда коммутирующий элемент 1 включает фазу U (положительная полярность) и одновременно коммутирующий элемент 1 выключает фазу V.

В момент С коммутирующий элемент

t включает фазу W (отрицательная полярность) и одновременно коммутирующий элемент 1„ выключает фазу U, В моменты времени Д, (, f последовательность коммутации повторяется, но с обратными полярностями напряжения.

Результатом такой коммутации является кривая напряжения, нарисованная толстой линией, с утроенной частотой по сравнению с частотой сети и с примерно прямоугольной характеристикой.

ПЬсле преобразования в высокое напряжение с помощью трансформатора 3 и после выпрямления с помощью мостового выпрямителя 4 на рентгеновскую трубку 5 подается напряжение с малой пульсацией (фиг.2). Анодный ток трубки 5 можно измерять обычным методом при помощи миллиамперметра 7, включенного в разъединенном и заземленном центре обмотки высокого напряжения.

Питание от трехфазной сети требует, также как у рентгеновских аппаратов обычного исполнения, больших раз 1112585 меров сетевых подводов, вследствие чего оно подходит только для рентгеновских аппаратов относительно небольших мощностей. Для рентгеновских аппаратов большей мощности подходящим 5 является питание от линейного напряжения трехфазной сети. Схема такого аппарата показана на фиг. 4.

Для кривых линейного напряжения действительна опять фиг. 1, где напряжение У-V изображено сплошной линией, напряжение V-W штрихами и напряжение И-V — - штрихпунктиром. Линейные напряжения U-V; V-И; W-U постепенно через коммутирующие элементы

11- 16 подаются на регулировочный .автотрансформатор 2 и далее на другие элементы рентгеновского аппарата, В момент с1 коммутирующие элементы

1.1 и 16 включают линейное напряжение

V-W в отрицательной части полуволны.

Одновременно коммутирующие элементы

1 и 15 отключают линейное напряже2 ние W-U. Состояние это продолжается

N во времени b, когда коммутирующие элементы 14 и 14 включают напряжение W-U в положительной полуволне, а элементы 1З и 16 отключаются, В момент С коммутирующие элементы 1- и з

1 включают напряжение И-U в отрица- ЗО

2 тельной полярности и одновременно коммутирующие элементы 1 и 1 отклю1 чают напряжение U-V.

В моменты 3,с, 1 действие повторяется, «о с противоположной полярностью. Блок 6 управления управляет процессом коммутации. В результате опять получают утроенную частоту и приблизительно прямоугольное изменение кривой напряжения. 40

Напряжение питания и полученное напряжение более высокие, а требования к параметрам сети — меньшие. Коммутацию можно использовать и для больших мощностей, 45

В случаях, когда требуется еще мсныпая пульсация высокого напряжения па рентгеновской трубке, можно пользоваться схемой, приведенной на фиг. 5, в которую введен дополнитель-gp но трехфазный трансформатор 8 с двумя вторичными обмотками.

Применяя взаимный сдвиг двух трехфазных напряжений на угол 30, наприМ. мер, с помощью трансформатора 8, мож- 55 но получить шесть напряжений (фиг.6).

После их коммутации посредством полупроводниковых коммутирующих элементов 14 — 16, свойства которых те же самые, что и в предыдущих случаях, можно получить кривую напряжения утроенной частоты по сравнению с частотой сети, которая еще больше приближается к прямоугольной форме и приведена на фиг. 6 толстой линией.

В схеме на фиг, 5 в момент д коммутирующий элемент 14 включает фазу

V1 в отрицательной полярности и одновременно коммутирующий элемент 1 выЧ ключает фазу W2. Состояние это продолжается до момента b когда коммутирующий элемент 1 включает фазу

V2 опять в отрицательной полярности.

Одновременно коммутирующий элемент 1 выключает фазу V1.

В момент С коммутирующий элемент

1 включает фазу U1 (положительную), а коммутирующий элемент 11 выключает фазу V2. В момент d коммутирующий элемент 1 включает фазу ц2 (положи2 тельную) и одновременно коммутиру— ющий элемент 1- выключает U 1. В мо5 мент 8 коммутирующий элемент 1 Вы ключает фазу W1 (отрицательную) и одновременно коммутирующий элемент

1 выключает фазу 02. В момент 1 коммутирующий элемент 1 выключает фазу Ы (отрицательную) и одновременно коммутирующий элемент 16 выключает фазу W1.

В моменты — (весь цикл повторяется в той же самой последователь— ности, но с противоположной полярностью, Моменты Q — отвечают углу ,о

+1 электрических от пиков отдельных трехфазных напряжений, Блок 6 управления управляет процессом коммутации. После преобразования в высокое напряжение и двухполупериодного выпрямления на рентгеновскую трубку подается постоянное напряжение с очень малой пульсацией (фиг. 7).

Другим порядком переключения и коммутации с применением большего числа включателей можно в случае подобного способа питания получить однофаз алый ток с частотой, в шесть раз превышающей частоту питающей сети с характеристикой, довольно близкой к прямоугольной, который после преобразования и выпрямления дает тот же результат, что в предыдущем случае. 1рансформатор высокого напряжения и добавленный к нему регулировочный автотрансформатор отличаются од1112585 нофазным исполнением и это в значительной мере упрощает производство.

У трансформатора высокого напряжения и у автотрансформатора ввиду более высокой частоты более низкая масса.

Таким образом, обуславливается экономия специальных стальных листов для сердечников и меди для обмотки. Регулирование напряжения на автотрансформаторе только однократное, не 10 трехкратное (во всех трех фазах).

Внутренний слой вторичной обмотки не требует изоляции от высокого напряжения. Выпрямление высокого напряжения более простое, достаточны че- 15 тыре высоковольтных диода по сравнению с шести- или двенадцативентильным выпрямлением у обычных рентгеновских аппаратов.

У кабелей и других частей высоковольтной цепи даже без специальных мероприятий всегда только половинное напряжение относительно земли, Измерение анодного тока, проходящего по высоковольтной цепи, остается таким же простым, как и у обычных двухполупериодных рентгеновских аппаратов.

Полупроводниковое включение первичного контура высоковольтного трансформатора более просто — достаточно двух тиристоров вместо шести, В некоторых случаях можно его совсем выпустить и заменить соединительными элементами цепи, изменяющими форму кривой напряжения и частоту. Благодаря пониженной массе трансформатора высокого напряжения и более простому способу выпрямления можно конструировать портативные рентгеновские аппараты с формой кривой высокого напряжения и свойствами, соответствующими рентгеновскому аппарату с шести- или двенадцативентильным выпрямлением.

В случае такого исполнения не нужны кабели высокого напряжения.

1112585

Фиг S

1112585

И 02 жФ вЯ а b c d e у у /г /

Фиг. 7

Заказ 6470/45 Тираж 782 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель К. Кононов

Редактор С, Пыжова Техред Т.Маточка Корректор H. Иуска