Импульсный рентгеновский генератор

 

Изобретение относится к импульсной рентгенографии и может найти широкое применение в импульсной рентгеновской дефектоскопии, импульсной рентгенографии быстропротекающих процессов и в медицине. Цель изобретения - повышение КПД. Импульсный рентгеновский генератор содержит зарядный трансформатор 4 с N первичными обмотками, в каждую из которых включен управляемый транзисторный ключ 3

трансформатор 8 положительной обратной связи по току с N первичными и одной вторичной обмотками, сумматор-распределитель 2 импульсов, соединенный с задающим генератором 1

накопительный конденсатор 13

высоковольтный импульсный трансформатор 16

разрядник-обостритель 18 и рентгеновскую трубку 19. Благодаря введению диода 11 и дозарядной обмотки 10 трансформатора 8 положительной обратной связи по току, а также наличию третьего входа у сумматора-распределителя 2 повышается КПД генератора. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК цН4 Н 05 G 1/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTQPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (61) 1441488 (21) 4022406/24-25 (22) 18.02.86 . . (46) 23.07.89. Бюл. № 27 (71) Ленинградское научно-производственное объединение "Буревестник" (72) С.Б.Красильников, Л.Н.Лозовой, С.Н .Рарков и E.È.Ñè ùàëîâñêèé (53) 621.386 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 144 1488, кл. Н 05 G 1/24, 1985. (54) ИМПУЛЬСНО РЕНТГЕНОВСКИЙ ГЕНЕРАТ0Р.(57) Изобретение относится к импульсной рентгенографии и может найти широкое применение в импульсной рентгеновской дефектоскопии, импульсной рентгенографии быстропротекающих процессов и в медицине. Цель изобре„.Я0„„1496017 А 2

2 тения — и овышение К?Щ. Импульс ный рентгеновский генератор содержит зарядный трансформатор 4 с N первичными обмотками, в каждую из которых включен управляемый транзисторный ключ 3; трансформатор 8 положительной обратной связи по току с N первичными и одной вторичной обмотками; сумматор-распределитель 2 импульсов, соединенный с задающим генератором

1; накопительный конденсатор 13, высоковольтный импульсный трансформатор 16; разрядник-обостритель 18 и рентгеновскую трубку 19. Благодаря введению диода 11 и дозарядной обмотки 10 трансформатора 8 положительной обратной связи по току, а также наличию третьего входа у сумматора †распределите 2 повышается

КПЛ генератора. 2 ил.

1496017

Изобретение относится к рентгенотехнике, а именно к импульсным рентгеновским генераторам, предназначенным для неразрушающего контроля 5 материалов методом рентгенографии, импульс ной р ентгенографии быстр опротекающих процессов и рентгенографии различных органов пациентов в неста-, ционарных условиях, и является усо- 10 вершенствованием изобретения по авт . св, Р 1441488.

Цель изобретения — повышение

КГЩ .

На фиг. 1 показана схема импульсного рентгеновского генератора; на фиг . 2 — вариант выполнения с умматора-распределителя импульсов на пассивных диодно-резисторных эле- 20 ментах.

Импульсный рентгеновский генератор содержит задающий генератор 1, .управляющий через сумматор-распределитель 2 импульсов работой транзисторных ключей 3, зарядный трансформатор 4, N первичных обмоток 5 которого гальванически развязаны между собой и намотаны так, что магнитные потоки, вызванные коммутируемым то- 30 ком, складываются в его вторичной обмотке 6, N первичных обмоток,5 зарядного трансформатора 4 соединены последовательно с М первичными обмотками 7 трансформатора 8 положитель" 35 ной обратной связи по току, вторичная обмотка 9 которого соединена с вто" рым входом сумматора-распределителя

2 импульсов. Доэарядная обмотка 10 трансформатора 8 положительной обрат- 40 ной связи по току соединена последовательно и согласно с одной вторичной обмоткой 5 зарядного трансформатора 4,причем один ее конец подключен к низкопотенциальному концу вторичной 45 обмотки 6 зарядного трансформатора

4 и аноду диода 11, а другой — к третьему входу сумматора-распределителя 2 импульсов. Катод диода 11 соединен с общей точкой первичных обмоток 5 зарядного трансформатора 4.

Высокопотенциальнйй конец вторичной обмотки 6 зарядного трансформатора

4 соединен с выпрямителем 12, который соединен с накопительным конденса-55 тором 13 и через разрядник 14 — с первичной обмоткой 15 высоковольтного импульсного трансформатора 16, во вторичную обмотку 17 которого включены последовательно разрядник-обостритель 18 и рентгеновская трубка 19.

Сумматор-распределитель 2 (фиг.2) содержит диод 20 обратной связи по току, диод 21 связи с задающим генератором 1, диод 22 защиты от пере-. напряжений, выходные резисторы 23.123,N и имеет N выходов 24.1-24.N.

Вход б сумматора-распределителя 2 присоединен к дозарядной .обмотке

10 трансформатора 8 положительной обратной связи по току, вход а — к вторичной обмотке 9 этого трансформатора 8, вход в - к выходу задающего генератора 1, а выходы .24.1-, 24.N - к входам транзисторных ключей

3. Входы а и в через диоды 20 и 21 соединены с входом б и с выходами

24.1-24.М через резисторы 23.1-23.N.

Анод диода 20 присоединен к вторичйой обмотке 9,. трансформатора 8 положительной обратной связи по току, анод диода 21 - к выходу задающего генератора 1, а анод диода 22 - к общему проводу. Также возможно выполнение сумматора-распределителя 2 импульсов и на активных элементах, например интегральных операционных ,усилителях, что позволяет расширить

У .

его функциональные возможности.

Кроме того, соотношение между ко- личеством витков M каждой первичной обмотки 7 трансформатора 8 по" ложительной обратной связи по току, количеством витков Ы„, каждой первичной обмотки 5 зарядного трансформатора 4 и магнитными сопротивлениями R4roc и R>+r этих трансформаторов

8 и 4 выбрано иэ условия и тос

1 а ьт

В мтос R мэт

Импульсный р ентгеновский генератор работает следующим образом.

Задающий генератор 1 формирует импульсы синхронизации с постоянной частотой следования, которые через вход а сумматора-распределителя 2 импульсов, резисторы 23. 1-23.N u выходы 24.1-24.N одновременно поступают на управляющие входы (базы) транзисторных ключей Э. При этом последние открываются и через их коллекторные цепи начинают протекать линейно нарастающие токи по цепи Е источника питания постоянного .тока через N параллельных ветвей, образо1496017 нового запускающего импульса от задающего генератора 1.

В результате повторения опис анных процессов с частотой, определяемой задающим генератором 1, напряжение на накопительном конденсаторе 13 постепенно растет до момента достижения уровня напряжения пробоя коммутирующего разрядника 14, который подключает заряженный накопительный конденсатор 13 к первичной обмотке 15 высоковольтного импульсного трансформатора 16. Во вторичной обмотке

17 этого трансформатора 16 формиру- 15 ется высоковольтный импульс напря-. жения, который подается через разрядник-обостритель 18 на рентгеновскую трубку 19.

Для работы импульсного рентгеновс- 20 кого генератора необходимо, чтобы большая часть энергии трансформатора 8 положительной обратной связи по току передавалась в накопительный конденсатор 13. Передача энергии, 25 накопленной в магнитопроводе трансформатора 8 положительной обратной связи по току, возможна только тфи соблюдении условия м о м т где Iм, — максимальный ток дозарядной обмотки 10 трансформатора 8 положительной обратной связи по току, Iä — максимальный ток вторичной обмотки 6 зарядного трансформатора 4.

Однако неидеальность характеристик элементов электрической схемы импульсного рентгеновского генерато.ра, технологический разброс парамет- 40 ров трансформаторов и так далее неизбежно нарушают это условие. По скольку условие I < с.< I м с приводит к ухудшению КПД импульсного рентгеновского генератора, то необходимо 45 выполнять следующее соотношение: м)о + Т мат °

При этом избыточная энергия трансформатора 8 положительной обратной связи по току через диод 11 возвращается в источник питания постоянноI го тока и обеспечивается надежная работа генератора с повышением КПД.

Обеспечивающее это условие количество витков дозарядной обмотки И

55 определяется следующим образом.

Магнитодвижущие силы (МДС) трансформаторон 4 и 8 в момент запирания транзисторных ключей 3 равны: И0 т = Ikon Wn>

ИДО = Внас 8сер Рмтос где W — количество витков первичной обмотки зарядного трансформатора;

I „ — MBKcHMasIbHblH суммарный ток коллекторов управляемых транзисторных ключей 3;

В цо, — индукция насыщЕния;;

R, с — магнитное сопротивление;

Б — площадь сечения сердечника трансформатора положительной обратной связи по току.

Токи, определяемые этими магнитодвижущими силами, равны: для вторичной обмотки 6 зарядного трансформа тора 4

Wi

I I

K0j 7 т

I кол

У пег для дозарядной обмотки 10 трансформатора 8 положительной обратной связи по току на с c8p$ атос

M)Q У

go

1 где W — число витков вторичной об 2. мотки зарядного трансформатора 4; и — коэффициент трансформации трансформатора 4;

W — количество витков дозарядной: обмотки 10 трансформатора 8 положительной обратной связи по току.

Из этих соотношений и вышеприведенного второго неравенства можно по" лучить соотношение

Влас 8сер мтос п т

И которое определяет условия передачи энергии магнитопровода трансформатора 8 положительной обратной связи по току в накопительный конденсатор

13, т.е. условие, при котором импульсный рентгеновский аппарат имеет наиболее высокий КПД.

Кроме того, в момент протекания тока по цепи, содержащей последова. тельно включенные вторичную обмотк

6 зарядного трансформатора 4, дозарядную обмотку 10 трансформатора 8 положительной обратной связи по току, выпрямитель 12, накопительный конденсатор 13 и диод 22 сумматора-распределителя 2 импульсов, на базах транзисторных ключей 3 поддерживается запирающий потенциал, равный падению напряжения на диоде 22, что приводит1

1496017 ва иных последовательным с оединени ем одной первичной обмотки 5 зарядного трансформатора 4 и одной первичной обмоткой 7 трансформатора 8 положительной обратной связи по току.

Вторичная обмотка 6 зарядного трансформатора 4 и дозарядная обмотка 10 трансформатора 8 положительной обратной связи по току соединены по- 10 следовательно и согласно подключены к однополупериодному выпрямителю 12 в такой фазе, что возникающие на их выводах ЭДС в момент открывания ключей 3 запирают указанный выпрями- 15 тель 12. В результате ток в этих обмотках 6 и 10 в этот момент времени не протекает и через первичные обмотки 5 зарядного трансформатора

4 протекает только ток намагничива- 20 ния сердечника этого трансформатора 4. Такой режим характеризуется большой величиной индуктивности первичных обмоток 5 трансформатора 4.

В то же время вторичная обмотка 9 25 трансформатора 8 положительной обратной связи по току нагружена на низкоомный вход в сумматора-распределителя 2 импульсов, к выходам 24. 124.N- которого подключены управляю- 30 щие входы транзисторых ключей 3. Поэтому основная часть напряжения источника питания постоянного тока в этой последовательной цепи оказывается приложенной к первичным обмоткам

5 зарядного трансформатора 4 и тольI

:ко малая его часть к первичным обмоткам 7 трансформатора 8 положительной обратной связи по току, так как индуктивность н активное сопротивление, 40 приведенные к первичным обмоткам 7 этого трансформатора 8, малы. В результате токи в этих параллельных цепях определяются в основном индуктив ным характером сопротивления первич- 45 ных обмоток 5 зарядного трансформатора 4 и линейно растут. При этом про порционально растут магнитные потоки в сердечниках обоих трансформаторов

4 и 8, и, когда величина магнитной 50 индукции в сердечнике трансформатора

8 положительной обратной связи по току достигает насьпцения, индуктивность йаь агничивания его резко падает я соответственно падают ЭДС как в пер- 55 вичных 7, так и во вторичных 9 об.мотках, что приводит к резкому уменьшению напряжения, подводимого через вход в сумматора-распределителя 2

1 импульсов. Это приводит к резкому уменьшению базовьгх токов транзнст;рных ключей 3, они выхопят из режима насыщения и начинают закрываться. В результате производная по току первичных обмоток 5 и 7 трансформаторов

4 и 8 становится отрицательной, и все ЭДС в обмотках трансформаторов 4 и 8 меняю г свой знак на противоположный.

В указанном режиме к управляющим входам транзисторых ключей 3 прикладывается напряжение обратной попярно сти, что вызь|вает их форсированное. запирание. Одновременно ЗДС в последовательно соединенных вторичной обмотке 6 зарядного трансформатора 4 и дозарядной обмотке 10 трансформатора

8 положительной обратной связи по току отпирает выпрямитель 12, и возникающий скачком линейно уменьшающийся ток этих вторичных обмоток подзаряжает накопительный конденса-. тор 13 до более высокого потенциала.

Этот ток создается энергией магнитного поля, накопленного в магнитопроводе зарядного трансформатора 4 и магнитопроводе трансформатора 8 положи-, тельной обратной связи по току.

Для нормальной работы описанной схемы необходимо, чтобы ток, создавае. мый дозарядной обмоткой 10 тансформатора 8 положительной обратной связи по току, бып вышее, чем ток> создаваемый вторичной обмоткой 6 зарядного трансформатора 4. При этом небольшая часть энергии магнитопровода тран. сформатора 8 рекупернруется в источник питания постоянного тока через диод 11. Таким. образом, на первом ,этапе процесса передачи энергии, накопленной в магнитопроводе трансформаторов 4 и 8, ток протекает не только по последовательно соединенным обмоткам этих трансформаторов, но и через диод 11 и источник+Е. Посколь-, ку постоянная времени этого контура: мала, то избыточная энергия быстро, рекуперируется в источник постоянного тока, и диод 11 запирается. В дальнейшем энергия сердечников трансформаторов 4 и 8 передается только в накопительный конденсатор 13. По окончании этих процессов трансформаторы 4 и 8 и транзисторные ключи 3 одновременно обесточиваются.и нахо- дятся в ждущем режиме до появления

1496017 дозаряднои обмотки трансформатора положительной обратной связи по току, причем количество витков W o доэарядной обмотки выбрано из условия к значительному уменьшению ток6в утечки транзисторных ключей 3 и дополнительному повышению КПД, 5

Формула изобретения

В нос боер м тос эг

R ° n

Р Т кол

Импульсный рентгеновский генера-. тор по авт.св. Р 1441488, о т л ич а ющи и с я тем, что, с целью 10 повышения КПД, введены диод и дозарядная обмотка трансформатора положительной обратной связи по току, один конец которой соединен с низкопотенциальным концом вторичной об- 15 мотки зарядного трансформатора и анодом диода, катод которого подсоединен к общей, точке первичных обмоток зарядного трансформатора, сумматорраспределитель снабжен третьим вхо- 20 дом, подключенным к другому концу индукция насыщения, магнитное сопротивление; площадь сечения сердечника трансформатора положительной обратной связи где В ндо

М.тос се р по току; максимальный суммарный ток коллектора транзисторных ключей; коэффициент трансформации зарядного трансформа" тора. кол и эт

ipu2. 9

Сос та вит ель К. Кононов

Техред М.Яндык

Корректор О.Муска

Редактор И.Горная

Заказ 4288/57 Тираж 775 Подписное

ВНИИПИ .Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент". г.Ужгород, ул. Гагарина,101