Рентгеновский аппарат Советский патент 1984 года по МПК H05G1/10 

х

N 1 Изобретение относится к рентгенотехнике, в частности к рентгеновским аппаратам, в которых питание рентгеновской трубки осуществляется высоким напряжением с малым уровнем пуль саций. Преимущества рентгеновских аппара тов с малой пульсацией высокого напряжения на рентгеновской трубке по сравнению с peнтгeнoвcки lи аппаратами одно- и двухполупериодными извест ны; 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 получает ся более резкий. Известны рентгеновские аппараты с шестифазным выпрямлением, питаемые от трехфазной электрической сети, у которой высокое напряжение из трехфазного трансформатора вьтрямлено посредством мостикового соединения шести выпрямителей, от которых на рентгеновскую трубку поступает выпрямленное высокое напряжение с пуль сацией 13,4%, (Байза К. и др. Рентгенотехника. АН Венргии, Будапешт, 1973, с. 60-62). Известны рентгеновские аппараты с двенадцатифазным выпрямление|1 с питанием от трехфазной электрической сети, высоковольтный трансформатор которых содержит две вторичные обмот ки, одна из которых включена треугол ником, а вторая - звездой, и каждая из них оснащена шестью выпрямителями, за счет чего на рентгеновскую трубку поступает выпрямленное высокое напряжение с пульсацией 3,4% (Байза К. и др. Рентгенотехника. АН Венгрии, Будапешт, 1973, с. 61, 63). I - Недостатком данных рентгеновских аппаратов является значительная масса трехфазного высоковольтного трансформатора и добавочного регулировоч ного автотрансформатора, которые переносят кратковременно значительную мощность, нужную для создания рентгеновского снимка. Трехсекционные сердечники регулировочного автотрансформатора и высоковольтного трансфо матора очень трудоемки в процессе изготовления. Регулирование выходного напряжения автотрансформатора и его включение должны быть осуществле ны во всех фазах. Выпрямление требуе 85 использования шести или двенадцати вьшрямителей высокого напряжения. Кроме того, есть затруднения в связи с созданием точки заземления высоковольтной цепи таким образом, чтобы высоковольтные кабели и другие элемент ты 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 выпрямители, рентгеновскую трубку, коммутирующее устройство с блоком управления в цепи первичной обмотки высоковольтного трансформатора (Блинов Н,Н. 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 по фиг. 5; на фиг. 7 - кривая напряжения на рентгеновской трубке в схем аппарата по фиг. 5. Напряжение от трехфазной сети под водится к рентгеновскому аппарату че рез контур, регулирующий число фаз, форму кривой напряжения и частоту. Посредством полупроводниковых коммут рующих элементов (например, тиристоров, триаков и т.п.) напржкение от сети подается рентгеновскому аппарат только тогда, когда оно в отдельных полуволнах близко к пиковой величине (положительной или отрицательной). При этом углы раскрытия и порядок че редования отдельных полуволн напрядения выбраны таким образом, что из контура, питаемого трехфазным током сетевойчастоты, можно отбирать для питания дальнейших .частей рентгеновского аппарата однофазный ток устроенной частоты по сравнению с частотой сети и характеристикой напряжения почти прямоугольного вида. Кривая результирующего напряжения обозначена на г. 1 толстой линией, а моменты срабатывания коммутирующих элементов - буквами от а До . После преобразования в высокое напряжение И после двухполупериодного вьтрямления с помощью мостового выпрямителя на рентгеновскую трубку подается постоянное высокое напряжение с малой пульсацией (фиг. 2). Это напряжение аналогично действующему. напряжению в трехфазных рентгеновски аппаратах с шестивентильной схемой выпрямления, Подобным образом из двух трехфазных напряжений с фазовым сдвигом на можно получить однофазное напряжение с утроенной или ушестеренной частотой, которое после преобразования в высокое напряжение и после дву полупериодного выпрямления характери зуется существенно меньшей пульсацие соответствующей высоковольтным питающим устройствам с двенадцативентиль ной схемой выпрямления. На фиг. 3 показана схема рентгеновского аппарата с питанием напряже нием от трехфазной сети, которая содержит коммутирующие элементы Ь- 1а каждый из которьк включен в один из выводов подключения к трехфазному ис т очнику переменного напряжения е фазами и, V, W (на фиг. 1 показаны соответственно сплошной, штриховой 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 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 N трехфазной сети. Коммутирующие элементы Ig 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 а (фиг. 1) коммутирующий элемент l включает фазу V (отрицательная полярность). Одновременно коммутирующий элемент 1 выключает фазу W. Состояние это продолжается до момента Ь, когда коммутирующий элемент 1 включает фазу U (положительная полярность) и одновременно коммутирующий элемент 1л выключает фазу V, В момент С коммутирующий элемент 1/J включает фазу W (отрицательная полярность) и одновременно коммутирующий элемент 1 , выключает фазу U. В моменты времени (3 , t , i последовательность коммутации повторяется, но с обратнЬ1ми 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 размеров сетевых подводов, вследствие чего оно подходит только для рентгеновских аппаратов относительно небол ших мощностей. Для рентгеновских аппаратов большей мощности подходящим является питание от линейного напряжения трехфазной сети. Схема такого аппарата показана на фиг. 4. Для кривых линейного напряжения действительна опять фиг, ,1, где напряжение U-V изображено сплошной линией, напряжение V-W штрихами и напряжение W-V - штрихпунктиром. Линей ные напряжения U-V; V-W; W-U постепенно через коммутирующие элементы 1g подаются на регулировочный автотрансформатор 2 и далее на други элементы рентгеновского аппарата. В момент q коммутирующие элементы 1.J и 1 включают линейное напряжение V-W в отрицательной части полуволны Одновременно коммутирующие элементы 1 и 15 отключают линейное напряжение W-U. Состояние это продолжается во времени Ь , когда коммутирующие элементы Ц и 1 включают напряжение W-U в положительной полуволне, а элементы К и 1,. отключаются. В мо мент с коммутирующие элементы 1- и 1 включают напряжение W-U в отрицательной полярности и одновременно коммутирующие элементы чают напряжение U-V. В моменты d , 2 i действие повто ряется, но с противоположной полярностью. Блок 6 управления управляет процессом коммутации, В результате опять получают утроенную частоту и приблизительно прямоугольное изменение кривой напряжения. Напряжение питания к полученное напряжение более высокие, а требования к параметрам сети - меньшие. Коммутацию можно использовать и для бол ших мощностей. В случаях, когда требуется еще меньшая пульсация высокого напряжения на рентгеновской трубке, можно пользоваться схемой, приведенной на фиг. 5, в которую введен дополнительно трехфазный трансформатор 8 с двумя вторичными обмотками. Применяя взаимный сдвиг двух трехфазных напряжений 30 , например, с помощью трансформатора 8, мож, но получить шесть напряжений (фиг.6) После их коммутации посредством полупроводниковых коммутирующих элеменотклютов 1, свойства которых те же самые, что и в предьщущих 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 а коммутирующий элемент 1 включает фазу V1 в отрицательной полярности и одновременно коммутирующий элемент 1,, выключает фазу W2. Состояние это продолжается до момента Ь, .когда коммутирующий элемент I,; включает фазу V2 опять в отрицательной полярности. Одновременно коммутирующий элемент Ь выключает фазу VI. В момент С коммутирующий элемент Ig включает фазу U1 (положительную), а коммутирующий элемент 1 j выключает фазу V2. В моменте -коммутирующий элемент 1 включает фазу U2 (положительную) и одновременно коммутирующий элемент Ц выключает U1. В момент е коммутирующий элемент выключает фазу W1 (отрицательную) и одновременно коммутирующий элемент 1 выключает фазу U2. В момент f коммутирующий элемент 1 выключает фазу W (отрицательную) и одновременно коммутирующии элемент выключает фазу W1. В моменты -L весь цикл повторяется в той же самой последовательности, но с противоположной полярностью. Моменты а - с отвечают углу ±15 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 cnoi-оба питания получить однофазный 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. Трансформатор высокого напряжения и добавленный к нему регулировочный автотрансформатор отличаются однофазным 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 эконо мия специальных стальных листов для сердечников и меди для обмотки. Регулирование напряжения на автотрансформаторе только однократное, не трехкратное (во всех трех фазах). Внутренний слой вторичной обмотки не требует изоляции от высокого напряжения , Выпрямление высокого напря жения более простое, достаточны четыре высоковольтных диода по сравне нию с шести- или двенадцативентильным вьтрямлением у обычных рентгено ских аппаратов. . У кабелей и других частей высоко вольтной цепи даже без специальных мероприятий всегда только половинно напряжение относительно земли. Измерение анодного тока, проходящего по высоковольтной цепи, остается таким же npocTbw, 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 Золее простому способу вьшрямления 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.

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.

Фмг.г

О

-

W

KN чу

v,

1

,5:

л

-зЧ

L

ff

5v (mA

у .

abCf/e/gniJKl

Фиг. 6 Фиг. 7