Рентгеновский генератор Советский патент 1989 года по МПК H05G1/30 

зи и выходом усилителя 12, частотно- зависимого корректирующего звена 16, включенного между входом и выходом усилителя 12, и резистора 22 утечки, один вывод которого подключен к точке соединения резистора 21 обратной связи с контактом 20 герконового реле 19, а другой вывод заземлен,, Цепь, состояп1ая из балластного резистора 17, соединенного последова- тельно с герконовым реле 19 и ограничителем 18 напряжения, подключена параллельно обмотке злектродвигателя 15. 3 ил.

Изобретение относится к области рентгенотехники, а более конкретно к рентгеновским генераторам со средствами стабилизации анодного напряжения на рентгеновской трубке. Цель изобретения - повышение точности стабилизации анодного напряжения. Рентгеновский генератор содержит автотрансформатор 1, высоковольтные трансформатор 2, выпрямитель 3 и сглаживающий фильтр 4, датчик 7 анодного тока, рентгеновскую трубку 6, блок 8 накала, высоковольтный измерительный делитель 5 и систему стабилизации, содержащую пиковый детектор 9, вход которого соединен с выходом высоковольтного измерительного делителя 5, источник 11 опорного напряжения, вычитающее устройство 10, усилитель 12 с резистором 21 обратной связи, усилитель 13 мощности, двухтактный ключевой регулятор 14, подключенный к обмотке электродвигателя 15, механически связанного с автотрансформатором 1. Генератор также содержит контур дополнительной обратной связи, состоящей из балластного резистора 17, параллельно соединенных между собой двустороннего ограничителя 18 напряжения и герконового реле 19, нормально разомкнутый контакт 20 которого включен между резистором 21 обратной связи и выходом усилителя 12, частотно-зависимого корректирующего звена 16, включенного между входом и выходом усилителя 12, и резистора 22 утечки, один вывод которого подключен к точке соединения резистора 21 обратной связи с контактом 20 герконового реле 19, а другой вывод заземлен. Цепь, состоящая из балластного резистора 17, соединенного последовательно с герконовым реле 19 и ограничителем 18 напряжения, подключена параллельно обмотке электродвигателя 15. 3 ил.

Изобретение относится к рентгенотехнике, а более конкретно - к рентгеновским генераторам со средствами стабилизации анодного напряжения на рентгеновской трубке.

Цель изобретения повьшение точности стабилизации анодного напряжения .

На фиг.1 представлена структурная схема рентгеновского генератора со средствами стабилизации анодного напряжения на рентгеновской трубке; на фиг.2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы генератора.

- Рентгеновский генерато.р содержит последовательно соединенные автотрансформатор 1, высоковольтный тран форматор 2, высоковольтный выпрямитель 3 и высоковольтный сглаживающий фильтр 4, высоковольтный измерительный делитель 5, подключенный параллельно рентгеновской трубке 6, датчик 7 анодного тока, включенный между анодом рентгеновской трубки 6 и положительным полюсом сглалсивающего фильтра 4, блок 8 накала, вход которого соединен с датчиком 7 анодного тока, а выход - с катодом рентгеновской трубки 6, который соединен с отрицательным полюсом сглаживающего фильтра 4, пиковый детектор 9, вход которого подключен к выходу измерительного делителя 5, а выход соединен с одним из входов вычитающего устройства 10, второй вход которого подключен к источнику 11 опорного напряжения, усилитель 12, подключенный к выходу вычитающего устройства 10 и образующий с ним схему сравне ния, выход которой подключен к входу усилителя 13 мощности, выход которого соединен с входом двухтактного ключевого регулятора 14, подключен- ного к обмотке электродвигателя 15, механически связанного с автотрансформатором 1 .

5

0

5

35

о

40

45

50

55

Генератор также содержит контур дополнительной обратной связи, состо- яЕций из частотно-зависимого корректирующего звена 16, включенного между входом и выходом усилителя 12, балластного резистора 17, параллельно соединенных между собой двустороннего ограничителя 18 напряжения и герконового реле 19, нормальной разомкнутый контакт 20 которого вклкг- чен между выходом усилителя 12 и резистором 21 обратной связи, второй вывод которого соединен с входом усилителя 12, я резистора утечки 22, один вывод которого подключен к общей точке резистора 21 обратной связи и контакта 20 герконового реле 19, а другой вывод заземлен.

Цепь, состоящая из балластного резистора 17, соединенного последо- вательно с ограничителем 18 напряжения и герконовым реле 19, включена параллельно обмотке электродвигателя 15.

Генератор, работает следующим образом.

В главной цепи происходит формирование анодного напряжения на рентгеновской трубке 6 посредством автотрансформатора 1 ., высоковольтного трансформатора 2, выпрямителя 3 и сглазкивающего фильтра 4, Часть анодного напряжения с измерительного делителя 5 подается в пиковый детектор 9 для выделения напряжения постоянного уровня, пропорционального амплитудному значению анодного напряжения. Это напряжение сравнивается с опорным напряжением от источника I1 в вычитающем устройстве 10 схемы сравнения. Разностный сигнал усиливается усилителем 12 и поступает на вход усилителя 13 мощности, подключенного к двухтактному ключевому регулятору 14, состоящему из двух оптронных тиристоров и двух однотактных выпрямителей.

Усилитель 13 мощности выдает управляющие сигналы положительной или отрицательной полярности в зависимости от знака разностного сигнала. В одно плечо усилителя 13 мощности включен первый оптронный ти ристор, подключающий обмотку электродвигателя 15 к однотактному выпбесконечности (обозначим его К.).

Фактически К , 30000 для применен го в генераторе операционного усил теля типа К 140 УД6.

При замкнутом контакте 20 герко нового реле 19 коэффициент усилени определяется указанным выше соо ношением и величина R резистора 21

рямителю с выходным напряжением поло- .Q обратной связи выбрана 2 мОм. При

20

жительной полярности, в другое плечо включен второй оптронньм тиристор, вьтолняющий аналогичную операцию, но с напряжертем другой полярности. Таким образом, осуществляется реверс электродвигателя 15.

При уровне разностного сигнала, меньшем порога срабатывания усилителя 13 мощности, оба тиристора выключены и электродвигатель 15 находится JB состоянии покоя.

Описанные три состояния управлег ния электродвигателем 15 позволяет отработать возмущение отрицательной или положительной полярности, восста- 25 новив тем самым уровень анодного напряжения на рентгеновской трубке с заданной точностью, и привести систему в стационарное устойчивое состояние путем остановки электродвигателя.

Сущность работы генератора с дополнительным контуром обратной связи заключается в том, что система стабилизации является системой с перемен- ным параметром коэффициентом усиле- 5 усилителя 12 схемы сравнения и, следовательно, общего коэффициента передачи системы К. Коэффициент усиления схемы сравнения определяет- .ся известным соотношением30

40

этом К 20.

Рассмотрим работу системы стаби зации в переходном режиме. Допусти что до воздействия возмущения- вел J5 на анодного напряжения равняется V (фиг.2).

Пусть при воздействии дестабили рующего, фактора анодное напряжение на рентгеновской трубке скачкообра но изменилось на некоторую величи FHe Соответственно изменится и сос ние усилителя F Н (фиг.З), В нача ный момент времени (контакт 20 рел разомкнут) коэффициент усиления ра вен , , но с задержкой в 1 мс (вр мя срабатывания герконового реле 1 усилитель 12 перейдет в режим усил ния К,, так как напрякение на элек родвигатель 15 подается практическ мгновенно. Отработка возмущения на участке кривой н м будет происход с усилением К (. Уровень напряжения соответствующий точке Н , ограниче напряжением питания усилителя 12 (обозначим его Уддр).

При уменьшении выходного напряж ния (Vgbi )усилителя 12 до уровня, ответствующего точке М , система с билизации попадает в зону нечувств тельности . При этом ПРОИСХОДИТ остановка электродвигателя 15-из-з отсутствия напряжения на его обмотке. Уровень ЕО - пороговое напряж ние, при превышении которого происходит подача напряжения на электродвигатель (в принципе, абсолютные значения + во и -Ео могут быть не равны между собой).

KI mR ,

где R - сопротивление резистора 21

обратной связи;

m - константа для данного усилителя , определяемая величиной обратной внутреннему сопротивлению источника сигнала (вычитающего устройства 10), подключенного к входу усилителя (в нащем.случае m 10 ИО Ом- ).

При нормально разомкнутом контакте 20 герконового реле 19 сопротивление цепи обратной связи усилителя 12 равно бесконечности. Соответственно и коэффициент усиления К стремится к

1520673

бесконечности (обозначим его К.).

Фактически К , 30000 для примененного в генераторе операционного усилителя типа К 140 УД6.

При замкнутом контакте 20 герко- нового реле 19 коэффициент усиления определяется указанным выше соотношением и величина R резистора 21

обратной связи выбрана 2 мОм. При

этом К 20.

Рассмотрим работу системы стабилизации в переходном режиме. Допустим, что до воздействия возмущения- величи- на анодного напряжения равняется V, (фиг.2).

Пусть при воздействии дестабилизирующего, фактора анодное напряжение на рентгеновской трубке скачкообразно изменилось на некоторую величину FHe Соответственно изменится и состояние усилителя F Н (фиг.З), В начальный момент времени (контакт 20 реле разомкнут) коэффициент усиления ра-г вен , , но с задержкой в 1 мс (время срабатывания герконового реле 19), усилитель 12 перейдет в режим усиления К,, так как напрякение на электродвигатель 15 подается практически мгновенно. Отработка возмущения на участке кривой н м будет происходить с усилением К (. Уровень напряжения, соответствующий точке Н , ограничен напряжением питания усилителя 12 (обозначим его Уддр).

При уменьшении выходного напряжения (Vgbi )усилителя 12 до уровня, соответствующего точке М , система стабилизации попадает в зону нечувствительности . При этом ПРОИСХОДИТ остановка электродвигателя 15-из-за отсутствия напряжения на его обмотке. Уровень ЕО - пороговое напряжеие, при превышении которого происодит подача напряжения на электровигатель (в принципе, абсолютные значения + во и -Ео могут быть не равны между собой).

Как только обесточится обмотка электродвигателя 15, отключится и герконовое реле 19, контакт 20 которого разомкнется, и усилитель 12 перейдет в режим усиления с коэффициентом KO-, . Сигнал + должен возрасти в Kf (К) раз, однако практически достигнет уровня . Электродвигатель 15 вновь приходит в движение.

Такой процесс включения-отключения питания электродвигателя 15 происходит многократно. Таким образом, постепенно происходит отработка нестабильности анодного напряжения (фиг.2, траектория HMNO).

Усилитель 12 имеет зону нечувствительности i: , . Как только напряжение на входе усилителя достигает границы этой зоны точки О (на фиг.З эта зона показана приведенной к выходному сигналу усилителя), процесс отработки нестабильности анодного напряжения прекращается. Если на систему:стабилизации не воздействуют никакие возмущения, то она переходит в режим медленных автоколебаний (траектория OPR), которые происходят с частотой, определяемой постоянной времени частотно-зависимого корректируюп его звена 16 и величиной ( . Коэффициетгг усиления при этом равен К , Частота автоколебаний . составляет доли Герца,

Особенность переходного режима заключается в том, что поскольку питание :)локгродвигателя 15 осуществляется посредством двух однотактных выпрямителей двухтгштного ключевого регуляторп 14 через соответствующие опгропиые тиристоры, в системе стабилизации отсутствует высокочастотное возбуждение. Это происходит вследствие того, что оптронный тирис10

t5

15206738

режима малого сигнала (фиг.З, траектория О P R ). Оно выполнено на базе НС-цепочки. Если бы частотно-зависи- i мого корректирующего звена 16 не было, то при коэффициенте усиления К f актоколебания происходили бы с частотой 50 Гц, т.е. электродвигат тель 15 постоянно находился бы под знакопеременным напряжением. Кроме того, ч астотно-зависимое звено 16 позволяет повысить устойчивость системы стабилизации при воздействии любых малых возмущений, которые практически постоянно возникают в любой сложной системе. При отсутствии этого звена возмущения постоянно выводили бы систему из состояния равновесия.

Двусторонний ограничитель 18 напряжения предназначен для защиты гер- конового реле 19 от перенапряжений, возникающих при коммутации оптронным тиристором ключевого регулятора 14 напряжения, питающего обмотку электродвигателя 15. Ограничитель 18 напряжения содержит два стабилизатора, включенных между собой последовательно и встречно.

Преимущество системы стабилизации с дополнительным контуром обратной связи заключается в том, что посредством этого контура реализуются предельные возможности системы по точности ограничиваемой в данном слу20

25

30

тор работает на частоте питания одно- 35 чае только дискретностью автотранс45

тактного выпрямителя (50 Гц), хотя управляющий сигнал подается на него с усилителя 12 через усилитель 13 мощности независимо от частоты питающей сети. Поэтому замыкание-размы- кание контакта 20 герконового реле 19 проис.одит с частотой ие выще 50 Гц.

Резистор 22 утечки необходим для уменьшения уровня наводки со сторо- ны обмотки герконового реле 19 на вход усилителя 12 в режиме усиления Kj,j. В противном случае может возникнуть возб-у :дение усилителя, так как коэффициент усиления К. чрезвычай- 50 но велик. При переходе усилителя 12 в режим К, резистор.утечки 22 подключается к выходу усилителя и является его дополнительной нагрузкой.

Частотно-зависимое корректирую- 55 щее звено 16 (по типу частотной характеристики - инерционное звено) играет важную роль, в основном, для

форматора 1.

Другое важнейщее свойство этой системы - монотонный апериодический переходный процесс, практически полное отсутствие.перерегулирования.Это происходит потому, что коэффициент усиления К может быть задан очень малым. Если в обычной одноконтурной системе К стараются повысить для достижения большей точности, то в предлагаемой системе стабилизации нет необходимости для повышения К, так как точность определяется значением KOQ, а К,, в сущности, используется для корректировки nepefxofl- ного процесса.

Формула изобретения

Рентгеновский генератор, содержащий последовательно соединенные автотрансформатор, высоковольтный трансформатор, высоковольтный выпрямитель.

форматора 1.

Другое важнейщее свойство этой системы - монотонный апериодический переходный процесс, практически полное отсутствие.перерегулирования.Это происходит потому, что коэффициент усиления К может быть задан очень малым. Если в обычной одноконтурной системе К стараются повысить для достижения большей точности, то в предлагаемой системе стабилизации нет необходимости для повышения К, так как точность определяется значением KOQ, а К,, в сущности, используется для корректировки nepefxofl- ного процесса.

Формула изобретения

Рентгеновский генератор, содержащий последовательно соединенные автотрансформатор, высоковольтный трансформатор, высоковольтный выпрямитель.

высоковольтный сглаживающий фильтр рентгеновскую трубку, блок накала, подключенный к катоду рентгеновской трубки, и цепь обратной связи по пиковому значению высокого напряжения с выходным усилителем, между входом и выходом которого включен резистор обратной связи и который через усилитель мощности подключен к двухтактному ключевому регулятору, подключенному к обмотке электродвигателя, механически связанному с автотрансформатором, отличающийся тем, что, с 1Хелью повышения точности стабилизации анодного напряжения, введен дополнительный контур обратной связи, состоящий из балластного резистора, включенных параллельно друг другу герко- нового реле и двустороннего ограничи0

5

0

теля напряжения, частотно-зависимр- го корректирующего звена и резистора утечки, причем цепь, образованная балластным резистором и последовательно соединенными с ним герконовым реле и двусторонним ограничителем напряжения, включена параллельно обмотке электродвигателя, нормально разомкнутый контакт герконового репе включен между резистором обратной связи и выходом усилителя цепи обратной связи по пиковому значению высокого напряжения, частотно- зависимое корректирующее звено включено между входом и выходом указанного усилителя, резистор утечки одним выводом подключен к общей точке резистора обратной связи и конт акта герконового реле, а другим выводом заземлен.