Трехфазный рентгеновский генератор Советский патент 1992 года по МПК H05G1/18 

Изобретение относится к рентгенотехнике, конкретнее к трехфазным рентгеновским генераторам с цифровым управлением.

Известны трехфазные рентгеновские трансформаторы, содержащие трехфазный автотрансформатор с сетевыми выводам - и средствами регулирования выходных напряжений обмоток автотрансформатора, трехфазный высоковольтный трансформатор, первичные обмотки которого связаны с обмотками автотрансформатора, а вторичные обмотки через трехфазный двухполупериодный выпрямитель подключены к рентгеновской трубке.

В трехфазных рентгеновских генераторах для регулирования напряжения на рентгеновской трубке в большинстве случаев используется автотрансформатор с изменяемым коэффициентом трансформации, причем для этого используется ступенчатое переключение отводов обмотки автотрансформатора или плавное перемещение щеток по токопроводящей части обмоток.

Недостатком варианта со ступенчатым переключением обмоток является необходимость наличия достаточно большого количества ступеней переключения для получения требуемого шага регулирования напряжения.

Недостатком варианта с плавным перемещением щеток является его малое быстродействие и проблемы, связанные с механическим приводом.

Известны рентгеновские генераторы, в которых установка высокого напряжения на рентгеновской трубке осуществляется с по-, мощью секционных автотрансформаторов, в секциях которого количества витков распределены по двоичному степенному закону, т.е. путем подключения требуемой комбинации секций с заданным шагом можно обеспечить уставку требуемой величины высокого напряжения на рентгеновской трубке.

Точность уставки высокого напряжения задается величиной выходного напряжения секции автотрансформатора с количеством витков, соответствующим нулевой степени двоичного степенного ряда, т.е. в диапазоне высоких напряжений 40-125 кВ, при этом применяется пять секций, напряжение можно регулировать с шагом 4 кВ, а также три секции с шестью подсекциями (2 кВ); на секции и подсекции соответствующей нулевой степени двоичного степенного ряда подаются равные напряжения.

Наиболее близким к предлагаемому является трехфазный рентгеновский генератор, содержащий трехфазный

автотрансформатор с сетевыми выводами и средствами регулирования выходного напряжения обмоток, выполненными в виде системы механически перемещаемых щеток, трехфазный высоковольтный трансформатор, первичные обмотки которого связаны с обмотками автотрансформатора, трехфазный двухполупериодный высоковольтный выпрямитель, включенный между

вторичными обмотками высоковольт1-(ого трансформатора и рентгеновской трубкой, средства измерения высокого напряжения на рентгеновской трубке блока накала,подключенный к катоду рентгеновской трубки,

и блок управления генератором с задатчикаMV; ВЫСОКОГО напряжения и тока накала, к входам которого подключены выходы средств измерения высокого напряжения, а выходы связаны с блоком канала и средствами регулирования высокого напряжения обмоток автотрансформатора.

Недостатком известного генератора является малое быстродействие системы регулирования из-за применения механических

средств перемещения щеток автотрансформатора. Кроме того, этот генератор имеет достаточно сложную с механической и электрической точки зрения систему управления со значительными массогабаритными хара.теристиками. Это связано с применением для измерения высокого напряжения высоковольтного измерительного делителя. Цель изобретения - повышение быстродействия стабилизации высокого напряжения при упрощении средств управления и снижении их массогабаритных характеристик.

Поставленная цель достигается тем, что Б трехфазном рентгеновском генераторе

каждаяобмотка трехфазного трансформатора выполнена секционной с отпайкой в каж,цой секции, разделяющей данную секцию на две подсекции, при двоичном степенном законе распределения количеств

витков в подсекциях обмотки, средства регулирования выходных напряжений обмоток автотрансформаторов выполнены в виде синхронно управляемых переключателей подсекций, блок накала выполнен застабйлизкрованным и снабжен цифровым входом, средства измерения высокого напряжения выполнены в виде двух включенных по схеме вычитания их выходных напряжений трехфазных двухполупериодных выпрямителей, подключенных к противоположным концам первичных обмоток высоковольтного трансформатора, блок управления выполнен цифровым и снабжен средствами модификации кодовой комбинации для управления переключателями подсекций обмоток автотрансформатора в зависимости от величины отклонения напряжения уставки от измеренной величины высокого напряжения, причем средства измерения высокого напряжения подключены к блоку управления через аналого-цифровой преобразователь.

На фиг. 1 приведена схема трехфазного рентгеновского генератора; на фиг.у2 -диаграмма, поясняющая принцип регулирования высокого напряжения.

Трехфазный рентгеновский генератор Содержит трехфазный автотрансформатор с обмотками 1-3, каждая из которых образована тремя секциями, разделенными каждая посредством одной отпайки на/две подсекции. В каждой обмотке 1-3 количества витков в подсекциях распределены по двоичному степенному закону. Обмотки 1-3 автотрансформатора подключены своими крайними выводами к концам первичных обмоток 4-6 высоковольтного трансформатора, вторичные обмотки 7-9 которого подключенык-трехфазному

двухполупериодному высоковольтному выпрямителю 10, на выходе которого включена рентгеновская трубка 11. Катод рентгеновской трубки 11 подключен к блоку

12накала, образованному стабилизатором

13тока накала и цифроаналоговым преобразователем (ЦАП) 14. Концы первичных обмоток4-6высоковольтноготрансформатора подключены к двум трехфазным двухполупериодным выпрямителям 15 и 16, которые по схеме вычитания или через физическую схему 17 вычитания подключены к входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 18. Выпрямители 15 и 16, схема 17 и АЦП 18 образуют средства измерения высокого напряжения на рентгеновской трубке 11с цифровым выходом.

Вторичные обмотки 7-9 включены в звезду. В общую точку обмоток 7-9 включен трехфазный двухполупериодный выпрямитель 19 с резистором 20 на выходе и подключенным к резистору 20 АЦП 21. Выпрямитель 19, резистор 20 и АЦП 21 образуют средства измерения анодного тока рентгеновской трубки 11 с цифровым выходом.,

Секции обмоток 1-3 автотрансформатора связаны с синхронно управляемыми переключателями 22-27 (переключатели всех обмоток 1-3 обозначены одинаковыми позициями). В выводные линии к сети, идущие от высокоразрядных секций обмоток 1-3, включены резисторы 28 и 29, которые обеспечивают при надлежащем выборе их электросопротивлений равномерность шага регулирования высокого напряжения при

задействовании включенных в цепь секций обмоток 1-3. Отношение электросопротивлений резисторов 28 и 29 близко или равно 1:2.

Блок 30 управления генератором вы полнен цифровым. Он содержит постоянное

ЗУ 31, служащее задатчиком тока накала и

соединенное своими выводами с ЦАП 14

блока 12 накала, цифровой компаратор 32,

0 входами подключенный к выходам АЦП 18 и формирующий разность между введенной в него уставкой высокого напряжения и измеренной величиной высокого напряжения, и второе постоянное ЗУ 33, служащее одновременно задатчиком уставки высокого напряжения и, вместе с цифровым компаратором 31, средством модификации кодовой комбинации для управления переключателями 22-27 подсекций обмоток

0 1,2,3 автотрансформатора. Кроме того, блок 30 управления снабжен цифровым мАс-реле 34, имеющим вход уставки величины мАс и подключенным к выходам АЦП 21 средств измерения анодного тока. Таким образом, в

5 приведенном варианте генератора реал1 зована система регулировок кВ, мАс. Выход цифрового мАс-реле 34 управляет размыканием контактов 35-37, посредством которых обмотки 1-3 автотрансформатора могут

0 быть отключены от первичных обмоток 4-6 высоковольтного трансформатора. В альтернативном варианте можно использовать для отключения аппарата реле экспозиции. На фиг. 2 прямые (близкие к прямым

5 зависимости) 38 показывают зависимости высокого напряжения на рентгеновской трубке 11 от анодного тока при различных кодовых комбинациях управления переключателями 22-27 подсекций обмоток 1-3,а

0 кривые 39 показывают связь между высоким напряжением UA и анодным током IA при фиксированных уставках тока накала.

Трехфазный рентгеновский генератор работает следующим образом.

5 С помощью средств ввода в блоке 30 управления задают величину высокого напряжения UA, тока накала 1н и величину мАс. Соответствующую требуемой, величине UA кодовую комбинацию вводят в цифровой

0 компаратор 31 в качестве опорной величины и в постоянное ЗУ 33 в качестве адреса, по которому из ЗУ 33 вызывается кодовая комбинация, управляющая переключателями 22-27 подсекций обмоток 1-3 автотрансформатора. Величина 1н вводится в постоянное ЗУ 31 в виде адреса, по которому из ЗУ 31 вызывается кодовая комбинация, соответствующая требуемой величине IН и поступающая на ЦАП 14 блока 12 накала. Выходной сигнал ЦАП 14 поступает на вход

стабилизатора 13 тока накала в качестве опорной величины. Величина мАс вводится в цифровое мАс-реле 34 в качестве опорной величины.

При замыкании контактов 35-37 после временного интервала, необходимого для стабилизации накала катода рентгеновской трубки 11, напряжения с выбранной комбинации подсекций обмоток 1-3 автотрансформатора поступают на первичные обмотки 4,5,6 высоковольтного трансформатора, напряжения с вторичных обмоток которого выпрямляются высоковольтным выпрямителем 10, суммируются им и подаются на рентгеновскую трубку 11, которая генерирует рентгеновское излучение.

С помощью выпрямителей 15 и 16, подключенных к соответственным концам первичных обмоток 4-6 высэковольтного трансформатора, а также схемы 17 вычитания на выходе последней формируется выходной сигнал, пропорциональный величине высокого напряжения на рентгеновской трубке 11. Этот сигнал оцифровывается АЦП 18, частоту выборки которого выбирают равной или кратной частоте пульсаций высокого напряжения. В частности, целесообразно оцифровывать пиковое значение напряжения, для чего АЦП может быть снабжен пиковым детектором. Сигнал с АЦП 18 поступает на цифровой компараtop 32, который формирует сигнал uU отклонения измеренной величины высокого напряжения от величины уставки UA. Этот разностный сигнал jU в виде второго адреса поступает на постоянное ЗУ 33 (начальный адрес по данному входу ЗУ 33 соответствует нулевому отклонению), из которого выводится соответствующая этому адресу и адресу уставки UA новая кодовая комбинация для управления переключателями 22-27 подсекций обмоток 1-3 автотрансформатора, Таким образом, к следующему моменту выборки сигнала со схемы 17 вычитания АЦП 18 выходное напряжение на выбранной комбинации подсекций обмоток 1-3 должно соответствовать выбранной уставке UA. Если при следующей выборке разностный сигнал отсутствует или не превышает определенной величины, задаваемой поротом срабатывания цифрового компаратора 32, то на выходе компаратора сигнала нет, адрес не изменяется и на выходах ЗУ 33 нет смены кодовой комбинации.

Одновременно выпрямитель 19 формирует на резисторе 20 напряжение, пропорциональное анодному току рентгеновской трубки 11. Это напряжение оцифровывается АЦП 21 и поступает в цифровое мАс-реле 34, являющееся по существу цифровым интегратором. По достижении rtopora срабатывания, задаваемого уставкой мАс, реле 34 посредством контактов 35-37 отключает автотрансформатор высоковольтного трансформатора, генератор выключается.

Блок 30 управления может быть микропроцессором, обеспечивая реализацию ряда функций по защите и контролю аппаратуры с помощью единых вычислительных средств и соответствующего программного обеспечения. Применение комбинации трех автотрансформаторов известного типа в трехфазном генераторе, а также средств измерения напряжения и стабилизированного блока 12 накала обеспечивает при шаге регулирования каж, автотрансформатора около 3 кВ точность поддержания величины пикового высокого напряжения менее 1,5 кВ. Устранение механических средств управления автотрансформатором, низковольтный вариант выполнения средств измерения высокого напряжения и полностью цифровая система регулирования и управления позволяют при равной элементной базе снизить массогабаритные характеристики генератора и повысить его быстродействие с точки эре- ния отработки возмущений сети. Фор мула изобретения Трехфазный рентгеновский генератор, содержащий трехфазный автотрансформатор с сетевыми выводами и средствами регулирования выходного напряжения обмоток, трехфазный высоковольтный трансформатор, первичные обмотки которого связаны 6 обмотками автотрансформатора, трехфазн ый двухполупериодный высоковольтный выпрямитель, включенный между вторичными обмотками вУсоковольтиого трансформатора и рентгеновской трубкой, средства измерения высокого напряжения на рентгеновской трубке, блок накала, подключенный к катоду рентгеновской трубки, и блок управления генератором с задатчиками высокого напряжения и тока накала, к входам которого подключены выходы средств измерения высокого напряжения, а выходы которого связаны с блоком накала и средствами регулирования выходного напряжения обмоток автотрансформатора, отличающиеся тем, что, с целью повышения быстродействия стабилизации высокого напряжения при упрощении средств управления и снижения их массогабаритных характеристик, каждая обмотка трехфазного трансформатора выполнена секционной с отпайкой в каждой секции, разделяющей данную секцию на две подсекции, при двоичном степенном законе распределения количества витков в подсекциях обмотки, средства регулирования выходных напряжений обмоток автотрансформатора выполнены в виде синхронно управляемых переключателей подсекций, блок накала выполнен застабилизированным и снабжен цифровым входом, средства измерения высокого напряжения - в виде двух включенных по схеме вычитания их выходных напряжений трехфазных двухполупериодных выпрямителей, подключенных к противоположным концам первичных обмоток высоковольтного трансформатора, блок управления генератором выполнен цифровым и снабжен средствами модификации кодовой комбинации для управления переключателями подсекций обмоток автотрансформатора в зависимости от величины отклонения напряжения уставки от измеренной величины высокого напряжения, причем средства измерения высокого напряжения подключены к блоку управления через аналого-цифровой преобразователь.

Изобретение относится к рентгенотехнике, конкретнее к трехфазным рентгеновским генераторам с цифровым управлением. Цель изобретения - повышение быстродействия стабилизации высокого напряжения при упрощении средств управления и снижении их массогабаритных характеристик. Для этого .в рентгеновском генераторе каждая обмотка трехфазного автотрансформатора выполнена секционной, причем в каждой секции имеется одна отпайка, разделяющая секцию на две подсекции, и количества витков в подсекциях распределены по двоичному степенному закону. Управляемые синхронно от постоянного ЗУ 33 двухпозиционные переключатели 22-27 Позволяют включать любую комбинацию подсекций обмоток 1-3 в соответствии с поступившей с ЗУ 33 кодовой комбинацией. Блок 12 накала выполнен жестко застабили- зированным. Для измерения величины высокого напряжения применены два трехфазных двухполупериодных выпрямителя 15 и 16, подсоединенные через схему 17 вычитания и АЦП 18 к цифровому компаратору 32 блока 30 управления. Выпрямители 15 и 16 подключены также к противоположным концам первичных обмоток 4-6 высоковольтного трансформатора. 2 ил.W«1.^ы о>&

А

с-раг.2