Устройство питания для диаг-НОСТичЕСКОй РЕНТгЕНОВСКОй уСТА-НОВКи бОльшОй МОщНОСТи Советский патент 1981 года по МПК H03K3/53 

ТОБОЙ схеме, состоящей из четырех тиристоров, четырех коммутационных конденсаторов, четырех возвратных диодов, и подключен к шинам питания через индуктивно связанные коммутационные индуктивности 2.

Однако выход устройства нагружается не только комплексным сопротивлением нагрузки, зависящим от установленных параметров рентгеновской трубки и появляющимся на первичной обмотке высоковольтного или регулирующего трансформатора, но и неустановившимся сопротивлением реактивного характера из-за переходного процесса, вызванного остаточной магнитной индукцией стального сердечника, при этом ток переходного процесса может в несколько раз превышать пиковое значение начального тока, обусловленного рентгеновской трубкой вследствие чего требуется переменная энергия коммутации.

Цель изобретения - повьпиение КПД, т.е., при переменных условиях коммут ции нужно обеспечить передачу большо импульсной мощности при одновременном удовлетворении требований обоих режимов без излишнего увеличения коммутационных потерь в установившемся режиме, при этом ударная нагрузка тиристоров схемы поддерживается в рамках допустимых динамических нагрузок

Поставленная цель достигается тем что устройство питания для диагностической рентгеновской установки большой мощности, содержащее блок инвертора, соединенный с источником постоянного тока, подключенный к выход инвертора регулировочный трансформатор, с которым соединены главный высоковольтный трансформатор и высоковольтный выпрямитель, нагруженный на по крайней мере, одну рентгеновскую трубку, блок управления, соединенный с блоком инвертора, который выполнен по мостовой схеме, состоящей из четырех тиристоров, четырех коммутационных конденсаторов, четырех возвратных диодов, и подключен к шинам питания через индуктивно связанные коммутационные катушки индуктивности, параллельно одному из тиристоров включена ветвь, состоящая из последовательно соединенных пятого тиристора, диода и активного резистора или двухполюсника с индуктивным импедансом, а между общей точкой пятого тиристора, диода и шиной питания включен дополнительный гасящий конденсатор.

Параллельно блоку инвертора включена ветвь, состоящая из последовательно соединенных дополнительного тиристора, параллельной цепи, образованной гасящим конденсатором, заряжаемым от вспомогательного источника питания, и диодом, второй параллельной цепи, образованной конденсатором, резистором и гасящей катушкой индуктивности.

Блок инвертора обеспечивает стартстопную работу, при которой в режиме большой мощности вырабатывается на выходе целое число подсчитанных периодов напряжения, погрешность длительности которых зависит только от точности генератора- тактовой частоты, выполняющего счет, вследствие чего исключается погрешность, харакoтерная для цепи выдержки, применяемой в традиционных рентгеновских генераторах, особенно в диапазоне коротких выдержек.

Возможные пробои в высоковольтных

5 цепях, перегрузка и короткие замыкания в цепях нагрузки, а также резкое понижение напряжения питающей сети непосредст1 нно перед коммутацией импульсной нагрузки могут привести к нф дачной коммутации тиристоров

0 в ветвях инвертора, к перекрытию проводящего состояния тиристоров,что вызывает короткое замыкание между шинами питания инвертора. В отличие от известных схем, применяющих быст5роплавкие предохранители для защиты полупроводников, в качестве защиты от состояния перекрытия в предлагаемом устройстве инвертор снабжен электронной схемой защиты от перег0рузок и коротких замыканий, которая надежно защищает все элементы рентгеновского аппарата даже в неблагоприятных условиях работы. Такая эффективная защита до сих пор не применялась ни в одном известном рентгеновском аппарате.

Кроме того, для уменьшения потерь в режиме просвечивания, соответствующем почти холостому ходу, блок инвертора дополнительно снабжен вып0рямителем, служащим для питания блока инвертора, также становится возможным переключение уровня напряжения без применения сетевого трансформатора.

Источник постоянного тока предлагаемого устройства,подключенный к шинам питания блока инвертора, представляет собой составной трехфазный выпрямительный блок, в котором

O три диода и три тиристора образуют известную схему трехфазного выпрямительного моста, причем к общей точке трех диодов подключен дополнительный тиристорный ключ, между другим элект5родом которого и общей точкой тиристоров моста, при совпадении полярности, включён шунтирующий диод, К общей точке тиристорного ключа и шунтирую.щего диода подключен диод соответственной полярности, другой электрод которого соединен с нулевым проводом сети. К обшей точке диодов и тиристорного ключа, а также к общей точке тиристоров моста подключен известный фильтр сглаживания и накопления, соетоящий из дросселя и конденсаторной батареи, а два полюса конденсаторной батареи подключены к шинам питания инвертора. Составной блок выпрямител также соединен с общим блоком управления.I

Управляющая часть аппарата предназначена для обеспечения заданной программа управляющих сигналов для осуществления двойного режима работы новой тиристорной схемл, для работы в стартстопном импульсном режиме, а также для работы тиристоров дополнительных частей схемы.

На фиг. 1 - блок-схема устройства питания; на фиг. 2 - принципиальная схема блока инвертора устройства: на фиг. 3 - принципиальная схема составного выпрямительного блока; на фиг.4 временные диаграммы электронного блока управления.

Устройство питания содержит трехфазную сеть с нулевым проводом 1, подключенную к мостовому выпрямителю 2 и через переключатель 3 режимов просвечивание-снимки - к блоку 4 фильтра сглаживания и накопления, выход которого соединен со входом блока 5 инвертора, выполненного по мостовой схеме, дополненного стартстопной схемой 6 и схемой 7 электронной защиты от коротких замлканий и перегрузок, при этом выход блока 5 инвертора через регулировочный трансформатор 8 (или в обход его подключен к первичной обмотке высоковольтного трансформатора 9, вторичные обмотки которого соединены со входом по переменному току высоковольтного выпрямителя 10, также собранного по мостовой схеме, выход .последнего соединен с рентгеновской трубкой 11. Действительное напряжение трубки 11 через делитель 12 воспринимается блоком 13 электронного управления, который в соответствии с режимом работы аппарата управляет тиристорами выпрямителя 2, переключателя 3 режимов просвечиванияснимки, блока 5 инвертора, стартстопной . схемы 6 и схемы 7 защиты от короткого замыкания.

. Блок 5 инвертора (фиг. 2) состоит из тиристоров 14 - 17, диодов 18 - 21, коммутационных конденсаторов 22 - 25 индуктивно связанных коммутационных катушек индуктивностей 26 и 27, а также дополнительно содержит тиристор 28, диод 29, двухполюсник 30 для ограничения тока и гасящий конденсатор 31, что в совокупности, при включении параллельно одному из тиристоров, например 16 образует стартстопную cxeiviy.

Кроме того, параллельно общим точкам ветвей из тиристоров 14 и 15, а также 16 и 17, блок 5 инвертора дополнен последовательной цепочкой, Образованной гасящей катушкой 32

индуктивности, параллельным соединением конденсатора 33 и разрядного резистора 34, параллельным соединением гасящего конденсатора 35 и диода 36, препятствующего перезарядке конденсатора, заряжающим конденсатор 35 вспомогательным блоком 37 питания, а также тиристором 38 для защиты от коротких замыканий, которые в целом образуют схему защиты от перегрузок и коротких замыканий.

.Инверторный блок рентгеновского аппарата работает следующим образом.

После подключения напряжения питания под действием сигналов зажигания блока 13 электронного управления в первом полупериоде вырабатываемого напряжения зажигается тиристор 15 моста и тиристор 28 стартстопной схемы 6 (относительное положение зажигающих импульсов во времени показано на диаграммах а-1 и а-3 фиг. 4).Таким образом, в первом полупериоде работы напряжение питания подключается к выходу блока 5 инвертора через двухполюсник 30 и диод 29, предохраняя схему от образования опасно большого начального тока. В следующем полупериоде сигнал зажигания поступает на тиристоры 14 и 17 (диаграмма а-4 и а-5 на фиг. 4), причем энергия комт мутационных конденсаторов 23 и 24 через коммутационные индуктивности 27 и 26 гасит предварительно проводящие тиристоры 15 и 28, и на выходе инвертора 39 изменяется полярность напряжения. в следующих полупериодах сигнал зажигания одновременно проводят уже тиристоры 15 и 16 или 14 и 17, управление которых показано соответственно на диаграммах а-2 и а-3 на фи г. 4 .

Вследствие ограничения начального тока, образующегося при переходном процессе включения, остановка блока 5 инвертора проводится всегда после выработки четного числа полупериодов, т.е. по окончании целого числа полных периодов напряжения, вырабатываемого инвертором, при этом остановка осуществляется либо по команде схемл, отсчитывающей предварительно установленное время выдержки, либо по другой команде останова в блок 13 управления, вырабатывающий сигналы управления для тиристоров, зафиксированное время до окончания актуального четного полупериода поступает сигнал команды Стоп. Под действием этого сигнгща в начале следующего нечетного полупериода сигнал зажигания поступает только на тиристоры 16 и 28 (диаграммы а-1

Q и а-2 на фиг. 4). Таким образом энергия гасящих конденсаторов 22 и 23 запирает все тиристоры, останавливая работу блока 5 инвертора, который возвращается в исходное состояние, т.е. все пять тиристоров 14-17 и 28 ожидают следующей экспозиции в запертом состоянии. При помощи старт-стопной схемы 6 можно обеспечить коммутацию начального сверхтока переходного процесса, а также остановку блока 5 инвертора под нагрузкой., Схема 7 электронной защиты от коротких замыканий и перегрузок работает, следующим образом. / При коротком замыкании или перег,рузке электронный блок 13 управления вырабатывает управляющий сигнал для зажигания тиристбра 38, который,используя энергию, накопленную в гасящ конденсаторе 35, заряжаемом от вспомогательного блока питания 37, после зажигания берет на себя ток нагрузки блока 5 инвертора и время перезаряд ки конденсаторов 33 и 35, обеспечива большой период времени для восстанов ления запирающей способности тиристо ров 14 - 17 и 28. Одновременно элект ронный блок 13 управления запрещает сигналы зажигания всех пяти тиристоров блока 5 инвертора, тиристоров мостового выпрямителя 2, тиристора переключателя 3 режима просвечивание-снимки, и к концу длительного времени запирания, обеспечиваемого электронной схемой 7 защиты, все тиристоры окажутся запертыми. Электрон ная схема 7 защиты от коротких замыканий и перегрузок может быть выполнена настолько быстросрабатывающей что защищает не только сиЛовне полу, проводники от выхода из строя под действием сверктока короткого замыкания, но даже препятствует сгоранию быстроплавких предохранителей, защищающих полупроводники. Составной выпрямительный блок содержит выходы для трехфазной сети с нулевым проводом 1, мостовой выпрямитель 2, переключатель 3 режимов просвечивание-снимки, блок 4 фильтра сглаживания и накопления. Мостовой выпрямитель 2 (фиг. 3) состоит из тиристоров 40 - 42. и диодов 43-45, а переключатель 3 режимов просвечивание-снимки включает в себя тиристор 46 и диод 47, при этом блок 4 фильтра сглаживания и накопления состоит из шунтирующего диода 48, из сглаживающего дросселя 49 и накопительного конденсатора 50, Блок составного выпрямителя работает следующим образом. В режиме просвечивания, когда ток нагрузки на несколько порядков ниже тока,в режиме снимков, блок работает как трехфазный трехтактный управляемой выпрямитель, при этом каждый из тиристоров 40 - 42 периодически полу чает сигналы зажигания при меняющемс фазовом угле отсечки О, измеренном относительно начала отрицательного полупериода напряжения подключе ной к данному тиристору фазы питающе сети. Таким образом, после включения все тиристоры 40-42 начинают проводить ток со все большим углом проводимости (диаграмма 6-J на фиг. 4) и постепенно заряжают накопительный конденсатор 50. Заряд продолжается до достижения уровня напряжения, необходимого для генерирования предварительно заданной величины напряжения рентгеновской трубки при просвечивании, в максимальном случае - до достижения в момент t амплитудного значения фазного напряжения сети.Это состояние продолжается до прекращения режима просвечивания в момент t, причем уровень напряжения во время просвечивания, т.е. соответствующий ему угол отсечки тиристоров, при необходимости может регулироваться во время работы. В режиме снимков после включения блок составного выпрямителя совершает состоящий из нескольких стадий рабочий процесс согласно временным диаграммам 6-2 на фиг. 4. в первой стадии вплоть, до момента tj выпрямитель, работая как трехтактная схема, благодаря сигналам зажигания тиристоров 40 - 42, охватывающим увеличивающийся угол проводящего состояния, постепенно заряжает накопительный конденсатор 50 до амплитудного значения фазного напряжения питающей сети, после чего угол проводимости тиристоров на короткое время уменьшится. Во второй стадии, начиная с момента t, тиристор 46 переключателя 3 режимов прОсвечивание-снимки получает непрерывный управляющий сигнал, при этом в схему включается другая половина моста, состоящая из диодов 43 - 45, и отключается диод 47, соединяющий схему с нулевым проводом в режиме просвечивания, В момент t onHTb начинается программа зажигания тиристоров 40-42 расширяющимися импульсами, под действием которых накопительный конденсатор 50 подзаряжается до амплитудного значения линейного напряжения сети, В момент ъ -наступает последняя стадия, обеспечивающая режим сйимков, при котором угол проводимости тиристоров 40 - 42 изменяется так, что под действием управляющих сигналов, заполняющих диапазон фазовых углов от 30 до 150, составной выпрямитель работает также, как трехфазный шеститактный выпрямительный мост, Состояние в режиме снимков рентгеновского питающего устройства, требующем болыиую мощность, продолжается до его выключения в момент Формула изобретения 1. Устройство питания для диагнос тической рентгеновской установки большой мощности, содержащее блок инвертора, соединенный с источником постоянного тока, подключенный к выходу инвертора регулировочный трансформатор, с которым соединены главный высоковольтный трансформатор и высоковольтный выпрямитель, нагруженный на, по крайней мере, одну рентгеновокую трубку, блок управления, соеди.ненный с блоком инвертора, который выполней по мостовой схеме, состоящей из четырех тиристоров, четырех коммутационных конденсаторов, четырех возвратных диодов, и подключен к шинам питания через индуктивно связанные коммутационные катушки индуктивности, отли чающеес я тем, что, с целью пов лшения

КПД, параллельно одному из тиристоров включена ветвь, состоящая из. последовательно соединенных пятого тиристора, диода и активного резистора или двухполюсника с индуктивным импедансом, а между обще.й точкой пятого тиристора, диода и шиной питания включен дополнительный гасящий конденсатор.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч.аю ще е с я тем, что паргшлельно блоку инвертора включена ветвь, состоящая из последовательно соединенных дополнительного тиристора, параллельной цепи, образованной гасщим конденсатором, заряжаемам от вспомогательного источника,и диодом второй параллельной цепи, образованной конденсатором, резистором и гасящей катушкой индуктивности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Франции 2072360, КЛ. Н 03 К 17/00, 29.10.71.

2.Патент Франции 2073054, КЛ. Н 05 G -1/00, 29.10.71.

О о

iw А

ifit А

А7

-W-п

4в

-о -

а-;

a-Z а-3 а-4 a-S

35 -«

-гг -Г/

.Zff