Начало >> Статьи >> Архивы >> Рентгеновские аппараты

Рентгеновские питающие устройства - Рентгеновские аппараты

Оглавление
Рентгеновские аппараты
Введение
Генерирование рентгеновских лучей
Ослабление рентгеновских лучей веществом
Световозбуждающее и фотографическое действия рентгеновских лучей
Количественная и качественная оценка рентгеновского излучения
Защита от рентгеновских лучей
Применение - рентгенодиагностика
Применение - рентгенотерапия
Применение - рентгенодефектоскопия
Применение - рентгеноструктурный анализ
Применение - рентгеноспектральный анализ
Применение - облучение в технологических целях
Рентгеновские трубки
Электрические характеристики рентгеновских трубок
Рентгеновские излучатели
Высоковольтный рентгеновский кабель
Рентгеновские питающие устройства
Главные трансформаторы
Параметры R, L и С главного трансформатора
Представление о расчете главного трансформатора
Главные трансформаторы с переменным коэффициентом трансформации
Высоковольтные вентили
Высоковольтные генераторы
Регулировка напряжения на трубке и тока трубки
Включение и отключение питающего устройства
Автоматика в рентгеновских питающих устройствах
Стабилизация работы питающего устройства
Контроль напряжения на трубке и ее анодного тока
Выпрямительные схемы рентгеновских питающих устройств
Однополупериодная безвентильная схема
Однополупериодная вентильная схема
Двухполупериодная схема
Схема удваивания с пульсирующим напряжением
Схема удваивания со сглаженным напряжением
Падение напряжения в главной цепи питающего устройства
Перенапряжения в питающих устройствах
Импульсное питание рентгеновской трубки
Рентгенодиагностические аппараты
Рентгенодиагностические исследования
Рентгенодиагностические трубки
Системы регулировок рентгенодиагностического аппарата
Регулировка выдержки
Защита трубки от перегрузки
Реле экспозиции
Падающая нагрузка
Передвижные аппараты
Стационарные аппараты
Усилитель яркости рентгеновского изображения
Рентгенокиносъемка
Рентгенотелевидение
Флюорографические аппараты
Хирургические аппараты
Аппараты для ангиокардиографии
Аппараты для близкофокусной и внутриполостной терапии
Аппараты для глубокой терапии
Рентгенодефектоскопические аппараты
Рентгеновские микроскопы
Рентгеновские аппараты для структурного анализа
Рентгеновские аппараты для спектрального анализа
Рентгеновские аппараты для облучения в технологических целях

ГЛАВА ТРЕТЬЯ
РЕНТГЕНОВСКИЕ ПИТАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
3-1. ОБЩИЕ СООБРАЖЕНИЯ
Рентгеновское питающее устройство, как мы знаем служит для витания рентгеновской трубки электрической энергией. В состав рентгеновского питающего устройства обычно входят высоковольтный генератор и отдельный от него пульт управления. В некоторых аппаратах пульт управления конструктивно объединяется с высоковольтным генератором. В других аппаратах, наоборот, в дополнение к пульту управления вводится промежуточный блок; такая система применяется в мощных аппаратах, когда не хотят, чтобы ,пульт управления был слишком громоздким.
Источником высокого напряжения для анодной цепи рентгеновской трубки служит в высоковольтном генераторе, как правило, высоковольтный трансформатор, называемый также главным трансформатором. В зависимости от того, какое напряжение хотят иметь па электродах рентгеновской трубки: переменное, пульсирующее или практически постоянное,—используют различные высоковольтные выпрямительные схемы, однофазные и трехфазные. Соответственно и главные трансформаторы строятся одно- и трехфазными.
Электрические цепи рентгеновского питающего устройства имеют электрическое соединение или о первичной пли со вторичной обмотками главного трансформатора. Соответственно их часто называют «первичными» и «вторичными» или «низковольтными» и «ВЫСОКОВОЛЬТНЫМИ» цепями. Иногда говорят о высоковольтной цепи в единственном числе, имея в виду анодную цепь рентгеновской трубки.
В высоковольтном генераторе всегда создают принудительное распределение потенциалов относительно земли, для чего заземляют какую-либо точку высоковольтной цепи. Принудительное распределение потенциалов создает для высоковольтной изоляции определенные условия работы и дает возможность рационально ее рассчитывать.
При выборе точки, которую следует заземлять, исходят из требуемых условий работы рентгеновской трубки. Если конструкция трубки требует заземления анода (или катода), то заземляется вывод высоковольтного генератора; если конструкция трубки не предусматривает заземления одного из электродов, то вторичную цепь обычно делают электрически симметричной и заземляют среднюю точку этой цепи. При заземлении средней точки электроды рентгеновской трубки находятся по отношению к земле под одинаковым (по абсолютной (величине) напряжением, равным половине анодного напряжения трубки. Естественно, что заземление средней точки более благоприятно, чем заземление вывода, так как при прочих равных условиях оно предъявляет меньшие требования к изоляции.
Если применяется симметричная схема, то средней точкой высоковольтной цепи часто является средняя точка вторичной обмотки главного трансформатора. В питающих устройствах с напряжением 200 кВ и выше высоковольтный генератор при симметричной схеме иногда  располагается в двух кожухах (баках); в одном находится катодная половина генератора, в другом — анодная; каждая из них имеет свой высоковольтный трансформатор.

Рис. 3-1. Главная цепь рентгеновского питающего устройства.
ИЭ — источник электрической энергии; АТ — регулировочный автотрансформатор; ВГ —
высоковольтный генератор; РТ — рентгеновская трубка.

Первичные (низковольтные) цепи рентгеновского питающего устройства, как правило, с землей не соединяются. В то же время уровень их изоляции относительно земли невысок (испытательное напряжение не превышает 2 500 В), а потому при расчете изоляции вторичных цепей первичные цепи считаются соединенными с землей.
Из первичных цепей следует -выделить силовую цепь, служащую для питания главного трансформатора. На стороне высокого напряжения силовой цепью является анодная цепь рентгеновской трубки. Если отвлечься от вопросов изоляции, можно говорить о единой силовой цепи, которая включает в себя все элементы первичной и вторичной силовых цепей от источника электрической энергии до рентгеновской трубки. Условимся называть эту цепь главной цепью рентгеновского питающего устройства (и рентгеновского аппарата в целом).
Главная цепь в наиболее общем виде изображена на рис. 3-1. Регулировочный автотрансформатор позволяет регулировать напряжение на рентгеновской трубке. Четырехполюсник ВГ включает в себя все элементы главной цепи, сосредоточенные в высоковольтном генераторе.
Обычно принимают, что источник электрической энергии дает строго синусоидальное напряжение и его мощность столь велика (внутреннее сопротивление столь мало), что изменение в самых широких пределах анодного тока рентгеновской трубки оставляет напряжение на зажимах источника неизменным по величине и форме кривой. Тогда падение напряжения будет иметь место лишь в самом питающем устройстве и в сети, соединяющей питающее устройство с источником электрической энергии. Результатом падения напряжения будет уменьшение напряжения на рентгеновской трубке.
Внешней характеристикой рентгеновского питающего устройства называется зависимость напряжения на рентгеновской трубке от ее анодного тока


Рис. 3-2. Типичные внешние характеристики. рентгеновского питающего устройства.
при неизменных условиях питания самого питающего устройства. В большинстве случаев (внешняя характеристика имеет вид прямой линии, наклонной к оси абсцисс. Следует различать (рис. 3-2) два вида внешней характеристики: а — характеристику, учитывающую полное падение напряжения, т. е. падение напряжения как в питающем устройстве, так и в сети, и б — характеристику, учитывающую падение напряжения лишь в питающем устройстве. При снятии характеристик изменение анодного тока достигается изменением тока накала. Для первой характеристики подрегулировки напряжения не производится, для второй напряжение на регулировочном автотрансформаторе поддерживается неизменным, благодаря чему компенсируется падение напряжения в сети. Естественно, что вторая характеристика более полога, чем первая.
Здесь нас будет интересовать только первая характеристика. Для более устойчивой работы рентгеновской трубки желательно, чтобы эта характеристика была более крутой; тогда при толчках тока, вызываемых газоотделением в трубке, напряжение на ней резко уменьшается, что способствует восстановлению вакуума.
Для того чтобы внешнюю характеристику сделать более круто падающей, во многих питающих устройствах (со стороны высокого или низкого напряжения) включают специальные успокоительные резисторы. В случае, если параллельно трубке для сглаживания напряжения включены конденсаторы, успокоительный резистор должен включаться обязательно на стороне высокого напряжения последовательно с трубкой.
В то же время чрезмерно крутая внешняя характеристика опасна при случайном сбросе нагрузки (например, при исчезновении накала). Напряжение на трубке в этом случае резко повышается. Круто падающая внешняя характеристика неудобна и при регулировке анодного тока трубки, так как вызывает при изменении тока значительное изменение напряжения.

Рис. 3-3. Возможные виды внешней характеристики.
Рис. 3-4. Внешняя характеристика, наиболее благоприятная для устойчивой работы трубки.
В некоторых случаях внешняя характеристика непрямолинейна, что объясняется сложной зависимостью падения напряжения от тока нагрузки. Так, приходится сталкиваться с характеристиками, подобными изображенным на рис. 3-3.

Повышение напряжения с нагрузкой может обусловливаться, например, влиянием емкости высоковольтных кабелей, соединяющих рентгеновскую трубку с высоковольтным генератором.
В связи с этим возникает вопрос о наиболее целесообразном виде внешней характеристики. Таким обладает внешняя характеристика, представленная на рис. 3-4. Вначале характеристика идет практически параллельно горизонтальной оси, а затем в области повышенных токов напряжение резко падает, снижаясь до нуля. При таком виде характеристики не приходится опасаться сброса нагрузки; такая характеристика наиболее способствует восстановлению вакуума при газоотделении в трубке.
В рентгеновских питающих устройствах обычно не принимается специальных мер, изменяющих вид внешней характеристики.
Обозначим уменьшение напряжения на выходе питающего устройства, обусловленное его нагрузкой на рентгеновскую трубку, через ∆Ua.макс. В самом общем виде

где Eа.макс — напряжение на выходе питающего устройства при холостом ходе, a Ua.макс — при нагрузке. Расчет ΔUа.макс для различных выпрямительных схем дается в гл. 4.
При расчете падения напряжения в рентгеновских питающих устройствах оказывается удобным ввести коэффициент:

Здесь под ∆Uа.макс понимается уменьшение напряжения на выходе питающего устройства при наибольшем токе нагрузки, допускаемом при напряжении Uа.макс, а под ΔU*а.макс — это же уменьшение в долях Uа.макс.
Будем называть номинальным такой режим, при котором рентгеновский аппарат (рентгеновское питающее устройство) работает на поминальном, т. е. наибольшем, рабочем напряжении и при наибольшем токе, допускаемом при этом напряжении. Для номинального режима расчетное значение а в практике отечественного рентгеноаппаратостроения обычно берется в пределах 1,15— 1,35, а иногда и более.
Запас электрической прочности различен для различных высоковольтных частей рентгеновского аппарата. Для высоковольтного генератора в целом он обычно равен 40—50%. Это означает, что пробой произойдет в каком-либо масляном промежутке) при напряжении, превышающем предельно допускаемое рабочее напряжение на 40—50%. Для высоковольтной изоляции главного трансформатора (и трансформатора накала) обычно берется повышенный запас электрической прочности (50— 100%), для рентгеновских излучателей, наоборот, —пониженный (гл. 2).
Таким образом, значения ΔU*а.макс = 0,15-:-0,35 (т. е. 15—35%), соответствующие а= 1,15-:-1,35, сравнимы с запасом электрической прочности высоковольтных частей рентгеновских аппаратов. При случайном сбросе нагрузки, например из-за неисправности в цепи накала рентгеновской трубки, напряжение па выходе питающего устройства, изменяясь по внешней характеристике, повышается при номинальном режиме от значения
Uа.ном ДО значения Е а.ном =αUа.макс, которое тем больше, чем выше а. При относительно высоких значениях а напряжение может достигнуть уровня электрической прочности и даже превысить его. Поэтому в отечественном рентгеноаппаратостроении принято при 1,2-:-1,25 предусматривать автоматические устройства, защищающие от чрезмерного повышения напряжения при сбросе нагрузки.
Существенной особенностью рентгеновских аппаратов является возможность регулирования в широких пределах напряжения па рентгеновской трубке и ее анодного тока, что необходимо для изменения жесткости и интенсивности рентгеновского излучения. Кроме того, обычно предусматривается автоматическое отключение высоковольтного генератора по истечении заданной выдержки времени. Наличие трех переменных параметров: напряжения, тока и выдержки—ставит вопрос о факторах, определяющих нагрузочную способность рентгеновского аппарата (рентгеновского излучателя и рентгеновского питающего устройства) при различных рабочих режимах.
Нагрузочная способность оценивается, с одной стороны, допустимой мощностью, с другой — допустимой длительностью работы и требуемой длительностью перерывов.
Различают отдаваемую и потребляемую мощности рентгеновского аппарата и рентгеновского питающего устройства. Отдаваемая мощность Ра воспринимается анодом рентгеновской трубки, т. е. является активной мощностью и выражается в киловаттах. Говоря о потребляемой мощности, следует различать потребляемую активную мощность Р и потребляемую полную (кажущуюся) мощность S; первая выражается в киловаттах, вторая — в киловольт-амперах. Отдаваемая и потребляемая активные мощности связаны соотношением

где η — к. п. д. рентгеновского питающего устройства.

С другой стороны,

где ξ — коэффициент .мощности этого устройства.
Поэтому

Величина ξ изменяется в пределах 0,5—1 в зависимости от высоковольтной выпрямительной схемы. Величина к. п. д. изменяется в пределах 0,5—0,8; для аппаратов, работающих длительно, к. п. д. имеет большую величину, чем для аппаратов, работающих кратковременно. Как уже указывалось, величина к. п. д. (а также и ξ) в рентгеновских аппаратах играет второстепенную роль. В дальнейшем мы будем интересоваться в первую очередь отдаваемой мощностью. Различают три основных вида работы рентгеновских аппаратов:
а) кратковременная (работа: рентгеновская трубка включается на короткое время (рабочий период) длительностью не более нескольких секунд, после чего следует перерыв, во много раз продолжительнее рабочего периода;
б) повторно-кратковременная работа: трубка работает более длительно, чем в предыдущем случае (рабочий период длится несколько минут и более), и продолжительность перерыва сравнима с продолжительностью рабочего периода; чередование рабочих периодов и перерывов может продолжаться как угодно долго;
в) длительная работа: продолжительность работы трубки не ограничивается.

С точки зрения электрических расчетов рентгеновские аппараты достаточно разделить на две группы [Л. 90]. К первой группе относятся аппараты, предназначенные для кратковременной работы, ко второй — предназначаемые для повторно-кратковременной и длительной работы. Более подробно об этом говорится в § 3-4 и 4-9.
Вместе с тем указанные три вида не охватывают всех реальных режимов работы рентгеновских аппаратов. Так, рентгенодиагностические аппараты при одиночных снимках работают кратковременно, при просвечиваниях — повторно-кратковременно. Расчет этих аппаратов ведется, исходя из кратковременной работы. В то же время, например, прицельные снимки требуют особого режима, так как перемежаются с просвечиваниями и следуют друг за другом сравнительно быстро.
Допустимая мощность рентгенодиагностического аппарата при одиночных снимках о малыми (0,1 с и менее) выдержками обычно ограничивается допустимым падением напряжения в главной цепи и трубка работает не на полной мощности. С увеличением выдержки допустимая мощность трубки уменьшается (§ 2-1) и, начиная с некоторого значения выдержки, допустимая мощность аппарата будет ограничиваться допустимой мощностью трубки. Для маломощных рентгенодиагностических аппаратов допустимая мощность ограничивается допустимым падением напряжения во всем интервале выдержек.
Допустимая мощность рентгенодиагностического аппарата при просвечиваниях ограничивается допустимой мощностью трубки, так как питающее устройство имеет запас мощности, необходимый для снимков. Допустимые длительности рабочих периодов и перерывов определяются нагрузочной способностью рентгеновского излучателя.
Рентгенотерапевтические и рентгенодефектоскопические аппараты работают повторно-кратковременно. В то же время эти аппараты, как правило, допускают при той же мощности и длительную работу. Рентгенодефектоскопические аппараты с моноблоками иногда требуют обязательных перерывов. Рентгеновские аппараты для структурного и спектрального анализов обычно рассчитываются на длительную работу.
Допустимая мощность всех этих аппаратов при номинальном режиме обычно равна или несколько больше допустимой мощности трубки. При работе на пониженных рабочих напряжениях дело осложняется. Допустимая мощность рентгеновской трубки в широком интервале рабочих напряжений от полного до половинного остается неизменной (§ 2-2), так как определяется нагревом анода, который однозначно связан с мощностью, воспринимаемой анодом, и не зависит от соотношения напряжения и тока. В питающем устройстве основными причинами, вызывающими нагрев, являются: потери в меди и стали главного трансформатора и регулировочного автотрансформатора и потери в высоковольтных выпрямителях.

Потери в меди растут, как известно, пропорционально квадрату тока; то же можно сказать и о потерях в выпрямителях, если принять сопротивление выпрямителей не зависящим от величины тока. С понижением рабочего напряжения три неизменной мощности ток, а следовательно, потери в меди и в высоковольтных вентилях возрастают, что может привести к недопустимым местным нагревам (несмотря на уменьшение потерь в стали). Таким образом, аппарат может работать при пониженном рабочем напряжении при полной мощности только в том случае, если обмотки главного трансформатора и регулировочного автотрансформатора, а также высоковольтные выпрямители рассчитаны на соответствующий повышенный ток.



 
« Религия и психические болезни   Рентгенодиагностика заболеваний костей и суставов »