Начало >> Статьи >> Архивы >> Рентгеновские аппараты

Представление о расчете главного трансформатора - 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

Здесь будут кратко изложены общие соображения, касающиеся расчета главных трансформаторов, в основном однофазных.
Как уже указывалось в § 3-1, с точки зрения электрических расчетов питающих устройств рентгеновские аппараты разделяются на две группы. К первой группе относятся рентгенодиагностические аппараты, работающие при полной мощности кратковременно, ко второй — аппараты других назначений, работающие при полной мощности повторно-кратковременно и длительно. На такие же группы можно разделить и главные трансформаторы.
При расчете питающих устройств на первое место наряду с электрической прочностью выдвигаются: для первой группы — падение напряжения, для второй группы— нагрев. То же справедливо и в отношении главных трансформаторов. Мы остановимся вначале на расчете трансформаторов второй группы, а затем укажем па отличие расчета трансформаторов первой группы.
При расчете трансформатора второй группы должны быть заданы:

  1. вторичное и первичное напряжения при холостом ходе;
  2. вторичный ток;
  3. ток холостого хода и полный первичной ток;
  4. потери мощности.

Произведение расчетного вторичного напряжения при холостом ходе на расчетный вторичный ток по аналогии с силовыми трансформаторами -можно назвать расчетной (номинальной) мощностью главного трансформатора:

Таким образом, для трансформаторов второй группы вместо расчетного вторичного тока можно задавать расчетную мощность.
Расчетное вторичное напряжение при холостом ходе определяется по наибольшему рабочему напряжению на выходе питающего устройства:

Коэффициентом β задаются, исходя из предполагаемого падения напряжения и питающем устройстве (§ 4-9), коэффициент m больше единицы для выпрямительных схем с удваиванием напряжения (табл. 4-1).
Расчетное первичное напряжение выбирают обычно в пределах 220—380 В, сообразуясь с низковольтными цепями питающего устройства в целом.
Расчетный вторичный ток определяется анодным током рентгеновской трубки. В трансформаторах второй группы, имея в виду напрев, оперируют с действующим значением тока:
численные значения коэффициента k2 указаны в той же таблице.
Ток холостого хода обычно считают чисто намагничивающим током, пренебрегая активной составляющей тока холостого хода, создаваемой потерями в стали. Обычно его берут равным не более 25—30% нагрузочного тока, представляющего собой вторичный ток, приведенный к первичной обмотке:

где w2 и w1 — числа витков соответственно вторичной и первичной обмоток.
Так как максимум намагничивающего тока сдвинут на четверть периода относительно максимума нагрузочного тока, то при указанном соотношении токов им можно пренебречь и считать, что полный первичный ток равен нагрузочному току, т. е.

Исключением является работа трансформатора при однополупериодной нагрузке (§ 4-2), когда намагничивающий ток возрастает с нагрузкой, увеличивая тем самым полный первичный ток. Этот последний можно рассчитать по формуле:

где коэффициент k1 равен примерно 1,5 при магнитной индукции 1,4—1,8 Т (14—18 тыс. Гс).
Потери в трансформаторе обычно составляют 5—10% расчетной мощности трансформатора; 70—75% из них приходится па потери в стали. Величину потерь ограничивают в первую очередь для того, чтобы не получить чрезмерного нагрева трансформатора.
Расчет главного трансформатора начинают с выбора его основных конструктивных форм (его конструктивной схемы); сюда относятся:
а)  вопрос о заземлении средней точки или конца обмотки;
б)  выбор числа секций вторичной обмотки, система ее изоляции;
в)  выбор типа магнитопровода (броневой, стержневой), форма магнитопровода;
г)   размещение обмоток на магнитопроводе.
Конструктивная схема трансформатора выбирается,
исходя из общей компоновки высоковольтного генератора; творческая фантазия конструктора для удачного решения этой задачи (в особенности для моноблоков) имеет решающее значение. Далее расчет целесообразно строить так, чтобы быстрее получить эскиз трансформатора.
Одним из основных расчетных параметров, характеризующих трансформатор, является э. д. с. на виток в его обмотках, которая связана с другими параметрами трансформатора соотношением

где f—частота, Гц; Вмакс— магнитная индукция, Т; S — сечение магнитопровода, см2.
Задаваясь величиной э. д. с. на виток, магнитной индукцией и плотностью тока в обмотках, можно определить остальные параметры, необходимые для составления эскиза трансформатора.

Как уже указывалось, величина э. д. с. на виток в рентгеновских трансформаторах берется в пределах от 0,3—0,5 до 2—2,5 В, увеличиваясь с увеличением мощности трансформатора. Ориентировочные значения э. д. с. па виток, заимствованные из практики отечественного рентгеноаппаратостроения, даны в табл. 3-1.
Таблица 3-1
Ориентировочные значения э. д. с. на виток для главных трансформаторов


Трансформаторы

Электродвижущая сила на виток, В

Для длительной работы:

 

мощностью 1—2 кВ-А.........................

1—1,5

мощностью 2—4 кВ-А.........................

1,5—2

Для кратковременной работы:

 

в переносных аппаратах .......................

0,3—0,5

в передвижных и облегченных стационарных аппаратах ......................

0,5—1,0

в стационарных аппаратах средней и большой мощности...............................

1,5—2,5

Расчетная магнитная индукция для стали Э41 (ГОСТ 802-58) берется порядка 1,3—1,5 Т. Индукцию в ярме часто уменьшают на 5—10% по сравнению с индукцией в стержне. Сталь Э310 допускает увеличение индукции примерно на 10% против стали Э41.
Плотность тока при длительной работе, исходя из нагрева, берется равной 2—3 А/мм2 для первичной и 1,5— 2 А/мм2 — для вторичной обмотки. На выбор плотности тока влияют условия теплоотдачи: чем больше поверхность соприкосновения обмоток с маслом и размеры бака высоковольтного генератора, тем больше может быть взята плотность тока. Плотность тока для вторичной обмотки обычно берется несколько меньшей из-за худшей теплоотдачи через бумажную изоляцию.
Выбран э. д. с. на виток, определяют «число витков в первичной и вторичной обмотках. По величине э. д. с. на виток и магнитной индукций находят при помощи формулы (3-12) требуемое сечение магнитопровода. Зная сечение стержня магнитопровода, определяют (о учетом коэффициента заполнения стали) диаметр описанной окружности, который дает начальный диаметр обмоток.

По заданным значениям токов находят необходимое сечение обмоточных проводов. Πри выборе проводов ориентируются на нормальные сечения, принятые в данном производстве и учитывают технологические соображения. Так, для вторичных обмоток из-за трудности намотки обычно берут провод с диаметром не менее 0,07 мм.
При составлении эскиза трансформатора исходят из принятой конструктивной схемы трансформатора и общей  компоновки высоковольтного генератора, согласуя с последней, в частности, соотношение сторон окна трансформатора. Первостепенное внимание при составлении эскиза трансформатора уделяется высоковольтной изоляции вторичной обмотки, поскольку достаточная электрическая прочность является первым условием доброкачественности трансформатора.
Укажем основные расчетные данные, касающиеся высоковольтной изоляции и заимствованные из практики отечественного рентгеноаппаратостроения (для напряжения и напряженности имеются в виду действующие значения при номинальном режиме):

  1. Междуслойное напряжение в секциях вторичной обмотки обычно берется не выше 1 500 В; дальнейшее увеличение междуслойного напряжения приводит к худшему заполнению окна трансформатора; не исключено, однако, что для системы намотки по рис. 3-5,б могут оказаться целесообразными и более высокие значения междуслойного напряжения.
  2. Применяемые расчетные напряжения для двух наиболее распространенных сортов изоляционной бумаги даны в табл. 3-2.
  3. Средняя расчетная напряженность в масле для тех конфигураций электрического поля, которые характерны для рентгеновских трансформаторов, равна 1 —1,4 кВ/мм.

Таблица 3-2
Междуслойная изоляция главных трансформаторов (для междуслойного напряжения до 1 500—2 000 В)


Сорт бумаги

Толщина слоя, мм

Допустимое напряжение на один слой, В

Телефонная бумага

0,05

250—300

Конденсаторная бумага

0,012

150

То же

0,03

250

  1. То же в масле, вдоль твердого диэлектрика составляет 0,5—0,7 кВ/мм.

Для перехода от действующих к максимальным значениям все указанные цифры следует умножить на коэффициент 1,41. Предполагается, что испытательное напряжение превышает номинальное на 30—35%. В случае более высоких испытательных напряжении приводимые цифры должны быть соответственно уменьшены.
По готовому эскизу трансформатора определяют:

  1. массу активных материалов (стали магнитопровода и меди обмоток);
  2. намагничивающий ток;
  3. потери в стали и меди;
  4. активное сопротивление трансформатора и в случае необходимости индуктивность рассеяния.

Опыт показывает, что расчет главного трансформатора при указанных плотностях тока приводит к сравнительно небольшой величине его активного сопротивления. В ряде случаев встает вопрос о включении в главную цепь питающего устройства дополнительных (успокоительных) сопротивлений.
После составления эскиза и расчета всех параметров выясняется, соответствует ли рассчитанный вариант трансформатора поставленным требованиям. Если он этим требованиям и удовлетворяет, следует произнести расчеты и составить эскизы еще двух-трех вариантов трансформатора, варьируя в первую очередь величину э. д. с на виток и добиваясь минимальных размеров и массы. При этом следует помнить, что с увеличением э. д. с. на виток возрастают намагничивающий ток, масса стали и потери в стали и уменьшаются масса меди и потери в меди.
Приведенная методика расчета главного трансформатора, как мы видим, «весьма проста. Расчет на нагрев при длительной работе путем задания лишь допустимой величины общих потерь и допустимой плотности тока в обмотках приводит, несмотря на примитивность, к допустимой нагруженности трансформатора в тепловом отношении. Сказанное справедливо как для случая, когда трансформатор помещается отдельно от рентгеновской трубки, так и для моноблоков при условии, что тепло, отдаваемое анодом рентгеновской трубки, отводится не через общий с трансформатором кожух.

В крайнем случае требуются дополнительные меры по охлаждению баков. Так, в высоковольтных генераторах рентгеноструктурных и рентгеноспектральных аппаратов иногда применяется водяное охлаждение от водопровода.
Сложнее обстоит дело в случае моноблоков, в которых рентгеновская трубка имеет анодный радиатор, помещенный в общий с трансформатором объем масла. В отсутствие дополнительного охлаждения для таких моноблоков во избежание чрезмерного нагрева обычно предписываются обязательные перерывы .в работе; длительности рабочих периодов и перерывов устанавливаются экспериментальным путем.

Таблица 3-3
Предельные допускаемые превышения температур над температурой окружающего воздуха (ГОСТ 7248-54)


Части рентгеновского аппарата

Пределы превышения температуры, °С

Метод измерения температуры

Обмотки главных трансформаторов и трансформаторов накала в маслонаполненных высоковольтных генераторах

70

Метод сопротивления

Сердечники тех же трансформаторов (на поверхности)

75

Термоэлектрический

Масло в верхних слоях высоковольтных генераторов (не в моноблоках)

60

То же

Внешние части моноблоков

60

То же

То же для пультов управления

25

То же

В табл. 3-3 указаны предельно допустимые превышения температуры частей рентгеновского аппарата над температурой окружающего воздуха, принятые в отечественном рентгеноаппаратостроении.
Особенности расчета трансформаторов первой группы вытекают из их основного отличия — кратковременная (секунды и доли секунды) работа с повышенной мощностью. Как уже указывалось, здесь на первое место взамен нагрева выдвигается расчет падения напряжения. Номинальная мощность трансформатора при кратковременных нагрузках, рассчитанная по заданному падению напряжения, в несколько раз больше номинальной мощности при длительной работе.
При расчете трансформатора первой группы должны быть заданы:

  1. вторичное и первичное напряжения при холостом ходе;
  2. вторичный ток;
  3. ток холостого хода;
  4. активное сопротивление обмоток.

Расчетное вторичное напряжение при холостом ходе по-прежнему определяется по наибольшему рабочему напряжению на выходе питающего устройства. Однако вместо коэффициента β задают коэффициент а, учитывающий падение напряжения не только в питающем устройстве, а также и в сети (§ 3-1):

Коэффициент т для выпрямительных схем, используемых в питающих устройствах первой группы, равен единице.
Расчетное первичное напряжение выбирают, сообразуясь по-прежнему с низковольтными цепями питающего устройства в целом. Здесь оно также обычно берется в пределах 220—380 В.
При определении вторичного тока, имея в виду -падение напряжения, оперируют не с действующим, а с максимальным (за период) значением:

численные значения коэффициента для различных выпрямительных схем указаны в табл. 4-1.
Ток холостого хода выбирается в зависимости от мощности. В малогабаритных моноблоках ток холостого хода может приближаться к нагрузочному току; это позволяет повышать расчетную магнитную индукцию и заметно уменьшать размеры и массу моноблока. В аппаратах большой мощности ток холостого хода берут равным 10—15% нагрузочного тока (имеются в виду действующие значения).
Когда оперируют максимальными (за период) значениями, то

Здесь под Iмакс подразумевается мгновенное значение первичного тока, соответствующее максимуму напряжения. Эта формула справедлива для всех выпрямительных схем, используемых в питающих устройствах первой группы, в том числе и для однополупериодной.

Расчетное активное сопротивление обмоток главного трансформатора получается в результате расчета главной цепи питающего устройства при заданном значении а (§5-3).
Как и для трансформаторов второй группы, расчет начинают с (выбора основных конструктивных форм трансформатора (его конструктивной схемы). Все сказанное в этом отношении ранее применимо и к трансформаторам первой труппы.
Ход расчета в основных чертах остается таким же. Его и здесь строят так, чтобы быстрее получить эскиз трансформатора. Здесь, однако, наряду с (величинами э. д. с. на виток и магнитной индукции берут не плотность тока в обмотках, а их активное сопротивление.
По готовому эскизу трансформатора определяют

  1. массу активных материалов;
  2. намагничивающий ток;
  3. потери в стали и меди трансформатора и проверяют активное сопротивление трансформатора, а в случае необходимости и индуктивность рассеяния.

Далее следует произвести расчеты и составить эскизы еще нескольких вариантов трансформатора, добиваясь минимальных размеров и веса. При этом наряду с величиной э. д. с. на виток следует варьировать и величину а, а тем самым и расчетное активное сопротивление трансформатора (§ 5-3). Из рассчитанных (вариантов выбирают оптимальный.



 
« Религия и психические болезни   Рентгенодиагностика заболеваний костей и суставов »