Начало >> Статьи >> Архивы >> Рентгеновские аппараты

Перенапряжения в питающих устройствах - 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


Рис. 4-49. Упрощенная схема замещения для рассмотрения переходных процессов.
При включении и отключении главного трансформатора и при внезапном изменении установившегося режима работы питающего устройства в главной цепи возникают переходные процессы, в результате которых могут иметь место значительные перенапряжения. Необходимо оценить величину этих перенапряжений и указать методы их подавления.
Существенную роль в указанных переходных (процессах играет индуктивность рассеяния главного трансформатора, а в некоторых случаях — и его внутренние емкости. Рассмотрим в качестве примера включение при холостом ходе, причем примем во внимание лишь параметры R, L и С самого трансформатора.
* Внутренние емкости трансформатора заменены здесь одной эквивалентной емкостью С, включенной параллельно выводам трансформатора, т. е. последовательно с его активным сопротивлением R и индуктивностью рассеяния L, приведенным ко вторичной обмотке. Намагничивающая цепь во внимание не принята. Такие упрощения приводят к элементарному случаю, известному из общей электротехники.
* Принятая здесь схема замещения оставляет в стороне вопрос о распределении напряжений вдоль обмотки трансформатора.

На рис. 4-50 представлены колебания вторичного напряжения трансформатора (напряжения па емкости) при замыкании цепи в момент, когда внешнее напряжение равно максимуму. Как мы видим, при этом возникают значительные перенапряжения. Отметим, что частота собственных колебаний значительно больше принужденной частоты. Расчетные перенапряжения достигают наибольшей величины, если, оставляя тот же момент замыкания, пренебречь активным сопротивлением R (собственные колебания становятся при этом незатухающими); эти перенапряжения равны удвоенной амплитуде напряжения при установившемся режиме.
Мы рассмотрели наиболее простои случай: включение главного трансформатора при холостом ходе обособленно от рентгеновского питающего устройства. Переходные процессы, возникающие при включении высоковольтного генератора в целом, изучены недостаточно.

Рис. 4-50. Перенапряжения при включении главного трансформатора.
R=35 000 Ом; L= 150 Гц; С=100 пФ.
Наличие рентгеновской трубки и вентилей — элементов, имеющих одностороннюю проводимость, сильно затрудняет математическое исследование этих процессов. Однако и из приведенного примера видно, что при включении могут иметь место значительные перенапряжения. Для того чтобы они не представляли опасности для высоковольтной изоляции, включение следует производить при напряжении, пониженном не меньше чем в 2 раза против поминального, и затем уже повышать его до рабочего. В некоторых аппаратах напряжение устанавливается заранее и после включения не регулируется. Для уменьшения перенапряжений включение производится в этом случае через сопротивление, которое затем автоматически замыкается накоротко. При включении под нагрузкой перенапряжения будут меньше, чем при холостом ходе, причем уменьшение тем значительнее, чем больше нагрузка.
Переходные процессы, возникающие при отключении главного трансформатора, не изучены. Во избежание опасных перенапряжений рекомендуется перед отключением понижать напряжение не менее чем до половины поминального или производить ступенчатое отключение через активное сопротивление. В диагностических аппаратах с очень короткими выдержками вместо таких пусковых сопротивлений включение и отключение высокого напряжения производятся при помощи так называемых синхронизированных реле времени, обеспечивающих пулевую фазу включения и отключения (§ 5-5).
Из переходных процессов, возникающих при внезапном изменении установившегося режима работы питающего устройства, исследованиям подверглись процессы при коротком замыкании в схемах с удваиванием напряжения [Л. 129]. Исследовались также процессы, возникающие в таких схемах при выключении одного из вентилей [Л. 130].

Рис. 4-51. Перенапряжения при коротком замыкании в схеме удваивания напряжения.
А=70 000 Ом; L = 300 Гн; С = 0,045 мкФ
Схема рис. 4-49 может быть использована также для рассмотрения короткого замыкания в схемах удваивания. Теперь R и L — параметры всей главной цепи, а С — емкость основного конденсатора (остальными емкостями пренебрегаем).
На рис. 4-51 представлены колебания напряжения трансформатора (напряжения на емкости), рассчитанные для короткого замыкания в схеме удваивания с пульсирующим напряжением. Здесь принято, что короткое замыкание происходит при холостом ходу в момент, когда напряжение аппарата равно максимуму. В момент короткого замыкания напряжение на выходе падает до нуля. Рассматриваемый случай отличается от разобранного выше процесса включения трансформатора тем, что конденсатор имеет начальное

напряжение. Собственные колебания создают, как и при включении трансформатора, весьма значительные перенапряжения. Наиболее опасным является пик напряжения в конце первого полупериода собственных колебаний. Отметим, что частота собственных колебаний здесь меньше, так как вместо внутренних емкостей главного трансформатора фигурирует значительно большая емкость конденсатора. Расчетные перенапряжения достигают наибольшей величины при R=0 и превышают утроенную амплитуду напряжения до замыкания. В этом случае максимум может иметь место и не в первый полупериод собственных колебаний.*
Pиc. 4-52. То же, что на рис. 4-51 по R = 230 000 Ом.

Разобранному случаю приравнивают в первом приближении потерю вакуума рентгеновской трубкой или вентилем. Естественно, что высоковольтную изоляцию недопустимо подвергать воздействию столь высоких перенапряжений; они должны быть резко снижены или даже совершенно подавлены. Для этой цели активное сопротивление главной цепи увеличивают посредством включения успокоительного сопротивления.

На рис. 4-52 изображены собственные колебания напряжения на емкости в том же аппарате, по с дополнительным сопротивлением. Чтобы совершенно подавить собственные колебания и сделать переходный процесс апериодическим, величина полного активного сопротивления главной цепи должна быть  (4-74)

Рис. 4-53. Короткое замыкание вентиля в схеме удваивания со сглаженным напряжением.
Переходя к короткому замыканию в схеме удваивания со сглаженным напряжением, ограничимся рассмотрением внезапной потери вакуума вентилем (потеря вакуума рентгеновской трубкой была рассмотрена в § 2-2 и 4-7). Образующийся при этом контур (рис. 4.53) подобен контуру при коротком замыкании в схеме удваивания с пульсирующим напряжением. Пренебрежем для упрощения разрядкой конденсаторов через рентгеновскую трубку (она существенной роли не играет). Вентиль V2 после короткого замыкания оказывается под обратным напряжением, равным сумме напряжений конденсаторов, и тока, следовательно, не приводит. Поэтому переходный процесс вначале развивается, как описано выше: напряжение на конденсаторе C1.
уменьшается, меняет знак и начинает возрастать. Когда оно сравнивается с напряжением конденсатора С2, вентиль начинает проводить ток и дальнейшее увеличение напряжения происходит как па конденсаторе C1, так и на конденсаторе С2. Это замедляет рост напряжения и приводит к тому, что перенапряжения на конденсаторах и трансформаторе при прочих равных условиях будут несколько меньшими, чем в схеме с пульсирующим напряжением.
Рассчитывая успокоительный резистор, снижающий перенапряжения в зарядной цепи конденсатора в аппаратах с удваиванием напряжения, следует прежде всею пользоваться формулой (4-1). Однако величина сопротивления, вычисленная по этой формуле, может привести к чрезмерно падающей внешней характеристике. В этом случае приходится допустить колебательный характер переходного процесса, с тем, однако, чтобы перенапряжения не превышали 20—25%.
Если исходить из приведенных выше рассуждений, то безразлично, куда включать успокоительное сопротивление, — во вторичную или первичную цепь. Включение сопротивления в первичную цепь более удобно с конструктивной точки зрения. Однако приведенные выше рассуждения неполно и неточно описывают процессы, возникающие в зарядной цени при потере вакуума рентгеновской трубкой или вентилем. Действительно, в этом случае:
1. Следовало оперировать с более сложной схемой замещения, учитывающей, в частности, внутренние емкости трансформатора, распределенные вдоль обмотки; тогда при коротком замыкании перенапряжение с рентгеновской трубки или вентиля не могло бы скачком переходить на индуктивность рассеяния трансформатора, как это предполагается по схеме рис. 4-49, а пришлось бы исследовать весьма кратковременный дополнительный переходный процесс с колебаниями высокой частоты, который предшествовал бы рассмотренному процессу.

2. Следовало учесть, что потеря вакуума трубкой или вентилем в действительности происходит не мгновенно; кроме того, «газящий» прибор может в быстрой последовательности терять и восстанавливать вакуумные свойства; последнее обстоятельство также может приводить к колебаниям высокой частоты.
Опыт показывает, что при потере вакуума вентилем или рентгеновской трубкой действительно наблюдаются колебания высокой частоты. При этом оказывается целесообразным успокоительное сопротивление, снижающее перенапряжения, частично или полностью включать на стороне высокого напряжения, т. е. непосредственно в зарядную цепь конденсатора. Напомним, что, кроме того, па стороне высокого напряжения должны предусматриваться сопротивления, ограничивающие разрядный ток, когда «газит» трубка.
Дадим вывод формулы, позволяющей рассчитать перенапряжения для схемы рис. 4-49.

Некоторые исследования перенапряжений применительно к однофазным питающим устройствам рентгенодиагностических аппаратов изложены в [Л. 131].
Каждый рентгеновский аппарат, выпускаемый заводом-изготовителем, испытывается па электрическую прочность. Указанный ранее ГОСТ 7248-54 устанавливает следующие уровни испытательного напряжения в процентах наибольшего напряжения, воздействию которого изоляция подвергается при номинальном режиме аппарата:
а)  для изоляции главных трансформаторов—135%;
б)  для прочей изоляции высоковольтного генератора — 125%;
в) для изоляции защитных кожухов рентгеновских трубок — 115%.

Испытания проводятся в холодном состоянии. Время испытания 10 мин. При установке рентгеновского аппарата на месте эксплуатации повторного испытания повышенным напряжением производить не следует.
Пониженный уровень испытательного напряжения 115% допускается как отклонение от указанных норм для моноблоков рентгенодиагностических переносных и зубных аппаратов, к которым предъявляются особенно жесткие требования в смысле сокращения размеров и массы.
Рекомендация PC 1535-68, о которой уже упоминалось в §4-9, указывает несколько иные испытательные напряжения в процентах от номинального, а именно:
а) для отдельных высоковольтных деталей и узлов, включая главные трансформаторы,— 130%;
б) для полностью собранных высоковольтных генераторов (исключая моноблоки) без рентгеновской трубки,— 125%;
в) для моноблоков без рентгеновской трубки—120%, с рентгеновской трубкой—110%;
г) защитные кожухи, включая высоковольтный кабель, без рентгеновской трубки—115%, с рентгеновской трубкой—110%.

Раздел «а» обязателен только для деталей и узлов, не встроенных жестко в высоковольтный генератор. Продолжительность испытания для аппаратов, предназначенных для длительной и повторно- кратковременной работы, 15 мин, для аппаратов, предназначаемых для кратковременной работы, 5 мин. Если аппарат предназначается для кратковременной и повторно-кратковременной работы (имеются в виду рентгенодиагностические аппараты) и номинальное напряжение для первого вида работы составляет 120% (и более) номинального напряжения для второго вида, то отпадает обязательность испытания для этого последнего. Указания рекомендации PC 1535-68 относятся к типовым испытаниям.
Опытные и макетные образцы рентгеновских аппаратов (в частности, высоковольтных генераторов) подвергаются в Советском Союзе, как правило, более подробным испытаниям вплоть до пробоя с целью выявления уровня электрической прочности. При этом испытания начинают проводить вначале поэлементно (главный трансформатор, трансформатор накала и т. д.); до пробоя рекомендуется доводить не менее трех образцов. Уровень изоляции главных трансформаторов и трансформаторов накала обычно считается удовлетворительным, если пробивное напряжение составляет не менее 160—170% номинального. Естественно, что это суждение в последующем должно подкрепляться результатами эксплуатации серийно выпускаемой аппаратуры,



 
« Религия и психические болезни   Рентгенодиагностика заболеваний костей и суставов »