ActionTeaser.ru - тизерная реклама

**Питающее устройство :трансформаторы ,вентили, пульт управления ,блокировка

Питающее устройство -это совокупность приборов  и приспособлений ,обеспечивающих  нормальную работу  трубки Оно включает  в себя  генераторное устройство ,пульт управления  и сетевой  щиток  В свою очередь  генераторное  устройство  состоит  из высоковольтного  трансформатора ,трансформаторов накала  трубки  и кенотронов  ,кенотронов или полупроводниковых  выпрямителей ,переключателей  рабочих  мест и др

Высоковольтный  (главный)  трансформатор является  прибором ,преобразующим  ток сетевого  напряжения (127 ,220,380В)  в ток высокого  напряжения (до 150 кВ)

В основе  работы любого  трансформатора  лежит  принцип электромагнитной  индукции Явление  электромагнитной индукции было открыто  Фарадеем  в 1831  году  Если  перемещать проводник  в магнитном поле ,чтобы он пересекал  силовые линии  ,в нем  потечет  электрический ток  Можно ,наоборот,перемещать  магнит -в проводнике  опять  возникнет ток  Можно видоизменить  опыт, вдвигая  или выдвигая  магнит в катушку ,в обоих случаях  мы зафиксируем  ток в катушке ,то есть ток  возникает  в случае  изменения  магнитного поля  Вокруг любой  катушки  ,по которой  пропущен  ток,возникает  магнитное поле  На этом принципе  работает  электромагнит  Теперь,если мы будем  замыкать  или размыкать цепь катушки  с током  ,то ,тем самым,  вызовем  изменение  магнитного поля -нарастание  или уменьшение  (в момент  размыкания )А как было  сказано выше ,изменение  магнитного поля  должно вызвать  появление  тока  Он и появляется -это ток самоиндукции

При замыкании  цепи ЭДС самоиндукции  препятствует  нарастанию  тока, при размыкании -наоборот  ЭДС  самоиндукции препятствует  уменьшению тока  Чем больше  число витков  катушки ,тем больше  ЭДС  самоиндукции  ЭДС  самоиндукции  появляется  не только при  замыкании  или размыкании цепи ,но и вообще  при изменении  протекающего  тока, это своеобразная  электрическая  инерция

Если расположить  рядом  две катушки  ,по одной  из которых течет ток ,то при  размыкании  и замыкании  этой цепи ток появится  и в соседней  катушке  Это происходит  потому что  между катушками  существует  магнитная связь -часть силовых  линий  первой  катушки  пронизывает  витки  второй  катушки В этой  катушке  будет  индуктироваться  ЭДС взаимоиндукции

Что представляет собой  сетевой ток ,от которого  осуществляется питание  рентгеновского  аппарата? Это переменный однофазный  или трехфазный  ток  Графически  однофазный ток представляет собой  синусоидальную  функцию  То есть значения  тока  и напряжения  от нуля  нарастают  до определенного  максимума ,затем  снижаются  до нуля ,затем ток меняет  направление  и цикл  повторяется (рис) Время,за которое  завершается  полный цикл ;называется  периодом ,может быть  полупериод ,четверть периода и т.д. Число полных периодов  в 1 секунду  называется  частотой  У нас в стране промышленная  частота  50 Гц в некоторых  зарубежных странах 60 Гц  В настоящее время  наибольшее  распространение  получили  аппараты ,работающие  на так называемом трехфазном токе

Трехфазный ток -это система  из трех  однофазных  переменных  токов ,сдвинутых  по фазе  друг относительно  друга на треть  периода  и протекающих  по 3 проводам (рис)

1

Простейший  трансформатор  представляет собой  замкнутый  магнитопровод ,набранный  из тонких  пластин  трансформаторной стали  На одну часть  магнитопровода  надета  катушка  так называемой  первичной  обмотки ,к которой  энергия  подводится ,на другую часть -катушка  вторичной  обмотки ,от которой  трансформаторная  энергия  отбирается  Если присоединить  первичную  обмотку  к источнику  переменного тока ,то в ней  возникает ЭДС  самоиндукции  Если общее  напряжение  равно  V1B,а число витков W1,то на каждый  виток приходится V1B/W1 Такая же  ЭДС взаимоиндукции  индуктируется  в каждом  же витке  вторичной  обмотки  Значит,если во  вторичной  обмотке  будет больше  витков ,чем в первичной ,то трансформированное  напряжение  будет  больше исходного ,если наоборот -то меньше  Отношение числа витков  вторичной  обмотки  трансформатора к числу  витков  первичной  обмотки  называется  коэффициентом  трансформации K=W2/W1 Так же  соотносятся и напряжения  ,то есть K=V2/V1= W2/W1  У повышающих  трансформаторов  К всегда больше единицы ,у понижающих- меньше

Составными  частями  главного -высоковольтного -трансформатора  являются  магнитопроводы  броневого (чаще)или  стержневого типа ,которые набираются  из тонких  пластин  трансформаторной стали  толщиной 0,35-0,5  мм Магнитопровод  должен быть  очень плотно  собран- иначе  он гудит  На магнитопровод  сначала  наматывается  первичная  обмотка  Первичная   обмотка  обычно  изготавливается  из провода в хлопчатобумажной  изоляции  Сечение провода  0,2-0,3 мм (зависит  от мощности трансформатора )Она наматывается  на бумажно-бакелитовую  втулку  по всей  длине Поверх первичной  обмотки  надевается  медная пластина ,которая  заземляется  Эта медная  пластина  предотвращает  попадание  высокого  напряжения  в сеть  Вторичная  обмотка  обычно  выполняется  в виде многослойной  двухсекционной  катушки  из провода  сечением 0,08-0,2  мм  в лаковой  изоляции  Количество  витков  достигает 50-100 тыс

2Рис  Схематическое  изображение  однофазного  повышающего  трансформатора :1-магнитопровод ,2-первичная обмотка ,3-вторичная  обмотка

Рентгеновские  трансформаторы  помещают  в остальные баки ,наполненные  трансформаторным  маслом Оно служит изолятором  и хорошо  отводит  тепло  Важнейшим  показателем качества  трансформаторного  масла  является  его электрическая  пробивная  прочность ,выражающаяся  в киловольтах на 2,5 мм,что выявляется  на специальном  стенде  для испытания  масла  Хорошее  масло  должно  выдерживать  не менее 25-45-50 кВ Электрические  свойства  масла  очень  ухудшаются от попадания  в него влаги  Уже при влажности  0,03 %его пробивная  прочность  уменьшается  в 5 раз ,и оно  становится  непригодным



Трехфазный  высоковольтный  трансформатор  устроен  так же :на трех  стержнях  располагаются  три первичные  обмотки ,поверх их-три вторичные  обмотки(рис)

3Рис Схематическое  изображение  трехфазного  повышающего  трансформатора :1 магнитопровод ,2-первичная  обмотка ;3-вторичная  обмотка

Регулировочный  трансформатор (корректор  сети) корректирует  колебания  напряжения  сети  и питает  первичную  обмотку  главного  трансформатора  Коррекция ,как правило ,возможна  в пределах  -+10%(рис) Этот прибор  представляет  собой  автотрансформатор ,который имеет  магнитопровод (сердечник )и одну обмотку  Он работает  на принципе самоиндукции  У обмотки  автотрансформаторов  имеется  ряд

4Рис Схема  автотрансформатора :1-обмотка автотрансформатора ;2-первичная  обмотка главного  трансформатора ;3-коммутатор высокого напряжения ;4-питающая сеть ;5-корректор  сеть ;6-гасящее  сопротивление

выводов ,которые  позволяют  отбирать  нужные  напряжения Автотрансформатор  является  основной частью  некоторых  автоматических  или ручных  устройств ,которые  позволяют  регулировать  отклонения  сетевого  напряжения ,например,коммутатора ,при помощи которого   можно изменить  число витков единственной  катушки  автотрансформатора  Различают  два типа  регулировки -ступенчатую  и непрерывную  При непрерывной  регулировке  витки  верхнего слоя  обмотки  автотрансформатора  зачищены  от изоляции  и по ним движется  угольная щетка (каток) ,которая  одновременно  замыкает  2-3 витка При ступенчатой  регулировке  с обмотки  трансформатора сделаны отпайки  и с помощью  коммутатора  устанавливается желаемое  напряжение  Они также  могут быть  однофазными и трехфазными  Для обмоток  используется  провод  большого сечения  По такому же  принципу  построены  системы  регулирования  высокого  напряжения ,то есть  первичная  обмотка главного  трансформатора  имеет  либо отпайки ,либо зачищенный верхний слой,по которому  движется  скользящий  контакт

В системе  высоковольтного  генератора  очень важно  выпрямление  тока  Трансформатор ,разумеется ,работает  только  на переменном  токе ,но рентгеновская  трубка  способна пропускать  ток только  в одном  направлении -от катода к аноду  Так как  переменный  ток меняет  свое направление с частотой   50 Гц , то через  трубку  ток  будет  проходить  только в те моменты  ,когда он будет  направлен  от катода  к аноду Значит ,ток одного полупериода (полуфазы) пройдет  через трубку ,а другой  не пройдет ,потому что направление тока будет  обратным   Рентгеновское  излучение   будет  возникать  периодически

Вентили предназначены  пропускать  ток только  в одном направлении  и препятствовать  прохождению  его в другом  направлении  Самым  распространенным  вентильным  устройством до сих пор  является кенотрон Устройство  высоковольтных  кенотронов  следующее :в стеклянной  колбе  ,где достигнут  достаточно  глубокий  вакуум  порядка  10 в минус 4 степени мм рт ст  ,располагаются  катод  и анод  Катод  должен  обладать  максимальной  электронной  эмиссией  Наиболее  подходящим  материалом  для него  является  вольфрам  Для повышения  КПД эмиссии  вольфрамовый катод  покрывается  очень тонким слоем тория  Нить накала  катода  толстая ,она накаливается  током  5-15 А при напряжении 5-20 В,поэтому  для питания  нити  накала  каждого  кенотрона  необходим  трансформатор накала ,работающий  по известному  принципу  .Это понижающий  трансформатор  Такой же  используется  для питания  нити  накала  рентгеновской  трубки

Анод кенотрона  выполнен  в виде  диска  из вольфрама  или молибдена  Аноды  кенотронов  не требует  специального охлаждения В отличие  от рентгеновской  трубки  кенотрон не работает  в режиме насыщения ,а всегда  должен  иметь избыток  свободных  электронов  вокруг  катода ,ибо его основная функция -провести  в одном  направлении  ток Если кенотрон  теряет (по причине  падения  напряжения  в накальной цепи )избыток  электронов ,то он приобретает  свойства  рентгеновской трубки  и генерирует  рентгеновское  излучение Анод кенотрона  в этой  ситуации  усиленно  разогревается  и сам начинает  испускать  электроны ,то есть пропускать  ток в обратном  направлении ,что приводит  к выходу  его из  строя Лучшие  из современных  кенотронов  пропускают  ток порядка 1800 мА . В некоторых  современных  аппаратах  иногда  применяют газотроны (фирма «Филипс»)В них используются пары ртути  под давлением 2х10 в минус 3 степени  мм рт ст . Они более надежны

В маркировке  разных  кенотронов  обычно отражены  следующие параметры :

максимальное  выпрямленное  напряжение ,кВ-110,125 ,150,250;

условия  использования (охлаждения )-КР-в воздухе ,КРМ -в масле ;

выпрямленный ток  (максимальный) -1000 мА и т д ;

индекс  Т означает  ,что катод  покрыт  торием

Эксплуатация :все ,что было  изложено  в отношении  трубки ,относится  и к кенотронам  Срок службы  зависит  в основном от 2 факторов:долговечности  нити  накала  и состояния вакуума  Кенотроны  часто  выходят  из строя ,не проработав даже  1000 часов  Несмотря  на широкое  применение  в схемах аппаратов  высоковольтные  кенотроны  обладают  рядом  отрицательных  качеств :они крупногабаритны ,малоустойчивы к механическим  воздействиям ,чувствительны  к потере вакуума ,не способны  пропускать  большие  токи ,требуют  сложной цепи  накала (до двенадцати трансформаторов)

В современных  рентгеновских  аппаратах  все чаще  находят применение  полупроводниковые вентили  -селеновые германиевые  и кремниевые  выпрямители ,которые  уже давно используются  в низковольных  электронных  приборах Принцип  работы  таких  выпрямителей  основан  на физическом  явлении ,заключающемся  в том, что на границе  раздела  металла и полупроводников  образуется запорный слой При протекании  тока из металла  в полупроводник  сопротивление  запорного  слоя  мало  Если ток  течет в противоположном  направлении и электроны  движутся  из полупроводника  в металл ,то запорный слой  представляет  собой очень большое сопротивление

Строение  селенового  выпрямителя  таково: на алюминиевую  или железную  основу  наносится  кристаллический  селеновый слой ,а на него  напыляется  легкоплавкий  металл ,из этого материала  изготавливаются  шайбы  Максимально  допустимое  обратное  напряжение  одной шайбы -примерно 20В .Отдельные  селеновые  шайбы  соединяются  в селеновый столб  последовательно  -до несколько  тысячи шайб ;его можно использовать  для выпрямления  высокого  напряжения до 150 кВ Величина тока  ,пропускаемого  селеновым  вентилем ,зависит  от числа  параллельных  соединений   шайб  или столбов  и достигает  1000  мА. Преимуществом  селеновых  вентилей по сравнению  к кенотронами  являются   простота  ,экономичность  и небольшая  стоимость  Срок службы  составляет 100 тыс  ч,КПД селеновых-76-78%,германиевых -до 99% Они ,естественно  ,не требуют  трансформаторов  накала Секции  вентилей  погружаются  в масляный  бак генератора

В простейших  рентгеновских  аппаратах  вообще  можно обойтись  без вентилей В этом случае  через трубку  проходит только один  из полупериодов ,причем  понятно,что используется  только половина  подводимой  энергии Это безвентильная схема  выпрямления (рис) Более того ,в течение этого «рабочего» полупериода  напряжение  возрастает  от 0 до максимального  значения  и опять  снижается к нулю  А это значит ,что в трубке  в течение  каждого  из рабочих  полупериодов  будет изменяться  скорость  электронов ,а следовательно ,и жесткость  излучения  не будет  постоянной  Кроме того,в «холостую»  полуволну  напряжение  может быть  намного больше ,чем в рабочую  Это создает  тяжелые  условия   работы трубки  Для снижения  «холостой»  полуволны  иногда  используется  вентиль  в цепи  первичной  обмотки  главного трансформатора  В рабочий  полупериод  ток проходит  через вентиль  При изменении  полярности  холостая  полуволна  ,лишенная  возможности  пройти  через вентиль ,направляется  через  сопротивление  и ослабляется  до размеров  рабочей  полуволны

Двухполупериодная мостовая  схема (четырехвентильная) получила  наибольшее  распространение  в сравнительно  простых  аппаратах  типа АРД-2 Эта схема  позволяет  использовать  вторую  полуволну  ,что увеличивает  мощность  рентгеновской трубки на40-50%  Однако  в этих схемах  напряжение колеблется  от 0 до максимального  значения (рис)

При использовании  в питающем  устройстве  трехфазного тока  может быть  применена шестивентильная  схема Она позволяет  подавать  на рентгеновскую  трубку  слабопульсирующее  напряжение  с перепадами  всего около 13%,что обеспечивает  максимальную  мощность  трубки ,равномерную  нагрузку ,возможность  коротких  выдержек  Эта схема  распространена  в мощных  аппаратах :РУМ-20,TUR, EDR и т.д. (рис)

Двенадцативентильная  схема выпрямления  дает возможность  подавать  на трубку  почти постоянное  напряжение  с колебаниями менее 4%  Она применяется  в особо  мощных аппаратах высшего  класса (рис)

5Рис Схема питания  рентгеновской трубки :а-безвентильная ,б-одновентильная ;в-четырехвентильная ;г-шестивентильная ;д-двенадцативентильная  ;1-рентгеновская трубка ;2-главный трансформатор;3-вентили;4-сопротивление

Завершая  характеристику  схем  питания  трубки ,стоит упомянуть  о так называемом  импульсном  питании ,где используется  заряд  конденсатора  емкостью  1-5 мкФ  Этот заряд подается  на рентгеновскую трубку   специальной  конструкции в виде нескольких  очень  коротких  (наносекундных)  импульсов Зарядка  же конденсатора  осуществляется  от сети  переменного  тока  или аккумулятора

Пульт управления предназначен  для управления  работой рентгеновского  аппарата  Он выполняется  в виде  столика или вертикальной  стойки ,на панели которых  располагаются электроизмерительные  приборы ,шкалы, тумблеры  Для плавной или ступенчатой  регулировки  высокого  напряжения  на пульт выведен  коммутатор автотрансформатора Для борьбы с длительным  падением  сетевого  напряжения  на пульте предусмотрен  сетевой корректор Регулировка  тока накала рентгеновских  трубок  и кенотронов  производится  с помощью проволочных  реостатов со скользящими  контактами  Реле времени является  устройством ,позволяющим  отключать  ток высокого  напряжения в нужный момент  По конструкции  реле времени  подразделяются  на механические ,электронные  и синхронизированные   Механическое реле -это часовой  механизм (десятисекундный ),связанный  с электрическими  контактами  Точность  отсчета  не превышает  0,5 с  В электронных реле сложная  электрическая  схема  управляет  скоростью  зарядки  или разрядки  конденсатора  ,которая  задается  с пульта Они обеспечивают  выдержку  в пределах 0,04-10с  Синхронизированные  реле времени  применяются  в мощных аппаратах  Они обеспечивают  включение  высокого  напряжения на очень  короткое  время  ,исчисляемое  сотыми  и тысячными долями  секунды  Понятно ,что при таких  коротких  выдержках на точность  экспозиции  влияет  фаза и форма  кривой напряжения

Таким образом  ,коммутатор  высокого  напряжения ,реостат накала  катода  трубки  и реле  времени -три основных  компонента ,позволяющие  управлять  параметрами  рентгеновского излучения -жесткостью ,количеством  и временем воздействия  на детектор  В разных  аппаратах  эти три  компонента  представлены  с разной  степенью  совершенства  ,автоматизации ,но в том  или ином  виде  все они есть  в пульте любого аппарата  Параметры  экспозиции  на пульте  управления могут  задаваться  независимо  друг от друга  или взаимосвязанно

В схемы  современных  рентгеновских  аппаратов (в особенности  мощных) включены  разнообразные  устройства ,общее  предназначение  которых-обеспечить  правильную  последовательность  включения  различных  участок  цепей ,обеспечивать  работу главных узлов  в наивыгоднейших  режимах,защитив  их от возможных  перегрузок  Так,например,в аппаратах  ,где применяется  трубка  с вращающимся  анодом, включение  высокого  напряжения  возможно только после того,как электромотор  раскрутит  анод  до достаточной  скорости  Еще пример: в сравнительно  простых  аппаратах  регулировка  анодного тока  сблокирована  с регулировкой  выдержки-любое  повышение  тока влечет  за собой  укорочение выдержки  и наоборот ,так что  трубка  не перегружается  и работает  в пределах  своей  нагрузочной  характеристики

Широкое распространение  в схемах  аппаратов  получили контакторы и электромагнитные  реле,позволяющие  включать  различные  участки  цепи ,делать  различные  переключения  Для обеспечения  долговечности  контактных   групп (чтобы они  не подгорали  при размыкании)их помещают  в масло или вакуум  В наиболее современных  аппаратах   электромагнитные  контакторы  заменяются тиристорными Главное преимущество  последних  состоит  в отсутствии  искрообразования (они отключают  высоковольтный  генератор  в момент  перехода нагрузки  через  ноль)

 

Other Posts

Комментарии

No Комментарии

Leave a reply

Тизерная сеть GlobalTeaser