第四章X线机控制部分ppt课件.ppt

第四章 X线机控制部分,范能胜,4.1 概述,发展阶段：三钮控制系统：KV, mA, S二钮控制系统：KV, mAS单钮控制：KV零钮控制：,4.1.1对电路的基本要求,1可调管电流 :控制X线量。 2可调管电压 :控制X线质。 3可调曝光时间 :控制X线的发生时间 。,4.1.2 基本电路,1、电源电路：为X线机控制台内的自耦变压器输送电能的电路。电源闸刀电源线电源保险丝机器通断按钮接触器等元件构成。,2、X线灯丝加热电路：为X线管灯丝提供加热电压的电路，包括：灯丝初级电路：自耦变压器到灯丝变压器初级线圈；灯丝次级电路：灯丝变压器次级输出到X线管阴极。,3、高压发生电路：指将自耦变压器供给的低电压转化为高电压输送到X线管两极的电路。高压初级电路：指由自耦变压器输出端至高压变压器初级线圈所构成的回路。高压次级电路：高压变压器次级输出到X线管的两端。,4、控制电路 :它是指控制X线发生和停止，以及与此相关的各种电路所构成的系统 。脚闸、手开关、各种继电器或接触器和限时电路等基本控制电路。点片摄影、滤线器摄影、体层摄影等控制电路。台次交换、旋转阳极启动、延时、保护和容量保护等电路。,补充知识：自耦变压器,1、自耦变压的结构特点：铁芯上只绕有一个线圈。如果把整个线圈作原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压；如果把线圈的一部分作原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压。,降压,升压,调压变压器是一种典型的自耦变压器，它的构造如图所示 ：,变电压：变电流：根据,2、自耦变压器工作原理,初次级电流的关系：,根据变压器的同名端可以判断，初次级电流I1和I2方向相反，流过公共绕组N2的是一个合流I= I1 - I2 ，在初次电压不太高的情况下， I1和I2相差不大，流过公共绕组的电流很小，因此这部分的线圈可用截面积较小的导线。,3、自耦变压器种类1）滑动调压式：2）抽头调压式：,1、构造,补充知识：电磁继电器,2、工作电路,低压控制电路,高压工作电路,S1,S,3、作用,用 控制 ，（安全、方便），还可实现远距离操作和自动控制。,低电压、弱电流,高电压、强电流,3、触点和线圈表示方法,1、常开触点：,2、常闭触点：,3、线圈：,4、继电器产品,5、含有继电器的控制电路,4.2 电源电路,一、X线机电源电路,1、F30型X线机电源电路,2、XG-200型电源电路,开关机回路,自锁回路,2、XG-200型电源电路,自藕变压器供电回路,二、X线机对电源电阻的要求,1、负载因素 ：,2、不同电源电压对电源内阻的要求： 由上式可以看出，采用380V供电比采用220V供电对电源电阻的要求低。,4.3高压初级电路和管电压调整电路,高压初级电路包括：管电压调节电路管电压控制电路管电压预示电路管电压补偿电路 高压初级电路直接影响到X线的质。,4.3.1管电压控制方法：,用接触器控制高压初级电路用晶闸管控制高压初级电路初、次级配合控制与三极X线管控制。,1、接触器控制：,（1）单个接触器控制,防“突波”电阻,自耦变压器,高压变压器,摄影高压初级回路,（2）两个接触器控制,闭合后曝光开始,断开后曝光结束,电磁继电器控制的缺点：有机械装置，动作速度；噪音大；触点容易氧化造成接触不良；不容易实现时序控制；,2、用可控硅（晶闸管）控制：避免电弧放电，且控制敏捷，无噪声、电路压降低。动作速度快，易实现零序控制曝光 。,单相供电可控硅控制电路,摄影准备接触器,透视接触器触点,摄影高压初级回路,采用双向可控硅的优点：,1、具有对称的伏安特性；2、不需要两个相互绝缘的控制信号和散热器；3、过电压能力强；4、能承受的电压上升率高；5、触发信号可以是直流、交流或脉冲信号。,三相供电可控硅控制电路,3、高压初、次级配合控制：控制方法：高压初级电路串联一个高压预上接触器触点，次级正负供电端各串联一个真空三极管或四级管。工作过程：曝光时预上预上接触器触点先闭合，但次级真空管栅极并未加控制电压，只有栅极加上控制电压时，X线才能发生。优点：,4.3.2高压调节方法：,.、初级电压调节分档可调,方法：自耦变压器的输出端引出许多抽头，通过选择不同的输出抽头，从而选择了不同的输出电压。优点：电路简单。缺点：调节不够细致；自耦变压器需许多抽头，绝缘困难。,高压初级电压分档可调,.、初级电压调节连续可调,方法：通过调节碳轮在自耦变压器外表面滑动获得不同的输出电压。优点：调节细致；缺点：由于自耦变压器外表面绝缘层被去掉，易造成接触不良或匝间短路。,高压变压器初级绕组,摄影千伏调节碳轮,自耦变压器,调节高压初级线圈匝数,方法：高压变压器初级绕组引出很多抽头，通过选择不同抽头，从而获得不同变压比的目的；缺点：高压变压器工艺复杂，绝缘困难。以匈牙利型线机为代表。,EDR-750高压初级：,、调节高压次级输出电压,4.3.3管电压预示和管电压补偿,1、什么是管电压预示：1）管电压很高，无法直接测量；2）在X线发生前就需要根据拍摄部位不同选择不同的管电压；3）通过间接测量的方式，先测量初级输入电压，根据变压器变比计算出次级负载空载电压。,2、管电压补偿(KV补偿)：1）概念：由于电源电阻、自耦变压器阻抗、高压变压器阻抗及其他器件内阻的存在，X线发生时电路中将产生电压降，管电流越大，产生的电压降也就越大，所以需要对这个电压降进行补偿。,曝光主电路等效电路,2）补偿原理：用某种方法按不同管电流预先增加高压变压器初级电压，以补偿负载时的电压降，补偿的kV值正好等于负载时降落的kV数值。管电压的补偿分为平移补偿和斜率补偿两部分。,KV补偿原理曲线,管电压曲线平移原理图,平移校正电路图,平移校正原理图,空载时,负载时,管电压曲线斜率校正原理,补偿电路形式：,电阻式补偿电路,平移补偿电阻,斜率校正电阻,变压器式补偿电路,平移变压器,斜率校正变压器,4.3.4高压初级电路实例,找出以下电路管电压控制和调节管电预示和补偿空间电荷抵偿电路（初级）,XG-200型X线机高压初级电路,4.4 X线管电流调节电路,原理：灯丝加热电压Uf灯丝温度灯丝发射的电子数量管电流IaX线量基本组成：稳压电路管电流调节电路灯丝预热和增温电路（可选）空间电荷抵偿电路（次级）,管电流调节基本电路,4.4.1 基本电路组成,4.4.2 X线管空间电荷抵偿器,1、什么是空间电荷效应？由于空间电荷的影响，使得管电流随着管电压的升高而增大，称之为。,灯丝发射特性曲线,2、空间电荷抵偿原理,1、线性抵偿：1）补偿变压器的初级线圈并接在高压初级电路，其次级输出电压与稳压变压器的次级输出电压反相串联，使灯丝加热电压随管电压上升而降低。2）在空间电荷补偿变压器上有多个抽头与mA选择器联动来改变补偿电压。,2、非线性抵偿：采用多斜率补偿，能够在大范围内取得较好的补偿效果，主要在大型X线机采用这种补偿电路。,补充知识：谐振式磁饱和稳压器,磁饱和：在电磁铁中，当线圈中的电流增大到一定程度时，B不再随H的增加而增大，称为磁饱和。,2、磁饱和稳压原理：磁饱和变压器的铁心截面与一般的变压器不同，初级线圈L1铁心截面积大，为非饱和线圈；次级线圈L2的铁心截面积小，为饱和线圈，,谐振式磁饱和稳压器,I,Ic,IL,谐振式磁饱和稳压器原理图,谐振式磁饱和稳压器电路图,三、XG-200型管电流调节电路,电路结构：器件名称和作用；电路分析：床下X线管灯丝供电回路；包括大小焦点灯丝供电回路。床上X线管灯丝供电回路；包括大小焦点灯丝供电回路。,XG-200型X线机灯丝初级电路,摄影管电流调节电阻,透视管电流调节电阻,透视小焦点灯丝加热,胃肠摄影灯丝加热,小焦点灯丝加热供电回路,大焦点灯丝加热供电回路,4.5 高压整流和管电流测量电路,4.5.1 自整流及管电流测量电路,利用X线管自身的单相导电性来实现高压整流。缺点：效率低；线管承受反相高压。,4.5.2 单相全波整流及管电流测量,1、整流电路：,2、管电流测量电路：1）电容电流的形成：由于高压变压器次级电压很高，在线圈的匝与匝之间、层与层之间，线圈对地之间和高压电缆心线对地之间，均能形成电容。高压发生时，即产生电容电流，电容电流在26mA之间。,电容电流形成示意图,直流电表,2）电容电流对管电流测量的影响：（1）摄影管电流的选择一般在100mA以上，26mA的电容电流对测量影响小；（2）透视管电流一般为15mA，电视透视0.52mA，所以电容电流对管电流测量的影响不可忽视。,3）电容电流的抵偿方法,（1）电阻抵偿方法：,分流电阻,优点：电路简单；缺点：由于电容电流随管电压的高低而变化，但电阻抵偿法抵偿值固定，容易造成抵偿过多或抵偿不足。,（2）变压器抵偿法,电容电流抵偿绕组,仪表整流电路,摄影接触器,透视接触器,摄影时JC3工作，JC1不工作，常闭触点断开。,透视时JC1工作，JC3不工作。,4.5.3 三相整流及管电流测量电路,优点：脉动率小：缩短了最短曝光时间：单相最短曝光时间为10ms，三相为3ms。,X线输出剂量大，是单相全波桥式整流高压次级电路的1.5倍（六波）2倍（十二波 ）；不会造成供电系统严重失衡；放宽了对电源电阻的要求；,缺点：电路复杂，体积庞大，造价高；三相自耦变压器沿磁导体的安匝分配不均匀，使电压波形变坏。,1、简单三相六峰整流电路,a,b,c,三角形接法,Y形接法,管电流测量电路,2、三相双重六峰整流及管电压测量电路,3、三相十二波桥式整流高压次级电路/Y法连接,4.5.4 XG-200型X线机管电流测量电路,透视高压次级及管电流测量电路,透视高压次级及管电压测量电路,普通摄影高压次级及管电压电路,胃肠摄影高压次级及管电压测量电路,4.6 计时器,作用：用来控制X线的发生时间，并且在各时间段内均有较高精度；分类：机械计时器（已淘汰）；电子计时器；光电自动计时器；,4.6.1 阻容计时器,1、基本电路组成：,2、晶体管式阻容计时电路,限时电路,限时保护电路,2、晶体管式阻容计时电路,？,2、晶体管式阻容计时电路,2、晶体管式阻容计时电路,3、集成电路阻容计时电路,4.6.2 数字时钟计时电路,4.7 自动曝光控制电路,传统的曝光量控制方法及缺点什么是X线机的自动曝光控制？ 自动曝光控制的实现方法？,自动曝光控制实现形式单按钮自动曝光控制：只需选择管电压，配合自动降落负载装置，自动选择最大管电流和最小曝光时间；无按钮自动曝光：管电压、管电流和曝光时间都由机器自动选择，常用于透视系统。,4.7.1 管电流自动降落负载原理,1、什么是降落负载曝光？,自X线管最大允许功率开始曝光，以后将按X线管瞬时功率曲线随时间而连续或分段自动降低负载，称之。分为连续降落和分级降落。,管电流分档,2、降落负载曝光原理：管电压恒定，因此通过自动连续降落或递减管电流来使X线管功率下降，在充分发挥X线管效能的前提下，获得最短曝光时间，保证X线管安全工作。,3、连续降落和分级降落：,连续降落,阶梯降落,4.7.2 光电计时原理,1、基本原理：通过光电器件检测X线的剂量信号，并与标准信号进行比较，当与标准信号一致时自动切断曝光。,半导体光电计时器电路原理图,工作,充电,输出为正,Q2,Q3导通,断开,主接触器,4.7.3 F-ATR原理,将透视管电压转换为摄影管电压，常用于点片摄影。,4.8 旋转阳极启动、保护及延时电路,1、快速启动：快速越过共振区。2、延时装置：0.81.2秒延时。3、降压装置：启动完毕后降低运转电压。4、保护装置：未启动则不能进行曝光。5、刹车装置：曝光结束后迅速制动。,4.8.1 对电路的基本要求：,补充知识：异步电动机工作原理,三相异步电动机的工作原理,（1）旋转磁场的产生,（一）旋转磁场,旋转磁场是三相异步电动机工作的基础。,电机是利用电与磁的相互转化和相互作用制成的。,旋转磁场由三相电流通过三相对称绕组产生。,对称：,三相对称负载,空间对称分布,二极旋转磁场, 极对数（p）的概念：,（2）旋转磁场的转速,旋转磁场转速 n0 同步转速如何改变旋转磁场的转速？,以 Y 型接法为例，当每相绕组只有一个线圈时，按右图放入定子槽内，合成的旋转磁场只有一对磁极，则极对数为 1。 即 p = 1,以 Y 型接法为例，将每相绕组都改用两个线圈串联组成。,按下图放入定子槽内。 形成的磁场则是两对磁极。即 p = 2,三相绕组,四极旋转磁场,三相异步电动机的同步转速,f 1= 50 Hz 时,不同极对数时的同步转速如下:,同步转速, 为任意值时：,旋转方向：取决于三相电流的相序。,（3）旋转磁场的转向,旋转磁场是沿着：,U1,V1,W1,i1U1， i2V1， i3W1, 与三相绕组中的三相电流的相序：L1 L2 L3 一致，通入导前电流的绕组通入滞后电流的绕组。,旋转磁场是沿着：,U1,W1,V1,i1U1， i2W1， i3V1,任意对调两根电源进线，磁场反转。,（二）工作原理,对称三相绕组通入对称三相电流,旋转磁场(磁场能量),磁场切割转子绕组,转子绕组中产生 e 和 i,转子绕组在磁场中受到电磁力的作用,转子旋转起来,机械负载旋转起来,三相交流电能,输出机械能量,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,（1）电磁转矩的产生, 用右手定则判断转子绕组中感应电流的方向, 用左手定则判断转子绕组受到的电磁力的方向,电磁力电磁转矩 TT 与 n0 同方向。,工作原理示意图,电动机转速 n 和旋转磁场同步转速 n0的关系：,电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致， 但 n n0,转差率 :,起动时: n = 0， s = 1额定运行时: s = 0.01 0.09,称异步电动机或感应电动机,0s 1,转子转速亦可由转差率求得,例：一台三相异步电动机，其额定转速 nN =975 r/min，电源频率 f1=50 Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。,解：,根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：n0=1000 r/min , 即,p=3,额定转差率为,转差率 :,三相异步电动机的基本结构,1.定子,铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。,机座：铸钢或铸铁,端盖：固定、支撑、防护,转子: 在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。,2.转子,鼠笼转子,铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。,(2) 绕线式转子,同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。,另一端分别接滑环，可外接电阻,鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：,鼠笼式： 结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。,绕线式： 结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。,鼠笼型异步电动机主要部件拆分图。,鼠笼型转子绕组由插入每个转子槽中的导条和两侧的短路端环构成，如果去掉转子铁心，剩余的转子绕组就像一个松鼠笼子。,鼠笼型转子铁心和绕组结构示意图,The Three-phase Asynchronous Electromotor,（一）脉振磁场 定子：单相绕组；,单相异步电动机工作原理,定子绕组,定子,转子：鼠笼型。, 定子单相绕组产生的脉振磁场的分析:,1m= 2m = m / 2, 脉振磁场的分解:,t4,t8,脉振磁场,（1）自身没有起动转矩（2）转子借助其它力量转动后，外力去除后仍按原方向继续转动。怎样产生起动转矩？,（二）工作原理,两相起动,工作绕组,起动绕组, 原理：两相电流,旋转磁场,起动转矩,单相电容电动机,转子,定子,补充知识：电压互感器和电流互感器,电压互感器1、用于测量交流电压的变压器。2、初级线圈匝数大于输出线圈匝数，属于降压变压器。3、测量时输入线圈并联于被测电路，输出线圈接测量电路。,电流互感器：1、用于测量交流大电流的变压器。2、输入线圈的匝数小于输出线圈的匝数，属于是升压变压器。3、测量时输入线圈串联于被测电路，输出端接测量电路。,4.8.2 旋转阳极启动保护电路,曝光手闸,电抗器,摄影辅助J,电流J,电压J,启动绕组,运转绕组,延时J,自锁,断开，接入XLK,XSJ工作后使2FZJ工作，常闭触点断开,YJ,4.9 X线管安全保护电路,1、作用：防止因摄影条件超过标准值而出现机器过载，属一次性保护电路，对额定值内的连续重复曝光而出现的累积性过载是不起保护作用的 。2、依据：以X线管瞬时负载特性曲线为依据。,3、种类：1）参数连锁式容量保护电路 。2）负荷率式瞬时负载保护电路。3）降落负载式瞬时负载保护电路。,千伏保护变压器，与高压初级并联,管电流选择开关,曝光时间选择开关,4.10 操作控制电路,指按照临床技术要求来控制X线的发生和终止、完成各种技术操作、并能与某些机械动作协同工作的综合性电路，包括：透视控制电路；胃肠摄影控制电路；摄影控制电路；,透视电路,胃肠摄影电路,普通摄影电路,快速摄影电路,断开,断开,闭合,4.11 应用中、高频逆变技术的X线机,工频X线机的缺点：体积大，结构笨重；管电流和管电压控制精度低，无法实现闭环控制；输出X线剂量不稳定，难以实现精短时间曝光，重复性差。,逆变技术50Hz交流电直流电中高频率交流电升压和整流滤波得到直流高压。,4.11.1 逆变技术,1、桥式逆变原理：,t1时刻K1，K2闭合,t3时刻K3，K4闭合,2、桥式可控硅逆变器,3、桥式场效应管逆变电路,4.11.2 中频X线机,中频机特点：可输出高质量X线；输出剂量大；可进行实时控制，输出稳定、重复性好；体积和重量小；有利于智能化发展；,最短曝光时间更小；可直接直流供电；,中频X线机结构和工作原理：,