医学影像设备学 X线成像设备 高压电路课件.ppt

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1、医学影像设备学,第五讲主机单元电路,主机单元电路,概述：以实现三个主要参数的调节为根本目标。对电路的基本要求提供可调节的灯丝加热电压，以控制灯丝加热温度，控制X线线量。提供可调节的管电压，以控制X线线质。提供可控制的曝光通断，以控制曝光时间。,基本电路,电源电路指为X线机控制台内的自耦变压器输送电能的电路。由电源闸刀、电源线、电源保险丝、机器通断按钮、接触器、电源电压表、电源电压调节器、输入电源选择器、电源自动补偿器。,基本电路,X线管灯丝加热电路指：为X线管灯丝输送加热电源的电路。分为灯丝加热变压器初级电路和次级电路。灯丝初级电路：指由自耦变压器输出线圈至灯丝变压器初级线圈所构成的回路。由m

2、A调节电阻、灯丝变压器、稳压电路、冷压保护电路和空间电荷补偿器等组成。,基本电路,高压发生电路指将自耦变压器供给的低压电转化为高压输送到X线管两极的电路。分为高压初级电路（也称管电压调节电路）和高压次级电路。高压初级电路：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。由KV调节器、KV指示器、接触器触电或可控硅、熄弧装置和KV补偿电路组成。,基本电路,控制电路指控制X线发生和停止，以及与次相关的各种电路所组成的系统。主要包括：各种继电器、接触器、限时器、控制电路、台次交换、旋转阳极启动、延时、保护和容量保护电路等。,基本电路,X线应用设备的电路指X线机中各种X线应用设备的电路。通常是指诊

3、视床电路、X线管支持装置电路，以及大型X线机所配的影像增强器、X线电视、快速换片器等电路。,基本电路,五个单元电路有机的组合构成X线机的完整电路。（还有各自保护电路）各自相互独立，但又有内在的联系相互制约。,电源电路,简单的电源电路旋钮式主要用于小型机Zu2：电源插座RD：保险K1：调节器和开关B1：自耦变压器V：电源电压表ZD：指示灯电源的通断由调节器担任，大型X线机上多用电磁接触器。,电源电路,可变输入电压的电源电路220V或380V可选,可变输入电压的电源电路,电源电路,双通断电源电路,按下AN1、3时，电源接触器DC即得电吸合；电源经006与007输入自耦变压器，同时DC的常开触点闭合

4、后自锁，使DC继续吸合。按下AN2、4时，DC失电，自耦变压器失电。,断相保护的电源电路,断相保护的电源电路,电源电路,电源电压自动调整电路,电源电压自动调整电路,LV-SET为取样电压；LSV为基准电压；M1-02为差分放大器；,执行电路,电源内阻的要求,电源内阻的要求,三、高压初级电路,高压初级电路是指由自耦变压器输出线圈至高压变压器初级线圈所构成的回路。当高压变压器初级得电时，采集即可产生高压加到X线管上。高压初级电路包括管电压的调节、控制、预示记补偿电路。高档机上还可能包括较复杂的保护电路，如可控硅损坏保护电路等。,高压初级电路管电压的调节,X线的质是由X线管管电压的大小决定的，调节管

5、电压就能有效控制X线的质，以满足不同部位的拍摄需要。小功率的X线机调节范围为3090KV大功率的X线机调节范围为30150KV调节方式：3种,高压初级电路管电压的调节,调节初级电压：通过改变自耦变压器对高压变压器的供电电压来实现的。抽头分档式采用手动的多点调节器与自耦变压器不同输出的抽头相连接，从而得到不同的高压初级电压。滑轮连续式采用手动或由伺服电机带动的碳轮在自耦变压器裸线上滑动，以得到连续可调的高压变压器初级电压，从而得到连续可调的管电压。,调节初级电压,高压初级电路管电压的调节,调节初级匝数（较少）改变高压变压器初级线圈的匝数，可改变高压变压器初级、次级线圈的匝数比，从而调节管电压。它

6、是采用数控电路对高压变压器次级线圈匝数进行选择，以达到管电压调节的目的。,调节初级匝数,高压初级电路管电压的调节,调节高压次级在高压次级电路中串接高压调整管：使高压发生器输出的高压，经过高压调整管后，再加到X线管两端。改变调整管上的压降就可以改变X线管的管电压。BQ为比较器KV为预制电压,高压初级电路管电压的调节,调节次级电压、电流波形或频率在自动化程度比较高的大型X线机中应用比较广。通过改变串联在高压初级电路上的主可控硅的导通角来调节管电压。在中频机，通过改变初级电流的占空比或频率来调节X线管的管电压。,管电压的控制,用接触器控制高压初级电路用可控硅控制高压初级电路初、次级配合控制和三极X线

7、管控制,SC先于SCR1、SCR2导通，避免电弧放电,接触器控制高压初级电路,接触器控制高压初级电路,用可控硅控制高压初级电路,用可控硅控制高压初级电路,管电压的控制,在高压初级电路中串接高压预上闸接触器的控制接点。在高压次级的正负端各串接一个高压调整管。,这种方法完全避免了高压初级电路的电弧放电；高压调整管除具有开关作用外，还具有使管电压波形平稳的稳压作用。,管电压预示与补偿电路,管电压预示管电压直接测量和准确测量比较困难，一般采用间接测量法和预示法。管电压补偿由于电源电阻，变压器阻抗，电路内阻等影响，X线发生时，电路中将会存在压降。压降随管电流的增加而增加。管电压补偿的基本原理是：用某种方

8、法根据管电流预先增高高压变压器的初级电压，以补偿负载时的电压降。,管电压补偿原因,管电压补偿原因,管电压补偿方法,管电压预示与补偿电路,管电流为“0”时，曲线是经过原点的的直线。随着管电流的增加，曲线向右平移并且斜率下降。因此管电压补偿分为平移补偿和斜率补偿。补偿形式：电阻式补偿变压器式补偿,电阻式补偿,R1为平移补偿；mA越大，KV指示越低，所以需要相应的提高KV选择。,变压器式补偿,四、X线管灯丝加热电路,灯丝加热电路（1）,灯丝加热电路是为X线管灯丝提供加热电源的的电路，通过此电路可实现管电流的调节，所以又称为管电流调节电路。可分为灯丝初级电路和灯丝次级电路时间一定时，X线的量就由管电流

9、的大小来决定，而管电流的大小取决于灯丝发射电子的数量，灯丝发射电子的数量又是由灯丝温度决定的，温度越高，灯丝发射的电子数越多。灯丝加热温度是由灯丝加热电压决定的。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,灯丝加热电路（2）,所以管电流的调节可以通过改变灯丝变压器初级电压来实现。一般采用串联一个电位器的方法来调节：电阻电阻压降灯丝初级电压灯丝温度管电流,灯丝加热电路（3）,X线管在一定的灯丝加热温度下，管电流应该是稳定不变的。由于有空间电荷的影响，在一定范围内管电流随管电压的增高而增大，使X线的质和量（KV和mA）不能分别调节。所以，X线管灯丝初级电路里常设有空间电荷补偿器。,

10、灯丝加热电路（4）,灯丝加热电路结构模式图,管电流的调节可以通过改变灯丝变压器初级电压来实现。,大mA时，灯丝电子发射处于特性曲线近于垂直部分，电压的很小变化就会引起发射率的很大变化，所以对灯丝加热电源要求很高，多采用谐振式磁饱和稳压器。,磁饱和,当变压器线圈中通过一定量的电流时，由于磁化介质是铁磁性材料，磁化曲线为非线性的。B为磁感应强度；H为磁场强度；曲线为导磁率。在b点，磁场强度再增长，磁感应强度几乎不再增加了，这种现象称为磁饱和。,磁饱和稳压器,磁饱和稳压器是利用磁饱和特性制成的，主要部件就是一个饱和变压器。初级线圈L1的铁心截面积大，为非饱和铁心。次级线圈L2的铁心截面积小，为饱和铁

11、心。,磁饱和稳压器,随电源电压的增加，铁心内磁通量也随着增加。当磁通量达到饱和点时，电源电压再增加，增加的磁通只能漏到空气中，而次级铁心内的磁通量基本保持不变。所以次级线圈所产生的输出电压也基本不变，起到了稳压的作用。,谐振式磁饱和稳压器,常规的磁饱和稳压器为了使铁心达到饱和，需要很大的磁化电流。磁能又会转化成电能输入到电路中，形成无功电流。为解决这一问题在磁饱和线圈L2两端并联一个电容C，组成并联谐振回路，构成谐振式磁饱和稳压器。,谐振式磁饱和稳压器,当电源频率与谐振回路固有频率相等时即可产生振荡。谐振电容C与电感L2中电流在任意瞬间大小相等，方向相反，谐振电流只环绕L2、C回路。由于谐振，

12、使饱和铁心很快饱和。并且阻抗无限大，A、B点之间电流很小，从而减少了电源的供电功率，提高的稳压器效率。,谐振式磁饱和稳压器,如果再在输出端串接一个补偿一个线圈L3，并把L2制成多抽头自耦变压器形式，就可减小C容量，并可使稳压器输出电压与输入的额定电压相等。L2与L3极性相反,空间电荷补偿器,由于空间电荷的作用，管电流不仅与灯丝加热电流有关，而且与管电压的变化有关。通常采用改变灯丝加热电压的办法来补偿管电压对管电流造成的影响，即在增加管电压的同时，相应的减小灯丝加热电压，使管电流保持不变。补偿方式有线性补偿和非线性补偿两种方式,空间电荷补偿器,线性补偿与非线性补偿,线性补偿,在线性补偿中通常用空

13、间电荷补偿变压器补偿变压器的初级线圈接在高压初级电路，其次级输出电压与稳压器的次级输出电压反向串联，使灯丝加热电压随KV上升而下降。空间电荷补偿变压器上又多个抽头与管电流选择器联动来改变补偿电压。,线性补偿,线性补偿,对普通的小容量X线管来讲，这种线性补偿方法效果较好，可以使管电流基本稳定。当使用大容量X线管时，因管电流变化范围大，当管电压接近高压发生器的最高输出电压时，只用线性补偿是不够的。,非线性补偿,大容量X线管线性补偿特性，可见在500mA时约有100mA的变化。用线性补偿不能满足要求，故多采用非线性补偿。,非线性补偿,非线性补偿,从补偿上的曲线上看，45KV以上补偿效果明显。,五、高

14、压次级电路,高压次级电路是指由高压变压器次级线圈至X线管两极所构成的回路。,单向全波整流电路,原理：四个硅堆组成桥式整流电路，中心点接地。,单向全波整流电路,单向全波桥式高压整流电路中，对交流电的任意半周，X线管的阳级总是正电压，阴极总是负电压，均可产生X线。优点：X线管的容许负载大，提高了X线管的利用率。在负载和主电路阻抗相同的情况下，主电路中的压降较小。,三相全波整流电路,现代X线机要求功率大，曝光时间短，图像质量好。除了采用大功率、小焦点的X线管外，必需提高高压发生器的输出装置的输出功率并改善管电压的波形。高压发生器的功率不仅与管电流、管电压的大小有关，而且与管电压、管电流的脉动率有关，

15、脉动率越小输出功率越大。多采用三相多波整流高压次级电路。,三相全波整流电路,优点：单相全波整流软射线多，无益辐射多。单相全波整流最短曝光时间是交流电的半个周期10ms，三相为3ms。单相全波整流热功率是非均匀的，三相整流在焦点轨迹全周的负载是均匀的。在相同的管电压和管电流下三相整流的X线输出量为单相全波整流的1.52倍。单相全波整流为非对称负载，功率大时会造成供电系统的供电系统失衡。,三相全波整流电路,缺点：电路复杂、体积庞大、造价高。三相投闸比较复杂，不易实现零相投闸。三相滑轮自耦变压器容易使电压波形变坏。,三相全波整流电路,高压整流电路高压变压器初级为高压变压器次级为Y,三相全波整流电路,

16、高压整流原理：三相高压变压器次级电压有效值分别是Ua、Ub、Uc，并按正弦规律变化，其相位差为120。在t1t2时间内：Ua相电压最高，Ub相电压最低，D1、D6导通，电流由a相D1X线管D6b构成通路。如果忽略整流器的正向压降，则X线管XG两端的电压即为高压变压器次级a、b两相间的电压。,三相全波整流电路,在t2t3时间内：Ua相电压最高，Uc相电压最低，D1、D2导通，电流由a相D1X线管D2c构成通路。D6便加上反向电压而截至。在t3t4时间内：Ub相电压最高，Uc相电压最低，D3、D2导通，电流由b相D3X线管D2c构成通路。D1加上反向电压而截至。X线管XG上得到一个脉动比较小的直流

17、电压。每个整流器在一个周期之内只有1/3时间导通。,三相全波整流电路,脉动率：定义：Umax整流输出的最大值，Umin整流输出最小值。三相六波桥式整流电路13.4其脉动率较小接近直流水平,三相全波整流电路,电流测量电路因中性点中有交流电流过，所以需经全波整流后再进行管电流测量。,三相双重六波整流,中性点的电流为直流，可将直流mA表直接串接在中性点。输出电压正、负端对地对称，输出功率加大、电压提高。脉动率仍为13.4,三相十二波整流,此电路按 Y连接，电路及波形如图。如果令E 31/2EY，S1、S2输出电压相差30角。一个周期之内有十二个脉冲。3.4,三相十二整流,因其对地电位不对称，可采用双三相十二波高压整流电路。,倍压整流电路,当A端为正时，对电容C1充电，充电回路为：AD1 R1 C1 D3 E B。当B端为正时，对电容C2充电，充电回路为：BE D4 R2 C2 D2 A。,倍压整流电路,电容C1、C2对负载X线管来说是串联相加的，经过几个充电周期后，C、D两端的充电电压为变压器次级最大值的两倍。即VCD2E221/2,