195604. lajstromszámú szabadalom • Impulzusszélesség-szabályozott középfrekvenciás röntgendiagnosztikai generátor
1 J 95 604 2 A találmány tárgya impulzusszélességszabályozott középfrekvenciás röntgendiagnosztikai generátor, amely röntgencsőből, nagyfeszültségű transzformátor-egyenirányító egységből, impulzus-szélességszabályozott váltóirányítóból és egyenfeszültségű tápforrásbói áll. A röntgendiagnosztikai generátor váltóirányítójának szerves részét képezi egy csatoló tag, valamint a nagyfeszültségű transzformátor-egyenirányító egység primer tekercséből és egy kondenzátorból álló terhelőköri soros LC-rezgőkör. A modern röntgendiagnosztikai generátorokkal szemben a következő követelményeket támasztják: alacsony ár, kis méret, egyszerű telepítés, megbízható működés, könnyű gyárthatóság és szervizelhetőség, zajszegény üzem, jó dinamikus tulajdonságok, kis csőfeszültség hullámosság, a felvételi paraméterek könnyű beállíthatósága: működése a táphálózat feszültségének és impedanciájának ingadozásától széles tartományban legyen független, esetleg tegye lehetővé bemeneti energiatárolók alkalmazását vagy a tisztán akkumulátoros üzemet. Jelenleg kb. 30 kW teljesítményig megkívánják az egytankos konstrukciót is. • A fenti.követelmények félvezető elemekből felépített középfrekvenciás röntgengenerátorokkal elégíthetők ki, amelyek egyenfeszültségű tápforrásra csatlakozó középfrekvenciás váltóirányítót-tartalmaznak. Az egyenfeszültségű tápforrás lehet akkumulátor vagy szűrőkondenzátorral egybeépített szabályozott vagy szabályozatlan hálózati tápegység. A váltóirányító kimenő feszültségét nagyfeszültségű transzformátorral fel transzformálják, majd egyenirányítás és megfelelő szűrés után a röntgencsőre vezetik. A jelenlegi középfrekvenciás röntgengenerátorok" tipikus képviselői a Siemens által gyártott berendezések, amelyeket MOBILÉIT, POLYPHOS ES POLYDOROS néven 20, 30 és 50 kW teljesítményekre gyártanak. Működésük lényegét a következő szabadalmi leírások tartalmazzák: DE 28 02 450; DE 28 02 513; DE 18 02 505; DE 28 14 320. DE 28 02 450 számú szabadalmi leírás váltóirányítója egyetlen soros rezgőkört tartalmazó önoltó tirisztoros kapcsolás, amelyben a rezgőkör kapacitásával a nagyfeszültségű transzformátor primer tekercse kapcsolódik sorosan, azaz a rezgőkön induktivitás a nagyfeszültségű transzformátor szórási induktivitása. A DE 28 02 513 számú szabadalmi leírás váltoirányítója ugyancsak egyetlen soros rezgőkört tartalmazó önoltó tirisztoros kapcsolás, de itt a rezgőköri L induktivitás és C kapacitás értékét megfelelő kapcsolószerkezetekkel változtatni lehet, így a rezgőköri paraméterek a röntgencső különböző üzemmódjai által meghatározón változó terheléshez illeszthetők. A DE 28 02 505 számú szabadalmi leírás váltóirányítója szintén egyetlen soros rezgőkört tartalmazó önoltó kapcsolás, amelyben az átkapcsolással a kimeneti feszültség változtatható 1 : 2 arányban és a nagyfeszültségű transzformátor primer tekercse a rezgőköri kondenzátorral párhuzamosan kapcsolódik (párhuzamos kicsatolás). A DE 28 14 320 számú szabadalmi leírás a csöfcszüitség hullámosságának csökkentésére alkalmas megoldást mutat. A kapcsolási elrendezés két váltóirányítót tartalmaz, amelyek különálló nagyfeszültségű transzformátorokat táplálnak, és e/ek feszültségét külön egyenirányitják. A két egyenirányító sorba van kapcsolva, így a röntgencsőre a két egyenirányító feszültség összege jut. A váltóirányítókat egymáshoz képest fázisban eltolva vezérlik, így a nagyfeszültségű oldalon felharmonikus kioltás érhető el. A csőfeszültség hullámossága ezzel az elrendezéssel jelentősen csökkenthető. Az ismertetett elvek alkalmazásával egyszerű felépítésű, meglehetősen kis hullámosságéi röntgendiagnosztikai generátorok építhetők, amelyeknek váltóirányítói, mint az a részletes szabadalmi leírásokból kitűnik, néhány kllz-es tartományban működnek. Emiatt működésük közben akusztikus zajokat termeinek és a megfelelően kis hullámosságot csak két inverter alkalmazásával lehet biztosítani. Az ismertetett megoldások közös jellemzője, hogy soros rezgökörós, öjioltó váltóirányító kapcsolásokat alkalmaznak. Ezek rendkívül egyszerű, robusztus felépítésű, zárlatbiztos szerkezetek. Az előírt csőfeszültség beállítását és/vagy állandóságát a váltóirányító frekvenciájának változtatásával biztosítják. Az öuoltó kapcsolások működési elvéből következik, bogy a váltóirányító működési frekvenciája a kapcsolgatott rezgőkör rezonancia frekvenciájánál kisebb, mert az áramot vezelő tirisztorok kialvása után a másik váítóirányíló ág bekapcsolásával legalább a tirisztorok vezetőirányű szabaddáválási idejének megfelelő ideig várni kell. Következésképpen az egyszerű rezgőkörös önoltó kapcsolású váltóirányítók teljesítményvitelét úgy befolyásolhatjuk, hogy a váltóirányító frekvenciáját a kapcsolgatott soros rezgőkör rezonancia frekvenciái 'mái ki sebb frekvenciák tartományában változtatjuk. A váitóirányító frekvenciájának növelésekor a rezonancia frekvencia felé haladunk, így a soros EC-rezgőkör által beiktatod. fojtás csökken és fordítva. Például a váltóirányító bemeneti feszültségének csökkenésekor a röntgencső feszültsége a váltóirányító frekvenciájánál: növelésével tartható állandó értéken és fordítva. Hasonlóképpen, frekvenciaszabályozással biztosítható a csőfeszültség állandósága a terhelés változásakor is. A frekvenciaszabályozás vezérlőkörileg egyszerűen oldható meg. Hátránya viszont, hogy a váltóirányító frekvenciájának csökkentésekor a csőfeszültség hullámosság megnő, ezért a beavatkozási tartomány nagysága korlátozott. Az önoltó kapcsolások másik hátránya, hogy' frekvenciájuk, mini már említettük a kapcsolgatott rezgőkör l’o soros rezonancia frekvenciájánál mindenképpen kisebb. Minél kisebb a váltóirányító frekvenciája az f0 soros rezonancia frekvenciánál, a félperiódus annál kisebb részében folyik áram a nagyfeszültségű transzformátor tekercseiben, az azonos teljesítmény átviteléhez egyre nagyobb amplitúdójú áramok szükségesek, az áram effektiv értéke megnő. Ez a nagyfeszültségű transzformátor frp.m:Hj«?‘’!>snénye szempontjából előnytelen. Ugyanez érvényes a váltóirányító félvezetőinek áramterhelésére is. Bizonyítható az is, hogy a rezonancia frekvencia alatti frekvenciákon ugyanakkor teljesítmény átviteléhez nagyobb bemeneti váitóirányitó feszültség szükséges. A szükséges váltóirányító típusteljesítménye emiatt is növekszik. Nem terhelésről vezetett, kényszerkonrmutácios vál tóirányító kapcsolásokban, vagy kikapcsolható elemeket /tranzisztor, GTO/ alkalmazva, a váitóirányitó a terhelést képező soros LC-rezgőkör rezonancia frekvenciáján működtethető. A szabályozás ebben az esetben állandó frekvencián oldható meg a váltóirányító kimenő feszült-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
