DE1564093B2 - Rontgenstrahlgenerator mit einem Hochspannungstransformator, der über einen steuerbaren Gleichrichter mit einer Versorgungsspannungsquelle ver bunden ist - Google Patents

Description

tors angeschlossen sind. Auch diese Widerstände und Gleichrichter lassen jedoch angesichts der Polarität der dem Umkehrverstärker zugeführten Gleichspannung keinen umgekehrten Erregerstrom durch die Primärwicklung des Hochspannungstransformators fließen. In unbelastetem Zustand, wenn in der Röntgenröhre kein Strom fließt, hat die an der Primärwicklung des Hochspannungstransformators anliegende Spannung einen symmetrischen Verlauf mit gleicher Größe der positiven und negativen Amplituden, und es gibt keine Gleichstrommagnetisierung für den Kern des Transformators. In belastetem Zustand dagegen wird die Vorwärtsspannung, die an der Röntgenröhre bei leitendem Zustand während der positiven Halbwelle der Speisewechselspannung anliegt, kleiner als der Scheitelwert in unbelastetem Zustand infolge des Spannungsabfalls im Speisekreis und liegt daher naturgemäß unter dem Scheitelwert der an der Röntgenröhre in nicht leitendem Zustand während der negativen Halbwelle anliegenden Rückwärtsspannung, und im Gesamtergebnis entsteht wieder eine Gleichstrommagnetisierung des Transformatorkems.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Röntgenstrahlgenerator der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß Sättigungserscheinungen im Eisenkern des aus einer üblichen Wechselspannungsquelle gespeisten Hochspannungstransformators für den Betrieb der Röntgenröhre vermieden bleiben und damit die sich aus solchen Sättigungserscheinungen ergebenden Begrenzungen der Ausgangsspannung des Hochspannungstransformators und damit der Speisespannung für die Röntgenröhre ausgeschaltet werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Röntgenstrahlgenerator der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wechselspannungsquelle zugleich die Versorgungsspannungsquelle ist, daß die Steuereinrichtung so ausgebildet ist, daß sie den steuerbaren Gleichrichter derart steuert, daß nur der in der Umgebung eines Spannungsscheitels liegende Teil jeweils einer Halbwelle der Speisewechselspannung zur Primärwicklung des Hochspannungstransformators gelangt, und daß der dem steuerbaren Gleichrichter parallelgeschaltete Widerstand so bemessen ist, daß der ihn während der Sperrphase des steuerbaren Gleichrichters durchfließende Strom in der Primärwicklung des Hochspannungstransformators eine deren Erregung durch den während der Durchlaßphase des steuerbaren Gleichrichters hindurchfließenden Strom entgegengesetzt gleiche Erregung hervorruft. :

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Röntgenstrahlgenerators ermöglicht einen Betrieb in der Weise, daß jeweils der Niederspannungsteil der Speisespannung, der für die Erzeugung energiereicher Röntgenstrahlen nutzlos ist, unwirksam gemacht wird, und dementsprechend kann die Rückwärtsspannung für die Röntgenröhre auf einen niedrigeren, beispielsweise nur 60 °/o der Vorwärtsspannung betragenden, Scheitelwert gebracht werden, so daß insgesamt entweder eine Erleichterung der einzuhaltenden Insolationsbedingungen bei gleicher Betriebsspannung oder aber eine höhere zulässige Betriebsspannung bei gleichen Anforderungen an die Isolierung erreichbar ist. Im Gesamtergebnis führt die Erfindung also zu einem Röntgenstrahlgenerator von im Verhältnis zu den bekannten Röntgenstrahlgeneratoren kleinerem Gewicht und geringeren Abmessungen, was beides insbesondere für Röntgenstrahlgeneratoren in tragbarer Ausführung beispielsweise für die Zwecke der zerstörungsfreien Materialprüfung von entscheidendem Vorteil ist. ■:

Für die weitere Erläuterung der Erfindung wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen; in dieser zeigt .· ■■ .·.....

Fig. 1 ein Schaltbild eines bekannten Röntgenstrahlgenerators mit impulsweiser Speisung, :

F i g. 2 ein entsprechendes Schaltbild für ein erstes Ausführungsbeispiel eines Teiles eines erfindungsgemäß ausgebildeten Röntgenstrahlgenerators,

F i g. 3 ein Schaltbild einer Steuereinrichtung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Röntgenstrahlgenerators,

F i g. 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung der an einzelnen Schaltungspunkten der Steuereinrichtung gemäß F i g. 3 auftretenden Spannungen,

Fig. 5 die mit Hilfe des Röntgenstrahlgenerators nach F i g. 2 erzielbare Impulsform für die Speisung der Röntgenröhre,

Fig. 6 und 7 Schaltbilder für zwei weitere Ausführungsbeispiele nach der Erfindung,

F i g. 8 bis 10 Diagramme von an einer aus einem erfindungsgemäß ausgebildeten Röntgenstrahlgenerator gespeisten Röntgenröhre gemessenen Spannungsformen,

Fig. 11 bzw. 12 Diagramme zur Veranschaulichung der Abhängigkeit des Scheitelwertes der Röntgenröhrenspannung zu Beginn eines Impulses von der Impulserzeugerphase bzw. vom Röntgenröhrenstrom,

Fig. 13 und 14 Schaltbilder für noch zwei weitere Ausführungsbeispiele nach der Erfindung.

In F i g. 1 ist ein bekannter Impuls-Röntgenstrahlgenerator veranschaulicht, der eine Gleichspannungsquelle 1, eine Schaltröhre 2 und einen zur Impulsformung dienenden Kreis 3 enthält. Der hier erzeugte Impuls wird über einen Hochspannungstransformator 4 der Anoden-Kathoden-Strecke einer Röntgenröhre 5 zugeführt. Bei einer solchen Ausführung wird der Eisenkern des Hochspannungstransformators 4 durch eine Gleichspannungskomponente eines Eingangsimpulses magnetisiert; die Ausgangsspannung des Transformators ist durch die Sättigung des Kernes begrenzt.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Teil eines erfindungsgemäß ausgebildeten Röntgenstrahlgenerators weist ein Hochspannungstransformator 4 eine Primärwicklung 41 und eine Sekundärwicklung 42 auf. Die Enden der Sekundärwicklung 42 sind mit der Anode 51 bzw. der Kathode 52 einer Röntgenröhre 5 verbunden. Zwischen die Primärwicklung 41 und eine übliche Wechselspannungsquelle 6 ist ein Impulserzeuger geschaltet, der steuerbare Gleichrichter SCR₁ und SCR₂, einen Kondensator 7, Gleichrichter 8 und 9 sowie Widerstände 10 und 11 enthält.

In F i g. 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer Steuereinrichtung veranschaulicht, die den steuerbaren Gleichrichtern SCR₁ und SCR₂ einen Zündimpuls zuführt. Diese Steuereinrichtung enthält einen Schaltungsteil 14 zur Erzeugung eines Zündimpulses für den Gleichrichter SCR₁. Der Eingang dieses Schaltungsteiles 14 wird über einen Transformator 12 und einen Gleichrichter- und Phasenschieberteil 13 gespeist. Weiterhin enthält die Steuereinrichtung gemäß F i g. 3 einen Verzögerungsteil 15 und einen Phasen-

umkehrteil 16. Der zur Erzeugung des Zündimpulses dienende Schaltungsteil 14 ist auch dem Gleichrichter SCR₂ zugeordnet. Eine negative Speisespannungsquelle 18 dient der Speisung der Steuereinrichtung.

Die Sekundärspannung des Transformators 12 wird im Phasenschieberkreis, der einen Kondensator 19 und einen Widerstand 20 enthält, in ihrer Phase verschoben und anschließend in einem Zweiweggleichrichter 21 gleichgerichtet. Die Ausgangsspannung des Zweiweggleichrichters 21 gelangt an die Enden des Widerstandes 22. Da gleichzeitig ein Kondensator 24 über einen Gleichrichter 23 aufgeladen wird, wird das negative Potential im Punkte α auf den Wert der Ladespannung am Kondensator 24 vergrößert, so daß sich der in Fig. 4 unter E_a dargestellte Potentialverlauf ergibt. Nur die positive Komponente dieser Spannung erscheint am Ausgang eines Gleichrichters 25 und wird über den Anschluß b dem steuerbaren Gleichrichter 5CjR₁ als Zündimpuls zugeführt. Der Verzögerungsteil 15 enthält einen bekannten Multivibrator mit Transistoren 26 und 27 und gibt am Anschluß d ein Rechtecksignal mit der in F i g. 4 dargestellten Wellenform E^ ab, wenn ein positiver Impuls über den Gleichrichter 25 zugeführt wird. Die Phase dieses Rechtecksignals wird durch den Transistor 28 umgekehrt. Das auf diese Weise erhaltene Signal E_e wird durch einen Zündimpulserzeuger 17 umgeformt, der einen Transistor 29, Kondensatoren 30 und 31, Widerstände 32, 33 und 34 und Gleichrichter 35 und 36 enthält. Der am An-Schluß g auftretende Impuls wird als Zündimpuls dem steuerbaren Gleichrichter SCR₂ zugeführt und ist — wie Fig. 4 (E_g) zeigt — um eine bestimmte Zeitspanne verzögert. Die in Fig. 4 dargestellten Spannungsverläufe E₃. bis E_s beziehen sich auf die Punkte α bis g der Fig. 3.

Die Wirkungsweise des in Fig. 2 veranschaulichten Röntgenstrahlgenerators, der durch die Steuereinrichtung gemäß Fig. 3 gesteuert wird, wird im folgenden unter Bezugnahme auf das Diagramm von F i g. 5 erläutert. Beim Auftreten eines Zündimpulses am Ausgangsanschluß b des Triggerkreises wird der steuerbare Gleichrichter SCR₁ bei einem bestimmten Phasenwinkel Q₁ gezündet, der im folgenden als Impulserzeuger-Phasenwinkel bezeichnet wird. Dieser Phasenwinkel Q₁ liegt in der ersten Hälfte der positiven Halbwelle der sinusförmigen Eingangsspannung E₀. Ist der steuerbare Gleichrichter SCR₁ leitend, so wird der Kondensator 7 über den Gleichrichter 9 und den Widerstand 11 aufgeladen. Der steuerbare Gleichrichter SCR₂ wird durch einen Zündimpuls gezündet, der vom Ausgangsanschluß g des Triggerkreises bei einem bestimmten, im folgenden als Impulsunterbrecher-Phasenwinkel bezeichneten Phasenwinkel Q₂ in der zweiten Hälfte der positiven Halbwelle abgegeben wird. Die Ladespannung des Kondensators 7 wird dann dem steuerbaren Gleichrichter SCR₁ als Gegenspannung zugeführt, so daß der Stromfluß durch den steuerbaren Gleichrichter SCR₁ unterbrochen wird. In der Zeitspanne zwischen den Phasenwinkel Q₁ und Q₂ liegt eine positive Spannung am steuerbaren Gleichrichter SCR₁. Verschwindet die positive Halbwelle der Eingangsspannung, so wird auch der Stromfluß durch den steuerbaren Gleichrichter SCR₂ unterbrochen. Während der folgenden negativen Halbwelle sind beide steuerbaren Gleichrichter SCR₁ und SCR₂ ausgeschaltet; die Last wird über den Gleichrichter 8 und den Widerstand 10 mit einer umgekehrten Spannung versorgt. Durch geeignete Wahl der Phase der Zündimpulse für die steuerbaren Gleichrichter SCR₁ und SCR₂ erhält die dem Hochspannungstransformator 4 zugeführte Eingangsspannung die Form E₁ gemäß Fig. 5. Der zwischen den Phasenwinkeln Q₁ und Q₂ liegende Teil der positiven Halbwelle der sinusförmigen Spannung wird durch den Hochspannungstransformator 4 mit erhöhter Spannung in Vorwärtsrichtung zwischen Anode und Kathode der Röntgenröhre 5 gelegt, so daß sich Röntgenstrahlen mit der gewünschten Eindringfähigkeit ergeben. Während der negativen Halbwelle der Eingangsspannung wird der Hochspannungstransformator 4 durch einen über den Widerstand 10 fließenden Strom umgekehrt erregt, so daß eine Gleichstrommagnetisierung seines Kernes verhindert wird. Der Widerstand 10 ist zusammen mit dem Gleichrichter 8 dem steuerbaren Gleichrichter SCR₁ parallel geschaltet, so daß dieser Widerstand 10 nur die negative Halbwelle der Eingangsspannung hindurchläßt, während die positive Halbwelle durch den Gleichrichter 8 gesperrt wird. Der Wert des Widerstandes 10 ist so gewählt, daß die schraffierte Fläche der positiven Halbwelle in ihrer Größe etwa der schraffierten Fläche der negativen Halbwelle entspricht; auf diese Weise wird die Gleichspannungskomponente der Eingangsspannung unterdrückt. Wie aus F i g. 5 hervorgeht, ist die dem Halbwelle, was auf den Spannungsabfall im Widerstand 10 durch einen Strom in umgekehrter Richtung zurückzuführen ist. Der Widerstand 10 dient daher auch zur Verringerung des in umgekehrter Richtung fließenden Stromes und gewährleistet, daß in derjenigen Halbwelle, in der die Röntgenröhre nicht leitend ist, keine zu starke Gegenspannung an diese Röhre gelangt, die eine Gefahr für ihre Isolation darstellen könnte.

Zwei weitere Ausführungsbeispiele nach der Erfindung sind in den Fig. 6 und 7 veranschaulicht. Gemäß Fig. 6 enthält der Impulserzeuger einen steuerbaren Gleichrichter SCR, der durch einen Hochspannungstransformator 4 während der negativen Halbwelle zugeführte Eingangsspannung kleiner als seine Eingangsspannung während der positiven gesperrt wird, wie dies beispielsweise in der Zeitschrift »Electro-technology« Oktober 1963, Seiten 62 bis 72, beschrieben ist. Dieser steuerbare Gleichrichpositiven oder negativen Torimpuls gezündet und ter SCR und das eine Ende einer dazu parallelgeschalteten Reihenschaltung aus dem Gleichrichter 8 und dem Widerstand 10 sind an die Wechselspannungsquelle 6 angeschlossen. Der andere Anschluß der Reihenschaltung ist mit der Primärwicklung 41 des Hochspannungstransformators 4 verbunden. Der steuerbare Gleichrichter SCR wird durch einen positiven Impuls gezündet, der seiner Steuerelektrode G beim Phasenwinkel Q₁ in der ersten Hälfte der positiven Halbwelle der sinusförmigen Eingangsspannung E₀ (Fig. 5) zugeführt wird. Die Sperrung des steuerbaren Gleichrichters SCR erfolgt durch einen seiner Sperrelektrode G beim Phasenwinkel Q₂ in der zweiten Hälfte der positiven Halbwelle zugeführten negativen Impuls. Auf diese Weise wird nur der im Bereich des Scheitels liegende Teil zwischen Q₁ und Q₂ der Sinushalbwelle als Impulsspannung der Primärwicklung des Hochspannungstransformators zugeführt; in der negativen Halbwelle bei gesperrtem steuerbarem Gleichrichter SCR wird der Hochspan-

hungstransformator 4 durch einen Strom über den Widerstand 10 umgekehrt erregt.

Das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 7 verwendet zwei übliche steuerbare Gleichrichter SCR₁ und SCA₂, von denen der eine (SCR₁) in Reihe mit der Primärwicklung 41 des Hochspannungstransformators 4 geschaltet ist, während der andere steuerbare Gleichrichter 5CTi₂ parallel zu dieser Primärwicklung 41 liegt. Indem der steuerbare Gleichrichter SCR₁ bei einem Phasenwinkel Q₁, der in der ersten Hälfte der positiven Halbwelle der von der Wechselspannungsquelle 6 gelieferten Sinuswelle liegt, gezündet wird, erhält die Primärwicklung 41 des Hochspannungstransformators 4 zunächst Spannung. Wenn dann der steuerbare Gleichrichter SCR₂ beim Phasenwinkel Q₂ gezündet wird, der in der zweiten Hälfte der positiven Halbwelle liegt, wird die Primärwicklung 41 kurzgeschlossen und dadurch die anliegende Spannung beseitigt. Während der negativen Halbwelle der Eingangsspannung sind die steuerbaren Gleichrichter SCR₁ und SCR₂ abgeschaltet, und es fließt über den Gleichrichter 8 und den Widerstand 10 ein Erregerstrom im umgekehrten Sinne durch die Primärwicklung 41. Auf diese Weise erhält man einen Impuls der Wellenform gemäß Fi g. 5. Die Schaltung gemäß F i g. 7 enthält noch einen Schutzwiderstand 37 zur Begrenzung des Kurzschlußstromes.

Da eine Gleichspannungsquelle, wie sie bei der bekannten Schaltung nach Fig. 1 Verwendung findet, bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Generator nicht benötigt wird, kann seine Eingangsspannung direkt von einer üblichen Wechselstromquelle abgenommen werden. Da außerdem eine Gleichstrommagnetisierung des Eisenkernes des Hochspannungstransformators dadurch verhindert wird, daß der Transformator mit der negativen Halbwelle der Eingangsspannung umgekehrt erregt wird, kann man eine große magnetische Flußänderung im Kern ohne Sättigung zulassen und auf diese Weise die Abmessungen des Hochspannungstransformators weiter verringern. Durch die erfindungsgemäße Lösung erhält man somit einen industriellen Röntgenstrahlgenerator von kleinen Abmessungen, geringem Gewicht und einer bisher unerreicht leichten Tragbarkeit. Es sei beispielsweise ein;. industrieller Röntgenstrahlerzeuger mit einer Belastbarkeit von 200 kV und 4 mA betrachtet. Bei einer üblichen Ausführung mit Einspeisung von Wechselstrom liegt das Gewicht eines Hochspannungsgenerators mit Röntgenröhre und Hochspannungstransformator bei etwa 52 kg; das Gewicht der Steuereinrichtung beträgt etwa 18 kg, woraus sich ein Gesamtgewicht von etwa 70 kg ergibt. Das Gewicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Hochspannungsgenerators beträgt dagegen nur etwa 38 kg, das Gewicht seiner Steuereinrichtung einschließlich der steuerbaren Gleichrichter und des Zubehörs etwa 20 kg und das Gesamtgewicht somit 58 kg. Man erreicht daher eine Gewichtsverringerung von etwa 20%. Liegen Größe und Gewicht im selben Bereich, so liefert eine bekannte Ausführung gemäß Fig. 1 durch die Sättigung des Kernes nur einen Ausgangsstrom von etwa 1 mA, während man bei erfindungsgemäßer Ausführung mit einem Gerät gleicher Größe und gleichem Gewicht einen Ausgangsstrom von etwa 4 mA erzielen kann.

Die Fig. 8 und 9 zeigen Wellenformen, wie sie bei einer Röntgenröhre mit Speisung durch einen Generator gemäß F i g. 2 und 3 erzielt werden können. F i g. 8 a und 8 b zeigen Wellenformen für Q₁ = 0,13, 0,15, 0,17 bzw. 0,2 π, wobei der Strom in der Röntgenröhre konstant auf 3 mA gehalten wird. F i g. 9 a bis 9 c zeigen Wellenformen für die Spatt· nung der Röntgenröhre, wenn der Strom auf 1, 3 bzw. 5 mA eingestellt wird, wobei der Phasenwinkel Q₁ konstant bei 0,17 π festgehalten wird. In beiden Fällen wurde die maximale Röhrenspannung E_ma._x auf 200 kV und die Frequenz der Speisespannungsquelle auf 50 Hz eingestellt.

Wenngleich eine Rechteckwelle als Röntgenröhrenspannung ideal ist, so zeigt sich doch in der Praxis, 'i'R an der Sekundärseite des Hochspannungstran?· formators infolge von Nebeninduktivitäten undStreukapazitäten eine anomale Spannung (wie in Fig. 8 und 9 dargestellt) auftreten kann, wenn der steuerbare GleichrichterSCR₁ (Fig. 2) eingeschaltet ist, und daß der Scheitelwert E (Q₁) dieser anomalen Spannung von diesem Phasenwinkel Q₁, dem Röhao renstrom und dem Wert von £_max abhängt.

Fig. 11 zeigt die Beziehung zwischen dem Impulserzeuger-Phasenwinkel Q₁ und dem Relativwert E(Q₁)ZEm^. Fig. 12 zeigt die Beziehung zwischen dem Röhrenstrom und dem Ausdruck E (Q₁)I £_max. Aus diesen Darstellungen ergibt sich, daß sich der Scheitelwert E (O₁) der anomalen Spannung vergrößert, wenn sich der Phasenwinkel Q₁ dem Wert π/2 nähert, falls der Röhrenstrom konstant gehalten wird, und daß sich der Scheitelwert vergrößert, wenn bei konstant gehaltenem Phasenwinkel der Röhrenstrom zurückgeht.

Man kann daher ohne Schwierigkeit einen Impulserzeuger-Phasenwinkel zur Erzielung einer optimalen Wellenform (vgl. Fig. 9c) bei einem bestimmten Wert des Röhrenstromes wählen. Wenn jedoch der Impulserzeuger-Phasenwinkel Q₁ konstant gehalten wird, kann eine Erscheinung auftreten, durch die eine anomal erhöhte Spannung zu Beginn eines Impulses auftritt, wie in den Fig. 9a und 9b dargestellt, wenn der Röhrenstrom, künstlich vergrößert wird oder wenn sich der Röhrenstrom durch einen unvorhergesehenen Einfluß ändert, beispielsweise durch eine Änderung der Arbeitsspannung der Speisespannungsquelle. Dieser Einfluß beschädigt nicht nur die Isolation, sondern beeinträchtigt auch die Röntgenstrahlerzeugung durch die Vergrößerung der Wellenformverzerrung. Diese Erscheinung kann daher bei der Benutzung des Gerätes gewisse Schwierigkeiten bereiten.

Zur Lösung dieses Problemes kann eine Einrichtung vorgesehen werden, die die Zündphase des zwischen die Primärwicklung des Hochspannungstransformators und die handelsübliche Wechselstromquelle eingeschalteten steuerbaren Gleichrichters so einstellt, daß der Impulserzeuger-Phasenwinkel vorverlegt wird, wenn sich der Röhrenstrom verringert, entsprechend einer Änderung des gewählten Röhrenstromes oder einer Änderung des Röhrenarbeitsstromes.

Dieser Effekt sei an Hand des Wellenformdiagrammes für Röhrenspannung näher erläutert. In Fig. 10 ist mit A die Wellenform der Röhrenspannung bezeichnet, wenn der Röhrenstrom 3 mA und der Phasenwinkel Q₁ 0,17 π beträgt. B zeigt die WeI-lenform der Röhrenspannung, wenn der Röhrenstrom 1 mA und der Phasenwinkel Q₁ 0,17 π beträgt. C veranschaulicht schließlich die Röhrenspannung, wenn der Röhrenstrom 1 mA und der Phasenwinkel Q₁

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0,13 π beträgt. Wie aus diesen Darstellungen hervorgeht, kann bei einer Verringerung des Röhrenstromes die Vergrößerung der anomalen Spannung zu Beginn des Impulses und die verstärkte Wellenformverzerrung unterdrückt werden, wenn der Impulserzeuger-Phasenwinkel entsprechend, beispielsweise von O₁ nach Q₁. .verschoben wird. Vergrößert sich der Röhrenstrom, so kann eine Röhrenspannung mit einer der Rechteckwelle nahekommenden gewünschten Wellenform aufrechterhalten werden, indem die Impulserzeugerphase verzögert wird. Bei einer Änderung des Phasenwinkels &₁ ist es erwünscht, zur Konstanthaltung der Impulsbreite gleichzeitig den Impulsunterbrecher-Phasenwinkel 6>₂ mit zu ändern. Fig. 13 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel einer Schaltung für die Einstellung des Impulserzeuger-Phasenwinkels entsprechend der Änderung eines gewählten Röntgenstromwertes. Bei dieser Schaltungsanordnung ist eine Verbindung 40 zwischen einem Heizregler 39, der mit der Primärwicklung eines Heiztransformators 38 verbunden ist, und dem einstellbaren" Widerstand 20 vorgesehen, der den einen Zweig einer Reaktanzbrücke des Phasenschieberteiles 13 bildet. Der Wert des Widerstandes 20 wird entsprechend dem durch den Heizregler 39 eingestellten Wert.des Röhrenstromes reguliert und bestimmt die Phase des einem Triggerkreis 43 zugeführten Wechselstrom-Eingangssignales. Wie bei der Beschreibung von Fig. 3 bereits erläutert wurde, wird die Phase eines vom Triggerkreis 43 erzeugten Zündimpulses durch die Phase des Wechselstrom-Eingangssignales bestimmt. Auf diese Weise ändert sich die Phase des Zündimpulses, der vom Triggerkreis 43 den steuerbaren Gleichrichtern SCR₁ und SCR₂ der in Fig. 2, die einen Hochspannungsimpulsgenerator 44 bilden, zugeführt wird, entsprechend dem Wert des gewählten Röhrenstromes. Der Impulserzeuger-Phasenwinkel Θ_± und der Impulsunterbrecher-Phasenwinkel Θ₂ für den steuerbaren Gleichrichter SCR₁ werden daher auf den für den jeweiligen Röhrenstrom optimalen Wert eingestellt.

Fig. 14 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel

ίο einer Einrichtung zur Einstellung des Impulserzeuger-Phasenwinkels entsprechend der Änderung des Roll·· renarbeitsstromes. Die Schaltungsanordnung 47 vergleicht die an einem Widerstand 45 durch den Röntgenröhrenstrom abfallende Spannung mit einer Bezugsspannung aus einer Konstantspannungsquelle 46. Ein etwaiges Differenzsignal wird mittels eines Wechselrichters in einen Wechselstrom umgeformt und über einen Verstärker 48 der Steuerspule 50 eines Motors 49 zugeführt. Wird die Erregerspule 53 des Motors 49 mit einer konstanten Spannung gespeist, so wird die Phase der der Steuerspule 50 zugeführten Spannung umgekehrt, je nachdem, ob die ermittelte Spannungsdifferenz positiv oder negativ ist. Der Motor 49 dreht sich daher in der einen oder anderen Richtung. Wird durch den Motor 49 ein veränderliches Element des Phasenschieberkreises 13 betätigt, so kann man die Phase des Zündimpulses, der in gleicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 13 vom Triggerkreis 43 den steuerbaren Gleichrichtern des Hochspannungsimpulsgenerators 44 zugeführt wird, verschieben und die automatische Einstellung des Impulserzeuger-Phasenwinkels entsprechend dem Röntgenröhrenstrom vornehmen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Röntgenstrahlgenerator mit einem einen Eisenkern aufweisenden Hochspannungstransformator, an dessen Sekundärwicklung die Anoden-Kathoden-Strecke einer Röntgenröhre angeschlossen ist, während seine Primärwicklung mit einer Versorgungsspannungsquelle über einen steuerbaren Gleichrichter verbunden ist, dem eine Reihenschaltung aus einem . entgegengesetzt gepolten Gleichrichter und einem Widerstand parallel geschaltet ist und dessen Steuerelektrode aus einer Steuereinrichtung mit der Ausgangsspannung einer Wechselspannungsquelle synchronen kurzen Impulsen beaufschlagt wird, während deren Dauer der steuerbare Gleichrichter leitend wird und kurze, zur Ausgangsspannung der Wechselspannungsquelle synchrone Rechteckimpulse an die Primärwicklung des Hochspannungstransformators gelangen läßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannungsquelle (6) zugleich die Versorgungspannungsquelle ist, daß die Steuereinrichtung (13 bis 18 in Fig. 3; 43 in Fig. 13 und 14) so ausgebildet ist, daß sie den steuerbaren Gleichrichter (SCR, SCR₁) derart steuert, daß nur der in der Umgebung eines Spannungsscheitels liegende Teil jeweils einer Halbwelle der Speisewechselspannung (E₀) zur Primärwicklung (41) des Hochspannungstransformators (4) gelangt, und daß der dem steuerbaren Gleichrichter parallelgeschaltete Widerstand (10) so bemessen ist, daß der ihn während der Sperrphase des steuerbaren Gleichrichters durchfließende Strom in der Primärwicklung des Hochspannungstransformators eine deren Erregung durch den während der Durchlaßphase des steuerbaren Gleichrichters hmdurchfließenden Strom entgegengesetzt gleiche Erregung hervorruft.

   Die Erfindung bezieht sich auf einen Röntgenstrahlgenerator mit einem einen Eisenkern aufweisenden Hochspannungstransformator, an dessen Sekundärwicklung die Anoden-Kathoden-Strecke einer Röntgenröhre angeschlossen ist, während seine Primärwicklung mit einer Versorgungsspannungsquelle über einen steuerbaren Gleichrichter verbunden ist, dem eine Reihenschaltung aus einem entgegengesetzt gepolten Gleichrichter und einem Widerstand parallel geschaltet ist und dessen Steuerelektrode aus einer Steuereinrichtung mit der Ausgangsspannung einer Wechselspannungsquelle synchronen kurzen Impulsen beaufschlagt wird, während deren Dauer der steuerbare Gleichrichter leitend wird und kurze, zur Ausgangsspannung der Wechselspannungsquelle synchrone Rechteckimpulse an die Primärwicklung des Hochspannungstransformators gelangen läßt.

   Ein Röntgenstrahlgenerator dieser Art ist in der USA.-Patentschrift 3 277 302 beschrieben, und ein ähnlich gebauter Röntgenstrahlgenerator ist auch aus der deutschen Patentschrift 862 205 bekannt. Beim Betriebe dieser bekannten Röntgenstrahlgeneratoren erfährt jedoch der Hochspannungstransformator eine Gleichstrommagnetisierung, die im Endergebnis zur Sättigung seines Kernes führen kann. Einer solchen magnetischen Sättigung des Transformatorkernes, die eine Einschränkung der der Röntgenröhre zuführbaren Leistung mit sich bringt, kann bei den bekannten Röntgenstrahlgeneratoren nur dadurch begegnet werden, daß der Kern des Transformators sehr groß gemacht wird. Dieser Ausweg ist jedoch nur in ίο begrenztem Umfange begehbar, und er vermag insbesondere bei Röntgenstrahlgeneratoren in tragbarer Ausführung nicht zum Erfolge zu führen, da dort dem Gewicht und den Abmessungen der gesamten Apparatur enge Grenzen gesetzt sind. Röntgenstrahlgeneratoren, bei denen ein oder mehrere steuerbare Gleichrichter mit der Primärwicklung eines Hochspannungstransformators verbunden sind, sind auch in den deutschen Auslegeschriften 1 172 722, 1 177 259, 1 178 953 und 1 191 917, der Patentschrift Nr. 46 507 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin und den französischen Patentschriften 1 362 850 und 1 366 280 beschrieben. Bei diesen bekannten Röntgenstrahlgeneratoren dienen die steuerbaren Gleichrichter jedoch lediglich als reine Schalter zum An- und Abschalten von Strömen oder zur Steuerung der leitenden Phase in jeder Halbwelle der Speisewechselspannung, eine vorteilhafte Beeinflussung der Magnetisierung eines etwa im Hochspannungstransformator vorgesehenen Kernes ist dagegen mit Hilfe dieser Gleichrichter nicht zu erreichen.

   In der USA.-Patentschrift 3 221 167 ist weiter ein Röntgenstrahlgenerator beschrieben, bei dem auf der Primärseite eines Hochspannungstransformators ein Schutzwiderstandsnetzwerk vorgesehen ist, das die Röntgenröhre gegen einen Durchbruch infolge einer Rückwärtsspannung schützen soll. Die bei dieser Schaltung vorgesehenen Widerstände vermindern die an der Primärwicklung des Transformators anliegende Spannung teils durch einen auf Grund des primärseitig fließenden Erregerstromes während der negativen Halbwelle der Speisespannung entstehenden Spannungsabfall und teils durch einen Spannungsteilereffekt. Bei einer solchen Anordnung ist es jedoch unmöglich, den Scheitelpunkt der Rückwärtsspannung kleiner zu machen als den Scheitelwert der Vorwärtsspannung, da andernfalls wegen des Anliegens der Spannung an der Primärseite des Transformators während des gesamten Zyklus aus positiver und negativer Halbwelle der Speisespannung ein geringerer Scheitelwert für die Rückwärtsspannung als für die Vorwärtsspannung die Änderung des magnetischen Flusses durch den Transformatorkern über die positive und die negative Halbwelle aus dem Gleichgewicht bringen würde.

   In der britischen Patentschrift 910 420 ist schließlich ein Röntgenstrahlgenerator beschrieben, bei dem die Primärwicklung eines Hochspannungstransformators aus einer Wechselspannungsquelle über einen Frequenzwandler gespeist wird, der aus einem Zweiweggleichrichter, einem Transistoroszillator und einem Verstärker besteht. Dieser Verstärker ist dabei als Umkehrverstärker mit steuerbaren Gleichrichtern ausgebildet. Den steuerbaren Gleichrichtern sind Reihenschaltungen aus Gleichrichtern und Widerständen parallel geschaltet, die einen Entladekreis für Inverterkondensatoren bilden, die an die Enden der Primärwicklung des Hochspannungstransforma-