DE2401774B2

DE2401774B2 - Regeleinrichtung fuer die einem drehstromverbraucher zugefuehrte leistung

Info

Publication number: DE2401774B2
Application number: DE19742401774
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Phys. Dr. rer.nat. 8510Fürth Aichinger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-01-15
Filing date: 1974-01-15
Publication date: 1976-05-20
Also published as: US3978339A; GB1452733A; FR2257947B1; FR2257947A1; DE2401774A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für die einem Drehstromverbraucher zugeführte Leistung, die in zwei der drei Netzphasen je einen in beiden Stromrichtungen durchlässigen Schalter mit Zündcharakteristik enthält, mit einem Glied, das eui von der Differenz zwischen Ist- und Sollwert der zu regelnden Leistung abhängiges Regelsignal zwei Impulsgeneratoren zuführt, von denen je einer einem der Schalter zugeordnet und durch eine Netzphase synchronisiert ist und während jeder Halbwelle der ihm synchronisierenden Netzphase den zugeordneten Schalter einen Zündimpuls zuführt, dessen Beginn innerhalb der Halbweile vom Regelsignal abhängt

Eine derartige Regeleinrichtung ist in Anwendung bei einem Drehstrom-Röntgendiagnostikapparat zur Regelung der Dosisleistung der Röntgenröhre aus der deutschen Offenlegungsschrift 19 63 346 bekannt. Bei diesem bekannten Apparat liegen in zwei der drei Phasen der Primärwicklungen des Hochspannungstransformators elektronische Schalter mit Zündcharakteristik. Jedem dieser Schalter ist ein Zündimpulsgenerator zugeordnet, der einen Zündimpuls für den Schalter innerhalb jeder Periode der zugeordneten Phase zu einem einstellbaren Zeitpunkt erzeugt, welcher bis zu dem auf seinen Beginn jeweils folgenden Nulldurchgang der zugeordneten Phasenspannung dauert Zur Einstellung der Dauer jedes Zündimpulses ist ein Regler vorhanden, der von der Abweichung des Istwertes der Dosisleistung von ihrem Sollwert und vom Sollwert selbst beeinflußt wird.

Man kommt bei dem bekannten Röntgendiagnostikapparat mit zwei Schaltern in zwei Phasen der Primärwicklung des Hochspannungstransformators aus, weil bei einem Drehstromsystem, bei dem die Primärwicklungen des Hochspannungstransformators eine Sternschaltung bilden, bei nicht geerdetem Sternpunkt Laststrom nur fließen kann, wenn mindestens zwei Phasen Strom führen.

Bei dem bekannten Röntgendiagnostikapparat erfolgt Hie Synchronisation der Zündimpulsgeneratoren für die Schalter durch diejenigen Phasen, die durch den zugeordneten Schalter geschaltet werden. So wird z. B. der Zündimpulsgenerator für den Schalter in der ίο S-Phase durch die S-Phase und der Zündimpulsgenerator für den Schalter in der Γ-Phase durch die T-Phase synchronisiert Es beginnt also ein Zündimpuls innerhalb einer Halbwelle der Phasenspannung bei den beiden geschalteten Phasen bei demselben Phasenwinkel.
Anhand der F i g. 1 bis 3 sind diese Verhältnisse noch näher erläutert

Die F i g. 1 zeigt die wesentlichen Teile eines Röntgendiagnostikapparats gemäß dem Stand der Technik, bei dem in der R- und in der S-Phase jeweils ein bipolarer, von zwei antiparallelgeschalteten Thyristoren gebildeter Schalter liegt Der Schalter in der /?-Phase ist mit 1 und der Schalter in der S-Phase mit 2 bezeichnet. Dem Schalter 1 ist eine Steueranordnung 2 und dem Schalter 2 eine Steueranordnung 4 als Zündimpulsgenerator zugeordnet Die Steueranordnung 3 ist durch die Ä-Phase und die Steueranordnung 4 durch die S-Phase synchronisiert. Beiden Steueranordnungen 3 und 4 ist über eine Leitung 5 ein Signal zugeführt, das den Zündwinkel, d. h. den Beginn eines Zündimpulses, innerhalb einer Halbwelle der die jeweilige Steueranordnung synchronisierenden Phase charakterisiert. Eine Röntgenröhre 6 wird über einen Hochspannungsgleichrichter 7 von einem den Schaltern 1 und 2 nachgeschalteten Hochspannungstransformator 8 gespeist. Die Phase 7"ist unmittelbar an den Hochspannungstransformator 8 angeschaltet.

In der F i g. 2 ist der Verlauf der Primärspannung des Hochspannungstransformator 8 dargestellt. Die Phase R ist dabei voll ausgezogen, die Phase S gestrichelt und die Phase T strichpunktiert gezeichnet. Durch gestrichelte und vollausgezogene gerade Linien ist in der Fig.2 zu den Phasen R und S in jeder Halbwelle derjenige Bereich eingezeichnet, in dem für verschiedene Zündwinkel ein Zündimpuls an einem der Thyristo-

j|5 ren der beiden Schalter 1 und 2 liegt Die Zündung eines dieser Schalter erfolgt in einem Winkelbereich zwischen 30° und 150° immer zu Beginn eines Zündimpulses, während der Schalter dann erlischt, wenn sein Strom durch Null geht oder wenn der Laststrom von dem anderen Schalter bei dessen Zündung übernommen wird. Demgemäß ist beispielsweise bei einem Zündwinkel von 150° der Schalter 2 vom Zeitpunkt f 1 bis zum Zeitpunkt ti gezündet Im Zeitpunkt ti wird der Schalter 1 gezündet und brennt bis zum Zeitpunkt f3.

Für die weiteren Zündwinkel ergeben sich die Zeiträume, innerhalb deren die Schalter 1 und 2 gezündet sind, ebenfalls aus der F i g. 2.

Die F i g. 3 zeigt die Röntgenröhrenspannung für die einzelnen Zündwinkel, wobei der Einfachheit halber ein Übersetzungsverhältnis von I : 1 des Hochspannungstransformators 8 zugrunde gelegt ist. Die Röntgenröhrenspannung ergibt sich aus der Differenz zwischen derjenigen Phasenspannung, die über den gerade leitenden Thyristor an der Primärwicklung des Hoch-

6$ Spannungstransformators 8 liegt und der Phasenspannung T. In der Fig.2 ist der Spannungsbereich, innerhalb dessen diese Differenz gebildet werden muß, für den Schalter 1 durch waagerechte Schraffierung und

für den Schalter 2 durch schräge Schraffierung gekennzeichnet Es ist dabei jeweils die Differenz zwischen einer der Phasenspannungen R und Sund der Phasenspannung Tzu bilden.

Aus der Fi g. 3 geht hervor, daß die Röntgenröhrenspannung von einem Zündwinkel von 30° bis zu einem Zündwinkel bis zu 150° hinsichtlich riec Effektivwerts abfällt, daß also auch die Dosisleistung in diesem Bereich kontinuierlich abnimmt. Aus der F i g. 3 geht aber auch hervor, daß bei einigen Zündwinkeln der _!0 Spitzenwert der Röntgenröhrenspannung nicht konstant ist

Die Fi g. 4 zeigt wieder den Primärspannungsverlauf für die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1, ihr liegt jedoch die Annahme zugrunde, daß der Zündwinkel zwischen 150 und 180° liegt. Demgemäß beginnt der Zündimpuls für den Schalter 2 beispielsweise im Zeitpunkt i3 und der Zündimpuls für den Schalter 1 im Zeitpunkt f4. Die Röntgenröhrenspannung entspricht wieder unter der Voraussetzung eines Ü^ersetzungs-Verhältnisses von 1 :1 des Hochspannungstransformators 8 der Differenzspannung (verkettete Spannung) zwischen der S- und der T-Phase, wenn der Schalter 2 gezündet ist und zwischen der R- und der T-Phase, wenn der Schalter 1 gezündet ist. Im Zeitpunkt i4 kann der Schalter 1 jedoch den Laststrom nicht übernehmen, was sich daraus ergibt, daß im Zeitpunkt 14 die Spannung an dem gezündeten Thyristor des Schalters 1 kleiner ist als die Spannung an dem gezündeten Thyristor des Schalters 2. Der zuletzt genannte Thyristor brennt also ^₀ weiter bis zum Zeitpunkt 15, in dem sein Strom dirch Null geht und kein Zündimpuls an der Zündelektrode mehr vorhanden ist, so daß er erlischt. Im Zeitpunkt t6 wird dann wieder ein Thyristor des Schalters 2 gezündet.

Aus der F i g. 4 geht somit hervor, daß der Schalter 1 in einem Bereich von 150 bis 180° des Zündwinkeis niemals den Laststrom übernehmen kann. Die Röntgenröhrenspannung ergibt sich wieder aus der Differenz der Spannung zwischen derjenigen Phase, die auf den Hochspannungstransformator 8 durchgeschaltet ist und der T-Phase; sie ergibt sich also aus der Differenz zwischen der Spannung auf der S-Phase und auf der T-Phase während derjenigen Zeiten, während denen der Schalter 2 durchgeschaltet ist. Der Verlauf ist in der ^₅ F i g. 5 dargestellt. Ein Vergleich zwischen der F i g. 3 und der Fig.5 zeigt, daß der Effektivwert der Röntgenröhrenspannung von einem Zündwinkel von 30° bis zu einem Zündwinkel von 150° abfällt und von einem Zündwinkel von 150° bis zu einem 2'.ündwinkel _J0 von 180° wieder ansteigt. Der Regelbereich liegt dabei zwischen 30° und 180°. Daraus ergibt sich, daß der Regler zur Dosisleistungsregelung zum Schwingen neigt, daß also Regelschwingungen auftreten können. Dieser Regler besteht aus einem Meßglied für den Istwert der Dosisleistung, einem Sollwertgeber für die Dosisleistung, einem Vergleichsglied für den Ist- und den Sollwert und den in Fi g. 1 angegebenen Bauteilen für die Regeleinrichtung, wobei auf der Leitung 5 ein Signal erzeugt wird, das sich bei einer Abweichung des ^₀ Istwerts vom Sollwert verändert und seine Größe beibehält, wenn der Istwert gleich dem Sollwert ist (PI-Regler).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung der eingangs genannten Art zu _6j schaffen, bei der Regelschwingungen verhindert sind, ' bei dem also die Leistung mit zu- oder abnehmendem Zündwinkel kontinuierlich ansteigt oder abfällt

Diese Aufgabe wird erHndunijsgemäß gelöst durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs 1. Anhand der F ig. 6 bis 8 ist die Erfindung nachfolgend näher erläutert.

Die Bauteile der Fig.6 entsprechen den Bauteilen der Fig. 1. Der Unterschied zwischen der Fig.6 und der F i g. 1 ist jedoch, daß der Zündimpulsgenerator 4 nicht durch die S- sondern durch die T- Phase synchronisiert wird.

In der F i g. 7 ist wieder die Netzspannung dargestellt und die gestrichelten geraden Linien zeigen diejenigen Zeiten an, während denen für verschiedene Zündwinkel Zündimpulse am Schalter 2 liegen, während die voll ausgezogenen geraden Linien diejenigen Zeiten anzeigen, während denen Zündimpulse am Schalter 1 liegen. Die- Röntgenröhrenspannung ergibt sich wieder aus der Differenzspannung der beiden Phasen, die jeweils auf den Hochspannungstransformator 8 durchgeschaltet sind. Die Bereiche, in denen diese Differenzspannung gebüdet werden muß, sind wieder durch waagerechte und schräge Schraffierungen in der F i g. 7 gekennzeichnet. Bei einem Zündwinkel von 30° ist beispielsweise einer der Thyristoren des Schalters 2 zwischen den Zeiten f 7 und 18 gezündet. Zwischen den Zeiten r 9 und 110 ist einer der Thyristoren des Schalters 1 gezündet. Im Zeitpunkt ί 10 wird der Laststrom wieder von einem der Thyristoren des Schalters 2 übernommen und der zuletzt genannte Thyristor brennt bis zum Zeitpunkt Ml. Für die weiteren, dargestellten Zündwinkel ergeben sich die Brennzeiten ebenfalls aus der F i g. 7.

Aus der F i g. 8 geht hervor, daß dann, wenn die Synchronisation des Zündimpulsgenerators 3 durch die /?-Phase beibehalten, aber der Zündimpulsgenerator 4, der dem Schalter 2 in der S-Phase zugeordnet ist, durch die Γ-Phase synchronisiert wird, die Dosisleistung über den gesamten Bereich des Zündwinkels, innerhalb dessen eine Regelung der Dosisleistung möglich ist, vom kleinsten Zündwinkel bis zum größten Zündwinkel kontinuierlich ansteigt. Regelschwingungen sind daher ausgeschlossen. Ferner ergibt sich aus der F i g. 8, daß bei einem bestimmten Zündwinkel der Spitzenwert der Röntgenröhreiispannung immer gleich ist, was ebenfalls zu einer Stabilisierung der Regelung beiträgt.

Die obigen Ausführungen bezüglich der Zündzeitpunkte und der Röntgenröhrenspannung gelten nur, wenn die Induktivitäten vernachlässigt werden können und daher keine Phasenverschiebung zwischen primärem Laststrom und Phasenspannung auftritt. Diese Voraussetzung ist bei einem Drehstrom-Röntgendiagnostikapparat erfüllt.

Zusammenfassend ergibt sich, daß bei einem Drehstroin-Röntgendiagnostikapparat gemäß der deutschen Offenlegungsschrift IS 63 346 eine Stabilisierung der Dosisleistungsregelung und das Auftreten von Regelschwingungen gemäß vorliegender Erfindung verhindert werden kann, wenn einer der beiden Zündimpulsgeneratoren für die beiden bipolaren Schalter in zwei Phasen der Zuleitungen zum Hochspannungstransformator darch die dem zugeordneten bipolaren Schalter entsprechende Phase und der andere Zündimpulsgenerator durch die ununterbrochen an dem Hochspannungstransformator liegende Phase synchronisiert wird. Im Rahmen der Erfindung ist es also auch möglich, in der F i g. 6 den Zündimoulsgenerator 4 durch die S-Phase und den Zündimpulsgenerator 3 durch die T-Phase zu synchronisieren.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Regeleinrichtung für die einem Drehstromverbraucher zugeführte Leistung, die in zwei der drei Netzphasen je einen in beiden Stromrichtungen durchlässigen Schalter mit Zündcharakteristik enthält, mit einem Glied, das ein von der Differenz zwischen Ist- und Sollwert der zu regelnden Leistung abhängiges Regelsignal zwei Impulsgeneratoren zuführt, von denen je einer einem der Schalter zugeordnet und durch eine Nttzphase synchronisiert ist und während jeder Halbwelle der ihn synchronisierenden Netzphase dem zugeordneten Schalter einen Zündimpuls zuführt, dessen Beginn innerhalb der Halbwelle vom Rogelsignal abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß einer dir »mpulsgeneratoren (Steueranordnung 4) durch die ununterbrochen am Verbraucher (Hochspannungstransformator 8) liegende Phase (T) und der zweite Impulsgenerator (Steueranordnung 3) durch die durch den zugeordneten Schalter (1) schaltbare Phase ^synchronisiert ist.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anwendung bei einem Drehstrom- Röntgendiagnostikapparat, bei dem die beiden Schalter (1, 2) in zwei der drei Primärzuleitungen (Phase R, Phase S, Phase T) zu einem Hochspannungstransformator (8) liegen und Bestandteile einer Regeleinrichtung für die Dosisleistung einer Röntgenröhre (6) sind.