DE3523622A1 - DC high-voltage generating device for an X-ray tube - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrich-The invention relates generally to a device
tung zur Erzeugung einer Hochspannung zur Speisung einer Röntgenröhre. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Hochspannungsgenerator mit einem Reihenresonanz-Brückenwechselrichter zur Verwendung bei einem Röntgen-Diagnose- oder -Untersuchungsgerät für Kreislauforgane.device for generating a high voltage to feed an X-ray tube. In particular, the invention relates to a high voltage generator with a series resonance bridge inverter for use in an X-ray diagnostic or examination device for circulatory organs.
Bei einem Röntgen-Untersuchungsgerät, insbesondere einem rechnergestützten Röntgen-Tomographen oder einem Röntgen-Untersuchungsgerät für Kreislauforgane, ist die Erzeugung einer stabilen Röntgenstrahlung unabdingbar. Eine Möglichkeit zur Erzielung einer solchen stabilen Röntgenstrahlungserzeugung besteht in erster Linie in der Speisung einer Röntgenröhre mit einer stabilen hohen Gleichspannung (Gleichstrom-Hochspannung) ohne Welligkeitsanteile.In the case of an X-ray examination device, in particular a computer-aided one X-ray tomograph, or an X-ray examination device for circulatory organs, is the generation of stable X-rays is essential. One way to Achieving such stable X-ray generation consists primarily in the supply of an X-ray tube with a stable high direct voltage (direct current high voltage) without waviness.
Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Gleichstrom-Hochspannungserzeugungsvorrichtung, die eine von Welligkeit freie Gleichstrom-Hochspannung zur Speisung einer Röntgenröhre zu erzeugen vermag und die einfach und mit niedrigem Gewicht aufgebaut ist.The object of the invention is thus to create a direct current high voltage generating device, the one of ripple-free direct current high voltage for feeding an X-ray tube able to produce and which is simple and lightweight.
Diese Aufgabe wird bei einer Gleichstrom-Hochspannungserzeugungsvorrichtung für eine Röntgenröhre erfindungsgemäß gelöst durch eine primäre Gleichrichtereinheit zum Gleichrichten einer Wechselstrom-Niederspannung zwecks Gewinnung einer Gleichstrom-Niederspannung, eine Dreiphasen-Brückenwechselrichtereinheit zum Umformen (Wechselrichten) der Gleichstrom-Niederspannung in Dreiphasen-Wechselstrom-Niederspannungen, eine Dreiphasen-Transformatoreinheit mit Primärwicklungen, an letztere elektromagnetisch angekoppelten Sekundärwicklungen und kapazitiven Elementen, die unter Bildung von Reihenresonanzkreisen mit den Primärwicklungen in Reihe geschaltet sind, um die Wechselstrom-Niederspannungen in Wechselstrom-Hochspannungen umzuspannen, und eine sekundäre Gleichrichtereinheit zum Gleichrichten der Wechselstrom-Hochspannungen zwecks Lieferung einer Gleichstrom-Hochspannung zur Röntgenröhre.This object is achieved in a direct current high voltage generating device for an X-ray tube achieved according to the invention by a primary rectifier unit for rectifying an alternating current low voltage for the purpose of obtaining a direct current low voltage, a three-phase bridge inverter unit for converting (inverting) the direct current low voltage in three-phase alternating current low voltage, a three-phase transformer unit with primary windings, to the latter electromagnetically coupled secondary windings and capacitive elements that form series resonance circuits with the primary windings are connected in series to the alternating current low voltages to transform into AC high voltages, and a secondary rectifier unit for rectifying the alternating current high voltages for the purpose of supplying a direct current high voltage to the X-ray tube.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer grundsätzlichen Schaltungsanordnung einer Gleichstromversorgung gemäß der Erfindung, Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Gleichstromversorgung mit einem Dreiphasen-Thyristorbrückenwechselrichter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, Fig. 3 eine graphische Darstellung von Ausgangswellenformen des Brückenwechselrichters und eines Schaltreglers gemäß Fig. 2 und Fig. 4 ein Schaltbild eines anderen Dreiphasen-Brückenwechselrichters gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.The following are preferred embodiments of the invention the drawing explained in more detail. 1 shows a block diagram of a basic one Circuit arrangement of a DC power supply according to the invention, Fig. 2 a Block diagram of a DC power supply with a three-phase thyristor bridge inverter according to an embodiment of the invention, FIG. 3 is a graph of FIG Output waveforms of the bridge inverter and a switching regulator according to Fig. 2 and 4 a circuit diagram of another three-phase bridge inverter according to another embodiment of the invention.
Vor der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sei zunächst das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip anhand von Fig. 1 erläutert.Before describing preferred embodiments of the invention first the principle on which the invention is based is explained with reference to FIG.
Fig. 1 veranschaulicht schematisch eine Gleichstrom-Hochspannungsversorgung gemäß der Erfindung. Eine Wechselstrom-Niederspannungsquelle 10 kann entweder aus einer Einphasen- oder einer Dreiphasenstromversorgung bestehen. Die Ausgangs-Niederspannung der Spannungsquelle 10 wird in einem primären Gleichrichterkreis 20 gleichgerichtet. Letzterer kann entweder als Halbweg- oder als Vollweg-Gleichrichternetz angeordnet sein. Die gleichgerichtete niedrige Gleichspannung wird dann einem Dreiphasen-Brückenwechselrichter 50 eingespeist, der aus z.B. einem Thyristorbrückenwechselrichter bestehen kann und der eine Gleichspannung in niedrige Dreiphasen-Wechselspannungen VdA , V und V#C unter der Steuerung eines Schaltreglers (switching controller) 60 umrichtet.Fig. 1 schematically illustrates a direct current high voltage power supply according to the invention. An alternating current low voltage source 10 can either from a single-phase or a three-phase power supply. The output low voltage the Voltage source 10 is in a primary rectifier circuit 20 rectified. The latter can either be used as a half-wave or full-wave rectifier network be arranged. The rectified low DC voltage is then fed to a three phase bridge inverter 50, which can consist of a thyristor bridge inverter, for example and the one direct voltage into low three-phase alternating voltages VdA, V and V # C under the control of a switching controller 60 is converted.
Die Arbeitsweise des Dreiphasen-Brückenwechselrichters 50 wird später noch näher erläutert werden. Kondensatoren 30A, 30B und 30C sind zwischen die jeweiligen Ausgänge des Brückenwechselrichters 50 und die einzelnen Primärwicklungen eines Dreiphasen-Transformators 80 so geschaltet, daß diese Kondensatoren und die Primärwicklungen Reihenresonanzkreise bilden. Die Resonanzfrequenz jedes Reihenresonanzkreises ist auf die Schalt- oder Umschaltfrequenz des Schaltreglers 60 abgestimmt.The operation of the three-phase bridge inverter 50 will be described later will be explained in more detail. Capacitors 30A, 30B and 30C are between the respective ones Outputs of the bridge inverter 50 and the individual primary windings of a Three-phase transformer 80 connected so that these capacitors and the primary windings Form series resonance circles. The resonance frequency of each series resonance circuit is matched to the switching or switching frequency of the switching regulator 60.
Die an die Primärwicklungen angelegte niedrige Dreiphasenspannung wird an den Sekundärwicklungen des Transformators 80 zu einer Dreiphasen-Hochspannung transformiert, die dann in einem sekundären Gleichrichterkreis 70 zur Ausgabe einer von Welligkeit freien Gleichstrom-Hochspannung gleichgerichtet wird.The low three-phase voltage applied to the primary windings becomes a three-phase high voltage on the secondary windings of transformer 80 transformed, which is then in a secondary rectifier circuit 70 for outputting a Rectified direct current high voltage free of ripple.
Diese Gleichstrom-Hochspannung ist für die Speisung einer nicht im einzelnen dargestellten Röntgenröhre vorgesehen.This direct current high voltage is not used to power a individual X-ray tube shown provided.
Da in der Gleichstrom-Hochspannungsversorgung der Brückenwechselrichter angeordnet ist, können in der endgültigen hohen Gleichspannung enthaltene Welligkeitsanteile weitgehend ausgeschaltet werden, während auch Ausgangsspannung und Frequenz dieses Brücken- wechselrichters einfach steuerbar oder einstellbar sind.As in the DC high voltage supply of the bridge inverter arranged may ripple components contained in the final high DC voltage largely switched off, while also output voltage and frequency of this Bridges- inverter can be easily controlled or adjusted.
Im folgenden ist anhand von Fig. 2 eine Dreiphasen-Hochspannungserzeugungsvorrichtung 100 gemäß der Erfindung beschrieben.The following is a three-phase high voltage generating device with reference to FIG 100 according to the invention.
In Fig. 2 und in den folgenden Figuren sind den Teilen von Fig. 1 entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie dort bezeichnet.In FIG. 2 and in the following figures, the parts of FIG corresponding parts are denoted by the same reference numerals as there.
Eine Wechselstrom-Niederspannungsquelle 10 ist so geschaltet, daß sie eine niedrige Wechselspannung von z.B. 200 V oder 400 V einem primären Gleichrichterkreis 20 einspeist, der in normaler Vollweg-Gleichrichterbrückenschaltung angeordnet ist. An den primären Gleichrichterkreis 20 ist ein Filterkondensatorkreis 40 zum Ausfiltern von Welligkeitskomponenten oder -anteilen aus der gleichgerichteten Ausgangsspannung angeschlossen. Vom Filterkondensatorkreis 40 kann dann die niedrige Gleichspannung abgenommen werden.An alternating current low voltage source 10 is connected so that they use a low AC voltage of e.g. 200 V or 400 V in a primary rectifier circuit 20 feeds, which is arranged in a normal full-wave rectifier bridge circuit. At the primary rectifier circuit 20 is a filter capacitor circuit 40 for filtering out of ripple components or fractions from the rectified output voltage connected. The low DC voltage can then be passed from the filter capacitor circuit 40 be removed.
Ein Dreiphasen-Thyristorbrückenwechselrichter 54 ist als Umschalt- oder Schalteinrichtung an den Filterkondensatorkreis 40 angeschlossen. Die Hauptaufgabe dieses Brückenwechselrichters 54 besteht darin, eine niedrige Gleichspannung zu einer niedrigen Wechselspannung einer vergleichsweise höheren Frequenz umzurichten. Der genaue Schaltungsaufbau des Thyristorbrückenwechselrichters 54 wird später noch näher erläutert werden.A three-phase thyristor bridge inverter 54 is used as a switching or switching device connected to the filter capacitor circuit 40. The main task this bridge inverter 54 consists in applying a low DC voltage to convert a low alternating voltage of a comparatively higher frequency. The exact circuit structure of the thyristor bridge inverter 54 will be discussed later are explained in more detail.
Ein Dreiphasen-Transformator 84 enthält Primärwicklungen 84A, 84B und 84C, die in Sternschaltung geschaltet sind, sowie zwei Sätze von Sekundärwicklungen 84Y und 84Z, die in Sternschaltung bzw. Delta- oder Dreiecksschaltung (wie durch Symbole angedeutet) angeordnet sind. Eine Sammelklemme oder Verzweigung der Primärwicklungen 84A - 84C ist über den Brückenwechselrichter 54 mit dem einen Anschluß des Filterkondensatorskreises 40 verbunden. Die anderen Seiten der Primärwicklungen 84A - 84C sind an zugeordnete Kondensatoren 30A, 30B bzw. 30C angeschlossen, so daß im Primärkreis des Dreiphasen-Transformators 84 drei Reihenresonanzkreise gebildet sind.A three phase transformer 84 includes primary windings 84A, 84B and 84C connected in star connection and two sets of secondary windings 84Y and 84Z, which are in star connection or delta or Delta connection (as indicated by symbols) are arranged. A bus terminal or junction of the primary windings 84A-84C is via the bridge inverter 54 with the one Connection of the filter capacitor circuit 40 connected. The other sides of the primary windings 84A-84C are connected to associated capacitors 30A, 30B and 30C, respectively, see above that in the primary circuit of the three-phase transformer 84 three series resonance circuits are formed are.
Da der Sekundärkreis des Dreiphasen-(Aufwärts-)Transformators 70 bzw. 84 aus einer Sternschaltung 84Y und einer Deltaschaltung 84Z besteht, vermag er eine Zwölfphasen-Hochspannung zu liefern. Demzufolge besteht der sekundäre Gleichrichterkreis 70 aus einer Zwölfphasen-Gleichrichterbrückenschaltung. Vom sekundären Gleichrichterkreis 70 wird eine Gleichstrom-Hochspannung erhalten, die dann in einem Hochspannungs-Kondensator 93 gefiltert wird. Auf diese Weise wird eine von Welligkeit freie Gleichstrom-Hochspannung über Hochspannungskabel 94 und 95 an eine Röntgenröhre 90 angelegt, die eine Anode 91 und eine Kathode 92 mit den dargestellten Polaritäten aufweist. Zur Röntgenröhre 90 ist ein Spannungsdetektor 96 parallelgeschaltet, der aus ersten und zweiten, in Reihe zueinander geschalteten Widerständen 97 und 98 besteht.Since the secondary circuit of the three-phase (step-up) transformer 70 resp. 84 consists of a star connection 84Y and a delta connection 84Z, it can to deliver a twelve-phase high voltage. Hence the secondary rectifier circuit exists 70 from a twelve-phase rectifier bridge circuit. From the secondary rectifier circuit 70 a direct current high voltage is obtained, which is then stored in a high voltage capacitor 93 is filtered. In this way, a ripple-free direct current high voltage becomes applied via high voltage cables 94 and 95 to an x-ray tube 90, which is an anode 91 and a cathode 92 with the polarities shown. To the X-ray tube 90, a voltage detector 96 is connected in parallel, which consists of first and second, resistors 97 and 98 connected in series to one another.
Eine Verzweigung 99 dieser Reihenwiderstandsanordnung 96 ist mit dem Schaltregler 64 verbunden.A branch 99 of this series resistor arrangement 96 is with the Switching regulator 64 connected.
Die der Röntgenröhre 90 eingespeiste Gleichstrom-Hochspannung, aus welcher Welligkeitsanteile beseitigt worden sind, liegt in der Größenordnung von 75 kV.The direct current high voltage fed to the X-ray tube 90 is off which ripple components have been removed is of the order of magnitude of 75 kV.
Der Dreiphasen-Transformator 84, der sekundäre (Hochspannungs-)Gleichrichterkreis 70 und der Spannungsdetektor 96 sind im allgemeinen in einem elektrisch isolierenden öl angeordnet. Zur Vereinfachung der Darstellung ist ein Heizfaden der Röntgenröhre 90 in Fig. 2 nicht veranschaulicht.The three phase transformer 84, the secondary (high voltage) rectifier circuit 70 and voltage detector 96 are generally in an electrically insulating form oil arranged. To simplify the illustration, there is a filament of the X-ray tube 90 in Fig. 2 not illustrated.
Nachstehend ist anhand von Fig. 2 die genaue Schaltungsanordnung des Thyristorbrückenwechselrichters 54 beschrieben.The following is the exact circuit arrangement of the Thyristor bridge inverter 54 described.
Wie erwähnt, ist der Thyristorbrückenwechselrichter 54 vom Reihenresonanztyp. Der Thyristorbrückenwechselrichter 54 ist aus sechs Thyristoren 54A - 54F und sechs Schwungrad- bzw. Freilaufdioden (flywheel diodes) 54a - 54f aufgebaut. Die sechs Paare von Thyristoren und Freilaufdioden sind durch kreuzgekoppelte Verbindungen gebildet. Beispielsweise ist der Thyristor 54A mit der entsprechenden Freilaufdiode 54a kreuzgekoppelt, so daß beide ein erstes Kreuzkopplungspaar bilden. Der Thyristor herkömmlicher Bauart (Modell-Nr. SHR400R21 der Firma Toshiba) besitzt die Nennwerte 1300 V/400 A.As mentioned, the thyristor bridge inverter 54 is of the series resonance type. The thyristor bridge inverter 54 is composed of six thyristors 54A-54F and six Flywheel diodes (flywheel diodes) 54a-54f built. The six Pairs of thyristors and free wheeling diodes are made by cross-coupled connections educated. For example, the thyristor 54A with the corresponding freewheeling diode 54a cross-coupled so that both form a first cross-coupling pair. The thyristor conventional design (model no. SHR400R21 from Toshiba) has the nominal values 1300 V / 400 A.
Die Gate-Elektroden der Thyristoren 54A - 54F sind mit dem Schaltregler 64 verbunden. Eine Verzweigung zwischen der Kathode des Thyristors 54A und der Anode des Thyristors 54B ist über den ersten Kondensator 30A an die erste Primärwicklung 84A angeschlossen.The gate electrodes of the thyristors 54A-54F are connected to the switching regulator 64 connected. A junction between the cathode of thyristor 54A and the anode of the thyristor 54B is connected to the first primary winding via the first capacitor 30A 84A connected.
Der erste Kondensator 30A und die erste Primärwicklung 84A bilden den ersten Reihenresonanzkreis. Die restlichen kreuzgekoppelten Paare sind auf dieselbe Weise wie das erste kreuzgekoppelte Paar geschaltet. Demzufolge sind je zwei kreuzgekoppelte Paare miteinander in Reihe geschaltet, und sie bilden einen Ein- oder Einzelphasenkreis, so daß sich Dreiphasenkreise ergeben, die zueinander parallelgeschaltet sind.The first capacitor 30A and the first primary winding 84A form the first series resonance circuit. The remaining cross-coupled pairs are on the same Switched way like the first cross-coupled pair. As a result, there are two cross-coupled Pairs connected in series, and they form a single or single phase circuit, so that there are three-phase circuits that are connected in parallel to one another.
Im folgenden ist die Arbeitsweise der Hochspannungs-Erzeugungsvorrichtung 100 anhand des Wellenformdiagramms gemäß Fig. 3 beschrieben.The following is the operation of the high voltage generating device 100 with reference to the waveform diagram of FIG. 3.
Die Wechselstrom-Niederspannung von der Spannungsquelle 10 wird durch den primären Gleichrichterkreis 20 einer herkömmlichen Vollweggleichrichtung unterworfen, und die gleichgerichtete Niederspannung wird im Filterkondensatorkreis 40 zur Lieferung der Gleichstrom-Niederspannung von diesem gefiltert.The AC low voltage from the power source 10 is through the primary rectifier circuit 20 subjected to a conventional full-wave rectification, and the rectified low voltage is supplied in the filter capacitor circuit 40 the DC low voltage filtered by this.
Die Gleichstrom-Niederspannung oder niedrige Gleichspannung vom Filterkondensatorkreis 40 wird an den Thyristorbrückenwechselrichter 54 angelegt. Die Thyristoren 54A - 54F werden mit Phasenwinkeln von 1200 aufeinanderfolgend in der Weise durchgeschaltet, daß ihre Zündreihenfolge mit A, F, C, B, E und D vorherbestimmt ist. Die Zündintervalle sind gleichmäßig mit 600 gewählt. Das Zünden der Thyristoren 54A - 54F erfolgt zyklisch bzw. periodisch.The DC low voltage or DC voltage from the filter capacitor circuit 40 is applied to the thyristor bridge inverter 54. The thyristors 54A - 54F are switched through with phase angles of 1200 consecutively in such a way that that their firing order with A, F, C, B, E and D is predetermined. The ignition intervals are chosen equally with 600. The thyristors 54A-54F are fired cyclically or periodically.
Die Torsteuerimpulse (gating pulses) A bis F werden vom Schaltregler 64 in einer vorgegebenen Zündreihenfolge zu den betreffenden Gate-Elektroden der Thyristoren 54A - 54F geliefert. Die Zeitperioden dieser Torsteuerimpulse A - F sind so gewählt, daß sie länger sind als die Resonanzperiode des Reihenresonanzkreises (30A/85A; 30B/84B; 30C/84C).The gating pulses A to F are generated by the switching regulator 64 in a predetermined ignition sequence to the relevant gate electrodes of the Thyristors 54A-54F supplied. The time periods of these gate control pulses A - F are chosen so that they are longer than the resonance period of the series resonance circuit (30A / 85A; 30B / 84B; 30C / 84C).
Zum besseren Verständnis ist im folgenden nur der erste Phasenkreis (54A, 54a, 54B und 54b) beschrieben.For a better understanding, only the first phase circle is shown below (54A, 54a, 54B and 54b).
In Abhängigkeit von dem vom Schaltregler 64 gelieferten Torsteuerimpuls A beginnt der erste Thyristor 54A zu leiten bzw. durchzuschalten (EIN). Ein Primärstrom I fließt von der Anoden-Kathodenstrecke dieses Thyristors 54A über die Verzweigung 51, den Resonanzkondensator 30A, die Primärwicklung 84A und den Sammelpunkt (common junction) des Transformators 84 zur anderen Klemme (negative Polarität) des Filter- kondensatorkreises 40. Amplitude und Dauer dieses Primärstroms I sind in Fig. 3 dargestellt. Zu einem Zeitpunkt to wird der Torsteuerimpuls A der Gate-Elektrode dieses Thyristors 54A zugeführt. Zum Zeitpunkt tl fällt sodann der Primärstrom 1 auf Null zurück (die Zeitdauer oder Periode to - tl entspricht der halben Periode des Primärstroms). Wie erwähnt, sind die Resonanzbedingungen dieses ersten Reihenresonanzkreises 30A und 84A so gewählt, daß eine zweckmäßige Schwingungscharakteristik (Dämpfungsschwingung) gewährleistet wird. Wenn daher der Primärstrom I zum Zeitpunkt tl (am Ende der Halbperiode) wieder auf Null übergeht, geht er auf die negative Polarität über, wobei er die genannte Dämpfungsschwingung aufgrund der in der Primärwicklung 84A gespeicherten magnetischen Energie besitzt. Infolgedessen fließt bis zum Zeitpunkt t2 der Primärstrom -I über die kreuzgekoppelte Diode 54a in einer Richtung entgegengesetzt zum genannten Strom I. Während dieser Periode wird der Resonanzkondensator 30A mit der entgegengesetzten Polarität aufgeladen, und da der genannte Gegen- oder Rückstrom -I sich auf weniger als den Haltestrom des Thyristors 54A verringert, sperrt letzterer sodann.Depending on the gate control pulse supplied by the switching regulator 64 A begins the first thyristor 54A to conduct or switch through (ON). A primary stream I flows from the anode-cathode path of this thyristor 54A via the junction 51, the resonance capacitor 30A, the primary winding 84A and the common point (common junction) of the transformer 84 to the other terminal (negative polarity) of the filter condenser circuit 40. The amplitude and duration of this primary current I are shown in FIG. To a Time to is the gate control pulse A of the gate electrode of this thyristor 54A fed. At time tl, the primary current 1 then falls back to zero (the Duration or period to - tl corresponds to half the period of the primary current). As mentioned, the resonance conditions of this first series resonance circuit are 30A and 84A selected so that an appropriate vibration characteristic (damping vibration) is guaranteed. Therefore, if the primary current I at time tl (at the end of the half cycle) goes back to zero, it goes over to the negative polarity, where he the called damping oscillation due to the stored in the primary winding 84A possesses magnetic energy. As a result, the primary current flows until time t2 -I across the cross-coupled diode 54a in a direction opposite to said one Current I. During this period, the resonance capacitor 30A is charged with the opposite Polarity charged, and since the said countercurrent or reverse current -I is reduced to less as the holding current of the thyristor 54A is reduced, the latter then blocks.
Zum Zeitpunkt t2 nach dem Abschalten oder Sperren des ersten Thyristors 54A wird der zweite Torsteuerimpuls B vom Schaltregler 64 zur Gate-Elektrode des zweiten Thyristors 54B geliefert. Infolgedessen beginnt der zweite Thyristor 54B zu leiten bzw. durchzuschalten.At time t2 after the first thyristor has been switched off or blocked 54A, the second gate control pulse B from switching regulator 64 to the gate electrode of the second thyristor 54B supplied. As a result, the second thyristor 54B starts to lead or switch through.
Ein weiterer Primärstrom -I fließt von der Primärwicklung 84A über den Resonanzkondensator 30A und die Verzweigung 51 zur Anoden-Kathodenstromstrecke dieses Thyristors 54B. Genauer gesagt: dieser Primärstrom -I wird durch die Restmagnetenergie hervorgerufen, die während der Zeitspanne to - tl durch den Strom des ersten Thyristors 54A in der Primärwicklung 84A gespeichert worden ist. Sobald die restliche Halbperiode (tl - t3) der ersten Periode abgeschlossen ist, beginnt der Primärstrom I über die kreuzgekoppelte Diode 54b entgegengesetzt zur Richtung in der vorhergehenden Halbperiode zu fließen, und zwar aufgrund der im Kondensator 30A gespeicherten Magnetenergie.Another primary current -I overflows from primary winding 84A the resonance capacitor 30A and the junction 51 to the anode-cathode current path this thyristor 54B. More precisely: this primary current -I is generated by the residual magnetic energy caused during the period to - tl by the current of the first thyristor 54A in primary winding 84A has been saved. As soon as the the remaining half-period (tl - t3) of the first period is completed, the Primary current I across the cross-coupled diode 54b opposite to the direction in of the previous half cycle due to the flow in the capacitor 30A stored magnetic energy.
Dieser Strom I wird ebenfalls durch die Resonanzschwingung beeinflußt.This current I is also influenced by the resonance oscillation.
Es ist darauf hinzuweisen, daß dann, wenn der zweite Thyristor 54B zum Zeitpunkt t2 nicht durchschalten könnte, der Strom -I auf die durch die gestrichelte Linie 54a angedeutete Weise über die kreuzgekoppelte Diode 54a fließen würde, wobei dieselbe Erscheinung auch für die Diode 54b gilt (vgl. Fig. 3).It should be noted that when the second thyristor 54B could not switch through at time t2, the current -I to the dashed line Line 54a would flow through the cross-coupled diode 54a, wherein the same phenomenon also applies to the diode 54b (see FIG. 3).
Die zweite Halbperiode des ersten Primärkreises ist zum Zeitpunkt t5 beendet. Bei zweitem und drittem Wechselrichterkreis laufen dieselben Durchschaltvorgänge von erstem und zweitem Thyristor 54A bzw. 54B ab. Dies bedeutet, daß der zweite Wechselrichterkreis 54C und 54D mit einer Verzögerung von 1200 relativ zum ersten Wechselrichterkreis 54A und 54B betätigt wird. Weiterhin wird die Operation oder Betätigung des dritten Wechselrichterkreises 54E und 54F mit einer Verzögerung von 1200 gegenüber dem zweiten Wechselrichterkreis 54C und 54D gesteuert. Alle über die drei Wechselrichterkreise 54A - 54F fließenden Primärströme können somit durch die drei Primärwicklungen 84A, 84B und 84C des Dreiphasen-Transformators 84 mit Phasenverschiebungen von 120° zueinander fließen.The second half cycle of the first primary is at the point in time t5 ended. The same switching processes run in the second and third inverter circuit from the first and second thyristors 54A and 54B, respectively. This means that the second Inverter circuit 54C and 54D with a delay of 1200 relative to the first Inverter circuit 54A and 54B is operated. Continue the operation or Actuation of the third inverter circuit 54E and 54F with a delay of 1200 with respect to the second inverter circuit 54C and 54D controlled. All over the three inverter circuits 54A-54F flowing primary currents can thus through the three primary windings 84A, 84B and 84C of the three-phase transformer 84 with Phase shifts of 120 ° to each other flow.
Es ist darauf hinzuweisen, daß deshalb, weil insgesamt sechs Thyristoren zur Erzeugung der Dreiphasen-Wechselspannung im Brückenwechselrichter 54 angeordnet sind, die vom Schaltregler 64 erhaltenen oder abgenommenen Torsteuerimpulse mit Phasenverschiebungen von 600 voneinander getrennt sind.It should be noted that this is because a total of six thyristors arranged in the bridge inverter 54 to generate the three-phase alternating voltage are, the gate control pulses received or taken from the switching regulator 64 are separated from each other with phase shifts of 600.
Da die Perioden der Torsteuerimpulse A - F die Schaltzeitpunkte oder -takte der Thyristoren 54A - 54F bestimmen können, hängt die Frequenz der umgerichteten Wechselspannung ebenfalls von den genannten Torsteuerperioden ab. Aus Vereinfachungsgründen sind die Schaltoperationen von zweitem und drittem Wechselrichterkreis 54C; 54D bzw. 54E; 54F nicht dargestellt.Since the periods of the gate control pulses A - F the switching times or -clocks of the thyristors 54A - 54F can determine the frequency of the converted AC voltage also depends on the gate control periods mentioned. For reasons of simplification are the switching operations of the second and third inverter circuits 54C; 54D or 54E; 54F not shown.
Bei einem Primärstromfluß über die drei Primärwicklungen 84A - 84C des Dreiphasen-Transformators 84 werden in den Sekundärwicklungen 84Y und 84Z, die in Stern- bzw. Deltaschaltung angeordnet sind, hohe Wechselspannungen bzw. Wechselstrom-Hochspannungen induziert. Die induzierten Hochspannungen werden im sekundären Gleichrichterkreis 70 und im Hochspannungs-Filterkondensator 93 gleichgerichtet bzw. gefiltert.With a primary current flowing through the three primary windings 84A-84C of the three-phase transformer 84 are in the secondary windings 84Y and 84Z, the are arranged in a star or delta connection, high alternating voltages or alternating current high voltages induced. The induced high voltages are in the secondary rectifier circuit 70 and rectified or filtered in the high-voltage filter capacitor 93.
Infolgedessen kann eine von Welligkeit freie hohe Gleichspannung zwischen Anode 92 und Kathode 91 der Röntgenröhre 90 angelegt werden. Wenn die Röntgenröhre 90 Röntgenstrahlung emittiert, fließt ein Spitzenstrom von mehreren 100 Ampere augenblicklich bzw. kurzzeitig im Primärkreis.As a result, a high DC voltage free from ripple can occur between Anode 92 and cathode 91 of the X-ray tube 90 are applied. When the x-ray tube 90 X-rays are emitted, a peak current of several 100 amperes flows instantly or briefly in the primary circuit.
Die Gleichstrom-Hochspannung der Hochspannungserzeugungsvorrichtung 100 ist entweder durch Änderung der Zündphasen der Thyristoren 54A - 54F oder durch Änderung der niedrigen Wechselspannung der Stromquelle 10 einstellbar. Eine andere Möglichkeit besteht in der Einführung einer Phasenverschiebungssteuerung durch Verwendung von Thyristoren im primären Gleichrichterkreis 20.The DC high voltage of the high voltage generating device 100 is either by changing the firing phases of the thyristors 54A-54F or by Change in the low AC voltage of the power source 10 adjustable. Another One possibility is to introduce phase shift control through use of thyristors in the primary rectifier circuit 20.
Die Stabilität der hohen Gleichspannung kann durch Steuerung der Zündzeitpunkte oder -takte der Thyristoren 54A - 54F auf der Grundlage der am Spannungsdetektor 96 erscheinenden Meßspannung verbessert werden.The stability of the high DC voltage can be achieved by controlling the ignition timing or clocks of the thyristors 54A-54F based on that on the voltage detector 96 appearing measuring voltage can be improved.
Der Thyristorbrückenwechselrichter 54, der Dreiphasen-Transformator 84 und der sekundäre Gleichrichterkreis 70, wie sie vorstehend im einzelnen beschrieben sind, können zu einer einzigen Einheit zusammengefaßt werden, so daß eine kompakt gebaute Vorrichtung niedrigen Gewichts realisiert wird. Außerdem ist keine komplexe Einstellung für die elektrischen Charakteristika der Schaltung, wie der Parameter des Transformators 84, erforderlich.The thyristor bridge inverter 54, the three-phase transformer 84 and the secondary rectifier circuit 70 as described in detail above can be combined into a single unit, so that one compact built device of low weight is realized. Besides, it's not a complex one Setting for the electrical characteristics of the circuit, such as the parameter of transformer 84 is required.
Da der Reihenresonanzkreis in Verbindung mit dem Brückenwechselrichter verwendet wird, ist kein Zwangsabschaltkreis für die Thyristoren erforderlich. Da die Dämpfungskurve des Primärstroms infolge der Reihenresonanzerscheinung eine Sinuswelle darstellt, können im Primärstrom enthaltene Hochfrequenz-Störsignale im Vergleich zum Rechteck-Schaltstrom beträchtlich unterdrückt bzw. verringert werden.Because the series resonant circuit in connection with the bridge inverter is used, a forced shutdown circuit for the thyristors is not required. There the attenuation curve of the primary current due to the series resonance phenomenon is a sine wave represents, high-frequency interference signals contained in the primary current can be compared to the square-wave switching current can be considerably suppressed or reduced.
Im folgenden ist anhand von Fig. 4 ein Gleichstrom-Hochspannungsgenerator mit einem anderen Dreiphasen-Brückenwechselrichter 58 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Da ein wesentlicher Teil der Schaltungsanordnung dieser beiden Ausführungsformen derjenigen bei der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 2 entspricht, sind diese gleichen Schaltungsteile der besseren Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.The following is a direct current high voltage generator with reference to FIG with another three-phase bridge inverter 58 according to another embodiment of the invention described. As a significant part of the circuitry this two embodiments of those in the first embodiment according to FIG. 2 corresponds, these same circuit parts are for the sake of clarity not shown.
Symbole 58A - 58L bezeichnen die betreffenden, an sich bekannten Paare einer Parallelkombination aus den Thyristoren und den kreuzgekoppelten Dioden (nicht dargestellt).Symbols 58A-58L designate the respective pairs known per se a parallel combination the thyristors and the cross-coupled Diodes (not shown).
Der Dreiphasen-Brückenwechselrichter 58 ist aus zwölf parallelen Paaren von zwölf Thyristoren und zwölf Dioden gebildet. Beispielsweise ist ein erster Reihenresonanzkreis zwischen eine erste Verzweigung (junction) 59A und eine zweite Verzweigung 59B geschaltet. Die erste Verzweigung 59A besteht zwischen einer Kathode eines ersten Thyristors 58A und einer Anode eines zweiten Thyristors 58B, während die zweite Verzweigung 59B zwischen einer Kathode eines siebten Thyristors 58E und einer Anode eines achten Thyristors 58H besteht. Obgleich tatsächlich eine nicht im einzelnen gezeigte Diode jeweils in Kreuzkopplung zu den betreffenden Thyristoren geschaltet ist, wird hierfür vorliegend einfach der Ausdruck "Thyristor" benutzt. Dieser Reihenresonanzkreis ist auf ähnliche Weise durch z.B. einen Kondensator 30A und die Primärwicklung 84A des Dreiphasen-Transformators 84 gebildet. Ein zweiter Reihenresonanzkreis ist zwischen eine dritte Verzweigung 59C und eine vierte Verzweigung 59D geschaltet. Dieser zweite Reihenresonanzkreis besteht aus einem Kondensator 30B und der Primärwicklung 84B. Ein dritter Reihenresonanzkreis ist schließlich zwischen eine fünfte Verzweigung 59E und eine sechste Verzweigung 59F geschaltet und aus einem Kondensator 30C sowie der Primärwicklung 84C gebildet.The three-phase bridge inverter 58 is made up of twelve parallel pairs formed by twelve thyristors and twelve diodes. For example, is a first series resonant circuit connected between a first branch (junction) 59A and a second branch 59B. The first branch 59A is between a cathode of a first thyristor 58A and an anode of a second thyristor 58B, while the second branch 59B between a cathode of a seventh thyristor 58E and an anode of an eighth Thyristor 58H. Although actually a diode not shown in detail is connected in cross-coupling to the relevant thyristors, this is In the present case, the term "thyristor" is simply used. This series resonance circuit is similarly provided by, e.g., capacitor 30A and primary winding 84A of the three-phase transformer 84 is formed. A second series resonance circuit is between a third branch 59C and a fourth branch 59D are switched. This second one Series resonant circuit consists of a capacitor 30B and the primary winding 84B. Finally, a third series resonance circuit is between a fifth branch 59E and a sixth branch 59F are connected and made up of a capacitor 30C as well of primary winding 84C is formed.
Die Sekundärwicklungen 84Z und 84Y dieses Dreiphasen-Transformators 84 sind in Stern- bzw. Deltaschaltung angeordnet.The secondary windings 84Z and 84Y of this three phase transformer 84 are arranged in a star or delta connection.
Nachstehend ist die Arbeitsweise des Dreiphasen-Thyristorbrückenwechselrichters 58 erläutert.The following is the operation of the three-phase thyristor bridge inverter 58 explained.
Es ist darauf hinzuweisen, daß ein nicht dargestellter Schaltregler an die betreffenden Gate-Elektroden der Thyristoren 58A - 58L angeschlossen ist, um an diese Gate-Elektroden unter Aufrechterhaltung einwandfreier Phasenwinkel Torsteuerimpulse anzulegen.It should be noted that a switching regulator, not shown is connected to the relevant gate electrodes of the thyristors 58A - 58L, in order to gate control pulses to these gate electrodes while maintaining proper phase angle to put on.
Zunächst wird vom Schaltregler ein Torsteuerimpuls an den ersten Thyristor 58A angelegt, worauf dieser Thyristor 58A durchschaltet. Infolgedessen fließt der Primärstrom von der Plus-Klemme 57P über eine Anoden-Kathodenstromstrecke des ersten Thyristors 58A, den ersten Reihenresonanzkreis (30A, 84A) und eine Anoden-Kathodenstromstrecke des achten Thyristors 58H, der gleichzeitig durchschaltet, zur Minus-Klemme 57N. Ersichtlicherweise wird ein weiterer Torsteuerimpuls in Synchronismus mit dem anderen Torsteuerimpuls für den ersten Thyristor 58A an den achten Thyristor 58H angelegt.First of all, the switching regulator sends a gate control pulse to the first thyristor 58A applied, whereupon this thyristor 58A turns on. As a result, the flows Primary current from the plus terminal 57P via an anode-cathode current path of the first Thyristor 58A, the first series resonant circuit (30A, 84A) and an anode-cathode current path of the eighth thyristor 58H, which turns on at the same time, to the minus terminal 57N. It can be seen that another gate control pulse is synchronized with the other Gate control pulse for the first thyristor 58A applied to the eighth thyristor 58H.
Unter Einhaltung einer 1200 -Phasenverschiebung gegenüber dem obigen, ersten Zünden werden dritter und zehnter Thyristor 58C bzw. 58J durchgeschaltet oder gezündet. Infolgedessen fließt der zweite Primärstrom über den zweiten Reihenkreis (30B, 84B) und den zehnten Thyristor 58J zur Minus-Klemme 57N.While maintaining a 1200 phase shift compared to the above, first firing, the third and tenth thyristors 58C and 58J are turned on or ignited. As a result, the second primary current flows through the second series circuit (30B, 84B) and the tenth thyristor 58J to the minus terminal 57N.
Nach dem Fließen dieses zweiten Primärstroms beginnen fünfter Thyristor 58E und zwölfter Thyristor 58L mit einer 120°-Verzögerung gegenüber dem ersten Primärstrom zu zünden. Der dritte Primärstrom fließt im dritten Reihenresonanzkreis (30C, 84C).After this second primary current has flowed, the fifth thyristor begins 58E and twelfth thyristor 58L with a 120 ° delay compared to the first primary current to ignite. The third primary current flows in the third series resonance circuit (30C, 84C).
Auf ähnliche Weise können die betreffenden Thyristoren 58A - 58L durch die Resonanz funktionen dieser Reihenresonanzkreise zwangsläufig (inherently) abgeschaltet oder gesperrt werden. Die Rückströme fließen während der entsprechenden Halbrückperioden der Zündperioden über die jeweiligen kreuzgekoppelten Dioden.Similarly, the respective thyristors 58A-58L can through the resonance functions of these series resonance circuits inevitably (inherently) switched off or be blocked. The return currents flow during the corresponding Half-bridging periods of the ignition periods via the respective cross-coupled diodes.
Da diese Leit- oder Zündvorgänge sequentiell erfolgen, können an den Sekundärwicklungen 84Z und 84Y Wechselstrom-Hochspannungen in Form einer symmetrischen (balanced) Dreiphasen-Wechselspannung induziert werden.Since these control or ignition processes take place sequentially, the Secondary windings 84Z and 84Y alternating current high voltages in the form of a symmetrical (balanced) three-phase alternating voltage can be induced.
Bei der zweiten Ausführungsform kann die Wirksamkeit der Welligkeitsbeseitigung auf ähnliche Weise wie bei der ersten Ausführungsform verbessert werden.In the second embodiment, the effectiveness of the curl removal can be improved in a manner similar to the first embodiment.
Selbstverständlich ist die Erfindung keineswegs auf die vorstehend dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern weiteren Änderungen und Abwandlungen zugänglich. Beispielsweise können anstelle der normalen Thyristoren 84A - 84F entweder Vollsteuergate- bzw. GTO-Thyristoren oder Riesentransistoren (GTR) verwendet werden. Der Hochspannungs-Filterkondensator 93 kann (auch) weggelassen werden. Ebenso können im Sekundärkreis des Dreiphasen-Transformators beliebige andere Verbindungen oder Schaltungsanordnungen verwendet werden.Of course, the invention is by no means limited to the above illustrated and described embodiments are limited, but other changes and modifications accessible. For example, instead of the normal thyristors 84A-84F either full control gate or GTO thyristors or giant transistors (GTR) can be used. The high-voltage filter capacitor 93 can (also) be omitted will. Any other can also be used in the secondary circuit of the three-phase transformer Connections or circuit arrangements are used.
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