DE3625855A1 - Mittelfrequenz-roentgendiagnostikgenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mittelfrequenz-Röntgen­ diagnostikgenerator mit einem Wechselrichter mit einer Thy­ ristor-Brücke, in deren einer Diagonale ein LC-Schwing­ kreis liegt und an deren anderer Diagonale eine Gleich­ spannungsquelle angeschlossen ist, wobei unmittelbar vor der Thyristor-Brücke ein als T geschalteter LC-Tiefpaß liegt.

Ein Wechselrichter dieser Art kann in der Röntgentechnik zur Speisung des Hochspannungstransformators eines Röntgen­ generators dienen. In diesem Fall erfolgt die Speisung des Hochspannungstransformators mit einer wesentlich über der Netzfrequenz liegenden Frequenz, so daß der Hochspannungstransformator im Vergleich zu direkt vom Netz gespeisten Röntgengeneratoren wesentlich leichter und kleiner ausgebildet werden kann. Angestrebt wird dabei eine möglichst hohe Wechselrichterfrequenz. Die Gründe liegen dabei in dem Wunsch, die Wechselrichterfrequenz über den Hörbereich zu legen, einer höheren Reproduzierbarkeit, geringerer Welligkeit der Spannung an der Röntgenröhre und der Erzielung kleinerer Hochspannungseinheiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mittel­ frequenz-Röntgendiagnostikgenerator der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die maximale Frequenz gegen­ über dem Stand der Technik erhöht ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die vor dem Parallelkondensator des Tiefpasses liegende In­ duktivität wesentlich größer als die danach liegende In­ duktivität ist. Dadurch ist eine hohe maximale Ansteuer­ frequenz möglich, ohne daß die dabei für die Thyristoren ausschlaggebende Schonzeit verkürzt wird.

Die Erfindung ist nachfolgend an Hand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen bekannten Schwingkreis-Wechselrichter,

Fig. 2 bis 4 Kurven zur Erläuterung der Fig. 1,

Fig. 5 einen Schwingkreis-Wechselrichter für einen Mittelfrequenz-Röntgendiagnostikgenerator nach der Erfindung, und

Fig. 6 bis 9 Kurven zur Erläuterung der Fig. 5.

Der in der Fig. 1 dargestellte Wechselrichter weist eine Brücke aus vier Thyristoren Th 1 bis Th 4 auf, denen Frei­ laufdioden D 1 bis D 4 parallelgeschaltet sind. In einer Diagonale liegt ein LC-Schwingkreis L 1, C 1 und die andere Diagonale ist an einer Gleichspannung U= angeschlossen, die durch einen Tiefpaß mit der Reiheninduktivität L 2 und der Parallelkapazität C 2 gesiebt wird.

Für den in der Fig. 1 dargestellten Wechselrichter gel­ ten folgende Zusammenhänge:

Die Fig. 2 zeigt für den Thyristor Th 1 den zeitlichen Verlauf des Stromes J _Th ₁, dem der Stromverlauf in den anderen Thyristoren im Prinzip entspricht, sowie der Spannung am Thyristor U _Th ₁ die im Prinzip der Spannung an den anderen Thyristoren entspricht. Die Fig. 3 zeigt den zeitlichen Verlauf des Wechselrichterstromes J _s und die Fig. 4 den Verlauf des Steuerstromes i _G für den Thyristor Th 1, dem - zeitlich versetzt - die Steuerströme für die anderen Thyristoren entsprechen. Zeitlich veränder­ liche Ströme sind dabei mit i bezeichnet.

Die maximale Ansteuerfrequenz ist abhängig von der Kenn­ frequenz f _o und der für den jeweiligen Thyristor notwen­ digen Freiwerdezeit tq.

Die Freiwerdezeit tq eines Thyristors ergibt sich als Zeitdauer zwischen dem Nulldurchgang des abkommutierenden Stromes und dem Nulldurchgang der wiederkehrenden Sperr­ spannung bestimmter Höhe, die der Thyristor verträgt, ohne in den Durchlaßzustand zu kippen.

Bei der vorliegenden Reihenschwingkreis-Wechselrichter­ schaltung erfolgt der Spannungsanstieg am Thyristor mit Verlöschen des Diodenstromes im Freilaufzweig.

Damit ergibt sich eine maximale Ansteuerfrequenz zu

Zur Erhöhung des maximalen Ansteuerfrequenz bei gleich­ bleibender Schonzeit des Thyristors wird gemäß Fig. 5 vorgeschlagen, die Schwingkreisinduktivität L _S in die Induktivitäten L₁ und L₃ aufzuteilen. Wesentlich dabei ist, daß L₂ erheblich größer als L₁ und L₃ ist und daß auch C₂ erheblich größer als C₁ ist. Die Dimensionierung von L₃ bestimmt dabei die dem Thyristor zur Verfügung stehende Schonzeit t _S , unabhängig von der maximalen An­ steuerfrequenz. Die theoretische Grenze liegt dabei bei F _{an max} =fo. Für die Schaltung gemäß Fig. 5 gilt fol­ gendes:

L _S = L₁ + L₃

Während des Stromflusses der Thyristoren Th 1 und Th 4 gel­ ten die folgenden Beziehungen:

U _{C 2} ≈ U=
U _{C 2} = U _{L 3} + U _{Th 1} + U _{Th 2}

Zum Zeitpunkt t₁ gilt:

U _{Th 1} = - U _F
U _{Th 2} = U _T
U _{C 2} ≈ U _{L 3}

Daraus resultiert eine Änderungsgeschwindigkeit der Stromumkehr in L 3:

Der Stromanstieg in den Thyristoren Th 2 und Th 3 wird durch die Schwingkreisdaten bestimmt.

Der Differenzstrom zum Zeitpunkt der Stromänderung (Zün­ dung Th 2 und Th 3) bildet sich nun über den Zweig der Freilaufdioden von Th 4 über L₁, C₁, Freilauf von Th 1 und L₃, C₂ aus.

Dadurch verhindert er den frühzeitigen Spannungsanstieg am Thyristor Th 1 und Th 4 (Ende der Schonzeit), der ohne L 3 zum Zeitpunkt der Zündung von Th 2 und Th 3 stattfinden würde.

Diese Schaltung der Erhöhung der Ansteuerfrequenz bei gleichbleibender Schonzeit bei gleichem fo läßt sich auch umgekehrt zur Verlängerung der Schonzeit (Ausnutzung langsamerer Thyristoren) bei konstantem f _{an max} und fo ausnützen.

Schwingkreis-Wechselrichter mit einem als T geschalteten Tiefpaß am Eingang sind an sich bekannt. Dabei hat der Tiefpaß die Aufgabe der Glättung der Wechselrichter-Ein­ gangsspannung und es ist dabon auszugehen, daß seine Reiheninduktivitäten gleich groß sind. Im Gegensatz hier­ zu gilt bei der vorliegenden Erfindung die obenerwähnte Festlegung, daß die zweite Induktivität L₃ des Tiefpasses erheblich kleiner als die erste Induktivität L₂ ist. Der den Größenunterschied zwischen L₂ einerseits und L₁ und L₃ andererseits festlegende Faktor ist dabei in der Regel größer als 20 bis zu etwa 1000.

Die Fig. 6, 7 und 9 zeigen den den Fig. 2, 3, 4 entsprechenden Stromverlauf für den Wechselrichter gemäß Fig. 5. Die Fig. 8 zeigt den Stromverlauf in der Induk­ tivität L₃.

Claims (2)

1. Mittelfrequenz-Röntgendiagnostikgenerator mit einem Schwingkreis-Wechselrichter mit einer Thyristor-Brücke (Th 1) bis Th 4), in deren einer Diagonale ein LC-Schwing­ kreis (L₁, C₁) liegt und an deren anderer Diagonale eine Gleichspannungsquelle (U=) angeschlossen ist, wobei un­ mittelbar vor der Thyristorbrücke (Th 1 bis Th 4) ein als T geschalteter LC-Tiefpaß (L₂, L₃, C₂) liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die vor dem Parallelkondensator (C₂) des Tiefpasses (L₂, L₃, C₂) liegende Induktivität (L₂) wesentlich größer als die danach liegende Induktivität (L₁, L₃) ist.

2. Schwingkreis-Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Größenunterschied das 20- bis 1000fache beträgt.