DE904923C - Circuit for anode-side voltage regulation of X-ray tubes - Google Patents
Circuit for anode-side voltage regulation of X-ray tubesInfo
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Description
(WiGBl. S. 175) (WiGBl. P. 175)
AUSGEGEBEN AM 25. FEBRUAR 1954ISSUED FEBRUARY 25, 1954
P 37405 VIII c J 21g DP 37405 VIII c J 21g D
Die Erfindung betrifft Röntgenapparate jener Art, bei denen die Anodenspannung der Röntgenröhre veränderbar ist.The invention relates to X-ray apparatus of the type in which the anode voltage of the X-ray tube is changeable.
In der Röntgentechnik ist die Aufgabe zu erfüllen, der Röntgenröhre, deren räumliche Lage vorzugsweise veränderbar sein soll, eine hohe Anodenspannung zuzuführen1, welche, um Röntgenstrahlen verschiedener Härte erzeugen zu können, innerhalb gewisser Grenzen veränderbar sein soll. Als Energiequelle steht meistens· ein Wechselstromnetz mit niedriger Spannung zur Verfügung, aus welcher Energiequelle erst die hohe Röntgenspannung erzeugt werden muß, wozu im allgemeinen ein Hochspannungstransformator, ferner auch verschiedene andere Schaltelemente, etwa Gleichrichter und Kondensatoren zur Gleichrichtung· oder Spannungsvervielfachung, verwendet werden.In the X-ray technology, the object is to meet the x-ray tube whose spatial position should preferably be changed, a high anode voltage supply 1, which, to be able to produce x-rays of different hardnesses, is to be variable within certain limits. An alternating current network with low voltage is usually available as the energy source, from which energy source the high X-ray voltage must first be generated, for which purpose a high-voltage transformer, as well as various other switching elements, such as rectifiers and capacitors for rectification or voltage multiplication, are used.
Die Regulierung der Anodenspannung der Röntgenröhre kann mit Hilfe von Regelorganen auf der Primärseite des Hochspannungstransforma-•tors erfolgen, wo niedrige Spannungen und hohe Ströme herrschen, kurz Primärregulierung genannt, oder auf der Sekundärseite des Hochspannungstransformators, wo hohe Spannungen und niedrige Ströme herrschen, kurz Sekundär- as regulierung genannt.The regulation of the anode voltage of the X-ray tube can be done with the help of regulating organs on the primary side of the high voltage transformer take place where low voltages and high currents prevail, called primary regulation for short, or on the secondary side of the high-voltage transformer, where high voltages and low currents prevail, in short secondary as called regulation.
Der Hochspannungstransformator und d!ie Regelorgane müssen so dimensioniert sein, daß die Röntgenröhre nicht nur bei der maximalen Anodenspannung mit der vollen Leistung betrieben werden kann, sondern auch dann, wenn die Anodenspannung auf einen kleineren Wert geregelt ist und dafür ein größerer Strom fließt. In beiden Fällen darf der Spannungsabfall im Hoch-The high-voltage transformer and the regulating organs must be dimensioned in such a way that the X-ray tube is not only operated at full power at the maximum anode voltage can be, but also when the anode voltage is regulated to a smaller value and a larger current flows for it. In both cases, the voltage drop at high
Spannungstransformator und in den Regelorganen im Verhältnis zur jeweiligen Anodenspannung nicht zu groß sein, wobei diese Forderung bekanntlich im allgemeinen schwerer zu erfüllen ist, wenn die Anodenspannung auf einen niedrigeren Wert geregelt ist.Voltage transformer and in the regulating organs in relation to the respective anode voltage not be too large, although this requirement is generally more difficult to meet if the anode voltage is regulated to a lower value.
Bei der Sekundär regulierung ist dieser Spannungsabfall bekanntlich wesentlich geringer als bei der Primärregulierung·, und zwar insbesondere ίο dann, wenn die Anodenspannung auf einen kleineren als den maximalen Wert geregelt ist. Aus diesem Grunde ist bei Sekundärregulierung, verglichen mit der Primärregulierung, wenn sich nicht im Hinblick auf die nötige Isolation besondere Dimensionierungsprobleme ergeben wurden, "frei Verwendung eines gleich großen Hochspannungstransformators der Wirkungsgrad besser, die Verluste und die Erwärmung wären geringer und eine größere Leistung entnehmbar, oder, mit anderen Worten, bei gleicher Leistung wäre ein kleinerer, leichterer und billigerer Hochspannungstransformator als bei der Primärregulierung ausreichend. Werden Schalter zur Regulierung der Anodenspannung verwendet, so brauchen sie bei der Sekundärregulie- -rung- nur für kleinere Ströme .als bei der Primärregulierung dimensioniert zu werden; der notwendige Kontaktdruck und der Verschleiß sind kleiner.With secondary regulation, this is the voltage drop is known to be significantly lower than with the primary regulation ·, in particular ίο when the anode voltage is regulated to a value smaller than the maximum value. For this The reason is with secondary regulation, compared with primary regulation, if not with regard to special dimensioning problems were found on the necessary insulation, "free use of a high voltage transformer of the same size the efficiency better, the losses and the Warming would be less and more power could be drawn, or, in other words, a smaller, lighter and cheaper high-voltage transformer would have the same power than sufficient for primary regulation. If switches are used to regulate the anode voltage, so they only need to be dimensioned for smaller currents in secondary regulation than in primary regulation; the necessary Contact pressure and wear are smaller.
Bei den bisher bekannten Einrichtungen zur Regulierung der Anodenspannung auf der Sekundärseite des Hochspannungstransformators stehen aber den beispielsweise angeführten Vor-" teilen der Sekundärregulierung erhebliche Nachteile gegenüber, von denen im folgenden einige genannt seien.In the previously known devices for regulating the anode voltage on the The secondary side of the high-voltage transformer, however, has the following advantages share considerable disadvantages compared to secondary regulation, some of which are mentioned below be.
In bekannter Weise wird die Anodenspannung der Röntgenröhre sekundärseitig dadurch reguliert, daß die hochspannungsführende Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators Anzapfungen besitzt, von denen Leitungen zu den Kontakten eines Schalters geführt sind, mit welchem Schalter ein. mehr oder weniger 'großer Teil der Sekundärspannung des Hochspannungstransformators abgegriffen und der Röntgenröhre direkt oder über Organe zur Gleichrichtung und Spannungsvervielfachung zugeführt wird. Da die Herausführungen dieser Anzapfungen Hochspannung führen, 'muß der Hochspannungstransformator aus Gründen der Isolation viel größer, schwerer und teurer ausgeführt werden, als es allein auf Grund der anderen für seine Dimensionierung maßgeblichen Faktoren notwendig wäre. Besonders bei Röntgenapparaten mit einem Hochspannungstransformator, der mit der Röntgenröhre zu einer beweglichen -Einheit zusammengebaut ist, würden die bisher bekannten Verfahren der Sekundär regulierung gegenüber der Primärregulierung wesentliche Nachteile mit sich bringen, u. a. deshalb, weil viele Hochspannung führende Leitungen inHochspannungsdurchführungen durch das· Gehäuse der beweglicheil Einheit hindurchgeführt "und in einem flexiblen Kabel, das ebenfalls gegen Hochspannung isoliert sein· muß, zum Schalter im Schaltkasten geführt werden müßten. Bei großen Röntgenapparaten, bei denen der Hochspannungstransformator ortsfest und ortlieh getrennt von dem die Bedienungs- und Kontrollorgane tragenden Schaltkasten angeordnet ist, wird bei Anwendung ■· der bekannten Sekundärregulierung der Schalter, um allzu lange Hochspannung führende Leitungen zu vermeiden, unmittelbar am oder neben dem Hochspannungstransformator angeordnet, weshalb zur Betätigung des Schalters eine elektrische oder mechanische Fernsteuerung notwendig ist.In a known manner, the anode voltage of the X-ray tube is regulated on the secondary side in that the high-voltage secondary winding the high voltage transformer taps possesses, of which lines are led to the contacts of a switch, with which switch a. more or less' large part of the secondary voltage of the high voltage transformer tapped and the X-ray tube directly or via organs for rectification and voltage multiplication is fed. As the lead-outs these taps carry high voltage, 'must the high voltage transformer for reasons of The insulation is much bigger, heavier and more expensive than it is solely on the basis of the other factors decisive for its dimensioning would be necessary. Especially with X-ray machines with a high-voltage transformer that is connected to the X-ray tube is assembled into a movable unit, the previously known Procedure for secondary regulation compared to Primary regulation has significant disadvantages, including: because a lot of high voltage Leading lines in high-voltage bushings through the housing of the movable unit passed through "and in a flexible cable, which must also be insulated against high voltage, would have to be led to the switch in the control box. With large x-ray machines, where the high-voltage transformer is stationary and locally separated from the switch box carrying the operating and control elements, becomes when ■ · the known secondary regulation is used the switch, in order to avoid cables carrying high voltage for too long, immediately arranged on or next to the high-voltage transformer, which is why to operate the Switch an electrical or mechanical remote control is necessary.
Es ist auch bekannt, daß zum Zweck der Kornpensation des Spannungsabfalles bei Erhöhung des Röhrenstroms an Stelle eines Hochspannungstransformators zwei je eine ungeteilte sekundäre Hochspannungswicklung tragende primärseitig regulierte Hochspannungstranisformatoren verwendet werden; von denen einer zugleich auch die Heizwicklung tragt und-der Emissionsregelung dient, während der andere zur Regelung der Anodenepannung vorgesehen ist, und daß die Sekundärwicklungen dieser beiden Transformatoren durch Verbindung mit einem geerdeten Punkt miteinander in Serie geschaltet sind. Werden diese beiden Hochspannungstransformatoren mit der Röntgenröhre zu einer beweglichen Einheit zusammengebaut, so wird bei dieser Bauweise gegenüber der Verwendung eines einzigen primärregulierten Hochspannungstransformators bei bestimmter Leistung das Gewicht der RÖntgeneinheit durch die Zweiteilung des Hochspannungstransformators noch erhöht. Sind hingegen die beiden Hochspännungstransformatoren örtlich voneinander getrennt, so müssen ihre sekundären Verbindungsleitungen für Hochspannungen von der Größenordnung der halben. Maximalspannung der Röntgenröhre isoliert sein. In jedem Fall besitzt diese Ausführung, da iod beide Hochspannungstransformatoren primärreguliert sind, die Nachteile der Primärregulierung, wie hohen relativen Spannungsabfall bei Vergrößerung des Röhrenstroms, insbesondere bei erniedrigter Anodenspannung, hohes Gewicht der Hochspannungstransformatoren und; hohe Ströme in den Regelorganen.It is also known that for the purpose of compensation the voltage drop when the tube current is increased instead of a high-voltage transformer two, each with an undivided secondary high-voltage winding, regulated on the primary side High voltage transformers are used; one of which also carries the heating coil and - serves to regulate emissions, while the other is used to regulate the anode voltage is provided, and that the secondary windings of these two transformers through Connection with a grounded point are connected in series with each other. Will these two high voltage transformers assembled with the X-ray tube to form a movable unit, this type of construction is opposite to the use a single primary regulated high voltage transformer with a certain power the weight of the X-ray unit is increased by the division of the high-voltage transformer. On the other hand, are the two high-voltage transformers spatially separated from each other, their secondary connection lines must be used for High voltages of the order of half. Maximum voltage of the X-ray tube isolated be. In any case, this version, since iod both high-voltage transformers are primary regulated, the disadvantages of primary regulation, such as high relative voltage drop when the tube current is increased, especially when it is decreased Anode voltage, high voltage transformers and heavy weight; high currents in the regulatory bodies.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, einen Röntgenapparat zu schaffen, der die angeführten Vorteile der Sekundärregulierung in besonderem Maße aufweist, jedoch deren ebenfalls angeführte Nachteile vermeidet. Dies bedeutet also, daß der Hochspannungstransformator -bei gegebenem Gewicht für eine viel größere gesamte Ausgangsleistung verwendet' werden kann als bisher. Die Regelung der Anodenspannung der Röntgenröhre soll an der Sekundärseite des Hochspannungstransformators erfolgen, wobei zur Verbindung des Hochspannungstransformators mit dem Regelgerät möglichist wenige und möglichst niedrige, Spannungen führende Leitungen Anwendung finden sollen.The present invention aims to provide a To create an X-ray apparatus that has the listed advantages of secondary regulation in particular Has dimensions, but avoids the disadvantages also mentioned. So this means that the High voltage transformer for a given weight for a much larger total output power than before. the Regulation of the anode voltage of the X-ray tube should be on the secondary side of the high-voltage transformer take place, whereby to connect the high-voltage transformer with the control device it is possible to use a few and as low as possible voltage-carrying lines should.
Diese, und weitere Vorteile, auf welche noch eingegangen wird, werden mit einer Schaltung, enthaltend einen die Röntgenröhre speisenden Hochspannungstransfornrator, welcher eine zweigeteilteThese and other advantages, which will be discussed below are, with a circuit containing a high-voltage transformer feeding the X-ray tube, which one divided into two
Sekundärwicklung besitzt und eine Anodengrundspannung erzeugt, und einen sekundärseitig geregelten Hilfstransformator zur Erzeugung einer zum Zweck der Änderung .der Anodenspannung veränderbaren Regelspannung, erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Regelspannung in die Verbindung der beiden Sekundärwicklungsteile des Hochspannungstransformators derart eingespeist wird, daß sich zufolge der Serienschaltung derHas secondary winding and an anode base voltage generated, and an auxiliary transformer regulated on the secondary side to generate a for the purpose of changing the anode voltage, variable control voltage, according to the invention achieved in that the control voltage in the connection of the two secondary winding parts of the High-voltage transformer is fed in such a way that, according to the series connection of the
ίο Sekundärwicklungen der beiden Transformatoren die von ihnen gelieferten Sekundärspannungen vektoriell addieren. Auf diese Weise ist es möglich, die mit der Sekundärregulierung verbundenen Vorteile zu wahren und den Hochspannungstransformator bei gegebenem Gewicht für eine größere Röhrenleistung als bisher zu verwenden. Ferner ist es möglich, auch mit nur zwei Verbindungsleitungen zwischen der Sekundärseite des Hochspannungstransformators und dem Hilfstransformator das Auslangen zu finden. Außerdem betragen die Spannungen, die in diesen Verbindungsleitungen und in der Regelvorrichtung auftreten, nur kleine Bruchteile der Gesamtröhrenspannung, was vom Standpunkt der Isolationserforderniisse beträchtlicheίο secondary windings of the two transformers add the secondary voltages supplied by them vectorially. In this way it is possible preserve the benefits associated with secondary regulation and the high voltage transformer to use with a given weight for a greater tube capacity than before. Furthermore is it is also possible with only two connecting lines between the secondary side of the high-voltage transformer and the auxiliary transformer to make do with it. Also amount to the voltages that occur in these connecting lines and in the control device are only small Fractions of the total tube voltage, which is considerable from the standpoint of insulation requirements
as Vorteile bietet. Hochspannungstransformator und Hilfstransformator können primär von derselben Wechselstromquelle gespeist sein. Hochspannungstransformator und Hilfstransformator sind vorzugsweise voneinander örtlich getrennt.which offers advantages. High voltage transformer and Auxiliary transformers can be primarily fed by the same AC power source. High voltage transformer and auxiliary transformer are preferably spatially separated from one another.
Eine erfindungsgemäße beispielsweise Anordnung, bei welcher der Hochspannungstransformator und die Röntgenröhre in einer beweglichen Einheit zusammengebaut sind, zeigt die Zeichnung. In dieser bedeutet A die Röntgeneinheit in Verbindung mit dem Schalttisch B. Die Röntgeneinheit A besteht aus der Röntgenröhre i, dem Heiztransformator 2 und dem Hochspannungstransformator mit der Primärwicklung 31 und den Sekundärwicklungen 4, 5. Im Schalttisch B sind der regelbare Hilfstransformator mit der Primärwicklung 6 und den angezapften Sekundärwicklungen 7,8, der zur Spannungsregelung dienende Schalter 9, der Heizregler 10 und das Meßinstrument 11 für den Röhrenstrom angeordnet.An example arrangement according to the invention, in which the high-voltage transformer and the X-ray tube are assembled in a movable unit, is shown in the drawing. In this, A means the X-ray unit in connection with the switching table B. The X-ray unit A consists of the X-ray tube i, the heating transformer 2 and the high-voltage transformer with the primary winding 31 and the secondary windings 4, 5. In the switching table B are the adjustable auxiliary transformer with the primary winding 6 and the tapped secondary windings 7, 8, the switch 9 serving for voltage regulation, the heating controller 10 and the measuring instrument 11 for the tube current.
4-5 Der Hochspannungstransformator in der Röntgeneinheit A und der Regeltransformator im Schalttisch B sind mit ihren Primärwicklungen 31 bzw. 6 an das Wechselstromnetz 14 angeschlossen. Die Sekundärwicklungen 4, 5 des Hochspannungstransformators sind mit den Sekundärwicklungen 7, 8 des Regeltransformators, oder Teilen von ihnen über den Schalter 9 und die Leitungen 12, 131 derart in Serie geschaltet, daß zwischen, die beiden Wicklungen des Hochspannungstransformators Wicklungsteile des Regeltransf ormators dazwischengeschaltet werden. Entsprechend dieser Serienschialtung addieren sich vektoriell die von den Sekundärwicklungen des Hochspannungstranisformators und des Regeltransf ormators erzeugten Spannungen.4-5 The high-voltage transformer in the X-ray unit A and the regulating transformer in the switching table B are connected to the alternating current network 14 with their primary windings 31 and 6, respectively. The secondary windings 4, 5 of the high-voltage transformer are connected in series with the secondary windings 7, 8 of the regulating transformer, or parts of them via the switch 9 and the lines 12, 131, that between the two windings of the high-voltage transformer winding parts of the regulating transformer are interposed . Corresponding to this series connection, the voltages generated by the secondary windings of the high-voltage transformer and the regulating transformer add vectorially.
Die Sekundärwicklungen4,5.des Hochspannungstransformators erzeugen eine Grundspannung, welche der Röntgenröhre 1 zugeführt wird. Zur Regelung der Anodenspannung der Röntgenröhre wird mit Hilfe des Schalters 9 von den Anzapfungen der Sekundärwicklungen 7, 8 des Regel trans formators eine zusätzliche regelbare Spannung abgegriffen, welche über diie Leitungen 12, 13 zu der Grundspannung des Hochspannungstransformators hinzugefügt wird, wodurch je nach Bedarf die Betriebsspannung der Röntgenröhre vergrößert oder verkleinert wird. Die Isolation der Verbindungsleitungen 12 und 13 ■ ist nur für einen Teil der Regelspannung, die selbst nur ein Teil der maximalen Anodenspannung ist, zu bemessen. Sämtliche Verbindungsleitungen von A und B können daher ohne Schwierigkeiten in einem gemeinsamen flexiblen Schlauch untergebracht werden. Durch die Anwendung der Erfindung ergeben sich insbesondere folgende Vorteile: Der Hochspannungstransformator 3, 4, 5 kann für eine vorgeschriebene Gesamtleistung kleiner, leichter und billiger ausgeführt werden als bei den bekannten Rontgenapparaten. Abgesehen von der Sekundärregulierung an sich braucht der Hochspannungstransformator nur für eine kleinere Leistung bemessen zu sein, weil ein Teil der zum Betrieb der Röntgenröhre notwendigen Leistung vom regelbaren Hilfstransformator 6, 7, 8 geliefert wird. Im Gegensatz zu den bekannten Rontgenapparaten mit Sekundärregulierung besitzt überdies der Hochspannungstransformator nicht die dort notwendigen vielen hochspannungsführenden Herausführungen der Anzapfungen und kann daher auch aus Gründen der Isolation kleiner und leichter ausgeführt werden.The secondary windings 4, 5 of the high-voltage transformer generate a basic voltage which is fed to the X-ray tube 1. To regulate the anode voltage of the X-ray tube, an additional controllable voltage is tapped from the taps of the secondary windings 7, 8 of the control transformer with the help of the switch 9, which is added to the basic voltage of the high-voltage transformer via the lines 12, 13, whereby the Operating voltage of the X-ray tube is increased or decreased. The insulation of the connecting lines 12 and 13 ■ is only to be dimensioned for part of the control voltage, which itself is only part of the maximum anode voltage. All connecting lines from A and B can therefore be accommodated in a common flexible hose without difficulty. The application of the invention results in the following advantages in particular: The high-voltage transformer 3, 4, 5 can be made smaller, lighter and cheaper for a prescribed total power than with the known X-ray apparatus. Apart from the secondary regulation per se, the high-voltage transformer only needs to be dimensioned for a smaller power, because part of the power required to operate the X-ray tube is supplied by the adjustable auxiliary transformer 6, 7, 8. In contrast to the known X-ray apparatus with secondary regulation, the high-voltage transformer also does not have the many high-voltage leads required there for the taps and can therefore also be made smaller and lighter for reasons of insulation.
Wenn der regelbare Hilfstransformator 6, 7, 8 nicht zu klein dimensioniert ist, ist bei Annahme eine bestimmten Gewichtes des Hochspannungstransformators der vom Strom der Röntgenröhre hervorgerufene Spannungsabfall geringer als bei den bekannten Rontgenapparaten, die Anoden- too spannung der Röntgenröhre sinkt bei Vergrößerung des Röhrenstroms weniger stark ab, die Wärmer Verluste sind geringer, und der Wirkungsgrad ist besser.If the adjustable auxiliary transformer 6, 7, 8 is not too small, it is assumed a certain weight of the high-voltage transformer from the current of the X-ray tube The voltage drop caused is lower than with the known X-ray apparatus, the anode too The voltage of the X-ray tube drops less when the tube current is increased, the warmer Losses are lower and the efficiency is better.
Die Erfindung gestattet den Bau von Röntgenapparaten mit Sekundärregulierung, bei denen die örtliche Trennung von Hochspannungstransformator und dem der Regelung der Anodenspannung der Röhre dienenden Organ leicht möglich ist. Zwischen dem regelbaren Hilfstransformator 6, 7, 8, der zusammen mit dem Schalter 9 das Regelorgan darstellt, und der Sekundärseite des Hochspanriungstransformators 3, 4, 5 sind nur zwei Leitungen 12, 13 notwendig, deren Isolation nur für einen Bruchteil der maximalen Anodenspannung der Röntgenröhre bemessen sein muß. Auch die zur Regelung der Anodenspannung vorgesehene Schaltanordnung selbst braucht nur für viel kleinere Ströme als bei Rontgenapparaten mit Primärregulierung bemessen zu sein; trotzdem führt sie nur Spannungen, die einen Bruchteil der maximalen Anodenspannung betragen.The invention allows the construction of X-ray machines with secondary regulation, in which the Local separation of the high-voltage transformer and that of the regulation of the anode voltage Tube serving organ is easily possible. Between the adjustable auxiliary transformer 6, 7, 8, which together with the switch 9 represents the control element, and the secondary side of the high-voltage transformer 3, 4, 5 only two lines 12, 13 are necessary, their insulation only for a fraction the maximum anode voltage of the X-ray tube must be dimensioned. Also the regulation the anode voltage provided switching arrangement itself only needs for much smaller currents than with To be sized x-ray apparatus with primary regulation; anyway, it only leads to tension be a fraction of the maximum anode voltage.
Die Anwendung der Erfindung bringt auch dann obenerwähnte Vorteile, wenn die vom Hochspannungstransformator und vom Hilfstransformator gemeinsam gelieferte Spannung zur Spei-The application of the invention also brings the advantages mentioned above when the high-voltage transformer and the voltage jointly supplied by the auxiliary transformer for storage
sung der Röntgenröhre gleichgerichtet! bzw. vervielfacht wird.solution of the X-ray tube rectified! or multiplied will.
Claims (4)
Deutsche Patentschriften Nr. 506811, 5 8I2 671, 608661, 630657;Referred publications:
German Patent Nos. 506811, 5,812,671, 608661, 630657;
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