EP0267568A2 - Schaltungsanordnung mit einem Schutzwiderstand zur Strombegrenzung bei Röntgenstrahlern - Google Patents

Schaltungsanordnung mit einem Schutzwiderstand zur Strombegrenzung bei Röntgenstrahlern Download PDF

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EP0267568A2
EP0267568A2 EP87116532A EP87116532A EP0267568A2 EP 0267568 A2 EP0267568 A2 EP 0267568A2 EP 87116532 A EP87116532 A EP 87116532A EP 87116532 A EP87116532 A EP 87116532A EP 0267568 A2 EP0267568 A2 EP 0267568A2
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    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05G1/08—Electrical details

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement with a protective resistor for current limitation in X-ray emitters which are connected to a high-voltage generator via a high-voltage cable.
  • the X-ray tube is the X-ray tube arranged in a housing and provided with the connections necessary for operation for the electrical and the coolant supply.
  • Protective resistors of this type which are usually located together with the high-voltage generator and other switching and control devices in an apparatus called an X-ray generator, are required in order to limit the short-circuit current occurring in the event of a flashover in the tube.
  • the energy stored in the charging capacitor of the high-voltage generator would appear fully on the tube without a protective resistor, and this could be destroyed at the first flashover or contaminated spectrally by eruption-like melting at the anode.
  • the solution to the problem is seen in a circuit arrangement of the type mentioned in the introduction, in which the protective resistor is arranged on or in the X-ray emitter. This also limits the current resulting from the energy stored in the cable capacity in the event of a short circuit, which enables safe operation with increased high voltage and an associated increase in the limit power of the X-ray emitter.
  • the protective resistor can be a purely ohmic resistor or a low-capacitance, complex resistor in the form of an RL element.
  • the values of R and L are expediently chosen so that the aperiodic limit case is observed.
  • the inductor is constructed from a plurality of inductors connected in series, preferably in the form of disk windings.
  • the partial inductors can also have different frequency ranges with ferrite cores, so that the total inductance is effective over a wide frequency range.
  • the protective resistor is preferably installed in the radiator-side cable end connector or plug of the high-voltage cable, so that changes to already operated X-ray radiators are not necessary.
  • the protective resistor inside the emitter can be connected in series with the anode of the X-ray tube which is at high voltage and can be cooled with it. This allows a particularly high-resistance and thus space-saving design of the protective resistor.
  • electrical isolation for example in the form of an isolating transformer, must be provided in the radiator-side cable connection. This can also be designed as a heating transformer for tube heating.
  • FIGS. 1 and 2 exemplary embodiments of the circuit arrangement according to the invention are shown schematically in FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 1 shows an X-ray emitter RS, in the housing G of which the actual X-ray tube RR of the end window type is arranged.
  • the high voltage of the order of magnitude between 20 and 100 kV required for the operation of the X-ray emitter RS is generated in the high-voltage generator HE and fed to the X-ray emitter RS via a high-voltage cable HK of up to 10 m in length.
  • a high-voltage cable HK of up to 10 m in length.
  • a radiator-side cable end connector or plug HV is used to connect the high-voltage cable HK and is inserted into the high-voltage socket HB of the X-ray emitter RS.
  • a protective resistor S is connected inside the X-ray emitter RS in series with the high-voltage-fed anode A and in its cooling water circuit. This makes it possible to design the protective resistor S with high resistance and thus to save space.
  • Another circuit option is to divide the protective resistor into two partial resistors, a protective resistor S ⁇ being arranged in the high-voltage generator HE as usual and the other part S in the X-ray emitter as shown.
  • the protective resistor located in the X-ray emitter RS can then be designed such that it mainly limits the discharge current surge of the cable capacitance C.
  • FIG. 2 shows an embodiment with a so-called side window tube RR in the X-ray emitter RS with a grounded and cooled anode A and a heated and high-voltage cathode K.
  • the high voltage generated in the high voltage generator HE is here also supplied via the high voltage cable HK with distributed cable capacity C to the high voltage socket HB of the X-ray emitter RS.
  • the heating current supply of the directly heated cathode K takes place via two high-voltage conductors of the high-voltage cable HK.
  • the heating circuit is very low-ohmic, approx. 1 to 3 ohms, so that a high-ohmic protective resistor cannot be arranged directly in the X-ray emitter RS.
  • the protective resistor S is installed in the radiator-side end connection HV of the high-voltage cable HK, together with an isolating transformer TT for electrical isolation.
  • the isolating transformer TT is designed as a heating transformer HT. If you choose the operating frequency of the heating transformer HT in the order of magnitude between 100 and 300 kHz, it can be built so small that it must be accommodated in the cable end connection HV together with the protective resistor S. In this embodiment too, the protective resistor S can be divided into two partial resistors S and S ⁇ , as already described for FIG.

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Abstract

Der Schutzwiderstand (S) ist in oder an dem Strahler (RS) angeordnet, um im Überschlagsfall auch den aus der Kabelkapazität (C) des Hochspannungskabels (HK) zwischen Röntgengenerator (HE) und Röntgenstrahler (RS) herrührenden Strom zu begrenzen. Die Erfindung wird bei technischen Röntgeneinrichtungen angewandt, bei denen der Röntgenstrahler über ein bis zu 10 m langes Hochspannungskabel an den Röntgengenerator angegeschlossen ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung mit einem Schutzwiderstand zur Strombegrenzung bei Röntgenstrah­lern, die über ein Hochspannungskabel an einen Hochspannungs­erzeuger angeschlossen sind. Als Röntgenstrahler wird die in einem Gehäuse angeordnete und mit den zum Betrieb notwendigen Anschlüssen für die elektrische und die Kühlmittelversorgung versehene Röntgenröhre bezeichnet.
  • Derartige Schutzwiderstände, die sich üblicherweise zusammen mit dem Hochspannungserzeuger und anderen Schalt- und Steuer­einrichtungen in einem Röntgengenerator genannten Gerät be­finden, sind erforderlich, um den bei einem Überschlag in der Röhre auftretenden Kurzschlußstrom zu begrenzen. Die im Lade­kondensator des Hochspannungserzeugers gespeicherte Energie würde ohne Schutzwiderstand voll an der Röhre auftreten, und diese könnte bereits beim ersten Überschlag zerstört oder durch eine eruptionsartige Ausschmelzung an der Anode spektral verunreinigt werden.
  • Es hat sich herausgestellt, daß bei höheren Spannungen, etwa ab 50 kV, die in der Kabelkapazität des Hochspannungskabels zwischen Röntgenstrahler und Hochspannungserzeuger gespei­cherte Energie nicht mehr vernachlässigt werden kann. Beson­ders kritisch wird der Betrieb bei Spannungen um 100 kV. Hier kann bereits bei unvorsichtiger Betriebsweise durch die in einem z. B. 5 m langen Hochspannungskabel gespeicherte elek­trische Energie bei einem einzigen Durchschlag zur Zerstörung der Röntgenröhre führen.
  • Es besteht somit die Aufgabe, die Strombegrenzung für den Überschlagsfall so zu verbessern, daß ein sicherer Betrieb bei hohen Spannungen und damit eine Erhöhung der Grenzlei­stung des Röntgenstrahlers möglich ist.
  • Die Lösung der Aufgabe wird in einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art gesehen, bei welcher der Schutzwider­stand an oder in dem Röntgenstrahler angeordnet ist. Damit wird auch der aus der in der Kabelkapazität gespeicherten Energie herrührende Strom im Kurzschlußfall begrenzt, wodurch ein sicherer Betrieb bei gesteigerter Hochspannung und eine damit verbundene Erhöhung der Grenzleistung des Röntgenstrah­lers möglich wird. Der Schutzwiderstand kann ein rein ohm'scher Widerstand oder ein kapazitätsarmer komplexer Wider­stand in Form eines RL-Glieds sein. Die Werte von R und L werden zweckmäßigerweise so gewählt, daß der aperiodische Grenzfall eingehalten wird. In einer bevorzugten Ausführungs­form wird dabei die Induktivität aus mehreren in Reihe ge­schalteten Induktivitäten, vorzugsweise in Form von Scheiben­wicklungen, aufgebaut. Die Teilinduktivitäten können ferner mit Ferritkernen unterschiedliche Frequenzbereiche aufweisen, so daß die Gesamtinduktivität über einen weiten Frequenz­bereich wirksam ist.
  • Der Schutzwiderstand wird bevorzugt in den strahlerseitigen Kabelendanschluß oder -stecker des Hochspannungskabels einge­baut, so daß Änderungen an bereits betriebenen Röntgenstrah­lern nicht notwendig werden.
  • Bei Röntgenstrahlern mit Endfensterröhre kann der Schutz­widerstand innerhalb des Strahlers in Reihe mit der auf Hoch­spannung liegenden Anode der Röntgenröhre geschaltet und mit dieser gekühlt werden. Dies läßt eine besonders hochohmige und damit platzsparende Ausführung des Schutzwiderstandes zu.
  • Bei Röntgenstrahlern mit Seitfensterröhren mit geerdeter Anode ist im strahlerseitigen Kabelanschluß eine galvanische Trennung, beispielsweise in Form eines Trenntransformators, vorzusehen. Dieser kann auch als Heiztransformator für die Röhrenheizung ausgebildet werden.
  • Zur Erläuterung der Erfindung sind in den Figuren 1 und 2 Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schaltungsanord­nung schematisch dargestellt.
  • Es zeigen
    • Figur 1 eine Schaltungsanordnung mit in den Röntgenstrahler eingebautem Schutzwiderstand,
    • Figur 2 eine Schaltungsanordnung mit in den strahlerseitigen Kabelendverschluß eingebautem Schutzwiderstand.
  • Figur 1 zeigt einen Röntgenstrahler RS, in dessen Gehäuse G die eigentliche Röntgenröhre RR vom Endfenstertyp angeordnet ist. Die von der mittels des Heiztransformators HT geheizten Kathode K austretenden Elektronen treffen auf die auf Hoch­spannung liegende Anode A. Die dabei entstehende Röntgenstrah­lung R tritt durch das Endfenster F nach außen. Da die Anode A gekühlt werden muß, ist sie in einem Kühlwasserkreislauf W im Röntgenstrahler angeordnet.
  • Die zu dem Betrieb des Röntgenstrahlers RS erforderliche Hoch­spannung in der Größenordnung zwischen 20 und 100 kV wird in dem Hochspannungserzeuger HE erzeugt und über ein bis zu 10 m langes Hochspannungskabel HK dem Röntgenstrahler RS zugeführt. Zwischen der Hochspannung führenden Leitung im Hochspannungs­kabel HK und seinem geerdeten Mantel besteht die verteilte Kabelkapazität C. Zum Anschluß des Hochspannungskabels HK dient ein strahlerseitiger Kabelendanschluß oder -stecker HV, der in die Hochspannungsbuchse HB des Röntgenstrahlers RS eingeführt ist.
  • Zur Begrenzung des Kurzschlußstroms bei einem in der Röhre auftretenden Überschlag zwischen Kathode und Anode ist ein Schutzwiderstand S im Innern des Röntgenstrahlers RS in Reihe mit der hochspannungsgespeisten Anode A und in deren Kühlwas­serkreislauf geschaltet. Damit ist es möglich, den Schutz­widerstand S hochohmig und damit raumsparend auszuführen.
  • Eine andere Schaltungsmöglichkeit besteht darin, den Schutz­widerstand in zwei Teilwiderstände aufzuteilen, wobei ein Schutzwiderstand Sʹ - wie bisher üblich - im Hochspannungser­zeuger HE angeordnet ist und der andere Teil S - wie gezeigt - ­im Röntgenstrahler. Der im Röntgenstrahler RS befindliche Schutzwiderstand kann dann so ausgelegt werden, daß er haupt­sächlich den Entladestromstoß der Kabelkapazität C begrenzt.
  • Figur 2 zeigt eine Ausführung mit einer sogenannten Seitfen­sterröhre RR im Röntgenstrahler RS mit einer geerdeten und gekühlten Anode A und einer geheizten und auf Hochspannung liegenden Kathode K.
  • Die in dem Hochspannungserzeuger HE erzeugte Hochspannung wird auch hier über das Hochspannungskabel HK mit verteilter Kabelkapazität C der Hochspannungsbuchse HB des Röntgenstrah­lers RS zugeführt. Die Heizstromversorgung der direkt geheiz­ten Kathode K erfolgt über zwei auf Hochspannung liegende Leiter des Hochspannungskabels HK. Der Heizkreis ist sehr niederohmig, ca. 1 bis 3 Ohm, so daß ein hochohmiger Schutz­widerstand direkt in dem Röntgenstrahler RS nicht angeordnet werden kann. Um eine wirksame Strombegrenzung im Überschlags­fall zu erhalten, ist hier der Schutzwiderstand S in den strahlerseitigen Endanschluß HV des Hochspannungskabels HK eingebaut, zusammen mit einem Trenntransformator TT zur gal­vanischen Trennung. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Trenntransformator TT als Heiztransformator HT ausgebil­det. Wählt man die Betriebsfrequenz des Heiztransformators HT in der Größenordnung zwischen 100 und 300 kHz, so kann dieser so klein gebaut werden, daß er in dem Kabelendanschluß HV zusammen mit dem Schutzwiderstand S unterzubringen ist. Auch bei dieser Ausführung kann der Schutzwiderstand S in zwei Teilwiderstände S und Sʹ aufgeteilt werden, wie bereits zu Figur 1 beschrieben.

Claims (10)

1. Schaltungsanordnung mit einem Schutzwiderstand zur Strom­begrenzung bei Röntgenstrahlern, die über ein Hochspannungs­kabel an einen Hochspannungserzeuger angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzwiderstand (S) an oder in dem Röntgenstrahler (RS) angeordnet ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzwiderstand (S) ein eine Induktivität enthaltender und kapazitätsarm aufge­bauter komplexer Widerstand (RL-Glied) ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzwiderstand (S) in den strahlerseitigen Kabelendanschluß oder -stecker (HV) des Hochspannungskabels (HK) eingebaut ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Röntgenstrahlern (RS) mit Röntgenröhren (RR) vom Endfenstertyp der Schutzwiderstand (S) in Reihe mit der in Hochspannung liegenden Anode (A) ge­schaltet ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzwiderstand (S) hochohmig ausgeführt und in den Kühlmittelkreislauf (W) für die Anode (A) eingeschaltet ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Röntgenstrahlern (RS) mit Röntgenröhren (RR) vom Seitfenstertyp mit geerdeter Anode (A) der Schutzwiderstand (S) zusammen mit einem Trenn- oder Heiztransformator (TT, HT) in den Kabelendanschluß (HV) des Hochspannungskabels (HK) eingebaut ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsfrequenz des Heiztransformators (HT) zwischen 100 und 300 kHz liegt.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der induktive und der reelle Anteil des Schutzwiderstands (S) so ausgelegt sind, daß der aperiodische Grenzfall eingehalten wird.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität aus mehreren in Reihe geschalteten Teilinduktivitäten, vorzugs­weise in Form von Scheibenwicklungen, besteht.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilinduktivitäten Ferritkerne mit unterschiedlichen Frequenzbereichen auf­weisen.
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DE3639088A1 (de) 1988-05-26
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