EP0267568B1 - Schaltungsanordnung mit einem Schutzwiderstand zur Strombegrenzung bei Röntgenstrahlern - Google Patents
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- EP0267568B1 EP0267568B1 EP87116532A EP87116532A EP0267568B1 EP 0267568 B1 EP0267568 B1 EP 0267568B1 EP 87116532 A EP87116532 A EP 87116532A EP 87116532 A EP87116532 A EP 87116532A EP 0267568 B1 EP0267568 B1 EP 0267568B1
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Definitions
- the invention relates to a circuit arrangement for limiting the current of an X-ray emitter with a protective resistor connected to or in the X-ray emitter in the power supply line.
- 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 be spectrally contaminated by eruption-like melting at the anode.
- German patent specification 610 555 it has therefore already been proposed to install a protective resistor in the introduction of the high-voltage cable into the X-ray emitter. Because of the necessary enlargement of the cable entry and the need to dissipate the power dissipation occurring in the protective resistor, it is stated in the aforementioned German patent, however, to design the cable core of the cable leading from the high-voltage generator to the X-ray source as a high-resistance resistor.
- the present invention has for its object to arrange the protective resistor for X-ray tubes so that the tube current is safely limited in the event of a rollover, both for X-ray tubes with high-voltage anode and for those with high-voltage cathode and grounded anode.
- the protective resistor can be a purely ohmic resistor or a low-capacitance, complex resistor in the form of an RL element. In the latter case, the inductive and ohmic values 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 inductances can also be tuned to different frequency ranges with ferrite cores, so that the total inductance is effective over a wide frequency range.
- the protective resistor within 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.
- 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 supplied to the X-ray emitter RS via a high-voltage cable HK up to 10 m long.
- a radiator-side cable end connector or plug HV which is inserted into the high-voltage socket HB of the X-ray emitter RS, is used to connect the high-voltage cable HK.
- 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 possible circuit is to divide the protective resistor into two partial resistors, with a protective resistor S '- as was previously the case - arranged in the high-voltage generator HE and the other part S - as shown - in the X-ray emitter.
- 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 of the directly heated cathode K is provided via two high-voltage conductors of the high-voltage cable HK.
- the heating circuit is very low-resistance, approx. 1 to 3 ohms, so that a high-resistance 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 100 to 300 kHz, it can be built so small that it is to 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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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung eines Röntgenstrahlers mit einem am oder im Röntgenstrahler in die Stromversorgungsleitung geschalteten Schutzwiderstand. 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.
- In der deutschen Patentschrift 610 555 wurde daher schon vorgeschlagen, einen Schutzwiderstand in die Einführung des Hochspannungskabels in den Röntgenstrahler einzubauen. Wegen der dadurch notwendigen Vergrößerung der Kabeleinführung und der Notwendigkeit zum Abführen der im Schutzwiderstand auftretenden Verlustleistung ist in der genannten deutschen Patentschrift demgegenüber angegeben, die Kabelseele des vom Hochspannungserzeuger zum Röntgenstrahler führenden Kabels als hochohmigen Widerstand auszubilden.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Schutzwiderstand für Röntgenröhren so anzuordnen, daß der Röhrenstrom im Überschlagfalle sicher begrenzt wird, und zwar sowohl für Röntgenröhren mit auf Hochspannung liegender Anode als auch für solche mit auf Hochspannung liegender Kathode und geerdeter Anode.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den in den Ansprüchen 1 und 2 angegebenen Maßnahmen gelöst.
- Der Schutzwiderstand kann ein rein ohmscher Widerstand oder ein kapazitätsarmer komplexer Widerstand in Form eines RL-Gliedes sein. Im letzteren Falle werden die induktiven und ohmschen Werte 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 abgestimmt sein, so daß die Gesamtinduktivität über einen weiten Frequenzbereich wirksam ist.
- Wird der Schutzwiderstand in den strahlerseitigen Kabelendanschluß oder Stecker des Hochspannungskabels eingebaut, werden Änderungen an bereits betriebenen Röntgenstrahlern nicht notwendig.
- 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 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 Kabelendanschluß 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 S' - 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 S' aufgeteilt werden, wie bereits zu Figur 1 beschrieben.
Claims (6)
- Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung eines Röntgenstrahlers mit einem im oder am Röntgenstrahler in die Stromversorgungsleitung geschalteten Schutzwiderstand, dadurch gekennzeichnet, daß der hochohmige Schutzwiderstand (S) in den Kühlmittelkreislauf (W) für die auf Hochspannung liegende Anode (A) eingeschaltet ist.
- Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung eines Röntgenstrahlers mit einem am oder im Röntgenstrahler in die Stromversorgungsleitung geschalteten Schutzwiderstand, dadurch gekennzeichnet, daß bei Röntgenstrahlern (RS) mit Röntgenröhren (RR) vom Seitfenstertyp mit geerdeter Anode (A) der Schutzwiderstand (S) zusammen mit einem Trenntransformator (TT, HT) in den Kabelendanschluß (HV) des Hochspannungskabels (HK) eingebaut ist, wobei der Schutzwiderstand (S) den Trenntransformator überbrückt.
- Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsfrequenz des Trenntransformators (TT, HT) zwischen 100 und 300 kHz liegt.
- Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzwiderstand einen induktiven und einen ohmschen Anteil hat, wobei die beiden Anteile so ausgelegt sind, daß der aperiodische Grenzfall eingehalten wird.
- Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität aus mehreren in Reihe geschalteten Teilinduktivitäten, vorzugsweise in Form von Scheibenwicklungen, besteht.
- Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilinduktivitäten Ferritkerne mit unterschiedlichen Frequenzbereichen aufweisen.
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