EP0669791B1 - Drehanoden-Röntgenröhre mit einer Schaltungsanordnung zum Beschleunigen und Abbremsen der Drehanode - Google Patents

Drehanoden-Röntgenröhre mit einer Schaltungsanordnung zum Beschleunigen und Abbremsen der Drehanode Download PDF

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EP0669791B1
EP0669791B1 EP95200374A EP95200374A EP0669791B1 EP 0669791 B1 EP0669791 B1 EP 0669791B1 EP 95200374 A EP95200374 A EP 95200374A EP 95200374 A EP95200374 A EP 95200374A EP 0669791 B1 EP0669791 B1 EP 0669791B1
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EP
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voltage
anode
ray tube
rotary
stator winding
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EP95200374A
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Gerd Vogler
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Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Koninklijke Philips NV
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Philips Corporate Intellectual Property GmbH
Philips Patentverwaltung GmbH
Koninklijke Philips Electronics NV
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/08—Electrical details
    • H05G1/66—Circuit arrangements for X-ray tubes with target movable relatively to the anode

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement according to the preamble of claim 1.
  • Such a circuit arrangement is known from US Pat. No. 3,963,930.
  • the Stator windings via a series of switches optionally with one AC voltage source for a low speed, an AC voltage source for a high speed and connected to a DC voltage source.
  • the switches are controlled by a control device so that one of the two alternating voltage sources is connected to the stator windings and in Brake mode the DC voltage source.
  • the object of the present invention is a simple circuit arrangement of the specify the type mentioned at the beginning. According to the invention, this object is achieved by that at least one of the stator windings is connected to a voltage source, the a periodic alternating voltage in a first operating state and in a second Operating state provides a pulsating DC voltage that this stator winding diode arrangement of such polarity that can be switched on and off is connected in parallel such that it is operated by the pulsating DC voltage source in the reverse direction and that the Control device in acceleration mode the AC voltage source in the first Operational state holds and turns off the diode array and that it is in braking mode holds the AC voltage source in the second state and the diode arrangement switches on.
  • the voltage source that the one stator winding feeds is therefore both in acceleration mode and in braking mode effective.
  • the AC voltage source has two switching elements, each with a switch that the switches are connected to a DC voltage and in the first Operating state are switched periodically and that in the second operating state one switching element is locked and the other is switched on and off periodically.
  • the switching voltage alternates with the switching elements opposite polarity to which a stator winding is connected and through Locking the one switching element can easily be used for the braking mode required pulsating DC voltage are generated.
  • At least one of the Switching elements have a double function, i.e. it acts in acceleration and in Braking mode, which further reduces the circuitry.
  • the two switching elements in connection with the one supplying the direct voltage DC voltage source act as an inverter, and it is clear that - at a drive motor with two stator windings - for the other stator winding with the help of two further switching elements, but the same DC voltage source additional inverter could be built, the output voltage around 90 ° would be offset from that of the first inverter.
  • means for generating an in offset by 90 ° with respect to the voltage on the second stator winding Control signals are provided and that means for deriving the switching signals for the switching elements are provided from the control signal. This will make the Establishing the 90 ° phase relationship between the voltages on the Stator windings are particularly simple.
  • a Rectangular voltage source (33, 34) which has a rectangular signal adjustable duty cycle for controlling a switching element (21) in braking mode generated. With this configuration, the strength of the Affect braking.
  • Fig. 1 is the rotating anode-carrying rotor of a drive motor for denotes the rotating anode of a rotating anode X-ray tube and 2 or 3 denotes the associated stator windings offset by 90 °.
  • the rotor is a squirrel-cage rotor and the drive motor is an asynchronous motor.
  • the cathode carries high voltage potential during operation of the x-ray tube and the stator winding ground potential. This results in between rotor 1 and Stator 2, 3 a low magnetic coupling. Otherwise, the rotating anode X-ray tube not shown in detail.
  • the electrical power for acceleration and deceleration is the three Connections L1, L2, L3 taken from a three-phase network, at which opposite offset their common zero point N three by 120 ° AC voltages with mains frequency are present. From the three AC voltages is a positive by a rectifier diode 18 on a capacitor 10 DC voltage generated; likewise the three AC voltages become over oppositely polarized rectifier diodes 18 on a capacitor 20 a negative DC voltage is generated.
  • the two capacitors 10 and 20 are in Series connected and at their common connection point with the zero point N connected to the three-phase network, which is also connected to the two Stator windings 2 and 3 common connection point 5 is connected.
  • Capacitors 10 and 20 are controllable switches in the form of IGBT transistors 11, 21 connected to each other.
  • the common connection point of the two transistors is connected to the second terminal 4 of the stator winding 2 connected.
  • the IGBT transistors 11 and 21 each have a diode 12, 22 switched anti-parallel. So these diodes are normally non-conductive, it is because the voltage at terminal 4 is more positive than the voltage at the capacitor 10 or more negative than the voltage across capacitor 20.
  • the elements 10. . . 12 or 20. . . 22, put an inverter in Half-bridge circuit. Instead, one could in principle also Inverters are used in full bridge circuit, in which the Stator winding 2 via two switching elements, each with two switches with one DC voltage source is connected, as is known from US Pat. No. 3,832,553. However, the effort would be higher - even if one of the Rectifier groups 18 or 28 and the associated capacitor 10 or 20 could be omitted. - When the rotating anode accelerates, the switches 11 and 21 in push-pull mode on and off, so that the stator winding 2 a square-wave AC voltage (without DC component) results.
  • the stator winding 2 is also the series connection of a diode 30 and an IGBT transistor switch 31 connected in parallel. This transistor switch is only conductive in the braking phase (closed). Port 6 of the second Winding 3 is via a (triac) switch 7 with the AC voltage connection L1 connected.
  • the switches 7, 11, 21 and 31 are switched via optocouplers, one of which Part - the receiving part 8a, 13a, 23a, 32a - is shown in Fig. 1 and their other part - the transmitting part 8b, 13b, 23b and 32b - in Fig. 2 in connection with the control device is shown.
  • the control device delivers the Control of the four switches mentioned required switching signals.
  • the output signal of the Phase shifter 16 is the first input of an AND gate 24 and over an inverter 17 is fed to the first input of an AND gate 14.
  • the second inputs of these AND gates are to a control input ACL connected, which also with the optocoupler 8b / 8a to control the Switch 7 is connected.
  • the output of the AND gate 14 is connected to the Optocoupler 13b / a connected to control the IGBT transistor 11 while the AND gate 24 is connected to the one input of an OR gate 36 is the output of which is connected to the optocoupler 23b / a, which the Switching signals for the IGBT switching transistor 21 provides.
  • the control device also contains a generator 33 which generates a triangular AC voltage of, for example, 320 Hz.
  • This AC voltage is compared in a comparator 34 with an adjustable DC voltage V R , so that a 320 Hz square-wave signal results at the output of the comparator, the pulse duty factor of which depends on the polarity of the DC voltage V R and its magnitude in relation to the triangular signal of the generator 33.
  • the output signal of the comparator 34 is fed to one input of an AND gate 35, the output of which is connected to the second input of the OR gate 36.
  • the second input of the AND gate 35 is connected to a control input BRT, which at the same time controls the IGBT switch 31 via the optocoupler 32b / 32a.
  • the circuit works as follows:
  • the rotor 1 If the user wants to take an X-ray, the rotor 1 must be off the standstill can be accelerated to its nominal speed. To this end is for a defined period, e.g. a second, the signal on Control input ACL set to "1" while the control signal at the control input BRT “0" remains.
  • the AND gates deliver during this period 14 and 24 square-wave signals in phase opposition to one another, via the optocouplers 13a / b and 23a / b the IGBT switches 11 and 21 in push-pull on and turn off so that there is a square wave voltage across the stator winding 2 Mains frequency results in that compared to the mains voltage between L1 and N by 90 ° is shifted in phase.
  • the optocoupler 8b / a makes during the mentioned period, the switch 7 conductive, so that on the stator winding 3 sinusoidal AC voltage is present.
  • the switch 7 conductive, so that on the stator winding 3 sinusoidal AC voltage is present.
  • the DC voltage on the capacitors 10 and 20 each have the amplitude corresponds to the AC voltage, has the square wave voltage on the stator winding 2 the same amplitude as the sinusoidal AC voltage on the Stator winding 3. Because the sinusoidal contained in a square wave voltage Fundamental has an amplitude about 27% higher than that Square-wave voltage, the current is through with identical stator windings the winding 2 is correspondingly larger than the current through the stator winding 3. This asymmetry is not intrinsically disturbing; if necessary, it can be eliminated that the stator winding 2 is a correspondingly higher Number of windings.
  • the signal ACL After the acceleration period has expired, the signal ACL also becomes "0". The The rotating anode has then reached its target speed and is running due to it Moment of inertia even during the following X-ray exposure further. All switches are locked.
  • the invention therefore goes a different way.
  • the circuit arrangement can also be connected to one single-phase AC network operated, the AC voltage to the Connection L1 would have to be supplied.
  • the capacitors 10, 20 would then have to additional capacitors can be connected in parallel to the ripple of the Keep DC voltage low.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solche Schaltungsanordnung ist aus der US-PS 3,963,930 bekannt. Dabei sind die Statorwicklungen über eine Reihe von Schaltern wahlweise mit einer Wechselspannungsquelle für eine niedrige Drehzahl, einer Wechselspannungsquelle für eine hohe Drehzahl und mit einer Gleichspannungsquelle verbunden. Die Schalter werden von einer Steuereinrichtung so gesteuert, daß im Beschleunigungs-Modus eine der beiden Wechselspannungsquellen an die Statorwicklungen angeschlossen ist und im Brems-Modus die Gleichspannungsquelle. Die Vielzahl der dafür erforderlichen Schalter sowie die Tatsache, daß für die hohe Drehzahl und den Bremsvorgang gesonderte Spannungsquellen erforderlich sind, macht diese Schaltungsanordnung aufwendig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens eine der Statorwicklungen an eine Spannungsquelle angeschlossen ist, die in einem ersten Betriebszustand eine periodische Wechselspannung und in einem zweiten Betriebszustand eine pulsierende Gleichspannung liefert, daß dieser Statorwicklung eine ein- und ausschaltbare Diodenanordnung von solcher Polarität parallelgeschaltet ist, daß sie durch die pulsierende Gleichspannungsquelle in Sperrichtung betrieben wird und daß die Steuereinrichtung im Beschleunigungs-Modus die Wechselspannungsquelle im ersten Betriebszustand hält und die Diodenanordnung ausschaltet und daß sie im Brems-Modus die Wechselspannungsquelle im zweiten Zustand hält und die Diodenanordnung einschaltet. Die Spannungsquelle, die die eine Statorwicklung speist, ist also sowohl im Beschleunigungs-Modus als auch im Brems-Modus wirksam. Die nur im Brems-Modus wirksame Diodenanordnung, im einfachsten Fall eine Diode, bewirkt dabei, daß die Verlustleistung im Brems-Modus klein bleibt und verhindert daher eine Zerstörung der Bauelemente.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Wechselspannungsquelle zwei Schaltglieder mit je einem Schalter aufweist, daß die Schalter an eine Gleichspannung angeschlossen sind und im ersten Betriebszustand periodisch geschaltet sind und daß im zweiten Betriebszustand das eine Schaltglied gesperrt und das andere periodisch ein- und ausgeschaltet ist. Durch die Schaltglieder wird die Gleichspannung alternierend mit entgegengesetzter Polarität an die eine Statorwicklung angeschlossen und durch Sperren des einen Schaltgliedes kann ohne weiteres die für den Brems-Modus erforderliche pulsierende Gleichspannung erzeugt werden. Wenigstens eines der Schaltglieder hat eine Doppelfunktion, d.h. es wirkt im Beschleunigungs- und im Brems-Modus, was den Schaltungsaufwand weiter verringert.
Die beiden Schaltglieder in Verbindung mit der die Gleichspannung liefernden Gleichspannungsquelle wirken als Wechselrichter, und es leuchtet ein, daß - bei einem Antriebsmotor mit zwei Statorwicklungen - für die andere Statorwicklung mit Hilfe zweier weiterer Schaltglieder, aber derselben Gleichspannungsquelle ein weiterer Wechselrichter aufgebaut werden könnte, dessen Ausgangsspannung um 90° gegenüber derjenigen des ersten Wechselrichters versetzt wäre. Der Vorteil gegenüber Antrieben, bei denen die Phase der Wechselspannung für die eine Statorwicklung mittels eines Hilfskondensators gedreht wird, bestünde darin, daß zwei starr unter einem Winkel von 90° versetzte Spannungen mit gleicher Leistung erzeugt werden könnten. Den gleichen Vorteil, aber eine weitere Vereinfachung, erreicht man nach einer Weiterbildung der Erfindung dadurch, daß eine Gleichrichteranordnung vorgesehen ist, deren Gleichspannungsausgang über die Schaltglieder mit der ersten Statorwicklung verbunden ist, und deren Wechselspannungseingang mit der zweiten Statorwicklung verbunden ist. Hierbei entfallen also Schaltglieder für einen zweiten Wechselrichter und die hierfür erforderliche Ansteuerung.
In weiterer Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, daß Mittel zum Erzeugen eines in bezug auf die Spannung an der zweiten Statorwicklung um 90° versetzten Steuersignals vorgesehen sind und daß Mittel zum Ableiten der Schaltsignale für die Schaltglieder aus dem Steuersignal vorgesehen sind. Dadurch wird die Herstellung der 90°-Phasenbeziehung zwischen den Spannungen an den Statorwicklungen besonders einfacher.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß eine Rechteckspannungsquelle (33, 34) vorgesehen ist, die ein Rechtecksignal mit einstellbarem Tastverhältnis zur Steuerung des einen Schaltgliedes (21) im Brems-Modus erzeugt. Durch diese Ausgestaltung läßt sich die Stärke des Bremsvorganges beeinflussen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung und
Fig. 2
die zugehörige Steuereinrichtung.
In Fig. 1 ist mit 1 der die Drehanode tragende Rotor eines Antriebsmotors für die Drehanode einer Drehanoden-Röntgenröhre bezeichnet und mit 2 bzw. 3 die zugehörigen, um 90° gegeneinander versetzten Statorwicklungen. Der Rotor ist ein Kurzschlußläufer, und der Antriebsmotor ist ein Asynchronmotor. Zwischen den Statorwicklungen 1, 2 und dem Rotor besteht ein relativ großer Abstand, weil im Betrieb der Röntgenröhre die Kathode Hochspannungspotential führt und die Statorwicklung Massepotential. Dadurch ergibt sich zwischen Rotor 1 und Stator 2, 3 eine geringe magnetische Kopplung. Im übrigen ist die Drehanoden-Röntgenröhre nicht näher dargestellt.
Die elektrische Leistung zum Beschleunigen und Abbremsen wird den drei Anschlüssen L1, L2, L3 eines Drehstromnetzes entnommen, an denen gegenüber ihren gemeinsamen Nullpunkt N drei um 120° gegeneinander versetzte Wechselspannungen mit Netzfrequenz anliegen. Aus den drei Wechselspannungen wird durch je eine Gleichrichterdiode 18 an einem Kondensator 10 eine positive Gleichspannung erzeugt; ebenso wird aus den drei Wechselspannungen über entgegengesetzt gepolte Gleichrichterdioden 18 an einem Kondensator 20 eine negative Gleichspannung erzeugt. Die beiden Kondensatoren 10 und 20 sind in Reihe geschaltet und an ihrem gemeinsamen Verbindungspunkt mit dem Nullpunkt N des Drehstromnetzes verbunden, der zugleich auch an den beiden Statorwicklungen 2 und 3 gemeinsamen Anschlußpunkt 5 angeschlossen ist.
Die von dem gemeinsamen Verbindungspunkt abgewandten Anschlüsse der Kondensatoren 10 und 20 sind über steuerbare Schalter in Form von IGBT-Transistoren 11, 21 miteinander verbunden. Der gemeinsame Verbindungspunkt der beiden Transistoren ist mit dem zweiten Anschluß 4 der Statorwicklung 2 verbunden. Den IGBT-Transistoren 11 und 21 ist je eine Diode 12, 22 antiparallel geschaltet. Diese Dioden sind also normalerweise nichtleitend, es sei denn die Spannung am Anschluß 4 ist positiver als die Spannung am Kondensator 10 bzw. negativer als die Spannung am Kondensator 20.
Die Elemente 10 . . . 12 bzw. 20 . . . 22, stellen einen Wechselrichter in Halbbrückenschaltung dar. Stattdessen könnte grundsätzlich auch ein Wechselrichter in Vollbrückenschaltung verwendet werden, bei dem die Statorwicklung 2 über zwei Schaltglieder mit je zwei Schaltern mit einer Gleichspannungsquelle verbunden ist, wie aus der US-PS 3,832,553 bekannt. Allerdings wäre der Aufwand dafür höher - auch wenn eine der Gleichrichtergruppen 18 bzw. 28 und der zugehörige Kondensator 10 bzw. 20 entfallen könnte. - Bei der Beschleunigung der Drehanode werden die Schalter 11 und 21 im Gegentakt ein- und ausgeschaltet, so daß sich an der Statorwicklung 2 eine Rechteckwechselspannung (ohne Gleichanteil) ergibt.
Der Statorwicklung 2 ist darüberhinaus die Serienschaltung einer Diode 30 und eines IGBT-Transistorschalters 31 parallelgeschaltet. Dieser Transistorschalter ist nur in der Bremsphase leitend (geschlossen). Der Anschluß 6 der zweiten Wicklung 3 ist über einen (Triac-) Schalter 7 mit dem Wechselspannungsanschluß L1 verbunden.
Die Schalter 7, 11, 21 und 31 werden über Optokoppler geschaltet, deren einer Teil - der Empfangsteil 8a, 13a, 23a, 32a - in Fig. 1 dargestellt ist und deren anderer Teil - der Sendeteil 8b, 13b, 23b und 32b - in Fig. 2 in Verbindung mit der Steuereinrichtung dargestellt ist. Die Steuereinrichtung liefert die zur Steuerung der vier genannten Schalter erforderlichen Schaltsignale.
Dabei wird in der Schaltung 15 aus der Spannung zwischen den Klemmen L1 und N, die auch an der Statorwicklung 3 anliegt, ein zu dieser Spannung synchrones, gleichphasiges Signal erzeugt, das einem 90°-Phasendrehglied 16, vorzugsweise einem Integrator zugeführt wird, dessen Ausgangssignal gegenüber seinem Eingangssignal um 90° versetzt ist. Das Ausgangssignal des Phasendrehgliedes 16 wird dem ersten Eingang eines UND-Gatters 24 und über einen Inverter 17 dem ersten Eingang eines UND-Gatters 14 zugeführt. Die zweiten Eingänge dieser UND-Gatter sind an einen Steuereingang ACL angeschlossen, der außerdem noch mit dem Optokoppler 8b/8a zur Steuerung des Schalters 7 verbunden ist. Der Ausgang des UND-Gatters 14 ist mit dem Optokoppler 13b/a zur Steuerung des IGBT-Transistors 11 verbunden, während das UND-Gatters 24 mit dem einen Eingang eines ODER-Gatters 36 verbunden ist, dessen Ausgang mit dem Optokoppler 23b/a verbunden ist, der die Schaltsignale für den IGBT-Schalttransistor 21 liefert.
Die Steuereinrichtung enthält außerdem einen Generator 33, der eine dreieckförmige Wechselspannung von z.B. 320 Hz erzeugt. Diese Wechselspannung wird in einem Komparator 34 mit einer einstellbaren Gleichspannung VR verglichen, so daß sich am Ausgang des Komparators ein 320 Hz Rechtecksignal ergibt, dessen Tastverhältnis von der Polarität der Gleichspannung VR sowie deren Größe in bezug auf das Dreiecksignal des Generators 33 abhängt. Das Ausgangssignal des Komparators 34 wird dem einen Eingang eines UND-Gatters 35 zugeführt, dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang des ODER-Gatters 36 verbunden ist. Der zweite Eingang des UND-Gatters 35 ist mit einem Steuereingang BRT verbunden, der zugleich über den Optokoppler 32b/32a den IGBT-Schalter 31 steuert.
Die Schaltung arbeitet folgendermaßen:
Wenn der Benutzer eine Röntgenaufnahme machen will, muß der Rotor 1 aus dem Stillstand auf seine Nenndrehzahl beschleunigt werden. Zu diesem Zweck wird für einen definierten Zeitraum, z.B. eine Sekunde, das Signal am Steuereingang ACL auf "1" gesetzt, während das Steuersignal am Steuereingang BRT "0" bleibt. Infolgedessen liefern während dieses Zeitraums die UND-Gatter 14 und 24 zueinander gegenphasige Rechtecksignale, die über die Optokoppler 13a/b bzw. 23a/b die IGBT-Schalter 11 und 21 im Gegentakt ein- und ausschalten, so daß sich über der Statorwicklung 2 eine Rechteckspannung mit Netzfrequenz ergibt, die gegenüber der Netzspannung zwischen L1 und N um 90° in der Phase versetzt wird. Gleichzeitig macht der Optokoppler 8b/a während des genannten Zeitraums den Schalter 7 leitend, so daß an der Statorwicklung 3 eine sinusförmige Wechselspannung anliegt. Grundsätzlich wäre es möglich, auch die Statorwicklung 3 durch einen zweiten Wechselrichter mit einer Rechteckspannung zu speisen. Dies würde aber weitere IGBT-Schalter und Optokoppler erfordern, was den Schaltungsaufwand vergrößern würde.
Da die Gleichspannung an den Kondensatoren 10 und 20 jeweils der Amplitude der Wechselspannung entspricht, hat die Rechteckspannung an der Statorwicklung 2 die gleiche Amplitude wie die sinusförmige Wechselspannung an der Statorwicklung 3. Da die in einer Rechteckspannung enthaltene sinusförmige Grundschwingung eine um etwa 27 % höhere Amplitude hat als die Rechteckspannung, ist bei identisch aufgebauten Statorwicklungen der Strom durch die Wicklung 2 entsprechend größer als der Strom durch die Statorwicklung 3. Diese Unsymmetrie ist an sich nicht störend; gegebenenfalls kann sie dadurch beseitigt werden, daß die Statorwicklung 2 eine entsprechend höhere Wicklungszahl hat.
Nach Ablauf des Beschleunigungszeitraums wird auch das Signal ACL "0". Die Drehanode hat dann ihre Solldrehzahl erreicht und läuft aufgrund ihres Trägheitsmomentes auch noch während der nun folgenden Röntgenaufnahme weiter. Alle Schalter sind gesperrt.
Nach dem Ende der Röntgenaufnahme wird die Drehanode abgebremst, um ihre Lager zu schonen. Eine Abbremsung einer Drehanode wäre grundsätzlich mit Hilfe einer sogenannten Drehfeld-Bremse möglich, die aber neben einem mehrphasigen Wechselrichter auch noch die Messung oder die Simulation der jeweiligen Drehzahl erfordern würde, da ohne deren Kenntnis kein Stillstand der Drehanode erreicht werden könnte. - Eine generatorische Bremsung, bei der die im Rotor gespeicherte Energie über einen Gleichrichter in einen Bremswiderstand rückgespeist wird, hätte wegen der geringen magnetischen Kopplung zwischen Rotor und Stator keinen Effekt. - Als praktisch realisierbare Alternative bleibt die Bremsung des Rotors durch eine aus dem Netz abgeleitete Gleichspannung.
Wenn man zu diesem Zweck unmittelbar eine der Gleichspannungen an den Kondensatoren 10 oder 20 heranziehen würde, indem man während der Bremsphase den Anschluß 4 über einen der Schalter 11, 21 mit einer dieser Spannungen verbindet, dann würde sich ein derart starkes Bremsmoment ergeben, daß die Drehanoden-Achse dadurch beschädigt werden könnte, oder, bei magnetischer Sättigung des Stator-Blechpaketes, mindestens sehr hohe Verlustwärme in der Stator-Wicklung entstehen würde. Man könnte aber auch eine Gleichstrom-Bremsung dadurch erzeugen, daß man bei der Bremsung beide Schalter 11, 21 alternierend, aber mit unterschiedlich langer Einschaltdauer, einschaltet, so daß sich am Anschluß 4 eine pulsförmige Wechselspannung ergeben würde, der ein Gleichanteil überlagert ist. Diese Lösung hätte aber den Nachteil, daß bei der schnellen Schaltfolge, mit der die Schalter 11, 21 geschaltet werden müßten, infolge der Stator-Induktivität, immer nur derjenige Schalter 11, 21 einen Strom führt, der länger eingeschaltet wird, (z.B. der Schalter 21). Nach dem Abschalten dieses Schalters würde der Strom der Statorwicklung über die zum anderen Schalter antiparallele Diode (12) fließen und den zugehörigen Kondensator (10) überladen und zerstören. Um dies zu verhindern, müßte durch eine zusätzliche Schaltung ein Entlastungswiderstand eingefügt werden, der dann aber hohe Verlustleistung in Wärme umwandeln würde.
Die Erfindung geht daher einen anderen Weg.
Zum Bremsen wird während eines festen, zum vollständigen Abbremsen ausreichenden Zeitraumes, z.B. 1 sec, das Signal am Steuereingang BRT auf "1" und an ACL auf "0" gesetzt. Dadurch wird über den Optokoppler 32a, 32b der Schalter 31 leitend geschaltet, so daß die Diode 30 parallel zu der Statorwicklung 2 wirksam ist. Der Schalter 7 ist gesperrt, weil er nicht über den Optokoppler 8a/b aktiviert wird. Auch der Schalter 11 ist gesperrt, weil das UND-Gatter 14 keine Schaltimpulse zum Optokoppler 13a/b durchläßt. Jedoch gelangen nunmehr Rechteckimpulse mit einstellbarem Tastverhältnis über das UND-Gatter 35 und das ODER-Gatter 36 zum Optokoppler 23a/b und schalten den Schalter 21 periodisch ein- und aus.
Dadurch wird an der Klemme 4 eine pulsierende Gleichspannung erzeugt, d.h. eine (Rechteck-) Wechselspannung mit überlagertem Gleichanteil. Dadurch fließt in der Statorwicklung 2 ein Gleichstrom mit einer gewissen Welligkeit, der ein den Rotor 1 abbremsendes Magnetfeld hervorruft. Wenn die Diode 30 nicht parallel zur Statorwicklung 2 wirksam wäre, würde in den Impulspausen, d.h. bei gesperrtem Schalter 21, der Strom über die Diode 12 fließen, was - wie bereits erwähnt - eine weitere Aufladung des Kondensators 10 bewirken würde bzw. eine zusätzliche elektrische Leistung in der Größenordnung der für die Abbremsung des Rotors erforderlichen Bremsleistung erfordern würde. Dieser Leistungsverlust wird praktisch vollständig dadurch vermieden, daß die Statorwicklung 2 in den Pulspausen durch die Diode 30 kurzgeschlossen wird, weil der Strom jetzt nicht mehr die Gegenspannung am Kondensator 10 überwinden muß. Dadurch ergibt sich auch eine geringere Welligkeit des Stroms durch die Statorwicklung, die zur Senkung der Schaltfrequenz genutzt werden kann. Gleichzeitig halbiert sich der Schalt-Spannungshub. Beides reduziert die Verluste im Schalter 21 erheblich. Am Ende des Zeitraums, während dessen BTL = "1" ist, ist der Rotor 1 vollständig abgebremst. Die Bremskraft kann durch Verändern der Vergleichsspannung VR am Komparator 34 den Erfordernissen angepaßt werden.
Statt an einem Drehstromnetz kann die Schaltungsanordnung auch an einem einphasigen Wechselstromnetz betrieben werden, wobei die Wechselspannung dem Anschluß L1 zugeführt werden müßte. Den Kondensatoren 10, 20 müßten dann zusätzliche Kondensatoren parallelgeschaltet werden, um die Welligkeit der Gleichspannung klein zu halten.

Claims (5)

  1. Schaltungsanordnung zum Beschleunigen und Abbremsen eines Antriebsmotors mit Statorwicklungen (2, 3) für eine Drehanode (1) einer Drehanoden-Röntgenröhre, bei der den Statorwicklungen (2, 3) in einem Beschleunigungs-Modus in der Phase versetzte Wechselspannungen zuführbar sind und bei der in einem Brems-Modus auf wenigstens eine der Statorwicklungen (2) eine Gleichspannung (10 ... 12; 20 ... 22) einwirkt, mit einer Steuereinrichtung für den Beschleunigungs-Modus und den Brems-Modus, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Statorwicklungen an eine Spannungsquelle angeschlossen ist, die in einem ersten Betriebszustand eine periodische Wechselspannung und in einem zweiten Betriebszustand eine pulsierende Gleichspannung liefert, daß dieser Statorwicklung eine ein- und ausschaltbare Diodenanordnung (30) in solcher Polarität parallelgeschaltet ist, daß sie durch die pulsierende Gleichspannung (20-22) in Sperrichtung betrieben wird und daß die Steuereinrichtung (14 ... 16, 34 ... 36) im Beschleunigungs-Modus die Wechselspannungsquelle im ersten Betriebszustand hält und die Diodenanordnung ausschaltet und daß sie im Brems-Modus die Wechselspannungsquelle im zweiten Zustand hält und die Diodenanordnung einschaltet.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannungsquelle zwei Schaltglieder (11, 21) mit wenigstens je einem Schalter aufweist, daß die Schaltglieder an eine Gleichspannung angeschlossen sind und im ersten Betriebszustand periodisch geschaltet sind und daß im zweiten Betriebszustand das eine Schaltglied (11) gesperrt und das andere (21) periodisch ein- und ausgeschaltet ist.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor zwei Statorwicklungen (2, 3) aufweist, daß eine Gleichrichteranordnung (18, 28) vorgesehen ist, deren Gleichspannungsausgang über die Schaltglieder (11, 21) mit der ersten Statorwicklung (2) verbunden ist, und deren Wechselspannungseingang mit der zweiten Statorwicklung (3) verbunden ist.
  4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (15, 16) zum Erzeugen eines in bezug auf die Spannung an der zweiten Statorwicklung (3) um 90° versetzten Steuersignals vorgesehen sind und daß Mittel zum Ableiten der Schaltsignale (14, 24) für die Schaltglieder aus dem Steuersignal vorgesehen sind.
  5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß eine Rechteckspannungsquelle (33, 34) vorgesehen ist, die ein Rechtecksignal mit einstellbarem Tastverhältnis zur Steuerung des einen Schaltgliedes (21) im Brems-Modus erzeugt.
EP95200374A 1994-02-23 1995-02-16 Drehanoden-Röntgenröhre mit einer Schaltungsanordnung zum Beschleunigen und Abbremsen der Drehanode Expired - Lifetime EP0669791B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4405767A DE4405767A1 (de) 1994-02-23 1994-02-23 Schaltungsanordnung zum Beschleunigen und Abbremsen der Drehanode einer Drehanoden-Röntgenröhre
DE4405767 1994-02-23

Publications (2)

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