DD245989A5

DD245989A5 - Schaltungsanordnung zur erzeugung hoher gleichspannung aus mittelfrequenzwechselspannung

Info

Publication number: DD245989A5
Application number: DD86289865A
Authority: DD
Inventors: Istvan Varjasi; Gyoergy Areldt; Zoltan Gajasz; Imre Hermann; Imre Ipsits; Attila Karpati; Peter Magyar; Ferenc Musto; Robert Tuschak
Original assignee: ��@��@��k��
Priority date: 1985-05-03
Filing date: 1986-05-02
Publication date: 1987-05-20
Also published as: JPS62503070A; US4807105A; WO1986006892A1; EP0218708A1; HU192219B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine aus einem oder mehreren Hochspannungstransformatoren und einem Gleichrichtersystem bestehende Schaltungsanordnung, die vorteilhaft zum aufwaertstransformieren von Mittelfrequenzspannungen sowie zur Gleichrichtung und Glaettung verwendet werden kann. Die Sekundaerwicklung des Hochspannungstransformators weist eine Scheibenanordnung auf. Aus den Sekundaerscheibenwicklungen werden galvanisch verbundene Wicklungssysteme gestaltet (Scheibenwicklungen in einer vorbestimmten Anzahl werden in Reihe geschaltet), die resultierende Wechselspannung der einzelnen galvanisch zusammenhaengenden Wicklungssysteme wird an die Teilgleichrichter angeschlossen. Die Teilgleichrichter sind an der Gleichstromseite in Reihe geschaltet. Bei einer vorteilhaften Ausfuehrung der erfindungsgemaessen Loesung wird als Grundstoff fuer die Scheibenwicklungskoerper und die Schichtisolierung Polypropylen oder Polyaethylen verwendet. Fig. 1

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Röntgentechnik, insbesondere transportable Röntgeneinrichtungen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Um die Strahlenbelastung des Patienten verringern zu können, besteht in der zeitgemäßen Röntgentechnik die Forderung, daß die Röhrenspannung im stationären Zustand eine geringe Wenigkeit aufweist und daß dabei die Impulsanstiegzeit und die Impulsablaufzeit der Röhrenspannung gegenüber der Expositionszeit kurz seien. Gleichzeitig besteht die Forderung nach kleiner Abmessung und dem geringen Gewicht (bewegbare Röntgenapparate). Eine verhältnismäßig niedrige Speisestromaufnahmeaus dem Netz, Akkumulatorbetrieb und geringes akustisches Geräusch sind gleicherweise wünschenswert. Die erwähnten Forderungen können in der Mehrheit der Fälle mit entsprechend geregelten Mittelfrequenzurnwandlern befriedigt werden. Hingegen bringt die Verwendung der Mittelfrequenz zahlreiche, bisher unbekannte Probleme mit sich. Aus den zu lösenden Aufgaben sind die mit der Konstruktion verbundenen Probleme bei dem aus Hochspannungstransformator und Gleichrichter bestehenden System von äußerster Bedeutung. Mitzunehmender Frequenz erhöhen sich die durch die Kapazitäten des sekundären Wicklungssystems bestimmten Ladeströme. Diese Zunahme führt zur Überlastung des Antriebsgenerators, des Hochspannungstransformators, bei dem Transformator können örtliche Überwärmungen beobachtet werden. Die Lösung der Isolierungsaufgaben bringt auch neuartige Probleme mit, da nämlich das Verhalten der Isolierstoffe in dem Mittelfrequenzkraftfeld sowie die Kriechwege entlang der Grenzfläche bisher nicht vollkommen geklärt sind. Auf Grund der erwähnten Einflüsse kann die gestellte Aufgabe unter Anwendung der klassischen Transformator- und Gleichrichterkonstruktionen weder in der Hinsicht der Technik, noch der Wirtschaftlichkeit befriedigend gelöst werden, auf diess Weise können die Vorteile der Mittelfrequenztechnik mit der gewünschten Wirksamkeit keinesfalls ausgenutzt werden. Gegenwärtig werden Röntgengeneratoren hauptsächlich für den Betrieb mit Netzfrequenz gebaut. Eine bekannte Ausführung mit hoher Frequenz arbeitet mit einer Frequenz von 40OHz, so kommen die in der Einleitung erwähnten Vorteile der Mittelfrequenz/niedrige Welligkeit, geringes Gewicht, kleine Abmessungen usw. noch nicht zur Geltung.

Es sind auch Mittelfrequenzlösungen bekannt. Die verwendete Frequenz, etwa 5 kHz, die leistungsorientierte elektrische Lösung, die Impulsgruppensteuerung und der gewählte Leistungsbereich erlauben, daß der Transformator und der Gleichrichter des Röntgengenerators in einer noch klassisch betrachtbaren strukturellen Ausführung aufgebaut werden können. Im allgemeinen wird die sekundäre Hochspannungswicklung in zwei Teile unterteilt, und eine Ausführungsform mit zwei Transformatoren wird auch häufig verwendet, und die zwei Wechselspannungen werden einzeln gleichgerichtet. Die zwei gleichgerichteten Spannungen werden in Reihe geschaltet, und die den Mittelpunkt bildenden positiven und negativen Gleichrichterausgänge geerdet.

In der klassischen Röntgentechnik kann diese Ausführung einerseits auf isolierungstechnische Gründe rückgeführt werden, andererseits wird die Messung des Röhrenstromes sich an diesem Punkte anschließend ermöglicht. Die statischen Welligkeitsund dynamischen Charakteristiken der Wellenform der Röhrenspannung bleiben bei diesem Apparat, mit den ähnlichen Charakteristiken der mit derzeitgemäßen Transistortechnik realisierbaren Röntgengeneratoren verglichen, bedeutend zurück. Mit den zeitgemäßen Leistungstransistoren kann nämlich der im Bereich zwischen 10 und 2OkHz arbeitende Röntgeng'enerator verhältnismäßig wirtschaftlich realisiert werden, dessen Röhrenspannungswellenform 12 Pulse aufweist, gleichzeitig sind die Anstiegszeiten und Ablaufzeiten der Röhrenspannungsimpulse kurz. Dieser Frequenzbereich aber beansprucht eine neuartige Konstruktion des Hochspannungstransformators und Gleichrichters.

Ziel der Erfindung

"Ziel der Erfindung ist es, die Mangel der bekannten Lösungen zu beseitigen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung hoher Gleichspannung aus Mittelfrequenzspannung zu schaffen, bei der keine Isolationsprobleme auftreten.

Das wird erfindungsgemäß bei einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung hoher Gleichspannung aus Mittelfrequenzwechselspannung, die einen Hochspannungstransformator und Gleichrichter enthält, dadurch gelöst, daß die Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators η Stück von der Primärwicklung galvanisch getrennte Sekundärscheibenwicklungen beinhaltet, die m Stück galvanisch verbundene Wicklungssysteme bilden (m = nundm = 3),und die Ausgangsklemmen der galvanisch verbundenen Wicklungssysteme mit je einem Eingang eines nicht-gesteuerten Gleichrichters verbunden sind, des weiteren die Ausgänge der Gleichrichter derart in Reihe geschaltet sind, daß die gleichgerichteten Spannungen addiert werden, und der positive bzw. negative Ausgang oder ein Mittelpunkt der Ausgänge des derart erhaltenen Gleichrichtersystems unmittelbar oder durch eine Impedanz geerdet ist und die Ausgangsklemmen des in Reihe geschaltete Gleichrichter beinhaltenden Gleichrichtersystems und/oder die Ausgänge der Teilgleichrichter mit Filterstromreis(en) oder Filterkondensator(en) verbunden sind.

Der Eisenkern des Hochspannungstransformators ist als Manteltyp gebildet und die innen angeordnete Primärwicklung zylinderartig angeordnet, und über der zylinderartig gebildeten Primärwicklung ist eine konzentrische Abschirmplatte vorgesehen, die entlang des Mantels nebeneinander angeordnet sind und woraus die m Stück galvanisch verbundenen Wicklungssysteme gebildet sind, umgeben ist. Die mit den Ausgängen der galvanisch verbundenen Wicklungssysteme verbundenen Gleichrichter sind Einphasen-Brückengleichrichter.

Das Material der Isolierung der Sekundärwicklung und der Reiheisolation des Transformators besteht aus Polypropylen oder Polyäthylen, und die Sekundärscheibenwicklungen sind einzeln oder paarweise bandagiert.

Die den Einphasenhalben-Brückengleichrichter bildenden zwei Dioden oder die zwei in Reihe geschaltete Dioden beinhaltende Kette, wobei der halb-Brückengleichrichter einen positiven oderr negativen Gleichstromausgang und zwei Wechselstromeingänge hat, sind auf einem Leiterplattenstreifen angeordnet und die zwei Wechselstromeingänge sind auf den entgegengesetzten Kanten und der positive oder negative Ausgang in der Mitte des Leiterplattenstreifens angeordnet. Des weiteren sind die positiven oder negativen Ausgangsklemmen beinhaltenden Leiterplattenstreifen mit je einer Bohrung versehen, mit Hilfe derer die Leiterplattenstreifen auf aus Isoliermaterial ausgestalteten Haltestangen unter Zwischenlegung einer Isolierablenkplatte zwischen je zwei Isolierdistanzringen derweise aufgefädelt sind, daß die Seiten der Leiterplattenstreifen den Mantel eines imaginären Berührungsprismas bilden, dessen Achse mit der Achse der Isolierstangen parallel ist. Die Oberflächen der zwischen den Leiterplattenstreifen befindlichen Isolierablenkplatte ist größer als jene der Leiterplattenstreifen, und eine Seite der Isolierablenkplatten ist in der Höhe der Leiterplattenstreifen gebogen und ihre Ebene liegt auf den Auffädelstellen senkrecht zur Haltestange und die Seitenkanten des die Isolierplatte umgebenden Berührungsprismas liegen parallel mit den Seitenkanten des die Leiterplattenstreifen umgebenden imaginären Prismas. Die gebogenen Teile der Ablenkplatten sind so lang ausgebildet, daß sie mindestens bis zu derfolgenden Isolierplatte reichen und die Achse des derart " aufgebauten Gleichrichtersystems läuft parallel mit den Isolierhaltestangen und ist durch ein jenseits des letzten Leiterplattenstreifens reichendes Gehäuse umfaßt.

Wenn das sekundäre Wicklungssystem als Scheibenwicklung ausgestaltet ist und die verteilte Kapazität des Scheibenwicklungssystems auf die Enden des Wicklungssystems reduziert wird, weist die reduzierte resultante Kapazität in der Abhängigkeit der sekundären Scheibenzahl ein Minimum auf.

Wird Polypropylene oder Polyäthylen als Grundstoff für die Scheiben und Isolierschicht verwendet, und sind die Scheiben mit Papierbandagen versehen, kann in dem Transformator eine günstige Potentialverteilung erreicht werden (die Dielektrizitätskonstante des Öls und des Polypropylens sind annähernd gleich und die Überspannungseigenschaften der Grenzfläche Öl-Polypropylen sind äußerst günstig).

Werden je Scheibe oder Scheibengruppe in Reihe geschaltete Teilgleichrichter verwendet, werden die recht bedeutenden und konstruktionell bereits nur mit Schwierigkeiten herabsetzbaren Körperkapazitäten der Scheiben praktisch auf Gleichspannung geladen, wodurch sich die kontinuierliche Umladung in den statischen Zustand und der dazu erforderliche hohe kapazitive Ladestrom sich erübrigen.

Letzten Endes verringern die sich mit der Belastung parallel anschließenden Körperkapazitäten die Welligkeit der

Röhrenspannung. . .

Die Verwendung derTeilgleichrichter homogenisiert auch die Spannungsverteilung der Dioden. Werde.n nunTeilgleichrichterin genügender Zahl verwendet, ist die Verwendung einer einzigen Hochspannungsdiode in Teilgleichrichterzweigen genügend, wodurch nicht die Notwendigkeit besteht, aus teueren Avalanchedioden aufgebaute Ketten zu verwenden.

Durch die Anwendung derTeilgleichrichter ist die homogene Spannungsverteilung zwischen den Hochspannungswicklungen des Transformators auch in dem dynamischen Zustand weitgehend gesichert.

Werden als Teilgleichrichter Filterkondensatoren verwendet, bleiben die mit der Spannungsverteilung zusammenhängenden Probleme der aus in Reihe geschalteten Kondensatoren zusammenstellbaren Filterkondensatorbätterien weg.

Werden Teilgleichrichter verwendet, kann durch die Erhöhung der Scheibenzahl ein größerer Anteil der die Isolierung des Transformators belastenden Mittelfrequenzspannung in Gleichspannung umgeformt werden. Auf diese Weise können die heutzutage noch größtenteils ungeklärten, mit der Mitteifrequenzisolierung zusammenhängenden Probleme in der Mehrheit der Fälle beseitigt werden.

Mit Hilfe der auf Leiterplatten mit parallel laufenden Flächen angeordneten halb-Brückengleichrichter und der dazwischen angeordneten Isolierablenkplatten kann ein kompakt aufgebauter, sich der Transformatorkonstruktion gut anpassender Hochspannungsgleichrichter aufgebaut werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: die Anordnung des Hochspannungstransformators und des Gleichrichters; Fig.2: eine vorteilhafte Ausführungder Anordnung des Hochspannungsgleichrichters; Fig. 3: die Ansicht „A" der Fig. 2.

Das Wesentliche der erfindungsgemäßen Lösung besteht in einer einen Hochspannungstransformator und Gleichrichter beinhaltenden Schaltungsanordnung, deren Sekundär-Wicklungssystem aus η Stück von der Primärwicklung galvanisch getrennten sekundären Scheibenwicklungen besteht. Diese Scheibenwicklungen bilden m Stück galvanisch verbundene Wicklungssysteme (m = η und m = 3) z. B. so, daß innerhalb je eines galvanisch verbundenen Wicklungssystems nur eine einzige sekundäre Scheibenwicklung verwendet wird oder 1, 2...kSekundärscheibenwicklungen in Reihe geschaltet werden. Die Ausgangsklemmen der galvanisch verbundenen Wicklungssysteme sind mit den Eingängen je eines nichtgesteuerten Gleichrichters verbunden. Die Ausgänge der (Dioden enthaltenden) Gleichrichter sind derart in Reihe geschaltet, daß die gleichgerichteten Spannungen addiert werden. Die positiven bzw. negativen Ausgangsklemmen des derart erhaltenen, in Reihe geschalteten Gleichrichtersystems oder der Mittelpunkt des Ausgangs sind unmittelbar oder durch eine Impedanz (Stromführung) geerdet. Die Mittelpunkterdung wird bei Lösungen mit einem Transformator verwendet, während die Erdung der positiven bzw. negativen Ausgangsklemmen bei den mit zwei Transformatoren aufgebauten Lösungen Verwendung findet. Mit den Ausgangsklemmen des in Reihe geschalteten Gleichrichtersystems und/oder den Ausgangsklemmen der Teilgleichrichter sind Filterstromkreise oder Filterkondensatoren verbunden.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der obenerwähnten Anordnung ist in Fig. 1 dargestellt. Der Eisenkern V des Hochspannungstransformators NFTR ist als Manteltyp ausgestaltet. Die innen angeordnete Primärwicklung P ist zylinderartig angeordnet, über der zylindrisch angeordneten Primärwicklung P ist eine geerdete konzentrische Abschirmungsplatte AL angeordnet. Diese geerdete konzentrisch angeordnete Abschirmungsplatte AL ist von η Stück entlang des Mantels, nebeneinander angeordneten Sekundärscheibenwicklungen ST1 ...STi + 1 umschlossen. Aus den Sekundärscheibenwicklungen sind m galvanisch verbundene Wicklungssysteme ausgeführt. Die an den Ausgängen der galvanisch verbundenen Wicklungssysteme angeschlossenen Gleichrichter EU ...EIi, EIi + 1 ...Ein sind Einphasen-Brückengleichrichter/Bei der Ausführungsform mit Ölisolierung wird als Grundstoff für die Sekundärscheibenwicklungen und die Reihenisolierung Polypropylen oder Polyäthylen gewählt. Die Dielektrizitätskonstante nähert jener des Öls an, die Kraftfeldverteilung ist günstig, die Überspannungseigenschaften an der Öl-Polypropylen- oder Öl-Polyäthylengrenzfläche sind auch günstig. Die Sekundärscheibenwicklungen sind einzeln oder paarweise bandagiert.

Eine zweckmäßige Ausführungsform der Gleichrichteranordnung nach Fig. 1 ist in Fig. 2 und 3 dargestellt. Die zwei Dioden D1...Dm, oder aus zwei in Reihe geschalteten Dioden bestehende Diodenkette D1... Dm, die den Einphasen-Brückengleichrichter mit einer positiven oder negativen Gleichstrom-Ausgangsklemme und mit zwei Wechselstromeingangsklemmen bil'den, sind auf den Leiterplattenstreifen NY1 ...NYn angeordnet, und zwar so, daß die zwei Wechselstromeingänge an den zwei entgegengesetzten Kanten der Leiterplattenstreifen NY1 ...NYn angeordnet sind, während die positive oder negative Gleichstrom-Ausgangsklemme in der Mitte der Leiterplattensireifen liegt. Die Leiterplattenstreifen NY1 ...NYm der halben Einphasen-Brückengleichrichter (Graetz-Schaltung) sind mit Hilfe der in den Streifen gebildeten Bohrungen wechselnd, unter Zwischenlegung einer zwischen je zwei Isolierdistanzringen TT eingefügten Isolierablenkplatten TL auf Isolierhaltestangen TR derart aufgefädelt, daß die Oberflächen der Leiterplattenstreifen NY1 ...NYm und der Isolierablenkplatten TL1 ...TIm auf den Isolierhaltestangen TR senkrecht stehen. Die Seiten der aufgefädelten Leiterplattenstreifen NY1... NYm passen sich dem Mantel eines imaginären Berührungsprismas, dessen Achse mit den Isolierhaltestangen TR parallel liegt, an. Die zwischen den Leiterplattenstreifen NY1... NYm angeordneten Isolierablenkplatten TL1 ...TIm, deren Oberfläche jene der Leiterplattenstreifen überragt, sind an der einen Seite in der Höhe des Randes der Leiterplattenstreifen NY1... NYm in gleicher Richtung gebogen, an den Auffädelstellen ist ihre Ebene zu den Isolierhaltestangen TR senkrecht. Die Seitenkanten des die Isolierablenkplatten TL1...TLm einfassenden imaginären Prismas verlaufen mit den Seitenkanten des die Leiterplattenstreifen NY1 ...NYm einfassenden Berührungsprismas parallel.

Die gebogenen Teile der Isolierablenkplatten TL1 ...TLm sollen so lang sein, daß diese bis zurfolgenden Ablenkplatte reichen. Das derart aufgebaute Gleichrichtersystem ist in einem Gehäuse angeordnet, das über die äußersten Leiterplattenstreifen NY1 ...NYm hervorragt und dessen Achse mit den Isolierhaltestangen TR parallel läuft.

Claims

Erfindungsanspruch'. · .

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung hoherGleichspannung aus Mittelfrequenzwechselspannung, die Hochspannungstransformator und Gleichrichter enthält, gekennzeichnet dadurch, daß die Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators η Stück von der Primärwicklung galvanisch getrennte Sekundärsche'ibenwicklungen beinhaltet, die m Stück galvanisch verbundene Wicklungssysteme bilden (m = η und m = 3) und die Ausgangsklemmen der galvanisch verbundenen Wicklungssysteme mit je einem Eingang eines nicht-gesteuerten Gleichrichters verbunden sind, des weiteren die Ausgänge der Gleichrichter derart in Reihe geschaltet sind, daß die gleichgerichteten Spannungen addiert werden, und der positive bzw. negative Ausgang oder ein Mittelpunkt der Ausgänge des derart erhaltenen Gleichrichtersystems unmittelbar oder durch eine Impedanz geerdet ist, und die Ausgangsklemmen des in Reihe geschalteten

Gleichrichter beinhaltenden GleichrichtersYstems und/oder die Ausgänge der Teilgleichrichter mit Filterstromkreis(en) oder Filterkondensator(en) verbunden sind. '
2. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Eisenkern des Hochspannungstransformators als Manteltyp gebildet ist und die innen angeordnete Primärwicklung zylinderartig angeordnet ist und über der zylinderartig angeordneten Primärwicklung eine konzentrische Abschirmplatte vorgesehen ist, die mit den η Stück Sekundärsche'ibenwicklungen, die entlang des Mantels nebeneinander angeordnet sind, und woraus die m Stück galvanisch verbundenen Wicklungssysteme gebildet sind, umgeben ist, und die mit den Ausgängen der galvanisch verbundenen Wicklungssysteme verbundenen Gleichrichter Einphasen-Brückengleichrichter sind.
3. Schaltungsanordnung nach dem Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Material der Isolierung der Sekundärwicklung und der Reiheisolation des Transformators aus Polypropylen oder Polyäthylen besteht und die Sekundärscheibenwicklungen einzeln oder paarweise bandagiert sind. '
4. Scheibenanordnung nach dem Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die den Einphasenhalben-Brückengleichrichter bildenden zwei Dioden oder die zwei in Reihe geschaltete Dioden beinhaltenden Kette, wobei der Halb-Brückengleichrichter einen positiven oder negativen Gleichstromausgang und zwei Wechselstromeingänge hat, auf einem Leiterplattenstreifen angeordnet sind und die zwei Wechselstromeingänge auf den entgegengesetzten Kanten und der positive oder negative Ausgang in der Mitte des Leiterplattenstreifens angeordnet ist, des weiteren die die positiven oder negativen Ausgangsklemmen beinhaltenden Leiterplattenstreifen mit je einer Bohrung versehen sind, mit Hilfe deren die Leiterplattenstreifen auf aus Isoliermaterial hergestellte Haltestangen unter Zwischenlegung einer Isolierablenkplatte zwischen je zwei Isolierdistanzringen derweise aufgefädelt sind, daß die Seiten der Leiterplattenstreifen den Mantel eines imaginären Berührungsprismas bilden, dessen Achse mit der Achse der Isolierstangen parallel ist, des weiteren die Oberflächen der zwischen den Leiterplattenstreifen befindlichen Isolierablenkplatte größer ist, als jene der Leiterplattenstreifen, und eine Seite der Isolierablenkplatten in der Höhe der Leiterplattenstreifen gebogen ist und ihre Ebene auf den Auffädelstellen senkrecht zur Haltestange liegt und die Seitenkanten des die Isolierplatte umgebenden Berührungsprismas parallel mit den Seitenkanten des die Leiterplattenstreifeaumgebenden imaginären Prismas liegen und die gebogenen Teile der Ablenkplatten so lang ausgebildet sind, daß sie mindestens bis zu der folgenden Isolierplatte reichen, und die Achse des derart aufgebauten Gleichrichtersystems parallel mit den Isolierhaltestangen läuft und durch ein jenseits des letzten Leiterplattenstreifens reichendes Gehäuse umfaßt ist.