第四章高壓發(fā)生裝置--1

1、1第四章 高壓發(fā)生裝置2基本要求 1.掌握高壓變壓器的特點(diǎn)、構(gòu)造、工作原理及過(guò)渡過(guò)程； 2.掌握高壓元器件中燈絲變壓器、高壓整流器、高壓電纜、高壓插頭與插座、高壓交換閘、變壓器油的工作原理、組成結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。3X射線的產(chǎn)生裝置主要包括三部分：X射線管、高壓電源及低壓電源，如圖所示4作用把自耦變壓器輸入的交流電壓升高數(shù)百倍，再經(jīng)整流，為X X線管提供產(chǎn)生X X線所需的直流高壓（kVkV）；把X X線管燈絲初級(jí)電路輸入的交流電壓降低，為X X線管燈絲提供加熱電壓；如配有兩只以上X X線管，還要完成管電壓和燈絲加熱電壓的切換。5構(gòu)成由高壓變壓器、X X線管燈絲變壓器、高壓整流器、高壓交換閘、高壓插頭和

2、插座等高壓器件組成。按要求組裝后置于方形或圓形鋼板制成的箱體內(nèi)，箱體內(nèi)充滿變壓器油，以加強(qiáng)各部分的絕緣和散熱，箱體應(yīng)接地，以防止高壓電機(jī)造成的危害。67變壓器的磁路變壓器的磁路1u2uLZ1i2i變壓器變壓器+由閉合式高導(dǎo)磁硅鋼片疊成由閉合式高導(dǎo)磁硅鋼片疊成給磁通提供通路給磁通提供通路 厚厚0.35mm鐵心鐵心初次初次繞組繞組N1次次次次繞組繞組N2鐵心鐵心89自耦變壓器自耦變壓器的特點(diǎn)是鐵芯上只有一組線圈，這個(gè)線圈有一個(gè)或幾個(gè)抽頭。如果讓整個(gè)線圈作原線圈，則部分線圈就是副線圈，就成了一個(gè)降壓變壓器；反之部分線圈作原線圈，整個(gè)線圈作副線圈，就成一個(gè)升壓變壓器，這種變壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)電壓方便，

3、廣泛用作調(diào)壓變壓器。U1n110各式各樣的變壓器返回11第一節(jié) 高壓變壓器（high transformer）高壓變壓器是產(chǎn)生交流高壓的器件，其輸出經(jīng)整流后為X X線管提供管電壓。其工作原理與普通變壓器相同，但運(yùn)行狀態(tài)較為特殊，在結(jié)構(gòu)、性能、容量、規(guī)格等方面具有如下特點(diǎn)：12特點(diǎn)（1 1）高壓變壓器次級(jí)中心點(diǎn)接地：采用兩個(gè)次級(jí)繞組同相串聯(lián)，中心點(diǎn)接地的方式。 （2 2）變壓比?。捍渭?jí)輸出的交流電壓很高：診斷X X線機(jī)kVkV為3030150kV150kV，治療X X線機(jī)kVkV可達(dá)200200300kV300kV或更高。（3 3）設(shè)計(jì)容量小于最高輸出容量：變壓器工作屬于瞬時(shí)高負(fù)荷、連續(xù)低負(fù)荷，

4、因而其設(shè)計(jì)容量可等于最高輸出容量的1/51/51/31/3。（4 4）浸泡在絕緣油中： 提高各部件間的絕緣性能和散熱性能。13一、構(gòu)造組成：由鐵心、初級(jí)繞組、次級(jí)繞組、絕緣材料和固定件等組成。要求：結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕；具有良好的絕緣性能和散熱效率，負(fù)載時(shí)內(nèi)部不產(chǎn)生過(guò)大的電壓降。14151.鐵心作用：給磁通提供通路形狀：閉合“口”字形或“日”字形。為了使鐵心夾緊以減少漏磁，多采用扁鐵或角鐵夾夾持并用螺栓緊固?，F(xiàn)代診斷用X X線機(jī)的高壓變壓器，廣泛采用C C形卷繞鐵心，它是用帶狀冷軋硅鋼片經(jīng)過(guò)卷繞、成形、退火、浸漬等多種手續(xù)加工而成。特點(diǎn)：提高了磁導(dǎo)率；重量輕、體積小。16172.初級(jí)繞組匝

5、數(shù)較少，一般為數(shù)百匝；所加的電壓不高，一般在500V以下，但瞬間通過(guò)的電流很大；中型以上診斷用X線機(jī)攝影可達(dá)上百安培。故對(duì)線圈層間絕緣強(qiáng)度的要求不十分嚴(yán)格 。一般采用厚度為0.12mm的電纜紙或多層0.02mm的電容器紙作為絕緣介質(zhì)。初級(jí)導(dǎo)線多用線徑較粗的紗包或玻璃絲包扁銅線，將線圈分若干層繞在絕緣紙筒上。有的高壓變壓器將初級(jí)繞組繞成兩個(gè)，同相串聯(lián)或并聯(lián)后使用。初級(jí)繞組的直流電阻很小，一般在1歐姆以下。 183.次級(jí)繞組它通過(guò)的電流很小，一般在1000mA1000mA以下，故多采用線徑很小的油性或高強(qiáng)度漆包線繞制。因?yàn)榇渭?jí)繞組總匝數(shù)在數(shù)萬(wàn)到數(shù)十萬(wàn)匝之間，輸出的交流電壓很高，故多繞成匝數(shù)相同的兩

6、個(gè)繞組同相串聯(lián)在一起，套在初級(jí)繞組外面。初、次級(jí)間必須有良好的絕緣。因高壓變壓器的變壓比多在1 1：500500范圍內(nèi)，每個(gè)次級(jí)繞組呈階梯狀繞成數(shù)十層，層間電壓一般為100010001500V1500V，故為提高層間絕緣強(qiáng)度。層間絕緣材料常選用電容器紙，且每層繞組邊緣要留有6-10mm6-10mm的寬度。19另外，為了增強(qiáng)繞組的抗電強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度，防止突波電壓沖擊時(shí)出現(xiàn)斷電現(xiàn)象，次級(jí)繞組的開(kāi)始和最后二、三層都用絕緣強(qiáng)度高、線徑較粗的漆包線制成。有的高壓變壓器為防止高壓襲擊初級(jí)回路，保證人員和設(shè)備的安全，在初、次級(jí)回路之間加一層不閉合的薄銅片，并將其接地作為屏蔽層。204.中心點(diǎn)接地診斷用X X

7、線機(jī)高壓變壓器都采用兩個(gè)次級(jí)繞組同相串聯(lián)，次級(jí)中心點(diǎn)接地的方式，這樣可使高壓變壓器的絕緣要求降低一半。原理：高壓次級(jí)中心點(diǎn)接地后可獲得與大地相同的零電位，因此次級(jí)兩根輸出線的任何一根對(duì)中心點(diǎn)的電壓，等于兩根輸出線間電壓的一半，這樣可使高壓變壓器的絕緣要求降低一半，構(gòu)成高壓變壓器的各種材料的耐壓要求降低一半2122由于次級(jí)中心點(diǎn)電位為零，可以把mAmA表串接在次級(jí)中心點(diǎn)處，安裝在控制臺(tái)上，使控制臺(tái)免受高壓威脅，從而保證操作人員的安全。保護(hù)措施：為防止mAmA測(cè)量回路斷路而使中心點(diǎn)電位升高，設(shè)有保護(hù)裝置。 多數(shù)X X線機(jī)在兩個(gè)中心點(diǎn)接線柱上并聯(lián)一對(duì)放電針或一個(gè)紙介電容器，當(dāng)中心點(diǎn)電位對(duì)地升高時(shí)，放

8、電針?lè)烹娀螂娙萜鲹舸?，將次?jí)中心點(diǎn)對(duì)地短路，起到保護(hù)作用。 有的X X線機(jī)在次級(jí)中心點(diǎn)的兩個(gè)接線柱上，并聯(lián)一只放電管，當(dāng)次級(jí)中心點(diǎn)電位升高時(shí)，放電管起輝導(dǎo)通，同樣起到保護(hù)作用。23二、工作原理高壓變壓器同普通變壓器工作原理一樣，遵循下述基本工作原理： 變壓比 能量守恒 匝數(shù)計(jì)算1.1. 空載電流241.變壓比在理想狀態(tài)下，初、次級(jí)電壓和繞組匝數(shù)之間的關(guān)系為：K K為變壓器的變壓比，變壓器的重要技術(shù)參數(shù)之一。對(duì)于變壓比一定的變壓器，輸出電壓隨著輸入電壓的增減而增減。也就是，調(diào)節(jié)高壓變壓器的初級(jí)輸入電壓，可以獲得不同數(shù)值的輸出電壓。1122UNKUN252.能量守恒當(dāng)變壓器本身的能量損耗忽略不計(jì)時(shí)

9、，根據(jù)能量守恒定律，初級(jí)輸入功率等于次級(jí)輸入功率： P P1=1=U U1 1I I1 1 P P2=2=U U2 2I I2 2 U U1 1I I1=1=U U2 2I I2 2當(dāng)變壓器功率一定時(shí)，初、次級(jí)電壓與電流成反比，即：輸出電壓越高，輸出電流越小。這也是高壓變壓器次級(jí)繞組徑細(xì)，初級(jí)繞組徑粗的原因。對(duì)于大功率變壓器，工作時(shí)初級(jí)回路中流過(guò)的電流很大，這就要求電源內(nèi)阻有較小的阻值，才能保證電源電壓降不超過(guò)某一允許值，進(jìn)而保證kVkV預(yù)示的準(zhǔn)確性。而對(duì)于小功率變壓器，對(duì)于電源內(nèi)阻的要求可適當(dāng)放寬。263.匝數(shù)計(jì)算當(dāng)已知高壓變壓器鐵心截面積、磁通密度、輸入電壓頻率和初、次級(jí)繞組匝數(shù)或電壓時(shí)，

10、可求得初、次級(jí)電壓或繞組匝數(shù)。即： U U=4.44=4.441010-8-8fNBSfNBS 當(dāng)其他參數(shù)不變時(shí)，高壓變壓器的工作頻率與鐵心的橫截面積成反比?，F(xiàn)代X X線機(jī)廣泛采用高頻技術(shù)，可使高壓變壓器鐵心的橫截面積大幅減小，進(jìn)而減小了高壓變壓器的體積的重量。8104.44UNfBS274.空載電流定義：當(dāng)高壓變壓器空載時(shí)，初級(jí)繞組中有一很小的電流I I0 0流過(guò)，該電流稱為空載電流?？蛰d電流是衡量高壓變壓器質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)之一，對(duì)于給定的高壓變壓器而言，I I0 0一定，其值越小越好，該電流由下式?jīng)Q定：B B為磁通密度，L L為閉合鐵心的平均長(zhǎng)度，N1N1為初級(jí)繞組匝數(shù)，為鐵磁材料磁導(dǎo)率。10N

11、78. 1BLI28三、過(guò)渡過(guò)程當(dāng)變壓器接入電網(wǎng)時(shí)，勵(lì)磁電流不是立即變成穩(wěn)定狀態(tài)，而是經(jīng)歷一個(gè)不穩(wěn)定的過(guò)程，即過(guò)渡過(guò)程，亦稱暫態(tài)過(guò)程。突波電壓暫態(tài)電流291.突波電壓定義：如果高壓變壓器在電源電壓最大時(shí)，即相位角為/2時(shí)接通，由于磁通的變化從零開(kāi)始，因此沒(méi)有暫態(tài)電流。但是在高壓變壓器的次級(jí)卻產(chǎn)生比正常值大1.5倍的脈沖電壓，此脈沖電壓稱為突波電壓，簡(jiǎn)稱突波。影響：由于X線機(jī)的曝光動(dòng)作頻繁且高壓變壓器通電時(shí)間短，若不采取措施防止突波電壓，高壓元器件將被高壓擊穿。減少突波電壓的措施：X線機(jī)一般設(shè)有防突波電路或使高壓變壓器在交流電源過(guò)零時(shí)接通以防產(chǎn)生突波電壓，保護(hù)高壓元器件免遭擊穿損壞。302.暫態(tài)

12、電流定義：在過(guò)渡過(guò)程中，勵(lì)磁電流瞬間峰值有時(shí)可達(dá)到負(fù)載電流的十倍以上。過(guò)渡過(guò)程中的勵(lì)磁電流通常稱為暫態(tài)電流。高壓變壓器在接通時(shí)也同樣存在上述過(guò)程，這個(gè)過(guò)渡過(guò)程與電源接通時(shí)的相位和鐵心中的剩磁有密切關(guān)系。若高壓變壓器在電源零相位時(shí)接通，且鐵心中無(wú)剩磁，暫態(tài)電流較大；若鐵心中由剩磁，且剩磁的方向和接入時(shí)的磁通的方向相同，則總磁通將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)鐵心的飽和磁通，結(jié)果就會(huì)產(chǎn)生很大的暫態(tài)電流；若剩磁的方向和接入時(shí)的磁通方向相反，則總磁通很小，暫態(tài)電流很小。31影響： 由于X線機(jī)的曝光動(dòng)作頻繁且高壓變壓器通電時(shí)間很短，若不采取措施防止暫態(tài)電流，則每次曝光開(kāi)始，將由于暫態(tài)電流過(guò)大而使管電壓降低，進(jìn)而影響X線的輸出

13、。 過(guò)大的暫態(tài)電流將使高壓器件的絕緣強(qiáng)度下降而容易被擊穿、損壞。32減少暫態(tài)電流的措施： 高壓變壓器的接通時(shí)刻與前一次曝光的最后一個(gè)脈沖反相。 曝光時(shí)間為偶數(shù)個(gè)脈沖時(shí)，并且是在電源電壓零相位時(shí)將高壓變壓器接通。 曝光前將高壓變壓器直流預(yù)磁，曝光時(shí)高壓變壓器反相接通。33第二節(jié) 高壓元器件 燈絲變壓器 高壓整流器 高壓電纜、高壓插頭與插座 高壓交換閘 變壓器油34一、燈絲變壓器X X線機(jī)中的燈絲變壓器是為X X線管提供燈絲加熱電壓的降壓變壓器。雙焦點(diǎn)X X線管需配備兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同、規(guī)格不同的燈絲變壓器。35（一）結(jié)構(gòu)組成：鐵心、初級(jí)繞組、次級(jí)繞組1.1.鐵心一般用0.35mm0.35mm涂有漆硅鋼

14、片以交錯(cuò)疊片的方法制成“口”字形或C C字形，有的鐵心還將有繞組的一臂疊成階梯形。2.2.初級(jí)繞組因流過(guò)初級(jí)繞組的電流很小，故采用的導(dǎo)線直徑很細(xì)，一般用線徑為0.19-0.93mm0.19-0.93mm的漆包線，總匝數(shù)為10001000匝左右。363.3.次級(jí)繞組因次級(jí)繞組流過(guò)的電流較大，多用直徑為2mm2mm左右的紗包或玻璃絲包原銅線，總匝數(shù)多為數(shù)十匝。3738（二）特點(diǎn)次級(jí)繞組電位很高：燈絲變壓器次級(jí)繞組的一端與高壓變壓器次級(jí)繞組的一端相連，當(dāng)高壓變壓器工作時(shí)，燈絲變壓器次級(jí)繞組電位很高，這就要求初、次級(jí)間具有良好的絕緣，絕緣強(qiáng)度不能低于高壓變壓器最高輸出電壓的一半。變壓比大：燈絲變壓器初

15、級(jí)電壓在100100220V220V之間，次級(jí)電壓在5 512V12V之間，功率在100W100W左右。次級(jí)電流較大：燈絲變壓器次級(jí)電流為8 820A20A，以保證X X線管燈絲正常加熱。負(fù)載時(shí)次級(jí)電壓比空載時(shí)低，一般低10%10%20%20%。39二、高壓整流器定義：高壓整流器是一種將高壓變壓器次級(jí)輸出的交流電壓變?yōu)槊}動(dòng)直流高壓的電子元件。1 1、自整流（小型X X線機(jī)）利用X X線管自身的整流作用進(jìn)行整流：將高壓變壓器次級(jí)輸出的交流高壓直接加在X X線管兩端，正半周時(shí)，陰極發(fā)射的電子飛向陽(yáng)極，形成X X線；負(fù)半軸時(shí)，陰極發(fā)射的電子不能飛向陽(yáng)極，X X線管不輻射X X線。缺點(diǎn)：不能充分發(fā)揮X X線管的額定容量；負(fù)半周無(wú)X X線產(chǎn)生，逆電壓很高，容易使高壓電纜、高壓插頭、高壓插座、高壓整流器和X X線管等高壓元器件的擊穿損壞。402、高壓整流器（中型以及上X X線機(jī)）設(shè)有高壓整流電路，利用高壓整流元件，高壓流變壓器輸出的交流高壓變成脈動(dòng)直流高壓。正接X(jué) X線管陽(yáng)極，負(fù)接陰極，正負(fù)半周均能輻射X X線，克服了自整流X X線機(jī)僅在正半周輻射X