Hochspannungstransformator für Röntgenanlagen mit hochspannungsseitiger Anzapfregelung. Es ist bei Hochspannungstransformatoren üblich, die Spannungsregelung auf der Unter spannungsseite vorzunehmen. Für diesen Zweck kommen zwei Arten der Spannungs regelung in Betracht, nämlich die Regelung der Spannung mit Hilfe eines Stufentransfor mators oder die Regelung der Spannung unter Zuhilfenahme von Anzapfungen der Unterspannungswicklung, wobei bei Zufüh rung einer konstanten Netzspannung das Übersetzungsverhältnis des Transformators geändert wird. Beide Arten der Spannungs regelung haben jedoch gewisse Nachteile.
Im ersten Fall wird der Transformator bei Einstellung niedriger Oberspannungen durch Zuführung niedriger Unterspannungen untererregt, so dass der Eisenkern nicht voll gesättigt ist. Da Jede Spannungseinstellung einer bestimmten Sättigung des Eisenkernes entspricht, ist der Eisenkern. nur dann voll gesättigt, wenn der Transformator auf Höchstspannung erregt wird. Es ist daher nicht möglich, bei einer derartigen Regelung die Kurzschlussspannung des Transformators in allen Betriebsfällen auf dem niedrigsten Wert zu halten.
Ausserdem verursaellt der vorgeschaltete Stufentransformator bei hoher Belastung einen Spannungsabfall, insbeson dere bei stossweisen Belastungen.
Bei der zweiten Art der Regelung, näm lich derjenigen mit Hilfe der angezapften Unterspannungswicklung, wird dieser Span nungsabfall durch Wegfall des Stufentrans formators zwar scheinbar vermieden; er tritt jedoch in der Unterspannungswicklung des derart regulierten Hochspannungstransforma tors auf, da das Prinzip dieser Spannungs regelung eine wesentliche Vergrösserung der unterspannungsseitigen -#Vindungszahl er fordert. Ausserdem wird auch ein derart regulierter Transformator bei Einstellung der niedrigen Oberspannungen untererregt und der Eisenkern nicht mit der vollen Sätti gung beansprucht.
Da weiterhin die Unter- spannungswicklungen einen grossen Raum in folge der notwendigen Zusatzwicklungen und notwendigen Anzapfstellen benötigen, wird die Güte der Kopplung zwischen Unterspan- nungs- und Oberspannungswicklung ver ringert und dadurch ein weiterer Spannungs abfall bedingt. Durch Zusammenwirken aller dieser Faktoren wird unter Umständen bei einem solchen Transformator der innere Spannungsabfall noch grösser ausfallen als bei einem solchen mit vorgeschaltetem Stufentransformator.
Es ist nun bereits bekannt, für Zwecke der Diagnose und Therapie verwendbare Transformatoren für Röntgenapparate zu be nutzen, bei denen die Oberspannungswick- lung unterteilt ist in einen mittleren, für die Zwecke der Diagnose- zur Anwendung kom menden, im Verhältnis zur Windungszahl langen und der primären Wicklung mög lichst nahen Teil, und an den Aussenenden des mittleren Teils angebrachten Zusatzwick lungen,
welche in Gemeinschaft mit der mitt leren Wicklung für therapeutische Zwecke zur Anwendung kommen und im Verhältnis zu ihrer Windungszahl kurzgehalten und in grösserem Abstand von der primären Spule angeordnet sind. Die Unterteilung der Ober spannungswicklung dieses Transformators hat dabei lediglich den Zweck, die für ver schiedene Betriebsweisen notwendigen, ver schiedenen Übersetzungsverhältnisse des Transformators über zwei Anzapfungen und dazugehörige Umschalter herzustellen.
Die bei jeder Betriebsweise für den einzelnen Be triebsfall gesondert einzustellende Spannung erfolgt auch bei diesem Transformator unter- spannungsseitig, mit Hilfe eines Niederspan nungsregelapparates, der entweder, wie oben beschrieben, durch einen Stufentransformator oder durch Anzapfungen .der Unterspan- nungswicklung des Transformators darge stellt wird. Dieser Transformator besitzt also trotz seiner beiden oberspannungsseitigen An zapfungen noch alle Nachteile der unterspan- nungsseitigen Spannungsregelung.
Es sind aber auch hochspannungsseitige Regeleinrichtungen zum Betrieb von Glüh- kathoden-Röntgenröhren bekannt geworden, bei welchen auf dem Kern des Hochspan nungstransformators ausser der sekundären Hochspannungswicklung auch die den Heiz strom liefernde Wicklung angeordnet ist. Die Hochspannungswicklung und die Heizstrom- wicklung können für sich geregelt werden. Bei dieser Regeleinrichtung ist aber auf glei ches Potential der hochspannungsseitigen Entnahmeleitungen gegen Erde keine Rück sicht genommen worden.
Erfolgt bei diesen Einrichtungen eine Regelung, so bleibt die Potentialdifferenz der einen Hochspannungs leitung nicht gleich der der andern Leitung gegen Erde, sondern wird eine ganz verschie dene. Diese Unsymmetrie in der Röntgenan lage bei den verschiedenen Regelstellungen beeinträchtigt die Betriebssicherheit einmal durch verschiedene Beanspruchungen der Isolierung und das andere mal durch unregel mässige Spannungsverteilung an der Röntgen röhre.
Alle diese Übelstände werden bei dem Hochspannungstransformator für Röntgen anlagen mit hochspannungsseitiger Anzapf- regelung erfindungsgemäss dadurch vermie den, dass die Anzapfungen zu mindestens zwei Regeleinrichtungen zusammengefasst sind, die symmetrisch zur elektrischen Mitte des Induktionssystems verstellbar sind.
Hier bei bestehen zwei Möglichkeiten für die sym metrische Regelung: die eine ist die, dass die Anzapfungen an den Enden .der Transforma- torwicklung vorhanden sind und die Hoch spannungsleitungen an die auf den Anzap- fungen schleifenden Reglerbürsten unmittel bar angeschlossen werden.
Die andere Mög lichkeit besteht darin, die Hochspannungs wicklung des Transformators in zwei Hälften zu teilen und die Anzapfungen symmetrisch zu der Teilstelle zu legen, die Reglerbürsten untereinander leitend zu verbinden und an die andern Enden der Oberspannungs-Teil- wicklungen die Hochspannungsleitungen un mittelbar anzuschliessen. Der Teilstelle ent spricht bei Mehrphasenströmen .der Stern punkt.
Bei der zweiten Schaltung besteht gegenüber der ersten der Vorteil, dass nicht alle angezapften Windungen, sondern nur die an die Hochspanuungsdurchführungen an geschlossenen Eingangswindungen gegen Sprungwellen zu schützen sind.
In der Zeichnung sind Ausführungsbei spiele des Erfindungsgegenstandes darge stellt.
Fig. 1 zeigt einen Transformator mit der Unterspannungswicklung 11 und der Ober spannungswicklung 12, wobei die Unter spannungswicklung über einen . Schalter 1'3 unmittelbar ans Netz gelegt wird. Die An zapfungen der Oberspannungswicklung sind an zwei Regelvorrichtungen 14, 15 geführt, von deren Reglerbürsten die Spannung mit Hilfe der Anschlussklemmen 16 abgenommen wird.
Während nach Fig. 1 die Anzapfungen an den Enden der Oberspannungswicklung 12 liegen, wird nach Fig. 2 die Oberspan nungswicklung 12 in zwei Teile 17, 18 un terteilt und die Regelvorrichtung 14, 15 an die einander zugekehrten Enden dieser bei den Wicklungsteile verlegt. Die Verbin dungsleitung 19 kann dabei auch, wie dies angedeutet ist, geerdet werden. Bei dieser letzteren Ausbildung ergibt sich der weitere Vorteil, dass durch den Anschluss der Leitung 19 an Erde die Regelvorrichtungen 14, 15 bezw. 20, 21, 22 (Fig. 3) nur für eine gegen Erde niedere Spannung zu bemessen sind.
Fig. 3 gibt ein Ausführungsbeispiel für Drehstrom, wobei die Regelvorrichtungen 20, 21, 22 sich auf der Sternpunktseite 23 der Oberspannungswicklung 12 befinden.
Zur Erhöhung der Stufenzahl und damit zur Verfeinerung der Spannungsregelung kann man bei den in Fig. 1 bis 3 dargestell ten Regelvorrichtungen folgendes Schaltver fahren anwenden. Es wird zunächst die eine Regelvorrichtung, zum Beispiel 14, von 2 (Fig. 2) auf die nächste Anzapfung 3 weiter geschaltet, sodann die andere Regelvorrich tung 15 von II auf IH und sodann wiederum die erste von 3 auf 4 und darauffolgend die zweite von III auf IV und so. fort. In den Pig. 4 bis 7 sind die in den Trans formatoren unmittelbar eingebauten Regel vorrichtungen dargestellt.
Die Obers,pan- nungswicklung 12 befindet sich auf einem Isolierzylinder 24, der seinerseits die auf dem Eisenkern 25 angeordnete Unterspannungs- wicklung 2,6 umschliesst. Die beispielsweise lagenweise gewickelte Oberapannungswick- lung 12 wird am Ende einzelner Lagen an gezapft, welche Anzapfungen an Anzapfkon- takte 217 herangeführt. sind.
Dabei können die Anzapfkontakte 2 7 unmittelbar oder über einen besonderen Träger an dem Isolierzylin- der 24 befestigt werden. Auf den Anzapf- kontakten 27 schleifen die beweglichen Bür sten 29 der Regelvorrichtungen, die entweder gemäss Fig. 4 auf besonderen Isolatoren 30 oder nach Fig. 7 an Durchführungsisolatoren 31 liegende Drehpunkte besitzen.
Die Isola toren 30 sind drehbar und werden, wie dies aus Fig. 6 hervorgeht. mit Hilfe eines Schneckentriebes 32 von einem auf dem Dek- kel 33 des Transformators angeordneten Regelmotor 34 bewegt. In dem in Fig. 7 dar gestellten Falle kann eine Drehung des Durchführungsisolators 31 erfolgen oder auch eine Welle durch das Innere des Isola tors hindurchgeführt werden, wobei dann aber der Antrieb gegen Hochspannung zu isolieren ist.
In beiden Fällen Fig. 4 und 7 wird die Oberspannungsw icklung auf beide Schenkel des Eisenkernes 25 verteilt, so dass die Reglerbürsten 29 nur von einer Jochseite aus anzutreiben sind.
Fig. 5 zeigt eine Ansicht des nach Fig. 4 ausgebildeten Transformators auf die Schnitt ebene<I>A-A.</I>
Der in Fig. 7 dargestellte Regeltransfor mator ist nach dem in Fig. 1 dargestellten Schema geschaltet. Dabei liegen die Anzap- fungen an den beiden Enden der Oberspa.n nungswicklung, so dass beim Abschalten ein zelner Lagengruppen immer die beste Kopp lung erhalten bleibt. Die angezapften Lagen liegen demnach immer im Bereich der grösse ren Streuung. Bei dem in Fig. 4 dargestell- ten Regeltransformator ist die Schaltung nach Fig. 2 vorgenommen, wobei die an gezapften Lagen im Innern der beiden ge trennten Oberspannungswicklungsteile ange ordnet sind.
Aber auch hierbei besteht die Möglichkeit, die angezapften Lagen in das Gebiet der grössten Streuung zu bringen, in dem der Transformator so gebaut wird, dass das Potential der einzelnen Wicklungslagen nach dem Eisenkern hin zunimmt und die Abnahme der Hochspannung von der inner sten Lage erfolgt. Ist die äusserste Lage bei spielsweise geerdet, so kann das Gefäss dicht um diese herumgelegt und damit der Trans formator denkbar klein gehalten werden.
An Stelle der erwähnten lagenweisen Wicklung kann man auch eine Scheiben wicklung verwenden, wobei in diesem Falle die Reglerbürsten nicht durch eine Dreh bewegung, sondern durch eine Schubbewe gung über die Anzapfkontakte geführt haben.
High-voltage transformer for X-ray systems with high-voltage-side tap control. With high-voltage transformers it is common practice to regulate the voltage on the low-voltage side. For this purpose, two types of voltage regulation come into consideration, namely regulation of the voltage with the help of a step transformer or regulation of the voltage with the help of taps on the low-voltage winding, the transformation ratio of the transformer being changed when a constant mains voltage is supplied. However, both types of voltage regulation have certain disadvantages.
In the first case, the transformer is underexcited when setting low high voltages by supplying low undervoltage, so that the iron core is not fully saturated. Since each voltage setting corresponds to a certain saturation of the iron core, the iron core is. fully saturated only when the transformer is energized to maximum voltage. It is therefore not possible to keep the short-circuit voltage of the transformer at the lowest value in all operating cases with such a control.
In addition, the upstream step transformer causes a voltage drop when the load is high, especially when there are intermittent loads.
In the second type of control, namely the one with the help of the tapped low-voltage winding, this voltage drop is apparently avoided by eliminating the step transformer; However, it occurs in the low-voltage winding of the high-voltage transformer regulated in this way, since the principle of this voltage control requires a significant increase in the low-voltage side - # Vindungszahl he requires. In addition, a transformer regulated in this way is underexcited when the low high voltages are set and the iron core is not subjected to full saturation.
Since the low-voltage windings continue to require a large amount of space as a result of the additional windings and necessary taps, the quality of the coupling between the low-voltage and high-voltage windings is reduced and this causes a further voltage drop. Due to the interaction of all these factors, the internal voltage drop in such a transformer may be even greater than in the case of one with an upstream step transformer.
It is now already known to use transformers for x-ray apparatus that can be used for diagnosis and therapy, in which the high-voltage winding is divided into a middle one, which is used for the purposes of diagnosis, long in relation to the number of turns and the part as close as possible to the primary winding, and additional windings attached to the outer ends of the central part,
which are used in community with the middle winding for therapeutic purposes and are kept short in relation to their number of turns and are arranged at a greater distance from the primary coil. The subdivision of the overvoltage winding of this transformer only has the purpose of producing the different transformation ratios of the transformer required for different modes of operation via two taps and associated changeover switches.
The voltage to be set separately for each operating mode in this transformer is also carried out on the low-voltage side with the help of a low-voltage control device, which, as described above, is represented either by a step transformer or by taps on the undervoltage winding of the transformer . Despite its two high-voltage side taps, this transformer still has all the disadvantages of the low-voltage side voltage regulation.
However, control devices on the high voltage side for operating glow cathode X-ray tubes have also become known, in which the winding supplying the heating current is arranged on the core of the high voltage transformer in addition to the secondary high voltage winding. The high-voltage winding and the heating current winding can be regulated individually. In this control device, however, no consideration has been given to the same potential of the high-voltage-side extraction lines to earth.
If these devices are regulated, the potential difference of one high-voltage line does not remain the same as that of the other line to earth, but becomes completely different. This asymmetry in the X-ray system in the various control settings impairs the operational safety on the one hand due to different stresses on the insulation and on the other hand due to irregular voltage distribution on the X-ray tube.
All these inconveniences are avoided in the high-voltage transformer for X-ray systems with high-voltage-side tap control according to the invention in that the taps are combined into at least two control devices that are adjustable symmetrically to the electrical center of the induction system.
There are two options for symmetrical control here: one is that the taps are available at the ends of the transformer winding and the high-voltage lines are directly connected to the regulator brushes sliding on the taps.
The other possibility is to divide the high-voltage winding of the transformer in half and to place the taps symmetrically to the sub-point, to connect the regulator brushes to one another in a conductive manner and to connect the high-voltage lines directly to the other ends of the high-voltage partial windings. In the case of multiphase currents, the sub-point corresponds to the star point.
The second circuit has the advantage over the first circuit that not all of the tapped windings, but only those at the high-voltage bushings on closed input windings, have to be protected against jump waves.
In the drawing, Ausführungsbei are games of the subject invention provides Darge.
Fig. 1 shows a transformer with the low voltage winding 11 and the upper voltage winding 12, wherein the lower voltage winding via a. Switch 1'3 is connected directly to the network. The taps on the high-voltage winding are routed to two regulating devices 14, 15, from whose regulator brushes the voltage is tapped with the aid of the terminals 16.
While according to Fig. 1, the taps are at the ends of the high-voltage winding 12, according to Fig. 2, the high-voltage winding 12 is divided into two parts 17, 18 un and the control device 14, 15 relocated to the facing ends of this at the winding parts. The connec tion line 19 can also, as indicated, be grounded. In this latter embodiment, there is the further advantage that the control devices 14, 15 respectively. 20, 21, 22 (Fig. 3) are only to be dimensioned for a voltage that is low to earth.
3 shows an exemplary embodiment for three-phase current, the regulating devices 20, 21, 22 being located on the star point side 23 of the high-voltage winding 12.
To increase the number of stages and thus to refine the voltage control, the following switching method can be used in the control devices illustrated in FIGS. 1 to 3. First one control device, for example 14, is switched from 2 (Fig. 2) to the next tap 3, then the other control device 15 from II to IH and then again the first from 3 to 4 and then the second from III to IV and so. away. In the pig. 4 to 7 show the control devices built directly into the transformers.
The upper voltage winding 12 is located on an insulating cylinder 24 which in turn encloses the lower voltage winding 2, 6 arranged on the iron core 25. The upper voltage winding 12, wound in layers, for example, is tapped at the end of individual layers, which taps are brought up to tap contacts 217. are.
The tapping contacts 27 can be fastened to the insulating cylinder 24 directly or via a special carrier. The movable brushes 29 of the control devices, which, according to FIG. 4, have pivot points located either on special insulators 30 or according to FIG. 7 on bushing insulators 31, slide on the tap contacts 27.
The Isola gates 30 are rotatable and, as shown in FIG. moved with the aid of a worm drive 32 from a regulating motor 34 arranged on the cover 33 of the transformer. In the case shown in Fig. 7 is a rotation of the bushing insulator 31 can be done or a shaft can be passed through the interior of the Isola gate, but then the drive is to be isolated from high voltage.
In both cases, FIGS. 4 and 7, the high voltage winding is distributed over both legs of the iron core 25 so that the regulator brushes 29 can only be driven from one side of the yoke.
FIG. 5 shows a view of the transformer designed according to FIG. 4 on the plane of section <I> A-A. </I>
The regulating transformer shown in Fig. 7 is connected according to the scheme shown in FIG. The taps are located at both ends of the high-voltage winding so that the best coupling is always maintained when individual layer groups are switched off. The tapped locations are therefore always in the area of greater spread. In the regulating transformer shown in FIG. 4, the circuit according to FIG. 2 is implemented, the tapped positions in the interior of the two separated high-voltage winding parts being arranged.
But here, too, there is the possibility of bringing the tapped layers into the area of the greatest scatter by building the transformer in such a way that the potential of the individual winding layers increases towards the iron core and the high voltage decreases from the innermost layer. If the outermost layer is grounded, for example, the vessel can be placed tightly around it and the transformer can be kept as small as possible.
Instead of the aforementioned layer-wise winding, you can also use a disc winding, in which case the regulator brushes have not passed through a rotary movement, but rather through a push movement over the tapping contacts.