DE1199413B - High voltage generator for generating a direct voltage suitable for the operation of X-ray tubes in X-ray diagnostic apparatus - Google Patents

Description

Hochspannungsgenerator zur Erzeugung einer für den Betrieb von Röntgenröhren in Röntgendiagnostikapparaten geeigneten Gleichspannung Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsgenerator zur Erzeugung einer für den Betrieb von Röntgenröhren in Röntgendiagnostikapparaten geeigneten Gleichspannung aus einer Gleichstromquelle von geringer Spannung mit einem Hochspannungstransformator, dessen primäre Wicklungsstränge mit den Lamellen eines feststehenden Kollektors verbunden sind und über eine auf dem Kollektor umlaufende Bürste bzw. Bürsten aus der Gleichstromquelle gespeist werden, während die sekundäre Hochspannungswicklung an eine Gleichrichterschaltung zur Speisung der Röntgenröhre angeschlossen ist.High-voltage generator for generating one for the operation of X-ray tubes DC voltage suitable in X-ray diagnostic apparatus. The invention relates to a High-voltage generator for generating a for the operation of X-ray tubes in X-ray diagnostic apparatus suitable direct voltage from a direct current source of low voltage with a high voltage transformer whose primary winding phases are connected to the slats of a fixed collector and via a the collector rotating brush or brushes fed from the direct current source while the secondary high voltage winding to a rectifier circuit is connected to supply the X-ray tube.

Bei eitlem bekannten Hochspannungsgenerator dieser Gattung ist der Hochspannungstransformator netzgespeist und einphasig ausgebildet, und die Schaltung ist so gewählt, daß jeweils eine vollständige Polumkehrung seitens des Unterbrechers erfolgt. Der Nachteil dieser Bau- und Schaltungsweise ist die Abhängigkeit von netzbedingten Spannungsschwankungen und die Verursachung eines starken Bürstenfeuers, *as sich beides sehr ungünstig auf den Röntgenbetrieb und auf den Patienten auswirken kann. Der bekannte Hochspannungsgenerator ist überdies gewichtsmäßig schwer und infolgedessen an einen ortsfesten Standort gebunden.A well-known high-voltage generator of this type is the Mains-fed high-voltage transformer and single-phase, and the circuit is chosen so that in each case a complete pole reversal on the part of the breaker he follows. The disadvantage of this construction and switching method is the dependence on network-related Voltage fluctuations and causing a strong brush fire, * as yourself both can have a very unfavorable effect on the X-ray operation and on the patient. The known high-voltage generator is also heavy in terms of weight and consequently bound to a fixed location.

Es ist außerdem bereits eine wissenschaftliche Arbeit veröffentlicht worden, die sich mit der Verkürzung der Belichtungszeit durch den Röntgen-Drehstromapparat gegenüber dem Vierventilröhrengleichrichter beschäftigt. Danach sind es zwei Faktoren, auf die sich die beim Drehstrombetrieb gegenüber dem Vierventilbetrieb mögliche Belichtungszeitverkürzung zurückführen läßt. Einerseits wird beim Drehstrombetrieb dieselbe Dosis bei gleicher mittlerer Strahlenqualität mit einer geringeren der Röntgenröhre zugeführten elektrischen Energie erzeugt als beim Vierventilbetrieb. Andererseits ist beim Drehstrombetrieb die Röntgenröhre bei äquivalenter thermischer Beanspruchung des Brennfleckes mit einer höheren Wattzahl belastbar als beim Vierventilbetrieb.In addition, a scientific paper has already been published with the shortening of the exposure time by the three-phase X-ray apparatus busy compared to the four-valve tube rectifier. After that there are two factors on which the three-phase operation compared to the four-valve operation possible Lets reduce exposure time. On the one hand, with three-phase operation the same dose with the same average radiation quality with a lower der X-ray tube generated electrical energy than in four-valve operation. On the other hand, with three-phase operation, the X-ray tube is more thermal with equivalent Stress on the focal point with a higher wattage than with four-valve operation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Röntgengenerator zu schaffen, der es gestattet, die Röntgenapparatur von den Spannungsabfällen des Speisenetzes unabhängig zu machen, und der keine kurzzeitigen starken Stromaufnahmen benötigt. Ferner sollen die Abmessungen des Generators klein zu halten sein, und es soll sich eine konstante Röntgenausbeute sicherstellen lassen, wobei die elektrischen Werte im Vergleich zu den üblichen Werten bei gleichbleibender Wirkung verringert werden sollen. Die Röntgenapparatur soll weiterhin unabhängig von einem ortsfesten Speisenetz, aber auch ohne die dafür bekannten Motor-Generator-Umformergruppen betrieben werden können.The invention is based on the object of an X-ray generator create, which allows the X-ray apparatus from the voltage drops in the supply network to make independent, and which does not require short-term strong power consumption. Furthermore, the dimensions of the generator should be kept small, and it should be Ensure a constant X-ray yield, with the electrical values can be reduced compared to the usual values with the same effect should. The X-ray equipment should continue to be independent of a stationary supply network, but can also be operated without the known motor-generator-converter groups can.

Die Lösung geschieht nach der Erfindung durch einen Hochspannungsgenerator der eingangs genannten Gattung, der erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale gekennzeichnet ist: a) Der Hochspannungstransformator ist ein Mehrphasen-Hochspannungstransformator; b) die auf dem feststehenden Kollektor umlaufenden) Bürste(n) wird (werden) von einem Elektromotor mit konstanter Drehzahl angetrieben, der aus derselben Gleichstromquelle gespeist wird, die den Mehrphasentransformator speist; c) die Gleichstromquelle besteht in an sich bekannter Weise aus einer aus dem Lichtnetz bzw. durch die Dynamomaschine eines Fahrzeuges aufladbaren Akkumulatorenbatterie.The solution is done according to the invention by a high voltage generator of the type mentioned at the outset, according to the invention by the combination of the following Features is characterized: a) The high-voltage transformer is a multi-phase high-voltage transformer; b) the brush (s) rotating on the fixed collector is (are) of an electric motor driven at constant speed, which comes from the same direct current source is fed, which feeds the polyphase transformer; c) the direct current source consists in a manner known per se from one from the lighting network or from the dynamo machine of a vehicle rechargeable battery.

Hiermit sind Vorteile in mehrfacher Hinsicht verbunden. So beseitigt die Anwendung des Mehrphasensystems die als Folge der Stromwendung auftretenden Schwierigkeiten. Im Falle des Einphasenstromkreises liegt zwischen den Lamellen des Unterbrechers volle Spannung, und wenn die rotierende Bürste über die Lamellen streicht, verursacht sie e;nen Kurzschluß im Transformator, wobei das bereits erwähnte starke Bürstenfeuer auftritt, welches außer für einen ganz bestimmten Belastungswert nicht, und zwar auch nicht durch besondere Vorkehrungen herabgesetzt werden kann. Bei Verwendung des Mehrphasenstromkreises verringert sich dagegen der Spannungssprung zwischen den Lamellen erheblich, der Transformator wird nicht mehr kurzgeschlossen, und infolgedessen ist auch das Bürstenfeuer so gut wie ausgeschaltet. Ferner ist ein Betrieb mit hoher Belastung sowie mit Belastungsschwankungen möglich. Die Mehrphasenschaltung gestattet es schließlich auf Grund der möglichen Frequenzerhöhung, die Röntgenröhre mit einer Spannung zu speisen, die praktisch keine Welligkeit besitzt, woraus sich eine Herabsetzung der Patientendosis und eine Verminderung des Gewichtes und Platzbedarfes der Anlage ergeben.This has advantages in several respects. So eliminated the application of the multiphase system that occurs as a result of the commutation Trouble. In the case of a single-phase circuit, there is a breaker between the slats full tension and when the rotating brush brushes the slats They have a short circuit in the transformer, with the strong brush fire already mentioned occurs, which is not except for a very specific exposure value, namely also cannot be reduced by taking special precautions. Using of the multi-phase circuit, however, the voltage jump between the fins significantly, the transformer is no longer short-circuited, and as a result the brush fire is as good as switched off. Furthermore, operation with high Load as well as with load fluctuations possible. The multi-phase circuit is permitted Finally, due to the possible increase in frequency, the X-ray tube with a To feed voltage that has practically no ripple, resulting in a reduction the patient dose and a reduction in the weight and space requirements of the system result.

Die Verwendung von Akkumulatorenbatterien als Gleichstromquelle für den Generator bringt den Fortschritt mit sich, daß sämtliche schädlichen Folgeerscheinungen der durch äußere Belastungen verursachten Spannungsabfälle, die bei gewöhnlichen Speisenetzen vorhanden sind, wegfallen. Damit wird eine absolute Konstanz der Röntgenaufnahme gewährleistet, und es ist lediglich erforderlich, den Zustand der Batterien zu überwachen, d. h. sie in üblicher Weise langsam aus dem Lichtnetz oder durch eine Dynamomaschine zu laden. Weiterhin besitzen die üblichen Batterien eine Kapazität, die es gestattet, den Strom für eine hohe Anzahl von Röntgenaufnahmen zu liefern, und so ist es möglich, Röntgengeräte mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Generator in beweglichen Anlagen, beispielsweise in fliegenden Röntgenstationen, zu verwenden, ohne daß ein Motorgenerator benötigt wird. Das Aufladen der Batterien kann in diesen Fällen durch die Dynamomaschine des Fahrzeuges erfolgen, auf dem sich die Anlage befindet. Auf diese Weise ergeben sich Röntgenanlagen, die völlig unabhängig vom Netz betrieben werden können.The use of accumulator batteries as a source of direct current for the generator brings progress with it that all harmful sequelae the voltage drops caused by external loads that occur with ordinary Feed networks are available, are omitted. This ensures an absolute constancy of the X-ray image and it is only necessary to monitor the condition of the batteries d. H. in the usual way slowly from the mains or from a dynamo to load. Furthermore, the usual batteries have a capacity that allows to supply the electricity for a large number of x-rays, and so it is possible to X-ray devices with the generator designed according to the invention in movable systems, for example in flying X-ray stations, to be used without a motor generator is needed. In these cases, the batteries can be charged by the dynamo of the vehicle on which the system is located. In this way surrendered X-ray systems that can be operated completely independently of the network.

Als weiterer wesentlicher Vorteil hat sich erwiesen, daß es mit dem Hochspannungsgenerator nach der Erfindung möglich ist, besonders gute Röntgenaufnahmen mit elektrischen Werten zu erzielen, die weit unter den üblichen Werten liegen.Another major advantage has been shown to be that with the High-voltage generator according to the invention is possible, particularly good X-ray images to achieve with electrical values that are far below the usual values.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wiedergegeben. Es zeigt F i g. 1 ein Schaltschema des Niederspannungsteils zur Umformung des Gleichstromes in mehrphasigen Wechselstrom, F i g. 2 die Primärseite des Transformators mit der Anordnung der verschiedenen Wicklungsstränge und ihren Verbindungen mit den Kollektorlamellen, F i g. 3 ein Schaltschema des Hochspannungsteiles zur Speisung der Röntgenröhre.The drawing shows an exemplary embodiment of the subject matter of the invention reproduced. It shows F i g. 1 a circuit diagram of the low-voltage part for conversion of direct current in polyphase alternating current, F i g. 2 the primary side of the transformer with the arrangement of the various winding phases and their connections with the collector lamellas, F i g. 3 a circuit diagram of the high-voltage part for supply the X-ray tube.

Der Umformerteil der Schaltung weist einen Transformator auf, dessen Primärwicklung ein System von achtzehn Phasen bildet. Dies wird durch einen Drehstromtransformator erreicht, dessen Primärwicklung Hauptstränge enthält, die im Doppelstern geschaltet sind und von denen Nebenstränge abzweigen. Die Primärwicklung des Transformators besteht aus Hauptsträngen 1, 1', 2, 2' und 3, 3', die paarweise auf den drei Schenkeln 1, Il, 111 des Mehrphasentransformators liegen und von denen je drei Nebenstränge l a, l b, l c, I d; 2a, 2b, 2c, 2 d und 3a, 3b, 3e, 3 d abzweigen, die ebenfalls auf den drei Schenkeln I, II, III liegen. Die Hauptwicklungsstränge sind mit je einem Ende im Punkt N zusammengeschaltet, und die freien Enden sämtlicher Wicklungsstränge sind einzeln an je eine der achtzehn Lamellen eines feststehenden Kollektors C angeschlossen. Auf diesem schleift eine Bürste S, die durch einen nicht dargestellten Motor im Sinne des eingezeichneten Pfeiles angetrieben und in Umlauf versetzt wird.The converter part of the circuit has a transformer, the primary winding of which forms a system of eighteen phases. This is achieved by a three-phase transformer, the primary winding of which contains main strands that are connected in a double star and from which secondary strands branch off. The primary winding of the transformer consists of main strands 1, 1 ', 2, 2' and 3, 3 ', which lie in pairs on the three legs 1, II, 111 of the polyphase transformer and each of which has three secondary strands la, lb, lc, I d ; 2a, 2b, 2c, 2 d and 3a, 3b, 3e, 3 d branch off, which also lie on the three legs I, II, III. The main winding strands are interconnected with one end each at point N, and the free ends of all winding strands are individually connected to one of the eighteen lamellae of a fixed collector C each. A brush S grinds on this, which is driven and set in rotation by a motor (not shown) in the direction of the arrow drawn.

Zur Speisung der Primärwicklung des Transformators ist ein Akkumulator B vorgesehen, dessen einer Pol elektrisch mit der Bürste S verbunden ist, während der andere Pol mit dem Mittelpunkt N der Primärwicklung verbunden ist. In der Verbindungsleitung zwischen der Batterie B und der Bürste S liegt ein elektromagnetischer steuerbarer Schalter J.To feed the primary winding of the transformer, an accumulator B is provided, one pole of which is electrically connected to the brush S, while the other pole is connected to the center point N of the primary winding. In the connecting line between the battery B and the brush S there is an electromagnetic controllable switch J.

Die Hochspannungsseite des Transformators ergibt sich aus F i g. 3. Die Sekundärwicklung ist im Stern geschaltet und bildet ein Hochspannungs-Drehstromsystem, das an eine beliebige Gleichrichterschaltung G angeschlossen ist, aus der eine Röntgenröhre R unmittelbar mit der gleichgerichteten Hochspannung gespeist wird. Zur Heizung der Röhre ist ein eigener Transformator T vorgesehen.The high-voltage side of the transformer is shown in FIG. 3. The secondary winding is connected in the star and forms a high-voltage three-phase system, which is connected to any rectifier circuit G, from which an X-ray tube R is fed directly with the rectified high voltage. For heating a separate transformer T is provided for the tube.

Die konstante Gleichspannung der Batterie B wird durch die mit konstanter Drehzahl am Kollektor C schleifende Bürste S nacheinander an die verschiedenen Wicklungsstränge der Primärwicklung des Mehrphasentransformators angelegt. Bei jeder vollen Umdrehung der Bürste S wird im Transformator ein voller Zyklus eines harmonischen, sinusförmigen oder fast sinusförmigen Mehrphasensystems gebildet, so daß sich die Umformung des von der Batterie B gelieferten Gleichstromes in einen Mehrphasenwechselstrom vollzieht. Dieser wird im gleichen Transformator in einen Drehstrom hoher Spannung umgewandelt, der sodann nach seiner Gleichrichtung in der Schaltung G die Röntgenröhre R speist.The constant DC voltage of the battery B is given by the constant Speed of the brush S sliding on the collector C one after the other to the different winding phases applied to the primary winding of the polyphase transformer. With every full revolution the brush S becomes a full cycle of a harmonic, sinusoidal in the transformer or almost sinusoidal multi-phase system, so that the deformation of the from the battery B supplied direct current into a polyphase alternating current completes. This is converted into a three-phase high voltage in the same transformer, which then feeds the X-ray tube R after being rectified in the circuit G.

Claims (2)

Patentansprüche: 1. Hochspannungsgenerator zur Erzeugung einer für den Betrieb von Röntgenröhren in Röntgendiagnostikapparaten geeigneten Gleichspannung aus einer Gleichstromquelle von geringer Spannung mit einem Hochspannungstransformator, dessen primäre Wicklungsstränge mit den Lamellen eines feststehenden Kollektors verbunden sind und über eine auf dem Kollektor umlaufende Bürste bzw. Bürsten aus der Gleichstromquelle gespeist werden, während die sekundäre Hochspannungswicklung an eine Gleichrichterschaltung zur Speisung der Röntgenröhre angeschlossen ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: a) Der Hochspannungstransformator ist ein Mehrphasen-Hochspannungstransformator; b) die auf dem feststehenden Kollektor umlaufenden) Bürste(n) wird (werden) von einem Elektromotor mit konstanter Drehzahl angetrieben, der aus derselben Gleichstromquelle gespeist wird, die den Mehrphasentransformator speist; c) die Gleichstromquelle besteht in an sich bekannter Weise aus einer aus dem Lichtnetz bzw. durch die Dynamomaschine eines Fahrzeuges aufladbaren Akkumulatorenbatterie. Claims: 1. High voltage generator for generating a for the operation of X-ray tubes in X-ray diagnostic equipment suitable DC voltage from a low voltage direct current source with a high voltage transformer, its primary winding phases with the lamellas of a fixed collector are connected and via a brush or brushes rotating on the collector the DC power source while the secondary high voltage winding is connected to a rectifier circuit for supplying the X-ray tube, characterized by the combination of the following features: a) The high-voltage transformer is a multiphase high voltage transformer; b) those on the fixed collector rotating) brush (s) is (are) driven by an electric motor with constant speed powered by the same DC power source that powers the polyphase transformer feeds; c) the direct current source consists in a manner known per se from one that can be recharged from the lighting network or by the dynamo machine of a vehicle Accumulator battery. 2. Hochspannungsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Teil einer beweglichen Anlage zur Durchführung von Röntgenaufnahmen darstellt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 467 403; französische Patentschriften Nr. 385 402, 690198; USA.-Patentschrift Nr. 1710 626; A. L i e c h t i : »Röntgenphysik«, 1939, S. 79; »Röntgenpraxis«, Bd. 7, 1935, S. 40 bis 46; »Röntgenblätter«, Bd. 9, 1956, Nr. 12, S.401 bis 404.2. High voltage generator according to claim 1, characterized in that that he is part of a movable system for carrying out X-rays represents. Documents considered: German Patent No. 467 403; French Patent Nos. 385,402, 690198; U.S. Patent No. 1710,626; A. L i e c h t i: "Röntgenphysik", 1939, p. 79; "Röntgenpraxis", Vol. 7, 1935, p. 40 to 46; "Röntgenblätter", Vol. 9, 1956, No. 12, pp. 401 to 404.