編號8：第八章 中頻X線機ppt課件

1、醫(yī)學影像設備學醫(yī)學影像設備學 Medical imaging equipment 第八章第八章 中頻中頻X線機線機第一節(jié)第一節(jié) 中頻中頻X線機概述線機概述一、中頻一、中頻X線機線機1、工頻、工頻X線機：指高壓發(fā)生器的工作線機：指高壓發(fā)生器的工作頻率所使用的工作電源直接采用電力工頻率所使用的工作電源直接采用電力工頻頻50HZ，工作頻率為數(shù)百，工作頻率為數(shù)百-1KHZ，體，體積龐大，輸出波形脈動率高、積龐大，輸出波形脈動率高、X線劑量線劑量不穩(wěn)定，曝光參量的準確性和重復性差，不穩(wěn)定，曝光參量的準確性和重復性差，軟射線成分較多。軟射線成分較多。2、中頻、中頻X線機：工作頻率在數(shù)線機：工作頻率在數(shù)KH

2、2-數(shù)數(shù)+KHZ的的X線線機，其核心是利用逆變電路將機，其核心是利用逆變電路將X線機高壓發(fā)生器的線機高壓發(fā)生器的工作電源由工頻工作電源由工頻50-60HZ提高到中頻提高到中頻400-20KHZ）。）。3、高頻、高頻X線機：工作頻率在線機：工作頻率在20KHZ以上時叫高頻以上時叫高頻機。機。二、中頻機的發(fā)展現(xiàn)狀二、中頻機的發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)代現(xiàn)代X線機：將綜合有中頻電源的線機：將綜合有中頻電源的X線發(fā)生與線發(fā)生與X線信息電子數(shù)字化采集的線信息電子數(shù)字化采集的X線機。線機。三、頻率機的特點三、頻率機的特點（一體積小重量輕（一體積小重量輕1、無需自耦變壓器供電，而是工頻電源整流、無需自耦變壓器供電，而是工頻

3、電源整流供電，而減重。供電，而減重。2、高壓變壓器和燈絲加熱變壓器可輕小，可、高壓變壓器和燈絲加熱變壓器可輕小，可省去高壓油箱和電纜，而做成組合機頭。省去高壓油箱和電纜，而做成組合機頭。3、椐變壓器工作原理：變壓器初級線圈和鐵芯，、椐變壓器工作原理：變壓器初級線圈和鐵芯，截面積的乘積與初級電壓和電源頻率之間關系為：截面積的乘積與初級電壓和電源頻率之間關系為：NS=E/4.44fB。式中：式中：N為初級匝數(shù)，為初級匝數(shù)，S為鐵芯截面積，為鐵芯截面積，E為初級電為初級電壓，壓，f為工作頻率，為工作頻率，B為磁感應強度。為磁感應強度。故：故：f越大，越大，NS就越小，故中頻機高壓發(fā)生器體小就越小，故

4、中頻機高壓發(fā)生器體小重量輕。重量輕。（二輸出高質量（二輸出高質量X線束線束31101中頻機管電壓脈動波紋系數(shù)極小、近似直流，產(chǎn)生的中頻機管電壓脈動波紋系數(shù)極小、近似直流，產(chǎn)生的X線能集中，軟射線少，線束通過物質后，只有光子數(shù)量線能集中，軟射線少，線束通過物質后，只有光子數(shù)量減少，沒有光子能量的變化。減少，沒有光子能量的變化。1、病人的皮膚受照射量少，約當工頻機的、病人的皮膚受照射量少，約當工頻機的2、成像質量高、成像質量高 硬射線多，波譜集中，散射少。硬射線多，波譜集中，散射少。3、曝光時間短。、曝光時間短。 31101（三實時閉環(huán)控制參數(shù)穩(wěn)定精度高（三實時閉環(huán)控制參數(shù)穩(wěn)定精度高1 1、KVK

5、V、mAmA、S S由微機管理，由微機管理，KVKV和和mAmA為閉環(huán)自動控制，為閉環(huán)自動控制，無需無需KVKV補償及空間電荷效應補償。補償及空間電荷效應補償。2 2、逆變電路工作頻率高，調節(jié)周期短，動態(tài)響應、逆變電路工作頻率高，調節(jié)周期短，動態(tài)響應快，不論快，不論KVKV、mAmA的影響因素有多少，只要在某一允的影響因素有多少，只要在某一允許范圍內(nèi)變化均能予以調整。許范圍內(nèi)變化均能予以調整。（四可直流電供電（四可直流電供電在缺交電時，可用儲電池電來帶動機器。在缺交電時，可用儲電池電來帶動機器。（五設備技術含量高（五設備技術含量高逆變器技術難度大，需大功率電子開關器件，逆變逆變器技術難度大，需

6、大功率電子開關器件，逆變升壓變壓器和微電子控制。升壓變壓器和微電子控制。故應開發(fā)大功率，高性能的高頻發(fā)生器。故應開發(fā)大功率，高性能的高頻發(fā)生器。四、直流逆變的基礎知識四、直流逆變的基礎知識（一逆變技術及其發(fā)展過程（一逆變技術及其發(fā)展過程逆變：是椐設備負載特殊要求，對市電進行各種形式的逆變：是椐設備負載特殊要求，對市電進行各種形式的交換，以獲最佳的工作效果。交換，以獲最佳的工作效果。1、整流：實現(xiàn)、整流：實現(xiàn) AC交流）交流）/DC直流交換直流交換2、逆變：實現(xiàn)、逆變：實現(xiàn) DC/AC交換交換3、變頻：實現(xiàn)、變頻：實現(xiàn) AC/ACAC/DC/AC交換交換4、斬波：實現(xiàn)、斬波：實現(xiàn) DC/DCAC

7、/DC/DC交換交換5、靜止式固態(tài)斷路器、靜止式固態(tài)斷路器 實現(xiàn)無觸點開關，斷路器功能。實現(xiàn)無觸點開關，斷路器功能。逆變技術的幾個階段。逆變技術的幾個階段。（1第一階段：第一階段：50年代，電子管、離子管發(fā)展階段，主要年代，電子管、離子管發(fā)展階段，主要整流交換整流交換AC/DC。（2第二階段：第二階段：60年代，硅整流管、晶閘管發(fā)展階段通過年代，硅整流管、晶閘管發(fā)展階段通過晶閘管控制極進行相控型交換。晶閘管控制極進行相控型交換。（3第三階段：第三階段：70年代年代80年代，以絕緣柵雙極晶體管等年代，以絕緣柵雙極晶體管等電壓型全控器的發(fā)展階段，由移相控制轉為時間比率控制。電壓型全控器的發(fā)展階段，

8、由移相控制轉為時間比率控制。（4第四階段：以智能化功率集成電路，高壓功率集成電第四階段：以智能化功率集成電路，高壓功率集成電路為發(fā)展階段，實現(xiàn)器件與電路的集成，強電與弱電功率流路為發(fā)展階段，實現(xiàn)器件與電路的集成，強電與弱電功率流與信息流的集成。與信息流的集成。（二逆變的分類（二逆變的分類1、按逆變器輸出交流的頻率：分為工頻、中頻、高頻逆變、按逆變器輸出交流的頻率：分為工頻、中頻、高頻逆變2、按逆變器輸出相數(shù)：單相、三相、多相、按逆變器輸出相數(shù)：單相、三相、多相3、按逆變器主開關器件類型：晶閘管逆變，晶體管逆變，場效、按逆變器主開關器件類型：晶閘管逆變，晶體管逆變，場效晶管逆變晶管逆變4、按逆變

9、器主電路的形式：單端式、半橋式、全橋式、按逆變器主電路的形式：單端式、半橋式、全橋式5、按逆變器控制方式：調頻式、調寬式、按逆變器控制方式：調頻式、調寬式6、按直流電源性質：電壓型變頻、電流型變頻、按直流電源性質：電壓型變頻、電流型變頻7、按工作原理：分、按工作原理：分v/f控制變頻，轉差頻率控制變頻，矢量控制控制變頻，轉差頻率控制變頻，矢量控制8、按交換環(huán)節(jié)：、按交換環(huán)節(jié)：ACAC ACDCAC交換交換（三高頻率工作時的電路元件參數(shù)（三高頻率工作時的電路元件參數(shù)1、頻率較低時，將電阻、電容、電感、導線等元、頻率較低時，將電阻、電容、電感、導線等元件都看成集中參數(shù)元件。件都看成集中參數(shù)元件。2

10、、頻率較高時，將電阻、電容、電感、導線等元、頻率較高時，將電阻、電容、電感、導線等元件都看成分布參數(shù)元件。件都看成分布參數(shù)元件。（1電容器電容器一般用兩層金屬膜，中夾一絕緣層卷成一卷，再從一般用兩層金屬膜，中夾一絕緣層卷成一卷，再從兩層金屬膜相距最遠的兩端引兩根引線。兩層金屬膜相距最遠的兩端引兩根引線。（2電感器電感器 絕緣金屬導線一匝一匝圈狀繞制，匝絕緣金屬導線一匝一匝圈狀繞制，匝與匝之間有電容。與匝之間有電容。（3電阻器電阻器 為陶瓷管上繞有電阻絲，且繞成螺旋為陶瓷管上繞有電阻絲，且繞成螺旋管狀管狀（4導線導線 連接作用的元件連接作用的元件 頻率較高時，產(chǎn)生趨膚效應，即減少導線頻率較高時，

11、產(chǎn)生趨膚效應，即減少導線 有效截面積有效截面積 當頻率足夠大時，則表現(xiàn)為電感特性當頻率足夠大時，則表現(xiàn)為電感特性第二節(jié)第二節(jié) 直流逆變電源直流逆變電源工頻機供電方式：工頻電力電源工頻機供電方式：工頻電力電源自耦自耦變壓器變壓器高壓發(fā)生器高壓發(fā)生器X線管線管中頻機供電方式：工頻電力電源中頻機供電方式：工頻電力電源直流直流逆變電源逆變電源中頻高壓發(fā)生器中頻高壓發(fā)生器X線管線管一、直流電源一、直流電源1、小型中頻機直接用蓄電池供電，或電、小型中頻機直接用蓄電池供電，或電220V單相單相交流電源整流后變?yōu)橹绷麟姟＝涣麟娫凑骱笞優(yōu)橹绷麟姟?、15KW以下中頻機使用單相以下中頻機使用單相220V交流電源

12、，經(jīng)交流電源，經(jīng)橋式整流后或倍壓整流濾波后轉為直流電源。橋式整流后或倍壓整流濾波后轉為直流電源。3、15KW以上中頻機用三相可控橋式整流率波電源。以上中頻機用三相可控橋式整流率波電源。二、直流逆變電源原理二、直流逆變電源原理直流逆變：將直流電壓變換為某一中頻交流直流逆變：將直流電壓變換為某一中頻交流電壓的過程分全橋式逆變，半橋式逆變，單電壓的過程分全橋式逆變，半橋式逆變，單端逆變?nèi)N。端逆變?nèi)N。（一全橋式逆變電路原理（一全橋式逆變電路原理基本特點：適當控制四只電子開關的動作來實現(xiàn)直、基本特點：適當控制四只電子開關的動作來實現(xiàn)直、交的變換。交的變換。1、諧振逆變技術、諧振逆變技術在主電路上增加

13、儲能元件在主電路上增加儲能元件L和和C，并利用高頻變壓，并利用高頻變壓器漏抗和電路中的寄生電感和寄生電容，構成諧振器漏抗和電路中的寄生電感和寄生電容，構成諧振回路，使功率器件換流時，回路，使功率器件換流時，L、C產(chǎn)生諧振，迫使產(chǎn)生諧振，迫使功率器件的電壓或電流訊降為零來提供開關條件。功率器件的電壓或電流訊降為零來提供開關條件。2、全橋串聯(lián)諧振逆變主電路、全橋串聯(lián)諧振逆變主電路圖中圖中Kp1-Kp4為電子開關，為電子開關，R-為負載阻抗，中晶閘為負載阻抗，中晶閘管，管，I二極管，二極管，C-電容器，電感器電容器，電感器L逆變橋：四個臂構成，每一臂由一個晶閘管，一個逆變橋：四個臂構成，每一臂由一個

14、晶閘管，一個二極管并聯(lián)組成，二極管并聯(lián)組成，Kp1-Kp4與與VD1-VD4組成。組成。負載回路：由補償電容器負載回路：由補償電容器C、電感器、電感器L、導線電阻、導線電阻組成。組成。3、全橋串聯(lián)諧振逆變工作原理。、全橋串聯(lián)諧振逆變工作原理?；咎攸c：適當控制四只電子開關的動作來實現(xiàn)直流到交流基本特點：適當控制四只電子開關的動作來實現(xiàn)直流到交流的變換，四只電子開關按以下順序開閉，分四個時段。的變換，四只電子開關按以下順序開閉，分四個時段。T1期：期：Kp1 Kp2導通，導通，Kp3、Kp4斷開，電容斷開，電容C充電，充電，R上上電壓為電壓為+E，支流電源，支流電源Uo1Kp1CLRKp2Uo負

15、極負極T2期：電容期：電容C產(chǎn)生反想電流經(jīng)產(chǎn)生反想電流經(jīng)V1和和CD2流回直流電源流回直流電源Uo，VD1、VD2分別與分別與Kp1、Kp2反向并聯(lián)，故流經(jīng)反向并聯(lián)，故流經(jīng)VD1、VD2反向電流，使反向電流，使Kp1Kp2截止，并有一個短時間等待叫死區(qū)截止，并有一個短時間等待叫死區(qū)時間。時間。Kp1斷開、斷開、Kp2斷開、斷開、Kp3、Kp4斷開，電流為斷開，電流為O、R上電壓上電壓為為O。T3期：期：Kp3-4閉合通電，閉合通電，Kp1-2斷開。斷開。電流路徑：電流路徑：Uo正極正極Kp3RLCKp4Uo負極，電負極，電流為流為1，R上電壓為上電壓為-E，輸出負半周電壓。，輸出負半周電壓。T

16、4期：期：C產(chǎn)生反想電流，經(jīng)產(chǎn)生反想電流，經(jīng)VD2-4流回直流電源流回直流電源Uo。K3-4斷開，斷開，K1-2斷開，電流為斷開，電流為O，R上電壓為上電壓為O。（二半橋式逆變電路原理（二半橋式逆變電路原理基本原理：利用兩只電子開關和電容電阻的基本原理：利用兩只電子開關和電容電阻的特點來實現(xiàn)直特點來實現(xiàn)直交流交換，獲得正交流交換，獲得正-負交替的負交替的近似矩形波輸出。近似矩形波輸出。T1：K1閉合、閉合、K2開，電流開，電流EK1CROV，電，電流為流為i1，在，在R上電壓為上電壓為i1T2：K1斷、斷、K2斷開，電流為斷開，電流為O、R上電壓為上電壓為OT3：K2閉、閉、K1斷，電流為斷，

17、電流為i2，電壓為，電壓為Ri2，電流，電流 ECK2OVT4：K2斷、斷、K1斷，電流為斷，電流為O，R上電壓為上電壓為O（三單端逆變原理（三單端逆變原理采用一個開關元件，利用電磁感應現(xiàn)象來實采用一個開關元件，利用電磁感應現(xiàn)象來實現(xiàn)直一交交換?，F(xiàn)直一交交換。當當K閉合閉合變壓器變壓器T 1端為正，端為正，3端為正端為正在次級回在次級回路上形成互感電流路上形成互感電流在在R上形成壓降，上形成壓降，R上形成正上形成正向指數(shù)衰減電壓波形。向指數(shù)衰減電壓波形。當當K斷開時斷開時變壓器變壓器T 2端、端、4端為正端為正在次進回路在次進回路上形成負向指數(shù)衰減變化上形成負向指數(shù)衰減變化R上為負向指數(shù)衰減電上為負向指數(shù)衰減電壓波形。壓波形。三、逆變電源功率和電壓的控制三、逆變電源功率和電壓的控制中頻高壓變壓器管電壓調節(jié)方法有兩種：中頻高壓變壓器管電壓調節(jié)方法有兩種：脈寬調制控制：周期不變，改變脈沖寬度脈寬調制控制：周期不變，改變脈沖寬度來實現(xiàn)。來實現(xiàn)。頻率調制控制：脈沖寬度不變，改變逆變頻率調制控制：脈沖寬度不變，改變逆變頻率。頻率。（一調寬控制（一調寬控制通過改變管電流大小來控制管電壓通過改變管電流大小來控制管電壓具體方法：燈絲逆