東軟CT-C2800旋轉陽極控制原理分析及改進

林木炎 馮曉剛 盧廣文

東軟CT-C2800采用定制的VARIAN GS2071球管，該管為容量2.0 MHU的中速旋轉陽極球管，工作頻率50 Hz，啟動電壓AC220 V，維持電壓AC90 V。啟動繞組（黑線和白線）電阻46.0 Ω±15%，工作繞組（綠線和白線）電阻14 Ω±15%，其中白線為公共端（COM）。

1 工作原理

旋轉陽極控制電路（圖1）位于電源控制板內，具體工作過程如下：

圖1 旋轉陽極主電路

1.1 準備

CT開機正常后，掃描開始前，kV Enable信號為高，繼電器K4工作，旋轉陽極控制電路K4A和K4B切換，為陽極旋轉做準備。

1.2 啟動

掃描開始前，由控制系統來的旋轉陽極啟動允許信號（Rotor Enable）變高，使比較器U6B輸出變低，光耦U5導通，220 V交流電壓經F6、R21、R19、U5、R25、旋轉陽極工作繞組等形成回路，獲得分壓使主可控硅Q1被觸發導通，旋轉陽極在220 V AC電源供電下快速啟動。

1.3 延時

旋轉陽極延時電路由U6A、Q14、Q7、R43、C35等組成，跳線開關JP1選擇2 s或6 s延時。當Rotor Enable信號為高、陽極啟動開始時，Q14截止，使Q7截止，+12 V通過R43或R53給C35充電，計時開始。當C35充電電壓大于9 V時，延時時間到，比較器U6A輸出變為高電平，使比較器U6B輸出也變為高電平。

1.4 降壓

比較器U6B輸出兩路高電平，一路使光耦U5截止，主可控硅在交流電過零點時截止，220 VAC的啟動電壓切斷；另一路使比較器U6D輸出變低，繼電器K2B得電，旋轉陽極控制電路K2A閉合，加在旋轉陽極兩端的交流電壓變小，降為工作維持電壓AC 90 V，實現降壓。

1.5 保護

保險管F6、F7、F9提供了短路保護和轉子故障保護，R21、C25用來限制Q1兩端電壓的上升率，保護雙向可控硅Q1。

干簧管K3B、K5B為旋轉陽極電流檢測保護器件，啟動延時過程中，當旋轉陽極已經達到額定轉速時，流過旋轉陽極啟動繞組和工作繞組的電流將使干簧管K3B、K5B動作，K3A、K5A閉合。延時到達后，U6A輸出電位變高，Q2導通，向高壓控制板輸出低電平，允許加高壓。當檢測到轉速有問題時，干簧管的K3A或K5A斷開，Q2截止，向高壓控制板輸出一個故障信號，禁止曝光，同時使Rotor Enable信號變低，陽極停止旋轉。

2 故障分析

2.1 故障現象

螺旋掃描開始時報F-S-3：掃描過程傳輸出錯，且明顯聞到燒焦味道，馬上停機。

2.2 故障檢修和分析

查歷史記錄發現，曾報過故障代碼9035，即旋轉加高壓狀態接收采集數據超時；9036，即旋轉加高壓狀態送旋轉陽極啟動命令到DAS高壓控制機返回狀態異常，懷疑高壓異常。

關機狀態測量IPC的輸入和輸出正常。重新開機，讀硬件測試狀態正常，在硬件測試內測試高壓加載無反應，打開機架觀察IPC箱的狀態指示燈正常，測量IPC的三相輸入電壓正常。打開ACU箱檢查逆變電路正常，打開IPC箱檢查發現旋轉陽極控制電路的F6、F9保險燒壞，220 V供電插頭XP0105的7、3腳和球管旋轉陽極的供電插頭XP0106的1、3腳燒糊，查旋轉陽極控制電路降壓繼電器K2正常，旋轉維持可控硅Q1正常，隔離光耦U5正常。查球管旋轉陽極的輸入電阻主繞組13 Ω、啟動繞組40 Ω、兩繞組之和53 Ω正常。

該球管已曝光近21萬次，據此懷疑旋轉陽極卡死導致過流，但用戶反映在使用中未聽到旋轉陽極異常旋轉的聲音。在設置雙路5A保險做好保護措施的情況下，單獨給旋轉陽極加110 V AC，發現旋轉陽極轉速正常，旋轉聲音正常，初步排除旋轉陽極卡死故障。修復IPC箱的電源控制板受損部分，測試正常后開機使用正常。

但使用不到1個月后，掃描過程中報9001，即外部燈絲過流，高壓異常；9101，即外部燈絲過流，主電源正常。

進入硬件測試時，IPC箱電源跳掉。斷電后打開IPC箱發現F10(10 A)保險管燒毀，根據前次故障情況，首先檢查旋轉陽極控制電路，發現主可控硅Q1擊穿，測旋轉陽極線圈電阻發現，主繞組5 Ω、啟動繞組40 Ω、兩繞組之和45 Ω，確認主繞組短路。拆下球管測試后發現，由于旋轉陽極的堵轉或卡死導致主繞組過熱短路，引起主可控硅Q1擊穿、保險管F10燒毀。修復電路受損部分后測試燈絲加熱電路正常，IPC箱電路正常，更換球管后CT使用正常。

3 電路改進

該旋轉陽極電路僅有欠流保護，而過流保護僅依靠2個保險管，保護效果有限，導致IPC箱的電源控制板連續兩次燒毀，并最終導致球管損壞。如按廠家要求進行高壓部分的故障維修，按慣例需將高壓發生器的三個電氣箱，即電源輸入調節部分（IPC）、陽極/陰極組件（ACU）和接口控制系統全部更換，維修成本昂貴。

由于旋轉陽極欠流和過流都可能引起轉速不足，當旋轉陽極的堵轉或卡死將產生過流，若這種過流沒有馬上保護，將會導致旋轉陽極控制電路損壞，嚴重時將致球管損壞。如果能在電路上增加過流保護器件，在發生端，同參考電壓進行比較，當發生過流時E1輸出低電平至電源控制板上穩壓二極管D12的陽極，使三極管Q2輸出高電平，報旋轉陽極錯誤，保護裝置起作用，高壓中斷，旋轉陽極停止旋轉。

4 結論

對于GS2071球管，旋轉陽極的額定功率大概為200 W，對于單相電路而言，電機功率P=IUcosφ，其中cosφ是電機功率因素，一般取0.75，可算出額定電流約為3 A，當發生陽極堵轉時，電機可看作純阻性，最大堵轉電流約為6.5 A。通過模擬最大堵轉電流實驗和上機調試，調整電阻R3使U1的參考端電壓為5 V，當旋轉陽極正常工作時U1輸出為高，不影響電源控制板功能，發生陽極堵轉過流時，U1輸出變為低電平，報旋轉陽極錯誤。實現了旋轉陽極控制板的過流保護，并可延長球管的壽命，減少了醫院的設備運行成本。旋轉陽極的堵轉或卡死時馬上切斷旋轉陽極電源并切斷高壓，就能保護旋轉陽極控制電路和球管。

圖2 過流保護電路

根據單向異步電機的工作原理，堵轉電流和啟動電流在數值上是相等的，但電機啟動電流和堵轉電流的持續時間不同，啟動電流最大值出現在電機接通電源后的0.025 s以內，隨著時間的推移啟動電流將按指數規律衰減，衰減速度與電機的時間常數有關；而電機的堵轉電流并不隨時間推移衰減，而是保持不變。CT2800的旋轉陽極啟動時間為2 s，因此過流保護時應避開啟動時間，同時堵轉電流大概是額定電流的5～7倍。

為不破壞原電源控制板，本過流保護電路（圖2）采用從保險管F9串聯取樣，T1為取樣變壓器并具隔離功能，采樣電壓經整流濾波后送至比較器U1的負

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