關于X光機旋轉陽極控制電路和改進的探討

摘 要：X光機進入數字時代，要求更清晰的影像效果和更低的射線劑量，對高壓發生器的要求越來越高了，足夠的發射功率和較小的焦點是保證影像質量的重要條件，旋轉陽極X射線管陽極冷卻效率高，可通過較大的管電流，可以在高功率下將焦點做小，而且可以縮短曝光時間，減少醫生和患者的輻射量，得到越來越廣泛的應用。但是旋轉陽極X射線管對陽極控制電路的要求相對較高，要求陽極電機瞬時加減速，可靠運轉，并且在轉速異常或停轉時可以通知高壓發生器，阻止曝光。文章對X光機旋轉陽極電路的控制和改進進行探討，以促進提高醫學影像技術的發展。

關鍵詞：X光機；旋轉陽極；控制電路；改進

1 常見旋轉陽極控制電路

常見旋轉陽極控制電路主要分啟動、延時、降壓和保護四部分。高速旋轉陽極電路中還包含制動電路。普通X光機旋轉陽極電機大多數是單相交流異步電動機，通過分相電容進行啟動，少數管組件廠家生產三相旋轉陽極的X線管（如西門子），三相電機比單相電機有更大的轉矩，起動及運行更平穩，但其制造成本高，控制復雜，采用的廠家不多。

常見旋轉陽極控制電路各部分的作用如下。

（1）啟動電路是保證X射線管組件陽極電機瞬時加速的，使之在曝光前很短的時間內將轉速升高到額定值，中速管啟動時間一般是0.8～1.2S；額定轉速為2800r/min，高速管啟動時間一般在2.4S左右，額定轉速為8500r/min，將轉動慣量很大的轉子系統由靜止達到額定轉速，這要求陽極機械強度好，能耐受很大的角加速度；要求陽極控制電路提供足夠大的啟動電流和足夠高的啟動電壓，以輸出很大的啟動轉矩。（2）延時電路：延時電路是使旋轉陽極電機啟動保持一段時間后再曝光，使電機轉速達到額定值，一般在電路中增加延時繼電器實現，采用單片機控制的高壓發生器，可以通過單片機實現精準延時。（3）降壓電路：陽極一旦達到額定轉速后，在曝光期間應該將啟動狀態的高壓切換為工作狀態的低壓，以適應陽極的啟動轉矩大，運轉轉矩小的特點，啟動電壓的高低根據管組件的要求來定。因曝光時間很短，也可以省略這一塊，有的機器將啟動和工作狀態用同一電壓。（4）保護電路，保護電路是防止陽極未轉動或轉速未到額定值情況下加高壓曝光，造成X線管立即損壞，是不可或缺的。最常見的辦法是在定子回路中加電流或電壓繼電器或互感器來進行檢測和保護。（5）制動，為了減小陽極軸承磨損，延長使用壽命，曝光結束后，陽極應在短時間內停轉，因此需要有制動裝置，制動裝置對于高速管是必需的，因為轉子系統的機械共振頻率一般為5000～7000r/min，制動裝置使轉子盡可能快地降到這一轉速以下，以避免出現共振損壞管子。

圖1是常見的雙床雙管工頻機的旋轉陽極控制電路，繼電器K11用于Ⅰ/Ⅱ管切換，C0為分相電容，兩只管組件陽極電機的公共端接AC127V，X光機曝光前，手閘1檔按下，攝影準備繼電器K8吸合，AC0V經熔斷器F6，繼電器K9的常閉，經分相電容C0加到電機的啟動繞組1上，AC0V經熔斷器F6，繼電器K9的常閉，電流繼電器K13（與電阻R7并聯），繼電器K11的常閉，到陽極電機的運轉繞組，啟動繞組和運轉繞組因分相電容存在90°的相位差，而使電機開始轉動，當轉速達到后，電壓繼電器K12動作，陽極保護繼電器K9動作，陽極電機因分壓電阻的存在降壓，進入轉速維持階斷，此時手閘2檔按下，X光機就開始曝光。K13為電流繼電器，保證陽極電機有足夠的運轉電流。

2 旋轉陽極控制電路的改進

大功率X光機要求管組件有足夠的容量，陽極電機隨之加大，陽極啟動電壓一般在160V左右，運轉電壓在80V左右（視管組件要求），常見的中速管陽極啟動電路是通過繼電器來切換加于陽極電機的電壓的，單片機被廣泛應用于高壓發生器的控制電路后，啟動時間由單片機來控制，保護電路一般用互感器進行保護。

由于啟動電流很大，一般5A以上，運轉電流也會超過3A，切換瞬間經常出現繼電器觸點打火，頻繁的切換不但會使繼電器觸點燒壞，而且還會干擾高壓發生器的控制。這是大多數X光機常見的故障之一，陽極控制故障經常導致X光機停機，維修人員不得不上門。既影響醫院的使用，也增加了制造商的費用。為此改善旋轉陽極電路成了X光機電控人員一項重要工作，中速管控制電路中有的采用晶閘管代替繼電器，也可以解決燒繼電器觸點的問題，但圖2電路更加單間可靠，被用于20～50KW高頻X光機的中速管控制電路中，可靠性非常高，從09年更改后至今未出現旋轉陽極固障，在此推薦給同行參考。

RK1、RK2為旋轉陽極切換用固態繼電器，其控制電壓為直流3～12V，可由高壓發生器電路板上方便提供，切換迅速無拖尾，控制簡單。RC為分相電容，RVT、RIT為陽極電機保護用電壓、電流互感器。電路簡單實用。

高速旋轉陽極一般通過可控硅橋式逆變來獲得150Hz高頻電源，啟動仍然用分相電容，容值可參照管組件說明，也可以借用成熟的變頻器來實現單相陽極電機控制控制，甚至三相陽極電機控制，只要設置得當，就可以方便地控制陽極電機，保護管組件安全，確保整機可靠運行。

3 結束語

由于陽極容許功率與轉速平方根成正比，而轉速n與電源頻率f成正比，一般中速的轉速為2800～3000r/min，電源頻率為50～60Hz，其電源頻率增至兩倍，陽極容許功率可提高40%，對于高速管，電源頻率為150Hz，陽極容許功率可提高70%，轉速將達到8500r/min，電源頻率為180Hz時，陽極轉速將超過1萬轉，越來越多的醫院要求使用高速管。而科學可靠的陽極控制電路是保證管組件長期安全運行的關鍵。尤其對數字X光機，高質量的圖像要求管組件的焦點足夠小，而陽極轉速足夠大，從而滿足曝光時的散熱要求。當今的數字X光機已成為十多種學科融合的技術，要積極將其它領域的先進技術應用于X光機的控制，才能使X光影像技術不斷發展。

參考文獻

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作者簡介：王艷華（1968-），女，江蘇徐州人，本科，X光機負責人，研究方向：電氣控制和醫學影像。