Рентгеновские Генераторы С Плавающей Нитью Накала И Проблемы, Которые Могут Возникать Из-за Длинных Высоковольтных Кабелей

УП-03

Справочная информация:
уже более 3-х десятилетий компания Spellman производит рентгеновские генераторы. Большинство из них относятся к одной из трех основных категорий:

• С управлением накалом относительно земли
• С управлением плавающей нитью накала
• С управлением накалом с биполярными выходами

Тип рентгеновских генераторов с накалом относительно земли:
рентгеновские генераторы с накалом относительно земли могут быть следующих типов: XMPG, XLG, FF, DXM, MNX, uX, uXHP, VMX и PMX. Такие генераторы обычно имеют положительное выходное напряжение относительно земли. Их нить накала представляет собой заземленную нить накала постоянного тока. Температура (в зависимости от силы тока в амперах) нити накала, потенциал напряжения (кВ) и время воздействия —параметры, которые определяют выходные характеристики рентгеновского изображения. Поскольку нить накала заземлена и является нитью постоянного тока, управлять нитью накала для такого генератора достаточно просто.

Тип рентгеновского генератора с плавающей нитью накала:
рентгеновские генераторы с плавающей нитью накала могут быть следующих типов: XMPF, DF, XRF, DXM, DXM100, XLF, DXB и MFX. Такие генераторы различаются между собой, их системы обеспечения энергии накала зависят от отрицательного выходного напряжения катода. Это означает, что система обеспечения энергии накала должна быть управляемой (с использованием сигналов обратной связи и программирования с привязкой к земле) при подключении к основному высоковольтному выходу, в некоторых случаях при напряжении -160 кВ или выше. Работа с рентгеновскими генераторами с плавающей нитью накала сложнее, чем с генераторами с накалом относительно земли.

Тип рентгеновского генератора с биполярным выходом:
в рентгеновских генераторах с биполярным выходом используется цепь плавающей нити накала (как в рентгеновском генераторе с плавающей нитью накала), но анод не заземляется, а имеет такой же потенциал, как у катода, только с противоположной полярностью. Таким образом, напряжение на рентгеновской трубке увеличивается вдвое, обеспечивая большую выходную мощность. Этот вариант исполнения функционирует как стандартный рентгеновский генератор с плавающей нитью накала и отличается тем же техническим уровнем сложности.

Цепи формирователя накала относительно земли:
цепи накала относительно земли (для рентгеновских генераторов с положительной выходной полярностью) по большей части проще спроектировать и реализовать. Источник напряжения накала, как правило, представляет собой небольшой источник питания от 0 до 5 А напряжением 10 В пост. тока. Его относительно просто спроектировать и реализовать, поскольку он является источником питания постоянного тока с опорным заземлением. Поскольку ток на выходе нити накала является постоянным, то допустимо использовать высоковольтные кабели большой длины. Если в формирователе накала постоянного тока предусмотрено достаточное предельное напряжение для работы с длинным кабелем, проблем возникнуть не должно. В целом, цепи накала постоянного тока относительно земли проще спроектировать и реализовать.

Цепи формирователя плавающей нити накала:
цепи формирователя плавающей нити накала являются более сложными с технической точки зрения, поскольку они должны быть подключены (привязаны) к отрицательному высоковольтному выходному потенциалу катода рентгеновской трубки. Требуемое напряжение изоляции составляет -50 кВ, -100 кВ, -160 кВ или более. Для изолирующих трансформаторов требуется переменный ток высокой частоты, поскольку они работают только с сигналами переменного тока. Цепи нити накала работают в токовом режиме, поэтому фактический ток накала можно легко измерить с помощью токочувствительного трансформатора. В данном случае использование переменного тока для выхода накала упрощает требования к изоляции и чувствительности цепи накала. Как правило, рабочая частота для цепей плавающей нити накала составляет приблизительно от 30 до 40 килогерц. Эта частота достаточно высокая, чтобы ее можно было воспринимать на слух, а также обеспечить приемлемые параметры магнитных компонентов изолирующего трансформатора накала и цепи формирователя накала.

Проблемы, которые могут возникать с высоковольтными кабелями большой длины при использовании нити накала переменного тока:
использование переменного тока высокой частоты в рентгеновских трубках с плавающим накалом облегчает некоторые задачи проектирования, но у этого метода существует один потенциальный недостаток. Высоковольтный кабель становится частью «настроенной резонансной цепи» формирователя накала переменного тока, и чрезмерная длина высоковольтного кабеля может привести к некоторым фундаментальным проблемам в эксплуатации. Стандартное отрицательное выходное напряжение генератора DXM, поставляемого с нитью накала переменного тока, калибруется с помощью высоковольтного кабеля длиной 3,05 м. Слишком длинные высоковольтные кабели могут иметь такую большую индуктивность, что напряжение в цепи формирователя накала может быть недостаточным, что вызовет проблемы при работе с рентгеновской трубкой. Как правило, на длинном высоковольтном кабеле происходит потеря напряжения высокой частоты переменного тока, что негативно сказывается на работе нити накала рентгеновской трубки. Цепи накала переменного тока не рассчитаны на использование с высоковольтными кабелями большой длины.

Заключение / предложение:
при работе с рентгеновскими генераторами с нитью накала как постоянного, так и переменного тока, следует использовать разумный инженерный подход: высоковольтный кабель (или кабель накала) должен быть как можно короче.