西门子CT 扫描架旋转电机控制系统原理分析

张文华，周英君，李帅三

（牡丹江医学院 影像系，黑龙江 牡丹江 157011）

西门子CT 扫描架旋转电机控制系统原理分析

张文华，周英君，李帅三

（牡丹江医学院 影像系，黑龙江 牡丹江 157011）

本文详细分析了西门子SOMATOM AR.C /AR.T CT扫描架电机控制系统电路的组成结构及工作原理，细致地论述了各控制信号及各保护电路所起的作用，为从事CT维修的技术人员提供借鉴。

CT；扫描架；电机

本文导读 >>

术语解析：

三相异步电动机：三相异步电动机定子装有三相绕组，转子有鼠龙式转子和绕线式转子。工作时定子三相绕组与三相电源端线相连，于是定子流过三相交流电流，由于定子三相绕组在空间的分布位置互差120°电角度，且三相交流电流在时间上存在120°的相位差，所以定子流过的三相交流电流在空间形成一个旋转磁场。这个旋转磁场切割转子导体，并在转子电路中感应出感应电流。转子感应电流形成的磁场与定子电流的旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，该电磁转矩拖动转子旋转，从而驱动电动机的机械负载转动起来，在CT系统中这个负载就是扫描架以及扫描架上的X线管和探测器（第三代CT）等装置。

应用要点：因为三相异步电动机结构坚固（尤其是鼠龙式电机），所以工作可靠，故障率低。并且由于它对电源没有特殊要求，只需普通三相电源即可工作，所以三相异步电动机是用途最广泛的电动机，它也被广泛地用于X线机和CT等影像设备上。由于其自身的一些特性，在实际应用当中，应该注意以下几个要点：

(1)三相异步电动机的起动电流比较大，一般可达到其额定电流的7倍左右，所以在选择短路保护的熔断器时，不能按照其额定电流进行选择，一般来讲，熔断器的动作电流可选定为大约3倍的电动机额定电流。

(2)作为机械负载的驱动装置，使用热保护继电器对其进行过载保护是绝对必要的。

(3)三相异步电动机的制动方法有能耗制动、反接制动等多种。因为CT系统要求扫描架能无冲击地迅速制动，所以在CT系统中三相异步电动机的制动是采用能耗制动的方法实现的。

1 系统概述

西门子CT SOMATOM AR.C/AR.T的扫描架电机控制系统由旋转系统驱动板（下文中称为驱动板）、旋转系统接触器板（下文中称为接触器板）和电动机等组成。扫描架由两台电机驱动。一台电机驱动X线管、探测器和数据采集系统（DAS）旋转（下文中称这台电机为旋转电机）。另一台电机驱动扫描架摆动（下文中称这台电机为为摆动电机）。本文只探讨旋转电机控制系统的工作原理。

2 控制原理分析

扫描架电机控制系统结构组成如图1所示。

2.1 旋转电机

图1 扫描架电机控制系统组成图

旋转电机是一台三相异步电动机，工作过程中不进行调速。它驱动X线管等设备以每3s转1周的速度旋转。三相异步电动机的转速与电源频率成正比，即：n=60f/p,式中n为电机的转速,单位为转/s；f为电源频率，单位为Hz；p为电机的极对数。通过改变传动装置上皮带的位置，可以改变电机的转速，以适应不同国家50Hz或60Hz的电源频率。从而保证X线管每3s转1周的转速不变。2.2 旋转电机的起动条件

旋转电机的控制主要由旋转功能控制器负责。只有当以下条件满足时，该电机才能被起动（如图1）。

(1) K8（旋转电机的主接触器）必须接通。

说明：K8的通断并不是由旋转功能控制器完成的，而是受控于CT全系统的停机电路。

(2)温控开关闭合，即处于常态，表明电机的温度在合理范围内。

说明：一旦电机温度过高，温控开关断开，则接触器板上的接触器K1掉电，于是旋转电机断电，电机停转。

(3)禁止转动开关S1处于常态，即未被按下的状态。

说明：S1是一个带有一对常开触点、一对常闭触点的复合按钮。当处于常态时，它的常闭触点把驱动板上的继电器K4线圈的一端接到电源VCC，K4线圈的另一端接到旋转功能控制器一个输出端，当旋转功能控制器把这端输出低电平时，K4得电，于是，接触器板上的接触器K1得电，其主触点闭合，电动机接到电源上。

2.3 电机的起动

如图1所示，接触器板上接触器K8受停机电路控制而得电，其常开触点闭合，为电机通电做好准备。在驱动器板上，继电器K7的一端接于电源VCC，旋转功能控制器将与K7相连的输出端置为低电平给K7加电，K7的常开触点闭合，于是接触器板上的接触器K5得电，K5的常开触点闭合，受K5的常开触点控制的电磁机构把旋转电机的刹车闸拉开，然后，如前所述，旋转功能控制器给驱动器板上的继电器K4加电，接触器板上的接触器K1得电，其主触点闭合，电动机被加电转动。

顺便指出：利用图1中开关S2（刹车闸拉开）也能把刹车闸拉开，电路工作原理与上述内容基本相同，不再重复。

2.4 刹车

旋转电机的刹车停转是由旋转功能控制器实现。只有当以下条件满足时，该电机才能被停止。

(1)旋转功能控制器把与驱动器板上继电器K4的线圈相连接的输出端置为高电平，于是该继电器断电，其常开触点打开，接触器板上的接触器K1断电。这样旋转电机的三相电源被切断。

(2)旋转功能控制器把与驱动器板上继电器K5的线圈相连接的输出端置为低电平，于是该继电器通电，其常开触点闭和，这样接触器板上的接触器K4的一端经该常闭触点接于24V，另一端始终经温控开关接于地而被加电，这就为给电机施加起制动作用的直流电压做好了准备。

(3)旋转功能控制器把与驱动器板上的继电器K6的线圈相连接的输出端置为低电平，于是该继电器通电，其常开触点闭和，这样接触器板上的接触器K9的一端经该常闭触点接于24V，另一端始终经温控开关接于地而被加电，这样电机被施加了起制动性质的直流电压，使旋转电机工作在直流发电机状态，转子上受到制动性质的转矩而迅速停转。

2.5 刹车闸

当旋转电机停转后，旋转功能控制器把与驱动器板上的继电器K7的线圈相连接的输出端置为高电平，于是该继电器断电，其常开触点断开，这样接触器板上的接触器K5断电。这样刹车闸恢复抱紧，将电机牢牢刹住。

3 维修注意事项

值得注意的是：旋转电机能否转动还受扫描架上门开关的控制，当扫描架正在旋转时，如果扫描架前门被掀开，电机将停转。复位之后，即使扫描架前门开着，电机仍然能转动从而可进行维修检测。图1中标有SER_ROT（维修转动）的开关S3就是用于这个目的的。

4 结论

西门子CT SOMATOM AR.C/AR.T扫描架旋转电机控制系统设计合理、工作可靠、维修方便。

[1] 秦曾煌.电工学[M].第5版.北京：高等教育出版社,1999.

[2] 李清新.电工技术[M].第1版.北京:机械工业出版社,1995.

[3] 沈安俊.电气自动控制[M].第2版.北京:机械工业出版社,1986.

[4] 汤蕴璆.电机学—机电能量转换[M].第2版.北京:机械工业出版社,1986.

[5] 张文华,等.西门子CT高压发生器整流滤波装置供电电路工作原理[J].中国医疗设备,2009(6):50-51.

Analysis of the Motor Control System of SIEMENS SOMATOM AR.C/AR.T CT Gantry

ZHANG Wen-hua, ZHOU Yingjun,LI Shuai-san
(Imaging Department,Mudanjiang Medical College,Mudanjiang Heilongjiang 157011,China)

This paper makes a detailed analysis on the configuration and principle of the motor control system of SIEMENS SOMATOM AR.C/AR.T CT gantry,also clearly describes the function of all the control signals.

CT; gantry; motor

TH774

B

1674-1633(2010)01-0044-03

2009-04-20

2009-10-22

作者邮箱：zwhmdj@126.com