关于X光机旋转阳极控制电路和改进的探讨

摘 要：X光机进入数字时代，要求更清晰的影像效果和更低的射线剂量，对高压发生器的要求越来越高了，足够的发射功率和较小的焦点是保证影像质量的重要条件，旋转阳极X射线管阳极冷却效率高，可通过较大的管电流，可以在高功率下将焦点做小，而且可以缩短曝光时间，减少医生和患者的辐射量，得到越来越广泛的应用。但是旋转阳极X射线管对阳极控制电路的要求相对较高，要求阳极电机瞬时加减速，可靠运转，并且在转速异常或停转时可以通知高压发生器，阻止曝光。文章对X光机旋转阳极电路的控制和改进进行探讨，以促进提高医学影像技术的发展。

关键词：X光机；旋转阳极；控制电路；改进

1 常見旋转阳极控制电路

常见旋转阳极控制电路主要分启动、延时、降压和保护四部分。高速旋转阳极电路中还包含制动电路。普通X光机旋转阳极电机大多数是单相交流异步电动机，通过分相电容进行启动，少数管组件厂家生产三相旋转阳极的X线管（如西门子），三相电机比单相电机有更大的转矩，起动及运行更平稳，但其制造成本高，控制复杂，采用的厂家不多。

常见旋转阳极控制电路各部分的作用如下。

（1）启动电路是保证X射线管组件阳极电机瞬时加速的，使之在曝光前很短的时间内将转速升高到额定值，中速管启动时间一般是0.8～1.2S；额定转速为2800r/min，高速管启动时间一般在2.4S左右，额定转速为8500r/min，将转动惯量很大的转子系统由静止达到额定转速，这要求阳极机械强度好，能耐受很大的角加速度；要求阳极控制电路提供足够大的启动电流和足够高的启动电压，以输出很大的启动转矩。（2）延时电路：延时电路是使旋转阳极电机启动保持一段时间后再曝光，使电机转速达到额定值，一般在电路中增加延时继电器实现，采用单片机控制的高压发生器，可以通过单片机实现精准延时。（3）降压电路：阳极一旦达到额定转速后，在曝光期间应该将启动状态的高压切换为工作状态的低压，以适应阳极的启动转矩大，运转转矩小的特点，启动电压的高低根据管组件的要求来定。因曝光时间很短，也可以省略这一块，有的机器将启动和工作状态用同一电压。（4）保护电路，保护电路是防止阳极未转动或转速未到额定值情况下加高压曝光，造成X线管立即损坏，是不可或缺的。最常见的办法是在定子回路中加电流或电压继电器或互感器来进行检测和保护。（5）制动，为了减小阳极轴承磨损，延长使用寿命，曝光结束后，阳极应在短时间内停转，因此需要有制动装置，制动装置对于高速管是必需的，因为转子系统的机械共振频率一般为5000～7000r/min，制动装置使转子尽可能快地降到这一转速以下，以避免出现共振损坏管子。

图1是常见的双床双管工频机的旋转阳极控制电路，继电器K11用于Ⅰ/Ⅱ管切换，C0为分相电容，两只管组件阳极电机的公共端接AC127V，X光机曝光前，手闸1档按下，摄影准备继电器K8吸合，AC0V经熔断器F6，继电器K9的常闭，经分相电容C0加到电机的启动绕组1上，AC0V经熔断器F6，继电器K9的常闭，电流继电器K13（与电阻R7并联），继电器K11的常闭，到阳极电机的运转绕组，启动绕组和运转绕组因分相电容存在90°的相位差，而使电机开始转动，当转速达到后，电压继电器K12动作，阳极保护继电器K9动作，阳极电机因分压电阻的存在降压，进入转速维持阶断，此时手闸2档按下，X光机就开始曝光。K13为电流继电器，保证阳极电机有足够的运转电流。

2 旋转阳极控制电路的改进

大功率X光机要求管组件有足够的容量，阳极电机随之加大，阳极启动电压一般在160V左右，运转电压在80V左右（视管组件要求），常见的中速管阳极启动电路是通过继电器来切换加于阳极电机的电压的，单片机被广泛应用于高压发生器的控制电路后，启动时间由单片机来控制，保护电路一般用互感器进行保护。

由于启动电流很大，一般5A以上，运转电流也会超过3A，切换瞬间经常出现继电器触点打火，频繁的切换不但会使继电器触点烧坏，而且还会干扰高压发生器的控制。这是大多数X光机常见的故障之一，阳极控制故障经常导致X光机停机，维修人员不得不上门。既影响医院的使用，也增加了制造商的费用。为此改善旋转阳极电路成了X光机电控人员一项重要工作，中速管控制电路中有的采用晶闸管代替继电器，也可以解决烧继电器触点的问题，但图2电路更加单间可靠，被用于20～50KW高频X光机的中速管控制电路中，可靠性非常高，从09年更改后至今未出现旋转阳极固障，在此推荐给同行参考。

RK1、RK2为旋转阳极切换用固态继电器，其控制电压为直流3～12V，可由高压发生器电路板上方便提供，切换迅速无拖尾，控制简单。RC为分相电容，RVT、RIT为阳极电机保护用电压、电流互感器。电路简单实用。

高速旋转阳极一般通过可控硅桥式逆变来获得150Hz高频电源，启动仍然用分相电容，容值可参照管组件说明，也可以借用成熟的变频器来实现单相阳极电机控制控制，甚至三相阳极电机控制，只要设置得当，就可以方便地控制阳极电机，保护管组件安全，确保整机可靠运行。

3 结束语

由于阳极容许功率与转速平方根成正比，而转速n与电源频率f成正比，一般中速的转速为2800～3000r/min，电源频率为50～60Hz，其电源频率增至两倍，阳极容许功率可提高40%，对于高速管，电源频率为150Hz，阳极容许功率可提高70%，转速将达到8500r/min，电源频率为180Hz时，阳极转速将超过1万转，越来越多的医院要求使用高速管。而科学可靠的阳极控制电路是保证管组件长期安全运行的关键。尤其对数字X光机，高质量的图像要求管组件的焦点足够小，而阳极转速足够大，从而满足曝光时的散热要求。当今的数字X光机已成为十多种学科融合的技术，要积极将其它领域的先进技术应用于X光机的控制，才能使X光影像技术不断发展。

参考文献

[1]王晓庆.医用X射线机工程师手册[M].中国医药科技出版社，2008，6.

[2]李良成.X线机维修经验浅谈[J].医疗卫生装备，2004（5）：69.

[3]裴作升.医用X线机故障检修方法与技巧[J].北京生物医学工程，2005，（6）.

作者简介：王艳华（1968-），女，江苏徐州人，本科，X光机负责人，研究方向：电气控制和医学影像。