Nghiên cứu modul biến đổi công suất cao tần cho hệ thống máy x QUANG

LỜI CAM ĐOAN S ộ h i gi iệ T ƣ g ghi ih h h Tôi xi ủ hị h H Nội ội d ú g ự h T i xi í h ứ g h h hiệ i Việ i h g h h ề ih ủ ế ội d Việ h g g ghi ứ h T gi Lê Đức Thọ ế LỜI CẢM ƠN h T i xi b y ỏ ò g biế â yề h i h h ủ iế i g hƣ ơb ề hh Xi gửi Việ h hị e h Xi Việ iệ h C ối ù g d h h ù g g h i hâ b g ế TS Trần V n Thịnh g iế y X-Q h h i iệ iề h h gd ắ g gƣ i hệ h g ũ g hƣ g h g hế ứ giú ỡ h h i hầy bè g ghiệ S ih ộ g i ẹ g iệ h hị e giú h giú Tƣ ố h i gi bố g ỡ g gi i ƣợ Thiế bị iệ h ih i h h ghi ứ h h h g H Nội g gƣ i hâ g hó h ểh H ội g y 24 h g 09 Lê Đức Thọ ố 2013 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ PHẦN MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY X-QUANG .3 1.1 HIỆU ỨNG ỨC XA TIA CA TỐT 1.2 ẠI CƢƠNG VỀ TIA RƠNGHEN 1.3 CẤU TẠO VÀ HOẠT ỘNG CỦA MÁY X-QUANG 1.3.1 Bóng X-quang 1.3.2 Khối nguồn máy X-quang 10 1.3.3 Khối hế 10 1.3.4 iề hiể h ố g hiế bị X-quang 11 1.3.5 Thiế bị ị h ị ó hộ h ẩ ự ƣ i g b bệ h hâ ộ bó g… 11 1.3.6 Thiế bị ghi 1.3.7 Thiế bị 1.3.8 Phâ h .14 dụ g ụ b g ối 17 i y X-quang 18 Kết luận 19 CHƢƠNG 2: CẤU TẠO, HOẠT ĐỘNG VÀ NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHỈNH THÔNG SỐ MÁY X-QUANG .20 2.1 Sơ đồ khối h t động máy X-quang 20 2.2 Khối g 2.3 M h iề 2.3.1 ặ 2.3.2 iề g ấ 21 hiể iể iệ y hiể KV (KV) 23 ầ .23 A g yXQ g yề hố g 23 2.3.3 Chỉ hị ị ố KV 24 2.3.4 M h iề 2.3.4.1 ặ hiể dò g iể y 2.3.4.2 M h iề hế ( A) 26 ầ 26 hiể A g yXQ g yề hố g .27 2.3.4.3 ộ 27 2.4 M h bù ầ ố 29 2.4.1 M h bù ầ ố hiệ ứ g h 2.5 M h dặ dò g hế .32 2.5.1 Chỉ hị dò g 2.6 M h iề 2.6.1 ặ g gi 29 hế ( A) 32 hiể h i gi iể ( ) 32 y ầ 32 2.6.2 M h iề hiể h i X he 2.6.3 M h iề hiể h i X he 2.7 M h h i gi h g h i gi 33 A 34 ự ộ g 35 2.8 M h A ốt quay 37 2.8.1 T dụ g ủ h .37 2.8.2 Cấ ủ 2.8.3 Ng y ýh ộng 39 ệ 40 2.9 C hb ố (rô to stato) 38 2.9.1 M h iể hiệ 2.9.2 M h iể ố 2.9.3 M h b 2.9.4 M h T g hi h ó g ộA ố ệ hb iệ bó g i y .40 i 41 ụ Khi ó hối dầ g ắ ộ C ố 40 ó g .42 g h i gi h iệ h ịi h d i bó g ó hể bị ó g g bó g ẽ í hiệ b ộ g ầ hiệ ộ ẩy h i dầ d h y ghỉ 42 2.10 Kết luận ……………………………………………………………………46 CHƢƠNG 3: MÁY X-QUANG CAO TẦN 47 3.1 MÁY X-QUANG CAO TẦN CỘNG HƢỞNG 47 M h ộ g hƣ g gồ hâ R.L.C ối iế (h h 3.1) 47 3.2 NGUYÊN LÝ CẤU TẠO CỦA MÁY X-QUANG CAO TẦN 49 3.2.1 ộ i ầ 49 3.3 MẠCH TẠO CAO ÁP MÁY X-QUANG CAO TẦN 51 Ng i ồi ầ ói ó ị ó h biế hỉ h ƣu cao áp, bóng X quang: 51 3.4 SƠ Ồ CẤU TẠO MÁY X- QUANG CAO TẦN TRONG THỰC TẾ .52 3.5 Kết luận 63 CHƢƠNG 4: KHẢO SÁT MÁY X-QUANG CAO TẦN BẰNG PHẦN MỀM PSIM 64 4.1 Gi i hiệ ề hầ 4.1.1Gi i hiệ hầ ề hỏ g 64 ề PSIM 64 4.2 MÔ PHỎNG MÁY X-QUANG CAO TẦN 68 4.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 74 4.3.1 Phâ í h d g ó g iệ 4.3.2 M hỏ g 4.3.2 Phâ í h hế ộ h hƣ h iệ g ủ biế ƣợ ủ ầ hi yX biế i: 74 g .75 i d g ó g iệ dị g iệ 79 4.4.Kết luận .81 KẾT LUẬN CHUNG 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Ý nghĩa HT Hệ hố g iệ UJT UniJunction Transistor SID Source Image Distance IC IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor CPU Central Processing Unit Intergrated Circuit Chú thích DANH MỤC CÁC BẢNG g Q hệ iệ dị g iệ bó g X g 30 DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ H h 1.1 Cấ trúc bóng XH h 1.2 Cấ ú g A ố ố ị h .7 h h d g bó g A ố H h1.3 Mối ƣơ g gi Hình 1.4 h ỳ h bệ h hâ H h 1.5 C xe í h hƣ y hù g hộ xe 14 y X-quang 20 Hình 2.2 Sơ g y ý Hình 2.3 iế áp iề hỉ h g ấ a, biế hỉ h ộ y X- g yề hố g .21 iề hỉ h i ụ biế ự g ấ c, 22 H h 2.4 Q i i ự h x ấ 12 ự g fi 17 Hình 2.1 Sơ hối hệ hố g iề i X hệ gi ị ố iệ dò g A ố i dò g ợi ố iệ A ố h g iứ g ặ U1 .25 H h 2.5 M h hỉ hị V ó bù ụ .26 Hình 2.6 Sơ hối h iề hiể dị g bó g X-quang mA .27 H h 2.7: Q hệ gi dò g ố gi ố .28 ị iệ Hình 2.8: Sơ h iệ bù ầ Hình 2.9 Sơ h bù iệ H h 2.10 Cấ ặ H h 2.11 M h h i gi yế ố h i A 29 í h 31 ủ istor UJT 33 dù g UJT .33 H h 2.12 M h h i gi ó g ắ he Hình 2.13 Sơ g y ý H h 2.14 M h y ủ ố i dị g ợi ố bó g X-quang tƣơ g ứ g h h i gi h ố Q ( A ) .34 hụ ự ộ g .36 y X-quang Shimadzu 150L .38 H h 2.15 ( ) Cấ ủ ố y 39 Hình 2.15 (b) Sơ đồ nguyên lý m ch anốt quay 39 H h 2.16 M h iể hiệ Hình 2.17 sơ g y ý H h 2.18 M h b ộ C ố .40 hb ệ i ệ yX i .42 g Shi dz ED 150L 43 H h 2.19 M h hỉ h ƣu cao áp cho máy X-quang GE - CARM OEC 9800 44 H h 2.20 M h g hỉ h ƣu máy X-quang Siemens .45 Hình 2.21 Sơ y X- ộ g ầ ố hấ 45 H h 3.1 M h ộ g hƣ g R.L.C ối iế 48 H h 3.2 Q hệ gi g H h 3.3 ộ i ầ 49 H h 3.4 D g ó g ấ ầ ố gó .49 ồi ầ 50 Hình 3.5 Sơ hối h Hình 3.6 Sơ ấ yX yX g g ầ 51 ầ 52 H h 3.7 M h ghị h ƣu dùng Thyristor .54 Hình 3.8 Sơ g y ý h hỉ h ƣu cao áp 55 Hình 3.9 Sơ g y ý h ố ó H h 3.10 M h ố ó è H h 3.11 M h y ủ ố g Hình 3.12: Máy XHình 3.13: Sơ H h 4.1 Q H h 4.3: Lự H h 4.4: C i ặ ầ Sie e y X- hỏ g hầ yX yX h IG T h h ộ g g g ầ 56 ầ 57 ầ .58 58 g ầ T hib 62 PSIM 64 g PSIM 67 h i gi Hình 4.5 Sơ hối ủ biế yX h ầ h g hâ í h hỏ g 68 y X-Quang 68 H h 4.6 Khối g x y hiề h 69 H h 4.7 Khối hỉ h ƣu pha 70 H h 4.8 Khối ghị h ƣ ầ h 70 H h 4.9 T í hiệ iề hiể h ghị h ƣu; a) Sơ ồ; b) C ƣ g g í hiệ 71 H h 4.10 M h biế ầ .72 H h 4.11 Khối hỉ h ƣu cao áp 72 H h 4.12 M H h 4.13 hỏ g y X-Q g hỉ h ƣ ầ iệ H h 4.14 Tí hiệ H h 4.15 M h iề H h 4.16 Kế H h 4.18 Kế hiể hiể hiể biế ộ ộ gx gứ g iệ ộ ộ gx iệ í h d g ó g iệ ầ .75 i VX-quang bằ g 100 V 76 i VX- g bằ g 60 V .77 60 V 78 gứ g iệ ghị h ƣu 74 100 V 76 gứ g ộ ộ gx hỏ g h P i 73 iệ iệ hỏ g h H h 4.19 M h iề H h 4.21 Phâ hiể hỏ g h H h 4.17 M h iề H h 4.20 Kế iề ầ i VX- g bằ g 20 V .78 20 V 79 V1 80 PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Thiế bị y ế ói h i g ự g hiế bị ự h h h hiế bị X- ỳ i hx i iế C g ghệ i h ề hấ hiệ hiế bị i h ẻ iệ ự h h y X- hầy h ố ị h bệ h ố hơ iề dụ g ứ g dụ g h ội gũ y b hi dụ g ầ g bệ h iệ hỉ ố â g g hy ế gƣ i g ề h ề hằ giú hí h x ó ội gũ h h hiể Phầ ế ề bệ h ý ƣợ ó òi hỏi ầ h h g ứ gƣ i h ẩ hẩ g ghệ iề hẩ hể g ấ g ể iể g bệ h ý h Ứ g dụ g b ắ g g ghệ iệ y X- y giú ƣợ ứ g dụ g y hƣ: g ghệ biế ó g g h y ế ói ó ộ hí h x ghệ ự ộ g hó - hí hí h x hị g h g h ẩ h ể iề gƣ i h i ó h ƣ h h i ó ội gũ ƣ h ị h gƣ i h ộ hiể biế ể ố g b h ộ h h h hiế bị Máy Xáp dụ g hiệ … h g hiế bị ầ g ghệ iệ g ghệ iệ dụ g hầ hí h x h ầ ộ h ử- h h g hƣ dù g ề hế hiế h ẩ h yể g ể g dụ g ộ hí h x h hí h x ểx h i í hiệ yề ứ g dụ g i h ƣ h h h y h ế h g i í g ghệ i g ghệ ự ộ g h g ghệ y ế hằ ị h ƣợ ế h hí ứ g dụ g h iệ hẩ h bệ h h h hó g Mục đích nghiên cứu Nhằ õ iế gƣ i b ể hụ h ụ h ơb ề i iệ ghi hiế bị ƣ h y ứ b y X-quang, phầ g h ó h dƣỡ g h giú ộ ố iế hiế bị h h h y ế h Hình 4.7 Khối chỉnh lưu pha Khối nghịch lƣu: M h ộ g ự - ghị h ƣ ầ h dù g IG T Hình 4.8 Khối nghịch lưu cầu pha M h iề - iề hiể tam gi Vg Kế hiể ghị h ƣ x h ghị h ƣ ầ h dù g IG T hự hiệ he iệ h h i iệ g y ý iề biế ộ ộ gx g iệ ộ hiề V ỏ ( hị h h 4.9 b) y h iề ƣợ í hiệ 2,3 hình 4.9) a) 70 hiể IG T ( ƣ g ố b) Hình 4.9 Tạo tín hiệu điều khiển cho nghịch lưu; a) Sơ đồ; b) Các đường cong tín hiệu - iệ - ƣ Vg Vg1 Vg2 x h iệ V ỏ ƣ ƣơ g ố h h 4.9b 71 g í hiệ ù g h h 4.9b iề hiể IG T Mạch lọc biến áp cao tần: Hình 4.10 Mạch lọc biến áp cao tần Khối chỉnh lƣu cao áp cấp cho bóng X-quang: Hình 4.11 Khối chỉnh lưu cao áp T g hƣ iệ quang ó hể i hƣ ủ Pi h i iệ g ó bó g X-quang i R ỡ MΩ g gb i hỏ g bó g X hỏ g ặ gi ị R=150KΩ M h hỏ g ầy ủ h hối h h 4.5 ƣợ 4.12: 72 hiế hƣ h h Hình 4.12 Mơ máy X-Quang cao tần Psim 73 4.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Tiế h h h y hỏ g h ƣợ gi ị d g ó g í hiệ hƣ : 4.3.1 Phân tích dạng sóng điện áp thu đƣợc sau qua biến đổi: Thự hiệ iề hỏ g bằ g hầ - iệ b - iệ ộ hiề ề ầ h gi h h h i 380V 50Hz (3 ƣ ầ hỉ h ƣ y ƣợ gi i hí h bằ g iệ - iệ Pi biế ầ x i ầ hấ g h ù g hình 4.13) g h g ƣợ g ủ ố 30 Hz ị: ƣ g (480 – 920)V ộ dây biế g ố hình 4.13 Hình 4.13 Điện áp vào, chỉnh lưu đầu vào điện áp sau nghịch lưu 74 Hình 4.14 Tín hiệu điều khiển điện áp biến tần T ộ hiề g ụ g hự ế ặ bó g X- í h hiế í hiệ ặ ầ ằ g h g ƣợ áy Xg ằ hụ D y g ể h g ố g g h g ố ó g iề hỉ h h g 20 V iệ ộ hiề iệ i 100 V ùy he hỏ g dƣ i ây ƣợ í hiệ gi h y ấ i gi ị h bó g X-quang Mô chế độ làm việc máy X quang Chế độ chụp có thơng số cực đại: iề ( i ứ ố g h hỉ h iệ h g ố ể h g h g 100 g gƣ i bệ h Ch gi hấ gi h ị iệ ị iệ ặ ự ƣợ gi h ị iệ ứ g ƣợ ấ h bó g ụ í h hiế 100 V: hụ bé ) i ghị h ƣ hƣ h h 4.15: 75 iề hiể i iệ ó ộ ộ g ộ Hình 4.15 Mạch điều khiển độ rộng xung ứng với VX-quang 100 kV Kết thu được: Hình 4.16 Kết mô cho điện áp 100 kV Kế ế hỏ g ƣơ g ự khiể IG T d ố h h 4.16) d i iệ g í hiệ y iề h hấ h ƣợ h h 4.18, 4.20) h i ƣ hiể ƣợ ƣ ầ Vg1 h h 4.16 Ở ây ( g hí Vg2 d g ó g hƣ ( ƣ 76 í hiệ gắ i iề ụ ( ƣ g hình 4.16) g iệ ộ x y hiề hiề V hiề ( ƣ ƣ hi ƣ i ầ biế hỉ h ƣ g h h 4.16) Khi iệ biế ó ộ ộ g 100 V í hiệ iệ iệ x y hấ Chế độ chụp ứng với điện áp cấp cho bóng X-quang 60 kV V i ứ iệ g h ị í hƣ h i g 60 h ứ g ƣợ ụ í h hiế hụ h g … Hình 4.17 Mạch điều khiển độ rộng xung ứng với VX-quang 60 kV Kết thu được: - ( ƣ D í hiệ g hiể ƣ x h h h 4.18) ó g xoay hiề V1 ƣ - iề iệ biế ộ hiề Vg1 ( ƣ gắ ( ƣ hỉ h ƣ h 77 g g ỏ h h 4.18) h ƣợ d g ó g iệ g ố h h 4.18) ƣợ ( ƣ g ố h h 4.18) Vg2 Hình 4.18 Kết mơ cho điện áp 60 kV Chế độ chụp ứng với điện áp cấp cho bóng X-quang 20 kV V i ứ iệ ị í hƣ y hâ g h g 20 h ứ g ƣợ ụ í h hiế hụ … Hình 4.19 Mạch điều khiển độ rộng xung ứng với VX-quang 20 kV 78 h g Kết thu đƣợc: Hình 4.20 Kết mơ cho điện áp 20 kV Nhận xét: V i h - h g iệ ố ặ h ƣợ h g i h iệ hỉ h ƣ ó gi ị i ùy he gi ị hiể ) biế hỉ h bi ầ ó bi ộ ộ ầ ố h y y h x gT i g w e giác) Khi gi bóng X- h g iề hệ ố iề ( ó gd g - g ố g i ( hỉ h ƣ - ầ g h ị iệ g h y ặ h y i 100 V i 2V i 6,5 V h bi ộ iệ ấ h i 20 V Phân tích ảnh hƣởng biến tần tới dạng sóng điện áp dòng điện Th g hối hâ ƣợ h h hầ ó gh ib hiế b hầ hi í h h h hầ Ứ g g ó g h i ƣ 79 g hợ ầ ốb g i í hiệ THD ó hể biế ủ dị g iệ ƣ iệ bó g X-quang 20 V ƣợ hâ í h h h hầ ế ó g h i í hiệ iệ ghị h ƣ V 1, ta thu : Hình 4.21 Phân tích dạng sóng điện áp V1 Khi d g ó g iệ - h ib iề h he ơb hƣơ g h ộ g Ng i h h hầ - ỉ ệ ấ dò g iệ i hâ h g ị í h F ie i ó hể hâ iề h b ó g ơb h h h hầ h i b 80 ẽ x ấ hiệ í h h h ó g g ủ ẻ 7… hiế KẾT LUẬN CHƢƠNG 4: V i ự ợ giú ủ y X- Bài ƣ h g ủ g hầ ề Pi iệ ầ õ g hỏ g giú h gƣ i hiế hh ố gx y h ghi h hơ ế ó g hự ế 81 ứ h ấ hiề i h d g h h hiế bị dự KẾT LUẬN CHUNG - Thiế bị Xbiệ ó g ƣợ dù g h biế h h gƣ i b y ó g h g hú - Thiế bị Xhủ g ề i ó h h b hiề g ĩ h hiế ặ g hiệ iể d ộ hâ ủ ƣ g y hiề h g ấ ú ơb h bệ h ố hơ - Các máy X quang g g h h ấ dụ g i hiề ố gi g ấ bé y ầ ố ặ g h y V hế hiế bị X-quang ngày g ƣợ g y g ghiệ g ƣ x ấ.T y g i gồ h y chúng hẹ hiệ y i h iể hiề hỗ ợ dụ g ầ ố g ghiệ 50 Hz d iề h - Ng y y ƣ iể ib - iề hiể ƣợ hiể i ủ ó hƣ iề i iệ iệ dụ g ủ y ầ (30 ÷ 100 KHz) ƣợ hiể dễ d g ố í h hƣ dụ g iề biế g d i (20 ÷ 100) KV hú g 82 dụ g h biế ƣợ g hẹ ộ ộ gx ộ g id g ó hể í h inh  HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Nghi M ứ b Si i â hƣơ g h hỏ g bằ g i h g ố hự hầ ế ủ i h iện iể hơ ề h hơ g ộ dò g hƣ y X- g ụ hể Ng i dòng máy Xghi ứ máy X- iế ề i ũ g ó hể h g hế hệ i ghi i hấ b ứ bằ g iệ h hối iề g ị iệ 83 hiể y Xh h ghi ứ g h ẩ ủ yX g TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tầ V S (2009) Lý thuyết thiết bị hình ảnh y tế NX gi dụ Việ N [2] Ng yễ [3] L V í h (2000) Điện tử cơng suất, Nh x ấ b D h Ng yễ Thế C g Tầ V Kh h h Thị h,(2004) Điện tử công suất NX KHKT H Nội [4] Tầ V Gi [5] Thị h, (2005) Tính tốn thiết kế thiết bị điện tử công suất, NXB dụ Tầ V Thị h Ng yễ Vũ Th h H X â H điều khiển thiết bị điện NX Gi [6] Ng yễ V [7] T i iệ [8] Nh (2005) iệ ủ h g GE Sie e (2008) Tự động hoá dụ g Shi ấ NX ih ố gi dz Maintenance and laboratory diagnostic Imaging and hospital Equipment (Who ) 1994 [9] Neu Jersey , Medical Equipment Service Mannual (Theory and maintenance Procedures) [10] John G.Kassakian, Martin F Schkecht, George C Verghese, (1999), Principles of Power Electronic, Addison-Wesley- United States of America [11] D Noreen Chesyney, Muriel O.Chesney X- Ray Equipment for student Radiographers, 1971 by Blackwell Scientific Puplication Alfred Street Oxford England [12] By Berti Jacobson, John Gweboter Medicine and Clinical Engineering 84 ... ……………………………………………………………………46 CHƢƠNG 3: MÁY X- QUANG CAO TẦN 47 3.1 MÁY X- QUANG CAO TẦN CỘNG HƢỞNG 47 M h ộ g hƣ g gồ hâ R.L.C ối iế (h h 3.1) 47 3.2 NGUYÊN LÝ CẤU TẠO CỦA MÁY X- QUANG CAO TẦN 49 3.2.1... Phâ i y X- quang [12] Phân loại theo điện áp nguồn cung cấp : - Máy X quang pha - Máy X quang pha - Máy X quang pha Phân loại theo điện áp chỉnh lưu cung cấp cho anốt bóng phát tia: - Máy X quang. .. 49 3.3 MẠCH TẠO CAO ÁP MÁY X- QUANG CAO TẦN 51 Ng i ồi ầ ói ó ị ó h biế hỉ h ƣu cao áp, bóng X quang: 51 3.4 SƠ Ồ CẤU TẠO MÁY X- QUANG CAO TẦN TRONG THỰC TẾ .52 3.5