什么是高压发生器?

高压发生器是现代工业和医疗领域中不可或缺的一种设备,尤其是在X射线成像技术中。它的核心功能是将较低的输入电压转换成高电压输出,从而驱动各种高压应用。

常见的便携式X射线设备可使用电压高达约300kV。这些设备配备了升压的高压(HT)变压器、整流器和平滑电容器,以确保电压的稳定输出。为了确保设备的安全和稳定运行,X射线管和相关电路一般都置于绝缘罐中。这些罐通常使用油进行绝缘和冷却,重量大约为60千克。但当设备的重量成为关键因素时,也会选择使用气体,此类设备的重量约为30千克。

图3-5显示了一个整合(一体化)的300kV罐式设备。当电压超过300kV时,所有部件都集成在一个罐中就面临挑战,因为高电压绝缘可能会变得不足。直流运行的450kV设备通过高压导线、连接器和插头连接到单独的高压(HT)供电单元,参见图4-5。,这些设备的体积和重量都大于集成式的罐式设备,更适用于固定或半移动的应用场景。
一个300kV的罐式设备和一个450kV的直流X射线管在尺寸上相似。它们大多数由频率为50或60赫兹的主电源供电。在这个频率下,供应电压可以被转换为更高的电压。为了确保输出电压的稳定,接下来需要进行整流。有些设备的X射线管本身就具有整流功能,这称为单相整流。如果不进行电压平滑,那么在每个交流电周期中,电压会发生显著变化。这种周期性和变化很大的高电压会影响产生的辐射的强度和能谱,详情请参阅关于管电压和管电流部分。

为了增强辐射的强度,还需要进行双相整流和多级电压平滑。当电压波动非常小的时候,这些设备被视为恒定电位(CP)设备。在最新的罐式设备中,主电频率首先被转换为高频交流电,然后再升压,从而更容易地平滑电压波动。在非常高的频率(高达50 kHz)下,几乎不需要再进行平滑,这样的X射线设备可以被称为CP系统。设备中还可以内置其他功能,例如自动预热功能,见下注释。与早期电源系统对比,这种具有先进电子电路的电源系统有更高的可靠性,在所占空间和重量上也显著降低。由于逐渐实施的各种改进,现代的交流电-X射线设备的性能和真正的CP设备一样先进。

需要注意的是,由于X射线管内部存在高真空,因此在长时间未使用后,必须进行预热操作。否则,真空性能可能会下降,影响设备的使用寿命和效能。预热程序须根据供应商的说明进行,以防止高电压短路,防止管子损坏或无法使用的情况发生。

含对称式窗口的一体300kV罐式设备
含对称式窗口的450kV直流X射线管(埃雷索)