張文華，周英君，李帥三

（牡丹江醫(yī)學(xué)院 影像系，黑龍江 牡丹江 157011）

西門子CT 掃描架旋轉(zhuǎn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理分析

張文華，周英君，李帥三

（牡丹江醫(yī)學(xué)院 影像系，黑龍江 牡丹江 157011）

本文詳細(xì)分析了西門子SOMATOM AR.C /AR.T CT掃描架電機(jī)控制系統(tǒng)電路的組成結(jié)構(gòu)及工作原理，細(xì)致地論述了各控制信號(hào)及各保護(hù)電路所起的作用，為從事CT維修的技術(shù)人員提供借鑒。

CT；掃描架；電機(jī)

本文導(dǎo)讀 >>

術(shù)語(yǔ)解析：

三相異步電動(dòng)機(jī)：三相異步電動(dòng)機(jī)定子裝有三相繞組，轉(zhuǎn)子有鼠龍式轉(zhuǎn)子和繞線式轉(zhuǎn)子。工作時(shí)定子三相繞組與三相電源端線相連，于是定子流過三相交流電流，由于定子三相繞組在空間的分布位置互差120°電角度，且三相交流電流在時(shí)間上存在120°的相位差，所以定子流過的三相交流電流在空間形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，并在轉(zhuǎn)子電路中感應(yīng)出感應(yīng)電流。轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流形成的磁場(chǎng)與定子電流的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，該電磁轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)起來，在CT系統(tǒng)中這個(gè)負(fù)載就是掃描架以及掃描架上的X線管和探測(cè)器（第三代CT）等裝置。

應(yīng)用要點(diǎn)：因?yàn)槿喈惒诫妱?dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固（尤其是鼠龍式電機(jī)），所以工作可靠，故障率低。并且由于它對(duì)電源沒有特殊要求，只需普通三相電源即可工作，所以三相異步電動(dòng)機(jī)是用途最廣泛的電動(dòng)機(jī)，它也被廣泛地用于X線機(jī)和CT等影像設(shè)備上。由于其自身的一些特性，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，應(yīng)該注意以下幾個(gè)要點(diǎn)：

(1)三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流比較大，一般可達(dá)到其額定電流的7倍左右，所以在選擇短路保護(hù)的熔斷器時(shí)，不能按照其額定電流進(jìn)行選擇，一般來講，熔斷器的動(dòng)作電流可選定為大約3倍的電動(dòng)機(jī)額定電流。

(2)作為機(jī)械負(fù)載的驅(qū)動(dòng)裝置，使用熱保護(hù)繼電器對(duì)其進(jìn)行過載保護(hù)是絕對(duì)必要的。

(3)三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法有能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)等多種。因?yàn)镃T系統(tǒng)要求掃描架能無沖擊地迅速制動(dòng)，所以在CT系統(tǒng)中三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)是采用能耗制動(dòng)的方法實(shí)現(xiàn)的。

1 系統(tǒng)概述

西門子CT SOMATOM AR.C/AR.T的掃描架電機(jī)控制系統(tǒng)由旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)板（下文中稱為驅(qū)動(dòng)板）、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)接觸器板（下文中稱為接觸器板）和電動(dòng)機(jī)等組成。掃描架由兩臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)X線管、探測(cè)器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）旋轉(zhuǎn)（下文中稱這臺(tái)電機(jī)為旋轉(zhuǎn)電機(jī)）。另一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)掃描架擺動(dòng)（下文中稱這臺(tái)電機(jī)為為擺動(dòng)電機(jī)）。本文只探討旋轉(zhuǎn)電機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理。

2 控制原理分析

掃描架電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

2.1 旋轉(zhuǎn)電機(jī)

圖1 掃描架電機(jī)控制系統(tǒng)組成圖

旋轉(zhuǎn)電機(jī)是一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，工作過程中不進(jìn)行調(diào)速。它驅(qū)動(dòng)X線管等設(shè)備以每3s轉(zhuǎn)1周的速度旋轉(zhuǎn)。三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，即：n=60f/p,式中n為電機(jī)的轉(zhuǎn)速,單位為轉(zhuǎn)/s；f為電源頻率，單位為Hz；p為電機(jī)的極對(duì)數(shù)。通過改變傳動(dòng)裝置上皮帶的位置，可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)不同國(guó)家50Hz或60Hz的電源頻率。從而保證X線管每3s轉(zhuǎn)1周的轉(zhuǎn)速不變。2.2 旋轉(zhuǎn)電機(jī)的起動(dòng)條件

旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制主要由旋轉(zhuǎn)功能控制器負(fù)責(zé)。只有當(dāng)以下條件滿足時(shí)，該電機(jī)才能被起動(dòng)（如圖1）。

(1) K8（旋轉(zhuǎn)電機(jī)的主接觸器）必須接通。

說明：K8的通斷并不是由旋轉(zhuǎn)功能控制器完成的，而是受控于CT全系統(tǒng)的停機(jī)電路。

(2)溫控開關(guān)閉合，即處于常態(tài)，表明電機(jī)的溫度在合理范圍內(nèi)。

說明：一旦電機(jī)溫度過高，溫控開關(guān)斷開，則接觸器板上的接觸器K1掉電，于是旋轉(zhuǎn)電機(jī)斷電，電機(jī)停轉(zhuǎn)。

(3)禁止轉(zhuǎn)動(dòng)開關(guān)S1處于常態(tài)，即未被按下的狀態(tài)。

說明：S1是一個(gè)帶有一對(duì)常開觸點(diǎn)、一對(duì)常閉觸點(diǎn)的復(fù)合按鈕。當(dāng)處于常態(tài)時(shí)，它的常閉觸點(diǎn)把驅(qū)動(dòng)板上的繼電器K4線圈的一端接到電源VCC，K4線圈的另一端接到旋轉(zhuǎn)功能控制器一個(gè)輸出端，當(dāng)旋轉(zhuǎn)功能控制器把這端輸出低電平時(shí)，K4得電，于是，接觸器板上的接觸器K1得電，其主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)接到電源上。

2.3 電機(jī)的起動(dòng)

如圖1所示，接觸器板上接觸器K8受停機(jī)電路控制而得電，其常開觸點(diǎn)閉合，為電機(jī)通電做好準(zhǔn)備。在驅(qū)動(dòng)器板上，繼電器K7的一端接于電源VCC，旋轉(zhuǎn)功能控制器將與K7相連的輸出端置為低電平給K7加電，K7的常開觸點(diǎn)閉合，于是接觸器板上的接觸器K5得電，K5的常開觸點(diǎn)閉合，受K5的常開觸點(diǎn)控制的電磁機(jī)構(gòu)把旋轉(zhuǎn)電機(jī)的剎車閘拉開，然后，如前所述，旋轉(zhuǎn)功能控制器給驅(qū)動(dòng)器板上的繼電器K4加電，接觸器板上的接觸器K1得電，其主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)被加電轉(zhuǎn)動(dòng)。

順便指出：利用圖1中開關(guān)S2（剎車閘拉開）也能把剎車閘拉開，電路工作原理與上述內(nèi)容基本相同，不再重復(fù)。

2.4 剎車

旋轉(zhuǎn)電機(jī)的剎車停轉(zhuǎn)是由旋轉(zhuǎn)功能控制器實(shí)現(xiàn)。只有當(dāng)以下條件滿足時(shí)，該電機(jī)才能被停止。

(1)旋轉(zhuǎn)功能控制器把與驅(qū)動(dòng)器板上繼電器K4的線圈相連接的輸出端置為高電平，于是該繼電器斷電，其常開觸點(diǎn)打開，接觸器板上的接觸器K1斷電。這樣旋轉(zhuǎn)電機(jī)的三相電源被切斷。

(2)旋轉(zhuǎn)功能控制器把與驅(qū)動(dòng)器板上繼電器K5的線圈相連接的輸出端置為低電平，于是該繼電器通電，其常開觸點(diǎn)閉和，這樣接觸器板上的接觸器K4的一端經(jīng)該常閉觸點(diǎn)接于24V，另一端始終經(jīng)溫控開關(guān)接于地而被加電，這就為給電機(jī)施加起制動(dòng)作用的直流電壓做好了準(zhǔn)備。

(3)旋轉(zhuǎn)功能控制器把與驅(qū)動(dòng)器板上的繼電器K6的線圈相連接的輸出端置為低電平，于是該繼電器通電，其常開觸點(diǎn)閉和，這樣接觸器板上的接觸器K9的一端經(jīng)該常閉觸點(diǎn)接于24V，另一端始終經(jīng)溫控開關(guān)接于地而被加電，這樣電機(jī)被施加了起制動(dòng)性質(zhì)的直流電壓，使旋轉(zhuǎn)電機(jī)工作在直流發(fā)電機(jī)狀態(tài)，轉(zhuǎn)子上受到制動(dòng)性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩而迅速停轉(zhuǎn)。

2.5 剎車閘

當(dāng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)停轉(zhuǎn)后，旋轉(zhuǎn)功能控制器把與驅(qū)動(dòng)器板上的繼電器K7的線圈相連接的輸出端置為高電平，于是該繼電器斷電，其常開觸點(diǎn)斷開，這樣接觸器板上的接觸器K5斷電。這樣剎車閘恢復(fù)抱緊，將電機(jī)牢牢剎住。

3 維修注意事項(xiàng)

值得注意的是：旋轉(zhuǎn)電機(jī)能否轉(zhuǎn)動(dòng)還受掃描架上門開關(guān)的控制，當(dāng)掃描架正在旋轉(zhuǎn)時(shí)，如果掃描架前門被掀開，電機(jī)將停轉(zhuǎn)。復(fù)位之后，即使掃描架前門開著，電機(jī)仍然能轉(zhuǎn)動(dòng)從而可進(jìn)行維修檢測(cè)。圖1中標(biāo)有SER_ROT（維修轉(zhuǎn)動(dòng)）的開關(guān)S3就是用于這個(gè)目的的。

4 結(jié)論

西門子CT SOMATOM AR.C/AR.T掃描架旋轉(zhuǎn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、工作可靠、維修方便。

[1] 秦曾煌.電工學(xué)[M].第5版.北京：高等教育出版社,1999.

[2] 李清新.電工技術(shù)[M].第1版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1995.

[3] 沈安俊.電氣自動(dòng)控制[M].第2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1986.

[4] 湯蘊(yùn)璆.電機(jī)學(xué)—機(jī)電能量轉(zhuǎn)換[M].第2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1986.

[5] 張文華,等.西門子CT高壓發(fā)生器整流濾波裝置供電電路工作原理[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備,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

作者郵箱：zwhmdj@126.com