西門子CT 掃描架旋轉(zhuǎn)電機控制系統(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）

西門子CT 掃描架旋轉(zhuǎn)電機控制系統(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）

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

CT；掃描架；電機

本文導(dǎo)讀 >>

術(shù)語解析：

三相異步電動機：三相異步電動機定子裝有三相繞組，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旋轉(zhuǎn)磁場。這個旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(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)電流形成的磁場與定子電流的旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，該電磁轉(zhuǎn)矩拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動電動機的機械負載轉(zhuǎn)動起來，在CT系統(tǒng)中這個負載就是掃描架以及掃描架上的X線管和探測器（第三代CT）等裝置。

應(yīng)用要點：因為三相異步電動機結(jié)構(gòu)堅固（尤其是鼠龍式電機），所以工作可靠，故障率低。并且由于它對電源沒有特殊要求，只需普通三相電源即可工作，所以三相異步電動機是用途最廣泛的電動機，它也被廣泛地用于X線機和CT等影像設(shè)備上。由于其自身的一些特性，在實際應(yīng)用當中，應(yīng)該注意以下幾個要點：

(1)三相異步電動機的起動電流比較大，一般可達到其額定電流的7倍左右，所以在選擇短路保護的熔斷器時，不能按照其額定電流進行選擇，一般來講，熔斷器的動作電流可選定為大約3倍的電動機額定電流。

(2)作為機械負載的驅(qū)動裝置，使用熱保護繼電器對其進行過載保護是絕對必要的。

(3)三相異步電動機的制動方法有能耗制動、反接制動等多種。因為CT系統(tǒng)要求掃描架能無沖擊地迅速制動，所以在CT系統(tǒng)中三相異步電動機的制動是采用能耗制動的方法實現(xiàn)的。

1 系統(tǒng)概述

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

2 控制原理分析

掃描架電機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

2.1 旋轉(zhuǎn)電機

圖1 掃描架電機控制系統(tǒng)組成圖

旋轉(zhuǎn)電機是一臺三相異步電動機，工作過程中不進行調(diào)速。它驅(qū)動X線管等設(shè)備以每3s轉(zhuǎn)1周的速度旋轉(zhuǎn)。三相異步電動機的轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，即：n=60f/p,式中n為電機的轉(zhuǎn)速,單位為轉(zhuǎn)/s；f為電源頻率，單位為Hz；p為電機的極對數(shù)。通過改變傳動裝置上皮帶的位置，可以改變電機的轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)不同國家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)電機的起動條件

旋轉(zhuǎn)電機的控制主要由旋轉(zhuǎn)功能控制器負責(zé)。只有當以下條件滿足時，該電機才能被起動（如圖1）。

(1) K8（旋轉(zhuǎn)電機的主接觸器）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)的停機電路。

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

說明：一旦電機溫度過高，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)電機斷電，電機停轉(zhuǎn)。

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

說明：S1是一個帶有一對常開觸點、一對常閉觸點的復(fù)合按鈕。當處于常態(tài)時，它的常閉觸點把驅(qū)動板上的繼電器K4線圈的一端接到電源VCC，K4線圈的另一端接到旋轉(zhuǎn)功能控制器一個輸出端，當旋轉(zhuǎn)功能控制器把這端輸出低電平時，K4得電，于是，接觸器板上的接觸器K1得電，其主觸點閉合，電動機接到電源上。

2.3 電機的起動

如圖1所示，接觸器板上接觸器K8受停機電路控制而得電，其常開觸點閉合，為電機通電做好準備。在驅(qū)動器板上，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的常開觸點閉合，于是接觸器板上的接觸器K5得電，K5的常開觸點閉合，受K5的常開觸點控制的電磁機構(gòu)把旋轉(zhuǎn)電機的剎車閘拉開，然后，如前所述，旋轉(zhuǎn)功能控制器給驅(qū)動器板上的繼電器K4加電，接觸器板上的接觸器K1得電，其主觸點閉合，電動機被加電轉(zhuǎn)動。

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

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

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

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

2.5 剎車閘

當旋轉(zhuǎn)電機停轉(zhuǎn)后，旋轉(zhuǎn)功能控制器把與驅(qū)動器板上的繼電器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，將電機牢牢剎住。

3 維修注意事項

值得注意的是：旋轉(zhuǎn)電機能否轉(zhuǎn)動還受掃描架上門開關(guān)的控制，當掃描架正在旋轉(zhuǎn)時，如果掃描架前門被掀開，電機將停轉(zhuǎn)。復(fù)位之后，即使掃描架前門開著，電機仍然能轉(zhuǎn)動從而可進行維修檢測。圖1中標有SER_ROT（維修轉(zhuǎn)動）的開關(guān)S3就是用于這個目的的。

4 結(jié)論

西門子CT SOMATOM AR.C/AR.T掃描架旋轉(zhuǎn)電機控制系統(tǒng)設(shè)計合理、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:機械工業(yè)出版社,1995.

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

[4] 湯蘊璆.電機學(xué)—機電能量轉(zhuǎn)換[M].第2版.北京:機械工業(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