西門子CT 掃描架旋轉電機控制系統(tǒng)原理分析

張文華，周英君，李帥三

（牡丹江醫(yī)學院 影像系，黑龍江 牡丹江 157011）

西門子CT 掃描架旋轉電機控制系統(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)電路的組成結構及工作原理，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維修的技術人員提供借鑒。

CT；掃描架；電機

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術語解析：

三相異步電動機：三相異步電動機定子裝有三相繞組，轉子有鼠龍式轉子和繞線式轉子。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磁場。這個旋轉磁場切割轉子導體，并在轉子電路中感應出感應電流。轉子感應電流形成的磁場與定子電流的旋轉磁場相互作用，產(chǎn)生電磁轉矩，該電磁轉矩拖動轉子旋轉，從而驅動電動機的機械負載轉動起來，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。

應用要點：因為三相異步電動機結構堅固（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等影像設備上。由于其自身的一些特性，在實際應用當中，應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)由旋轉系統(tǒng)驅動板（下文中稱為驅動板）、旋轉系統(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動。一臺電機驅動X線管、探測器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）旋轉（下文中稱這臺電機為旋轉電機）。另一臺電機驅動掃描架擺動（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)結構組成如圖1所示。

2.1 旋轉電機

圖1 掃描架電機控制系統(tǒng)組成圖

旋轉電機是一臺三相異步電動機，工作過程中不進行調(diào)速。它驅動X線管等設備以每3s轉1周的速度旋轉。三相異步電動機的轉速與電源頻率成正比，即：n=60f/p,式中n為電機的轉速,單位為轉/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，可以改變電機的轉速，以適應不同國家50Hz或60Hz的電源頻率。從而保證X線管每3s轉1周的轉速不變。2.2 旋轉電機的起動條件

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

(1) K8（旋轉電機的主接觸器）必須接通。

說明：K8的通斷并不是由旋轉功能控制器完成的，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，溫控開關斷開，則接觸器板上的接觸器K1掉電，于是旋轉電機斷電，電機停轉。

(3)禁止轉動開關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、一對常閉觸點的復合按鈕。當處于常態(tài)時，它的常閉觸點把驅動板上的繼電器K4線圈的一端接到電源VCC，K4線圈的另一端接到旋轉功能控制器一個輸出端，當旋轉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。在驅動器板上，繼電器K7的一端接于電源VCC，旋轉功能控制器將與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把旋轉電機的剎車閘拉開，然后，如前所述，旋轉功能控制器給驅動器板上的繼電器K4加電，接觸器板上的接觸器K1得電，其主觸點閉合，電動機被加電轉動。

順便指出：利用圖1中開關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。

2.4 剎車

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

(1)旋轉功能控制器把與驅動器板上繼電器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。這樣旋轉電機的三相電源被切斷。

(2)旋轉功能控制器把與驅動器板上繼電器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)旋轉功能控制器把與驅動器板上的繼電器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，使旋轉電機工作在直流發(fā)電機狀態(tài)，轉子上受到制動性質(zhì)的轉矩而迅速停轉。

2.5 剎車閘

當旋轉電機停轉后，旋轉功能控制器把與驅動器板上的繼電器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。這樣剎車閘恢復抱緊，將電機牢牢剎住。

3 維修注意事項

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

4 結論

西門子CT SOMATOM AR.C/AR.T掃描架旋轉電機控制系統(tǒng)設計合理、工作可靠、維修方便。

[1] 秦曾煌.電工學[M].第5版.北京：高等教育出版社,1999.

[2] 李清新.電工技術[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—機電能量轉換[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