PESAWAT RONTGEN FREKWENSI TINGGI. DISAMPAIKAN PADA PELATIHAN KEMAMPUAN PENGAJARAN BAGI DOSEN DAN INSTRUKTUR KLINIK JURUSAN TEKNIK ELEKTROMEDIK. BANDUNG 4 – 6 JUNI 2007 Oleh DR. IR. HJ. RUSMINI B. MM.AIM.
PESAWAT RONTGEN FREKWENSI TINGGI. PESAWA T RONTGEN FREKWENSI TINGGI ADALAH PESAWAT UNTUK MEMBANGKITKAN SINAR – X DENGAN MENGGUNAKAN TEHNOLOGI FREKWENSI TINGGI . CARA KERJANYA ADALAH : TEGANGAN BOLAK-BALIK DARI PLN YANG MEMPUNYAI FREKWENSI 50 HZ DIRUBAH MENJADI TEGANGAN SEARAH DAN DIFILTER DENGAN KONDENSATOR KEMUDIAN DIBUAT MENJADI TEGANGAN BOLAK-BALIK FREKWENSI TINGGI ANTARA 7 KHZ – 13 KHZ KEMUDIAN DIPROSES MENJADI TENGAN TINGGI DAN DISERAHKAN UNTUK DIBERIKAN KE TABUNG SINAR-X. DEMIKIAN JUGA PADA BAGIAN PEMANAS FILAMENT TABUNG SINAR-X PROSESNYA MENGGUNAKAN TEGANGAN FREKWENSI TINGGI.
BLOK DIAGRAM PESAWAT RONTGEN FREKWENSI TINGGI. • GBR.1 MEMPERLIHATKAN BLOK DIAGRAM PESAWAT RONTGEN FREKWENSI TINGGI.
Gambar 1.
CARA KERJA PESAWAT RONTGEN FREKWENSI TINGGI. 1. PROSES PEMANASAN FILAMEN. -Tegangan AC 50 Hz (U0) dari pln disearahkan pada blok 1A, kemudian difilter dengan kondensator pada blok 2a terus diubah menjadi tegangan bolak-balik frekwensi tinggi oleh inverter pada blok 3a kemudian diturunkan tegangannya menjadi 6 – 16 volt dan diberikan kefilamen tabung rontgen. - Pengaturan arus tabung rontgen menggunakan regulator yang menghasilkan tegangan searah dan di ubah menjadi tegangan bolak –balik frekwensi tinggi oleh VCO untuk mentriger inverter.
2.PROSES PEMBANGKITAN TEGANGAN TINGGI. Tegangan AC frekwensi 50 Hz ( UO ) dari PLN disearahkan di blok 1 dan difilter di blok 2 menjadi tegangan searah (U1) terus diubah lagi menjadi tegangan bolek-balik frekwensi tinggi antara 7 – 13KHz (U2) di blok 3. Setelah itu kemudian di naikkan tegangannya oleh transformator tegangan tinggi di Blok 4 menjadi tegangan tinggi frekwensi tinggi (U3). Kemudian disearahkan di blok 5 menjadi (UH) terus difilter di blok 6 yang selanjutnya diberikan ke tabung rontgen.
PENGATURAN TEGANGAN TINGGI. • Pengaturan tegangan tinggi dengan cara : Tegangan referensi (kV soll ) diberikan pada regulator dan dibandingkan dengan tegangan feedback dari rangkaian tegangan tinggi ( kV ist ). tegangan referensi ( kV soll) pada regulator dan Hasilnya berupa tegangan DC yang diubah oleh VCO menjadi frekwensi tinggi untuk mentriger INVERTER. kV ist naik dari nol sampai mencapai tegangan yang diinginkan. Kalau tegangan feedback telah sama dengan tegangan referensi maka tegangan tinggi tidak naik lagi.
ON LINE ADJUSMENT. • Pada pesawat rontgen frekwensi tinggi ini, pengaturan tegangan tinggi dan pengaturan arus tabung rontgen dilakukan pada saat Exposure berlangsung atau disebut ON LINE ADJUSTMENT.
BAGIAN-BAGIAN PESAWAT RONTGEN FREKWENSI TINGGI. 1. RANGKAIAN POWER SUPPLY. 2. RANGKAIAN INVERTER 3. RANGKAIAN TRANFORMATOR TEGANGAN TINGGI. 4. RANGKAIAN PENGATUR TEGANGAN TINGGI. 5. RANGKAIAN PEMANAS FILAMEN 6. RANGKAIAN PENGATUR ARUS TABUNG RONTGEN.
1. RANGKAIAN POWER SUPPLY. Gambar 2 adalah gambar rangkaian power supply.
• Gambar 2.
Cara kerja rangkaian power supply. • Tegangan bolak balik frekwensi 50 Hz dari PLN disearahkan dan difilter dengan kondensator menjadi tegangan searah sebesar: 220 V X V2 X 2 = 622 Volt. Untuk tegangan 3 phase rangkaiannya seperti pada gambar sebelah kiri dan besarnya tegangan searah : 380 V X V2 = 575 Volt.
2.RANGKAIAN INVERTER . A. RANGKAIAN DASAR OSCILATOR. Gambar 2.1 menunjukkan gambar rangkaian R, L, C yang dihubung seri dan dihubungkan dengan sumber tegangan DC melalui sebuah saklar S. •
• Gambar 2.1
Gambar 2.2.
PRINSIP KERJA OSCILATOR. • 1. Apabila rangakaian R,L,C dihubungkan dengan sumber tegangan DC melalui saklar S maka akan terjadi pengisian Kondensator C sampai penuh. 2. Saklar S kemudian dipindah menjadi 1-3. maka akan terjadi oscilasi yang makin lama makin kecil amplitudonya atau disebut teredam karena energinya hilang di Rs seperti pada gambar 2.2.
INVERTER • Untuk Membuat agar oscilasi tidak teredam maka perlu diberikan tegangan DC secara periodik untuk mengatasi hilangnya energi. • Dengan prinsip tersebut , saklar S diganti Thyristor dan dirangkai seperti pada gambar 2.3.
• Gambar 2.3. Rangkaian INVERTER.
Komponen pada inverter. • - Thyristor Th1, Th2, Th3 dan Th4 sebagai pengganti saklar S. • - Diode V1, V2, V3 dan V4 dihubungkan berlawanan arah dengan Thyristor. • - Oscilator terdiri dari Cs, Ls dan Rs yang dihubung Seri.
CARA KERJA INVERTER. • 1. Th1 berpasangan dengan Th2, bekerja bergantian dengan Th3 yang berpasangan dengan Th4. • 2. Pada setengah periode pertama, Th1 dan Th2 firing karena diberi signal triger pada gate nya. Arus mengalir dari sumber tegangan positif ke negatif seperti pada gambar 2.4 : • Dari positif lewat Th 1, Cs, Ls, Rs terus lewat Th2 terus ke Negatif. Terjadi pengisian Kondenstor Cs hingga penuh.
• Karena rangkaian oscilator membangkitkan arus balik setelah setengah periode, maka arus balik ini mengalir lewat V2, Rs, Ls dan V1 terus ke terminal positif seperti pada gambar 2.4. • Arus bailk ini digambarkan arah negatif seperti pada gambar 2.5. Pada saat ini kondenstor Cs discharge hingga kosong (t2). Dan arus balik ini berfungsi juga untuk mematikan firingnya Th 1 dan Th2.
ARAH ARUS PADA INVETER Gambar 2.4
Setengah periode berikutnya. • 1. Pada setengah periode berikutnya, Th3 dan Th4 firing oleh signal triger. Arus mengalir dai positif lewat Th3, Rs, Ls, Cs terus Th4 terus ke negatif sperti pada gambar 2.5. Terjadi pengisisan kondenstor sampai penuh dengan polaritas kebalikan dari pengisian pertama. • 2. Pada saat terjadi arus balik dari rangkaian oscilator terjadi discharge kondensator Cs dengan arah arus sbb. Dari terminal Negatif, V4, terus Kondensator negatif Cs terus ke positif, terus ke Ls, Rs, V3 terus ke terminal positif. Gambar Pulsanya seperti pada gambar 2.6. Arus balik ini berfungsi juga untuk mematikan Th3 dan Th4 yang sedang firing.
•
•
• GAMBAR 2.5.
Gambar 2.6
MENCEGAH TERJADINYA HUBUNG SINGKAT PADA INVERTER. • 1. Oscilasi pada inverter terjadi terus menerus selama signal triger diberikan ke Gate thyristor yang berpasangan secara bergantian. • 2. Untuk mencegah terjadinya short circuit yang disebabkan oleh kedua pasangan thyristor firing secara bersamaan maka perlu diberi wktu tenggang antara matinya thyristor Th1 dan Th2 dengan mulainya firing thyristor Th3 dan Th4 minimal 30 Ms ( Micro second ). Seperti pada gambar 2.7.
GAMBAR PULSA PADA INVERTER • Gambar 2.7. Pulsa dari inverter.
INVERTER PADA RANGKAIAN TEGANGAN TINGGI. • Inverter pada rangkaian tegangan tinggi seperti pada gambar 2.8.
• Gambar 2.8.
1. Ls sebagai komponen oscilator merupakan gulungan primer trafo tegangan tinggi. • 2. Signal triger thyristor didapat dari rangkaian triger yang menggunakan VCO ( Voltage Control Oscilator ). Out put nya melalui trafo triger diberikan ke Th1, Th2 dan Th3 dan Th4. • 3. Secara sederhana wiring diagram inverter pada rangkaian tegangan tinggi seperti pada gambar 2.8.
3. RANGKAIAN TEGANGAN TINGGI. • 1. Rangkaian tegangan tinggi adalah rangkaian yang menaikkan dari tegangan rendah menjadi tegangan tinggi kemudian disearAhkan dan diberikan ke tabung rontgen. • 2. Rangkaian tegangan tinggi terdiri dari : • 1). Transformator tegangan tinggi 2 buah. • 2). Rangkaian voltage doubler 2 buah dan dihubungkan seri. Tegangan out put yang diperoleh adalah 4 kali tegangan A-B. Seperti pada gambar 3.1.
Gambar wiring diagram rangkaian tegangan tinggi. • Gambar 3.1. Rangkaian tegangan tinggi.
Cara kerja rangkaian tangangan tinggi. Cara kerja rangkaian tegangan tinggi. 1. Trafo tegangan tinggi Tr1 dan Tr 2 bekerja secara bersamaan karena dihub ungkan paralel. 2. Pada setengah periode pertama : A positif dan B negatif. Arus dari A terus ke V1, C1, B dan kembali ke A. Kondensator C1 diisi tegangan. 3. Pada setengan periode berikutnya : A negatif dan B positif. Arus dari B mengalir lewat C2, V2, A dan kembali ke B. Kondensator C2 diisi tegangan.
Pengisian kondensator C3 dan C4 bersamaan dengan pengisian C1 dan C2. C1 , C2, C3 dan C4 dihubung seri menjadi tegangan tinggi. Kutub positif C1 di hubungkan ke Anode dan kutub negatif C4 dihubungkan ke katode untuk memberikan beda potensial tabung rontgen hingga elektron2 ditarik dari katode ke anode yang kemudian akan terproses terjadinya sinar-x.
Hubungan antara tegangan tabung rontgen dan arus rangkaian inverter. • Hubungan antara tegangan tinggi tabung rontgen dan arus inverter seperti pada gambar 3.2.
Gambar 3.2
• Pada saat tabung rontgen mendapat tegangan dari nol sampai tegangan tinggi, frekwensi pada inverter tinggi. Setelah tegangan tinggi tercapai , frekwensi inverter berkurang. • Hal ini karena hanya mensuply energy yang diperlukan beban.
4. RANGKAIAN PENGATUR TEGANGAN TINGGI • Pengaturan tegangan tinggi tabung rontgen dikerjakan dengan cara membandingkan tegangan referensi (kV soll) sebagai pengaturan tegangan tinggi yang diminta, dengan tegangan feedback ( kV ist) tegangan tinggi yang dihasilkan. • Rangkaian pengatur tegangan tinggi seperti ditunjukkan pada gambar 4.1.
GAMBAR 4.1 PENGATURAN TEGANGAN TINGGI
CARA KERJA PENGATURAN TEGANGAN TINGGI. • 1. Tegangan tabung rontgen yang diinginkan (kV) disebut kV soll, dibandingkan dengan tegangan tabung rontgen yang ada (kVist) di regulator. Hasilnya merupakan tegangan dc yang kemudian diubah menjadi pulsa frekwensi tinggi oleh VCO . • 2. Pulsa frekwensi tinggi untuk mentriger inverter sehingga trafo tegangan tinggi primer mendapat tegangan bolak-balik frekwensi tinggi dan diubah menjadi tegangan tinggi. • 3. Setelah tegangan tinggi mencapai nilai yang diminta, atau kV ist sama dengan kVsoll, tegangan tinggi berhenti naik dan menjadi konstan.
WIRING DIAGRAM PENGATUR TEGANGAN TINGGI
5. RANGKAIAN PEMANAS FILAMEN DAN PENGATUR ARUS TABUNG. • Rangkaian pemanas filamen tabung rontgen prinsip kerjanya seperti pada gambar 5.
• Gambar 5.
• Pada waktu standby heating sama dengan Fluoroscopi Heating. • Arus tabung besarnya berdasarkan pembagian Kapasitas Power Pesawat rontgen dengan tegangn tinggi (kV) yang dipergunakan. ( P soll per ksoll = I.) • Filamen mendapat tegangan dari Trafo filamen frekwensi tinggi yang mendapat tegangan dari inverter yang ditriger oleh VCO . Pulsa VCO ini diatur oleh regulator.
CARA KERJA RANGKAIAN PEMANAS FILAMEN DAN ARUS TABUNGNYA. • 1. Iro soll untuk fluoroscopi diberikan ke regulator kemudian ke VCO yang mengubah tegangan dc menjadi pulsa frekwensi tinggi . • 2. Pulsa dari VCO diberikan ke Gate inverter sehingga filamen trafo mendapat tegangan bolak-balik frekwensi tinggi dan tegangan out punya diberikan ke filament tabung rontgen dan filamen menyala.
• 3. Karena tabung rontgen belum mendapat tegangan tinggi maka belum ada arus tabung Iro. Untuk menggantikan arus tabung ini tegangan filamen diberikan ke lampu kecil . Melalui photo transistor sinar lampu diubah menjadi tegangan dan dibandingkan dengan Iro soll. Hsilnya dipergunakan untuk mengatur tegangan filament sehingga pada saat standby heating, tegangan filament konstan.
• 3. Pada waktu preparation, Iro soll pindah dari standby heating ke Iro soll exposure yang didapat dari perhitungan otomatis yaitu Power Max (Psoll) dibagi dengan tegangan tabung kVsoll . • I = P soll / kVsoll. • Iro ist belum ada dan tetap diambil dari lampu kecil tadi. Karena tegangan filamen naik maka lampu kecil menjadi terang ( boosting ).
• Pada saat exposure dimulai arus tabung ini diberikan ke Regulator melalui switch S1 yang pindah saat start exposure dan dibandingkan dengan Isoll. • Setelah Iro ist = Iro soll, maka arus tabung berhenti sesuai dengan kebutuhan. • Wiring diagram pengaturan arus tabung rontgen seperti pada gambar 4.3.
KELEBIHAN PESAWAT RONTGEN FREKWENSI TINGGI DIBANDING PESAWAT RONTGEN BIASA. • Dibanding pesawat rontgen biasa, pesawat rontgen frekwensi tinggi mempunyai kelabihan antara lain : • 1. Volume transformator tegangan tinggi lebih kecil karena penampang nya berbanding terbalik dengan frekwensi sesuai rumus : U = K.f.n.A U : Tegangan induksi. K : Konstanta. F : Frekwensi. n : Jumlah gulungan A : Penampang inti trafo.
• 2. Tidak diperlukan Ototrafo dan Isostat ( Voltage stabilisator ) seperti pesawat rontgen konvensional yang besar dan berat. • 3. tidak menggunakan komponen elektromekanik seperti motor, relai dan kontaktor yang besar, tetapi menggunakan komponen elektronik semiconduktor , IC yang lebih cepat dan kompak sehingga hasil pengaturan lebih teliti. • 4. Hasil ripple tegangan tinggi mendekati generator 12 pulsa meskipun menggunakan jala-jala listrik satu phase. Dosis yang dihasilkan hampir 1 ½ - 2 kali generator 2 pulsa. • Contoh : Generator Frekwensi tinggi dengan kapasitas 100kV, 300 mA setera dengan generator 2 pulsa dengan kapasitas 100 kV, 500 mA.
• 5. Proses pengaturan tegangan tinggi terjdi pada saat pemberian tegangan tinggi pada tabung rontgen atau selama waktu penyinaran ( On line ) • 6. Proses pengaturan tegangan tinggi dan arus tabung terpisah sehingga tidak saling mempengaruhi seperti pada pesawat rontgen konvensional yang saling mempengaruhi satu sama lain. • 7. Dengan adanya micro prosessor pada generator frekwensi tinggi konstruksi konsul menjadi kecil dan kompak. • 8. Trafo tegangan tinggi dapat dijadikan satu dengan tabung rontgen ( Single tank ) sehingga tidak memerlukan kable tengangan tinggi. • 9. Menghemat ruangan karena bentuknya yang kecil dan kompak. -------------------------------
TERIMA KASIH
