CINRAD/CC雷達(dá)固態(tài)調(diào)制器常見故障及檢修分析

錢寶敏（云南省麗江市氣象局，云南麗江674100）

CINRAD/CC雷達(dá)固態(tài)調(diào)制器常見故障及檢修分析

錢寶敏（云南省麗江市氣象局，云南麗江674100）

CINRAD/CC指的是一種全相參脈沖多普勒天氣雷達(dá)，主要作用是對突發(fā)性天氣以及災(zāi)害性天氣進(jìn)行監(jiān)測、預(yù)警。本文首先對氣象雷達(dá)系統(tǒng)的組成以及常見分類進(jìn)行了介紹，然后結(jié)合麗江天氣雷達(dá)固態(tài)調(diào)制器故障實例進(jìn)行分析，總結(jié)常用故障排查辦法，并對CINRAD/CC雷達(dá)固態(tài)調(diào)制器的常見故障進(jìn)行了詳細(xì)探究。

CINRAD/CC雷達(dá)；雷達(dá)固態(tài)調(diào)制器；檢修

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，氣象雷達(dá)接收機(jī)故障問題明顯減少，現(xiàn)如今，雷達(dá)故障問題主要集中在發(fā)射機(jī)部分，而固態(tài)調(diào)制器是發(fā)射機(jī)中十分重要的組成部分，因此，對固態(tài)調(diào)制器故障問題及檢修技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)探究至關(guān)重要。

2 CINRAD/CC雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)

CINRAD/CC雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，其是由十個構(gòu)件所組成的，主要包括固態(tài)調(diào)制器、磁場電源分機(jī)Ⅰ、磁場電源分機(jī)Ⅱ、速調(diào)管功率放大器、高壓電源分機(jī)、固態(tài)放大器等等。

圖1 CINRAD/CC雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)簡化示意圖

在系統(tǒng)實際運(yùn)行過程中，發(fā)射配電電路能夠?qū)㈦娫春侠矸峙浣o各個構(gòu)件。有些分機(jī)和設(shè)備需要輸入大功率，對此，可以在供電線路上設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)設(shè)備。發(fā)射監(jiān)控分機(jī)的主要作用是使得本系統(tǒng)能夠與全機(jī)的其他系統(tǒng)實現(xiàn)信號定時，加強(qiáng)工作狀態(tài)控制，并收集故障信號。固態(tài)調(diào)制器能夠在放大觸發(fā)脈沖的控制下，由脈沖變壓器向速調(diào)管陰極提供調(diào)制脈沖。沖旁路器能夠與脈沖變壓器以及速調(diào)管建立聯(lián)系，從而構(gòu)成管體電流通路。在充電觸發(fā)脈沖的控制下，高壓電源分機(jī)能夠為固態(tài)調(diào)制器提供穩(wěn)定電源。

3 CINRAD/CC雷達(dá)調(diào)制器

固態(tài)調(diào)制器由線性穩(wěn)壓電源、觸發(fā)驅(qū)動電路、變壓器、均壓電路、可控硅、充電元件、人工線（CPFN；PulseFormNetwork）及反峰保護(hù)電路等組成如圖2所示。

圖2 固態(tài)調(diào)制器工作原理框圖

調(diào)制器的充電形式為回掃充電，其工作模式為調(diào)制脈沖略寬于射頻脈沖的嵌套形式。充電變壓器一旦受到充電觸發(fā)脈沖觸發(fā)，就會有電流通過，并開始儲能，此時V1截止，PFN沒有被充電。隨著充電電流的不斷上升，充電變壓器儲能越來越多，當(dāng)達(dá)到規(guī)定值時，電路斷開，V1正偏導(dǎo)通，PFN被充電。當(dāng)來自發(fā)射監(jiān)控分機(jī)的放電觸發(fā)脈沖到來時，可控硅開關(guān)管V2～V7同時導(dǎo)通，PFN放電，在速調(diào)管陰極調(diào)制脈沖頂部位置，射頻輸入信號不斷放大。調(diào)制器放電開關(guān)組件是由6個可控硅串聯(lián)而成的，當(dāng)高壓電源出現(xiàn)2次充電時，PFN的充電電壓將達(dá)到7000V以上，就電流而言，這時放電開關(guān)組件的正常峰值工作電流約為400A。

4 雷達(dá)發(fā)射機(jī)調(diào)制器故障診斷方法

4.1 調(diào)制器故障測量

在對雷達(dá)發(fā)射機(jī)調(diào)制器進(jìn)行檢修過程中，故障診斷至關(guān)重要，為了提高故障診斷效率，首先需要提供故障診斷測量的準(zhǔn)確性。通過對調(diào)制器進(jìn)行故障診斷測量，能夠獲得多項測量數(shù)據(jù)，包括調(diào)制器設(shè)計參數(shù)、監(jiān)測測量值、調(diào)制器維修參數(shù)、自動測試系統(tǒng)所得測量數(shù)據(jù)、調(diào)整值、故障性能退化測量數(shù)據(jù)等等。在實際測量過程中，容易受到多種因素干擾，導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)與實際值出現(xiàn)偏差，包括測量設(shè)備靈敏度、頻帶寬度調(diào)整不當(dāng)、測量設(shè)備靈敏度較低等等。通過對故障設(shè)備進(jìn)行連續(xù)測量，就能夠確定某項故障或者性能問題。

4.2 調(diào)制器故障診斷

4.2.1 故障分析

如果發(fā)現(xiàn)調(diào)制器出現(xiàn)故障問題，則應(yīng)該送至修理方進(jìn)行檢修，由送修方重現(xiàn)故障問題，避免由于故障問題描述不準(zhǔn)確而對故障診斷和分析產(chǎn)生不良影響。在對故障現(xiàn)象進(jìn)行觀測時，如果故障問題具有重現(xiàn)性特征，則說明這一故障問題比較穩(wěn)定，則比較容易排除和分析。

4.2.2 故障隔離

故障隔離指的是對設(shè)備的故障問題進(jìn)行檢查、定位和分析判斷，故障隔離是一個過程，在此過程中，需要對故障問題產(chǎn)生原因以及故障范圍進(jìn)行反復(fù)分析和定位。在對調(diào)制器故障進(jìn)行檢修過程中，需要逐步深入分析故障問題，并進(jìn)一步縮小故障范圍，這樣才能準(zhǔn)確定位故障發(fā)生部位。

4.2.3 檢測與調(diào)試

在對調(diào)制器故障問題進(jìn)行排查和分析后，即可對故障問題進(jìn)行檢修，檢修完成后，還需要通電檢查，確保調(diào)制器各項應(yīng)用功能能夠恢復(fù)正常，并且還需要對其進(jìn)行性能檢測。

5 CINRAD/CC雷達(dá)固態(tài)調(diào)制器常見故障及檢修

5.1 可控硅故障

2011年6月17日9：50麗江雷達(dá)報真空度、反峰、可控硅、pin開關(guān)短路故障，復(fù)位不能排除故障，經(jīng)過排查發(fā)現(xiàn)第三枚可控硅擊穿損壞，另對其散熱的風(fēng)扇也損壞，更換可控硅和風(fēng)扇，故障排除。

可控硅是一種軟開關(guān)構(gòu)件，是固態(tài)調(diào)制器中十分重要的組成部分，具有單向?qū)ㄐ阅?，其通斷電壓和?dǎo)通電流受控制極控制。可控硅故障問題主要是當(dāng)調(diào)制器電源不穩(wěn)定時，會出現(xiàn)掉高壓現(xiàn)象，故障發(fā)生起初，軟件能夠復(fù)位，但是，如果故障問題發(fā)生比較頻繁，則軟件無法復(fù)位。對于可控硅故障，可以采用以下處理辦法：①當(dāng)發(fā)射機(jī)調(diào)制器沒有通電時，可以采用萬用表，對各個可控硅的正向電阻和反向電阻進(jìn)行檢測，在正常情況下，阻抗值應(yīng)該在200～300kΩ之間；②對雷達(dá)全機(jī)通電，并逐漸加高電壓，采用示波器對可控硅的驅(qū)動波進(jìn)行檢測，在正常情況下，波形幅度應(yīng)該在15～20V之間；③對可控硅觸發(fā)信號進(jìn)行檢測，同時對低壓電源進(jìn)行檢測，如果電源開始發(fā)熱，則還需要對驅(qū)動電路進(jìn)行檢測。

通常情況下，如果調(diào)制器電壓穩(wěn)定性較差，或者脈沖形成網(wǎng)絡(luò)的充電電壓過高，則容易引發(fā)可控硅故障問題。CINRAD/ CC雷達(dá)固態(tài)調(diào)制器放電開關(guān)組件為固態(tài)器件可控硅（SCR），并且由6個型號相同的可控硅串聯(lián)而成，當(dāng)電流流過充電變壓器時，脈沖形成網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)ω?fù)載進(jìn)行放電，從而形成調(diào)制脈沖，并且加至速調(diào)管，速調(diào)管陰極調(diào)制脈沖頂部平坦位置的射頻輸入信號不斷放大。如果高壓電源二次充電，則可控硅電壓為7kV，電流為400A，可控硅正反向阻斷電壓為1400V，6個相同型號的可控硅串聯(lián)，能夠承受8.4kV阻斷電壓，平均通態(tài)電流200A，在窄脈沖、低工作比的情況下應(yīng)用固態(tài)器件可控硅，其能夠承受較大電流。因此，在CINRAD/CC雷達(dá)固態(tài)調(diào)制器中應(yīng)用6個相同型號的可控硅串聯(lián)安全可靠。如果電源電壓穩(wěn)定性較差，則可控硅可能會瞬間加電，或者突然斷電，在這種情況下容易形成尖峰電壓，從而對可控硅造成破壞，如圖3所示，在這種情況下，需要對可控硅運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行測試，并排查故障范圍和故障發(fā)生位置。由此可見，為了保障可控硅正常運(yùn)行，必須保障電源運(yùn)行穩(wěn)定性，必須保證良好的散熱措施。

5.2 人工線（PFN）過壓故障及其它故障

通常情況下，對于人工線過壓故障問題，無法通過軟件復(fù)位，因此，一旦出現(xiàn)故障問題，就需要進(jìn)行故障排查和檢修。導(dǎo)致人工線出現(xiàn)故障問題的主要原因在于在對其進(jìn)行二次充電時，人工線電壓無法及時泄放，對此，可以采用以下檢測方法：①對可控硅放電主開關(guān)進(jìn)行檢查，判斷是否有觸發(fā)信號；②對調(diào)制器負(fù)載進(jìn)行檢查，判斷是否有開路；③對高壓電源進(jìn)行檢查，判斷是否有二次充電或者閉環(huán)失控問題。

圖3 可控硅工作原理圖

另外，在固態(tài)調(diào)制器中，風(fēng)機(jī)故障、充電過荷故障以及反峰過荷故障也較為常見。其中，風(fēng)機(jī)故障一般是由于固態(tài)器件可控硅放電開關(guān)組件底部2只軸流風(fēng)機(jī)發(fā)生了故障問題；充電過荷故障主要是由固態(tài)器件可控硅放電開關(guān)組件斷路或者沒有關(guān)斷所造成的。另外，充電硅堆短路還會造成反峰過荷故障，如果出現(xiàn)反峰過荷故障，則可以對調(diào)制器負(fù)載進(jìn)行檢查，判斷是否出現(xiàn)斷路或者打火問題。

6 結(jié)語

綜上所述，雷達(dá)發(fā)射機(jī)是雷達(dá)中的核心構(gòu)件，脈沖調(diào)制器構(gòu)成十分復(fù)雜，在實際應(yīng)用中，調(diào)制器元件容易發(fā)生故障問題，常見故障有可控硅故障、人工線過壓故障、散熱系統(tǒng)故障等等。對于脈沖固態(tài)調(diào)制器，應(yīng)該加強(qiáng)日常檢查和維護(hù)，并結(jié)合實際情況選用故障檢測以及維修辦法，這樣才能提高發(fā)射機(jī)調(diào)制器故障排查診斷水平，保障雷達(dá)發(fā)射機(jī)正常運(yùn)行。

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TN959.4

A

2095-2066（2016）36-0115-02

2016-12-12

錢寶敏（1975-），男，漢族，云南麗江人，工程師，本科，主要從事cinradicc天氣雷達(dá)維修維護(hù)保障工作。