國(guó)產(chǎn)500kW短波發(fā)射機(jī)技改實(shí)踐

國(guó)產(chǎn)500kW短波發(fā)射機(jī)技改實(shí)踐

楊瑞霖 國(guó)家新聞出版廣電總局二〇二四臺(tái)

國(guó)產(chǎn)500kW短波發(fā)射機(jī)處于初期研發(fā)測(cè)試階段，各項(xiàng)技術(shù)不夠成熟。在發(fā)射機(jī)的調(diào)試及試播音過程中，各系統(tǒng)均出現(xiàn)了不同的問題，造成了一定程度的器件損壞。給設(shè)備維護(hù)帶了很大壓力，同時(shí)成為安全播出和運(yùn)行維護(hù)的一大薄弱點(diǎn)和隱患。為了確保安全播出，我們對(duì)運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行了及時(shí)的改進(jìn)。自2011年10月以來，這些改進(jìn)應(yīng)用于發(fā)射機(jī)至今，效果很好，解決了國(guó)產(chǎn)500kW短波發(fā)射機(jī)在設(shè)計(jì)上的一些缺陷，彌補(bǔ)了先天的不足。新的改進(jìn)更便于發(fā)射機(jī)的維護(hù)，降低維護(hù)成本，增強(qiáng)了發(fā)射機(jī)的穩(wěn)定性。

國(guó)產(chǎn)500kW短波發(fā)射機(jī);技術(shù)改進(jìn);增加穩(wěn)定性

1.饋線補(bǔ)償電容的改進(jìn)

1.1 饋線補(bǔ)償電容的作用

經(jīng)不平衡—平衡轉(zhuǎn)換器后，輸出阻抗變?yōu)?00?，與天饋線系統(tǒng)要求的300?仍不相符，為此采用了一段12m長(zhǎng)的阻抗變換傳輸線，將200?的阻抗變換為300?的阻抗。阻抗變換傳輸線為方型平衡式饋筒結(jié)構(gòu)，阻抗變換通過兩根內(nèi)導(dǎo)體直徑分節(jié)變小、間距線性變大的傳輸線來實(shí)現(xiàn)，可近似使用指數(shù)傳輸線的理論分析，阻抗變換傳輸線輸出端用于補(bǔ)償?shù)碾娙轂?000pF，補(bǔ)償阻抗變換傳輸線在輸入端引入的電抗性成分。

1.2 饋線補(bǔ)償電容改進(jìn)原因

我臺(tái)在試播音器件連續(xù)出現(xiàn)饋筒內(nèi)阻抗變換器尾端1000pF真空電容出現(xiàn)打火損壞故障。排除電容質(zhì)量問題后，經(jīng)反復(fù)測(cè)試發(fā)現(xiàn)由于饋筒完全封閉播音中電容上產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)的散去。當(dāng)熱量不能及時(shí)散去會(huì)造成：

（1）電容焊接方式采用錫焊，熔點(diǎn)較低。電容運(yùn)行中溫度過高，溫度過高后焊接點(diǎn)融化出現(xiàn)縫隙導(dǎo)致打火。

（2）電容可以在自然冷卻狀態(tài)下頻繁工作，由下圖可知電容在25℃環(huán)境下工作時(shí)可承載電流為100%，電容溫度每升高10℃允許通過電容的最大電流將會(huì)下降10%左右，使電容不能穩(wěn)定的工作。

1.3 改進(jìn)方案及優(yōu)點(diǎn)

發(fā)射機(jī)內(nèi)部真空電容共有10個(gè)。除C101由風(fēng)冷外，其余9個(gè)真空電容均為水冷。水的比熱容最高，冷卻效果最好。但是饋線補(bǔ)償電容為定值非水冷電容。最后使用兩種方式對(duì)補(bǔ)償電容進(jìn)行降溫使其保持在25℃附近工作。

（1）采用φ40的PVC管由低壓風(fēng)道引入過濾后較為干凈的低壓風(fēng)到補(bǔ)償電容的饋筒內(nèi)。使該電容由原來的自然冷卻變?yōu)榈蛪猴L(fēng)冷。

（2）可承載電流的下降程度還取決于電容安裝支架的結(jié)構(gòu)之間的熱接觸方式。所以將原來法蘭連接方式改為直徑為50MM，長(zhǎng)度為45MM的銅質(zhì)連接器進(jìn)行連接，以此增加電容兩側(cè)散熱面積和便于電容拆裝。

圖1 200/300阻抗變換器簡(jiǎn)圖

圖2 不同溫度下時(shí)射頻電流下降曲線

圖3 低壓風(fēng)冷降溫

圖4 熱接觸式冷卻方式

2.低壓風(fēng)系統(tǒng)改進(jìn)

廠家原有的低壓風(fēng)機(jī)，只采用一層粗效過濾網(wǎng)，而且過濾口縫隙較大，不能有效的濾除灰塵，日常運(yùn)行維護(hù)中發(fā)現(xiàn)射頻機(jī)箱中元器件表面灰塵雜質(zhì)較多，從而引起機(jī)箱內(nèi)因灰塵過多導(dǎo)致元器件打火。設(shè)備調(diào)試過程中，多次出現(xiàn)隔直電容或真空電容陶瓷表面爬電打火故障，對(duì)安全播音帶來了重大影響。針對(duì)此問題，我們根據(jù)發(fā)射機(jī)冷卻風(fēng)各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)及實(shí)際安裝要求，在不破壞原有低壓風(fēng)架構(gòu)的基礎(chǔ)上，自購(gòu)安裝了XHTFD-18B型風(fēng)處理器。通過改進(jìn)低壓風(fēng)系統(tǒng)，加裝風(fēng)處理器來替代廠家原有低壓風(fēng)機(jī)，我們有效的解決了低壓風(fēng)機(jī)濾塵、降噪等問題。

2.1 XHTFD-18B型風(fēng)處理器的簡(jiǎn)介

（1）風(fēng)機(jī)風(fēng)量12000m3/h，風(fēng)壓200Pa，轉(zhuǎn)速1000r/min，振動(dòng)速度≤6.3mm/ s，電機(jī)功率3kW。

（2）采用平臥室安裝，直接與地面接觸，保證接觸牢靠，降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)機(jī)體振動(dòng)。

（3）采用粗效、中效雙重過濾網(wǎng)，使用濾塵棉材質(zhì)，有效濾除風(fēng)中雜質(zhì)。

圖5 風(fēng)機(jī)壓差

（4）表面裝有壓差表和壓差開關(guān)，壓差開關(guān)與其它報(bào)警設(shè)備相連，超過設(shè)定壓差時(shí)，自動(dòng)報(bào)警（如圖5所示）。

（5）具備內(nèi)部循環(huán)和外部新風(fēng)補(bǔ)充的閥門，閥門機(jī)構(gòu)可任意角度開關(guān)，該機(jī)構(gòu)為直流24V，可接遠(yuǎn)程控制和手動(dòng)開關(guān)（如圖6所示）。部發(fā)射機(jī)低壓風(fēng)系統(tǒng)，機(jī)房大廳噪聲有了明顯改善。

圖6 電動(dòng)百葉開關(guān)

圖7 原風(fēng)機(jī)濾塵網(wǎng)

圖8 改進(jìn)后濾塵網(wǎng)

圖9 原低壓風(fēng)機(jī)

圖10 改進(jìn)后低壓風(fēng)機(jī)

3.DF500A型發(fā)射機(jī)連鎖系統(tǒng)

在采用電子管作為功率放大器的大、中功率發(fā)射機(jī)中常應(yīng)用門開關(guān)和一些連鎖裝置來保證機(jī)柜門打開時(shí)切斷高壓電源，以防止意外人身事故的發(fā)生，保證人身安全。

3.1 門接點(diǎn)

發(fā)射機(jī)中帶有高壓元器件的腔體的門都安裝有門接點(diǎn)。這些門一旦打開，門接點(diǎn)就會(huì)中斷控制系統(tǒng)連鎖鏈，系統(tǒng)供電高壓被切斷。

3.2 接地鉤

射頻機(jī)箱、電控機(jī)箱、PSM調(diào)制器內(nèi)都裝有通地鉤連鎖，通地鉤用來給儲(chǔ)能元器件放電或防止意外電流。取下通地鉤會(huì)中斷連鎖線，發(fā)射機(jī)無法加上高壓。通向高壓運(yùn)行部分的每個(gè)門的后邊安裝了一個(gè)接地鉤。從懸掛位置拉起接地鉤將斷開互鎖線路。

3.3 工作原理

圖11 上位機(jī)門開關(guān)報(bào)警顯示

圖12 正常狀態(tài)下電路圖

由濾波墻A131X1-27引出24V電源，接到圍網(wǎng)門開關(guān)、圍網(wǎng)接地鉤、射頻機(jī)箱后左門、射頻機(jī)箱后中門、射頻機(jī)箱后右門、射頻機(jī)箱后門接地鉤、射頻機(jī)箱前左門、射頻機(jī)箱前中門、射頻機(jī)箱前右門、射頻機(jī)箱前門接地鉤、電控機(jī)箱門開關(guān)、電控機(jī)箱接地鉤，14個(gè)開關(guān)串聯(lián)形成一個(gè)連鎖鏈。開關(guān)的工作狀態(tài)經(jīng)A131、A132送到CPLD插箱11A17信號(hào)輸入板A中。X1A輸入為24V（正常時(shí)），光耦輸出IN1電壓為0V（低電平）；X1A輸入為0V（故障時(shí)）光耦輸出IN1電壓為3.3V（高電平）。輸出信號(hào)進(jìn)入EPM512AE中，在其內(nèi)部電路的熔斷電路，進(jìn)行可編程邏輯控制。經(jīng)過編程電路后的信號(hào)經(jīng)過兩個(gè)反向器輸入給到由紅綠組成的雙色二極管。高壓聯(lián)鎖正常時(shí)，紅色指示燈陰極為高電平不發(fā)光，綠色指示燈陰極為低電平，二極管導(dǎo)通，綠燈點(diǎn)亮；高壓聯(lián)鎖故障時(shí)，紅色指示燈點(diǎn)亮，綠色指示燈滅。

3.4 電路設(shè)計(jì)方案

高壓連鎖電路為串聯(lián)電路。在連鎖鏈中無論哪一點(diǎn)出現(xiàn)斷開時(shí)，發(fā)射機(jī)都無法加高壓。如圖所示11，在高壓連鎖電路，該電路共有14個(gè)開關(guān)串聯(lián)組成，但只有7出輸出接點(diǎn)。例如，射頻機(jī)箱后門門開關(guān)由后左門、后中門、后右門三個(gè)門開關(guān)組成。任意一個(gè)門開關(guān)接點(diǎn)出現(xiàn)故障，都會(huì)輸出一個(gè)低電平給到A132X1—10，繼電器斷開。但是在上位機(jī)與下位機(jī)中，該出報(bào)警點(diǎn)只用一處。也就是說，當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)上位機(jī)與下位機(jī)不會(huì)精確的指出報(bào)警點(diǎn)是發(fā)射機(jī)門開關(guān)的后左門還是后中門，只能顯示出后門門開關(guān)故障。需要對(duì)三個(gè)門開關(guān)一一進(jìn)行測(cè)試排除故障點(diǎn)。在射頻機(jī)箱后門接地鉤、射頻機(jī)箱前門門開關(guān)、射頻機(jī)箱前門接地鉤、電源機(jī)箱門開關(guān)也存在同樣問題。故障出現(xiàn)時(shí)不利于判斷和處理，造成處理故障時(shí)間增長(zhǎng)，對(duì)安全傳輸播音、人身安全帶來極大的隱患。

圖13 某一路門開關(guān)斷開

圖14 檢修狀態(tài)下門開關(guān)

3.5 電路工作原理

由于機(jī)房?jī)?nèi)大功率發(fā)射機(jī)工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾。為了增強(qiáng)電路在復(fù)雜的電磁環(huán)境下工作的能力，該電路采用光電隔離技術(shù)。使用的TLP521—4型光電耦合器，TLP521—4型光電耦合器提供了4組孤立的光電耦合器，共16只引腳封裝工藝，可提供4組指示通路。如圖12所示，發(fā)射機(jī)門開關(guān)、接地鉤處于閉合狀態(tài)下，電信號(hào)送到光電耦合器的輸入端，光耦內(nèi)部的發(fā)光二極管導(dǎo)通。光敏元件受到光照后產(chǎn)生電流，光敏三極管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，輸出端電路處于導(dǎo)通狀態(tài)，接在輸出端中的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，指示各個(gè)門開關(guān)、接地鉤處于閉合狀態(tài)。

如圖13所示，當(dāng)發(fā)射機(jī)某一個(gè)門開關(guān)或接地鉤打開時(shí)（即射頻機(jī)箱門接點(diǎn)打開），對(duì)應(yīng)的光電耦合器中發(fā)光二極管無電流流過，處于截止?fàn)顟B(tài)，指示燈熄滅，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警以提示有故障點(diǎn)。根據(jù)指示燈可以立即判斷，故障點(diǎn)所在。

如圖14所示，避免檢修時(shí)誤判斷，串入一個(gè)檢修開關(guān)。維護(hù)人員檢修發(fā)射機(jī)時(shí)，須將檢修開關(guān)斷開，指示燈全部熄滅，蜂鳴器不報(bào)警。

3.6 改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

改進(jìn)方案在不破壞原有的高壓連鎖電路的前提下，增加門開關(guān)及接地鉤報(bào)警指示電路。將原有電路中若干個(gè)門開關(guān)，接地鉤共有一處報(bào)警指示改為每一個(gè)門開關(guān)和接地鉤都有一個(gè)報(bào)警燈指示增加發(fā)射機(jī)此前沒有的門開關(guān)報(bào)警提示功能。門開關(guān)或接地鉤接點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)可以精確的判斷出哪一個(gè)門開關(guān)或接地鉤接點(diǎn)出現(xiàn)故障。雖然電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，更具有實(shí)用性。

4.結(jié)語(yǔ)

由于國(guó)產(chǎn)500kW短波發(fā)射機(jī)是首次在國(guó)內(nèi)應(yīng)用，所以還存在著許多需要改進(jìn)的地方。這幾項(xiàng)改進(jìn)都是在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，操作簡(jiǎn)單方便，節(jié)省資金，小的改進(jìn)解決了技術(shù)上的大問題，為該機(jī)型更穩(wěn)定的運(yùn)行打下了良好的基礎(chǔ)，也為以后該機(jī)型順利推廣提供了技術(shù)保障。

[1]COMET真空電容應(yīng)用手冊(cè)。

[2] 孔令來.電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2009.

[3]石軍.電子設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2011.

楊瑞霖 男，（1986—），國(guó)家新聞出版廣播電影電視總局二〇二四臺(tái)，發(fā)射機(jī)房副主任，工程師