新一代天氣雷達(dá)燈絲電源故障分析

於 瑩，劉永亮，李強(qiáng)

（廣西氣象技術(shù)裝備中心，廣西 南寧 530022）

新一代天氣雷達(dá)燈絲電源故障分析

於 瑩，劉永亮，李強(qiáng)

（廣西氣象技術(shù)裝備中心，廣西 南寧 530022）

應(yīng)用燈絲電源的工作原理，對天氣雷達(dá)燈絲電源故障分析，找出故障發(fā)生的原因，提出燈絲電源故障排查、解決方法。

燈絲電源； 新一代天氣雷達(dá)；故障

1 引言

燈絲電源 3PS1是一個(gè)交流穩(wěn)流電源。它將380V交流電源經(jīng)過控制和變換成為電流穩(wěn)定、波形受控的交流電源，輸出送至燈絲中間變壓器，通過位于油箱中的脈沖變壓器及燈絲變壓器，為速調(diào)管燈絲供電。并且對輸出電源進(jìn)行采樣監(jiān)測，將輸出的電源電壓和電流的采樣信號輸出至測量接口板。

燈絲電源3PS1技術(shù)要求：

（1）供電電壓：3相380VAC±10%；

（2）輸出電流脈沖幅度：1.78～2.84A，連續(xù)可調(diào)；

（3）同步信號輸入：高頻起始同步（放電）信號及燈絲中間同步（觸發(fā)）信號；

（4）輸出電壓脈沖幅度：56-90V，連續(xù)可調(diào)（速調(diào)管燈絲等效電阻0.25Ω）；

（5）輸出電流穩(wěn)定度≤1%。

2 燈絲電源原理分析

2.1 燈絲原理圖分析

燈絲電源是采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）技術(shù)的開關(guān)電源，其核心是斬波器和振蕩器，斬波器用來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)流，振蕩器受同步信號控制，使輸出電壓/電流方波與發(fā)射機(jī)同步。

圖1為燈絲電源原理示意圖，當(dāng)燈絲電源從收到監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出的使能信號（低觸發(fā)）后，控制板上的繼電器吸合，三相380V電壓通過其觸點(diǎn)加到整流濾波電路，供給控制板上的斬波模塊約230V直流電。同時(shí)，使能信號允許斬波器的脈寬調(diào)制電路及振蕩器控制電路工作。直流斬波器也稱為直流-直流交換器，主要通過脈寬調(diào)制器控制斬波器中開關(guān)管的通斷，經(jīng)其濾波電路輸出穩(wěn)定的直流電壓。振蕩器將斬波輸出的直流電壓變換成與發(fā)射脈沖同步的交流方波電壓，經(jīng)濾波后作為本機(jī)逆變輸出至油箱接口。與此同時(shí)，電流取樣電路將輸出電流方波的幅度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號，并與基準(zhǔn)電壓相比較，比較器輸出的誤差信號通過改變脈寬調(diào)制電路的輸出來控制斬波器的脈寬，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)流。差分接收電路接收監(jiān)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)的燈絲中間同步信號和高頻起始同步信號，并通過延時(shí)整形電路送入振蕩器控制電路，使振蕩器受這兩種同步信號同步。

2.2 燈絲輸出變壓過程

燈絲電源輸出的燈絲脈沖通過燈絲中間變壓器、燈絲變壓器為速調(diào)管燈絲提供速調(diào)管需要的燈絲脈沖。圖2為燈絲電源輸出至速調(diào)管燈絲過程中的變壓電路示意圖，圖示省略了部分濾波電路。變壓燈絲電源輸出的約60V的燈絲電壓經(jīng)油箱接口組件（3A7A1）的燈絲中間變壓器T1（變壓比為1：4）隔離輸出約230V的燈絲逆變電壓。饋至高壓脈沖變壓器次級雙繞組的兩個(gè)低壓端，經(jīng)脈沖變壓器次級雙繞組，在雙繞組的兩個(gè)高壓端接至燈絲變壓器初級。燈絲變壓器（變壓比為45：1）將燈絲逆變電壓（230V）轉(zhuǎn)換成電流約27A、電壓約6V的燈絲脈沖，此燈絲脈沖電壓懸浮在速調(diào)管陰極-6.5萬伏的高壓上。雷達(dá)發(fā)射時(shí)，燈絲脈沖電壓與陰極脈沖同步，而無同步脈沖時(shí)，燈絲電流按照斬波器內(nèi)部設(shè)定的斬波頻率工作。

圖1 燈絲電源原理圖

通常檢查燈絲電源輸出是否符合雷達(dá)要求，間接的以燈絲電源的逆變輸出電壓為準(zhǔn)，在燈絲中間變壓器的輸出，即在油箱接口打火管前用示波器測量燈絲逆變電壓，其峰峰值在230V左右為正常值。

3 燈絲電源故障判定與排除

為了迅速的判定和排查故障，從雷達(dá)保障工作出發(fā)，根據(jù)由簡到繁、由易到難的故障分析原則，從實(shí)際出發(fā)，根據(jù)燈絲電源工作原理及常見故障總結(jié)，簡述判定流程及排除方法。

故障發(fā)生后，首先通過手動(dòng)復(fù)位故障仔細(xì)觀察故障現(xiàn)象，觀察電流表指針，發(fā)射機(jī)面板報(bào)警燈。RDA計(jì)算機(jī)開啟的情況下，打開發(fā)射機(jī)輔助供電及機(jī)柜燈供電，觀察電流表指針是否啟動(dòng)，觀察發(fā)射機(jī)面板什么報(bào)警燈亮?？稍诘蛪弘姶蜷_報(bào)警產(chǎn)生后，在本控、手動(dòng)的情況下，按下發(fā)射機(jī)控制面板上手動(dòng)復(fù)位及故障顯示復(fù)位來復(fù)位故障。

圖2 燈絲電壓變壓示意圖

（1）若電流表指針完全不啟動(dòng)，說明燈絲電源已不能啟動(dòng)，可能是相關(guān)保險(xiǎn)絲或燈絲電源內(nèi)部器件故障。這時(shí)應(yīng)關(guān)掉低壓電，檢查發(fā)射機(jī)保險(xiǎn)組件（3N3）與燈絲電源內(nèi)部燈絲電源保險(xiǎn)絲是否熔斷，控制板上是否有燒焦現(xiàn)象。若有熔斷保險(xiǎn)絲而無燒焦情況，更換保險(xiǎn)絲后觀察燈絲電源能否長時(shí)間正常工作。若更換后繼續(xù)燒保險(xiǎn)絲，先考慮燈絲同步導(dǎo)致時(shí)序混亂導(dǎo)致故障，去掉燈絲同步芯片D3 （LS123）。加電后若繼續(xù)燒保險(xiǎn)，即可檢查燈絲電源內(nèi)部整流橋、接線等或直接更換燈絲電源組件。

（2）若電流表指針先啟動(dòng)后報(bào)警，說明燈絲電源能夠啟動(dòng)。首先用示波器觀察燈絲逆變電壓峰峰值是否能達(dá)到230V左右。若不能達(dá)到，則順時(shí)針調(diào)整燈絲表頭旁的電位器，并檢查測量接口板上燈絲電流取樣及欠流門限，適當(dāng)調(diào)整至故障修復(fù)。若超過240V并有繼續(xù)上升趨勢，則逆時(shí)針調(diào)整電位器達(dá)到230V標(biāo)準(zhǔn)值，再次檢查調(diào)整測量接口板取樣及門限至故障修復(fù)。若此方法無法修復(fù)故障，則懷疑此故障是燈絲電源組件觸發(fā)部分異常導(dǎo)致。

（3）電流告警采樣在燈絲電源內(nèi)部，但告警電路在測量接口板，若只有燈絲電流告警，一般懷疑在測量接口板處報(bào)警門限電壓異常。但燈絲電壓告警采樣電路和告警電路都在燈絲電源內(nèi)部，故若有燈絲電壓告警一般都伴有燈絲電流告警。

故障處理完后都應(yīng)用示波器檢查油箱接口處打火管前燈絲逆變電壓峰峰值及波形是否符合要求，從而判定燈絲電源的輸出是否正常。

4 燈絲電源故障維修案例

4.1 故障個(gè)例1

2015年5月玉林新一代天氣雷達(dá)，雷達(dá)體掃過程中報(bào)燈絲電流故障、燈絲電壓故障、燈絲電源關(guān)閉等報(bào)警停機(jī)。

首先發(fā)射機(jī)低壓加電后，手動(dòng)復(fù)位故障，觀察燈絲電流表指針是否啟動(dòng)，檢查發(fā)現(xiàn)電流表無指示。然后關(guān)閉低壓電檢查保險(xiǎn)絲組件（3N3）的燈絲電源保險(xiǎn)絲與燈絲電源控制板（3PS1A1）的保險(xiǎn)絲是否熔斷。檢查發(fā)現(xiàn)燈絲電源控制板上保險(xiǎn)絲燒壞，更換后發(fā)射機(jī)正常開機(jī)，用示波器檢查油箱接口處燈絲逆變電壓峰峰值為235V，屬于正常值。次日，運(yùn)行過程燈絲電源再次故障，燈絲電源控制板上保險(xiǎn)絲再次燒壞。

燈絲電源工作一段時(shí)間后才燒保險(xiǎn)絲，說明燈絲電源不穩(wěn)定，可能原因有兩個(gè)，一是電信號不穩(wěn)定引入干擾，主要是系統(tǒng)零地電壓過大或壓差不穩(wěn)定；二是外同步信號偶發(fā)時(shí)序混亂引起電流過大或者外同步燈絲中間電壓在不同重復(fù)頻率切換時(shí)中間變壓器電壓輸出過大。拆掉燈絲電源控制板上同步觸發(fā)芯片D3（LS123）觀察是否由外同步信號不穩(wěn)引入的干擾，長時(shí)間運(yùn)行觀察并無燈絲電源報(bào)警產(chǎn)生。

燈絲中間同步信號和高頻起始同步信號由硬件信號處理器（HSP）產(chǎn)生送至燈絲電源控制板，由差分接收電路接收，并通過延時(shí)整形電路送入振蕩器控制電路，使振蕩器受這兩種同步信號同步。

4.2 故障個(gè)例2

2015年6月南寧新一代天氣雷達(dá)，停機(jī)維護(hù)后開輔助供電，預(yù)熱發(fā)射機(jī)時(shí)，發(fā)射機(jī)面板燈絲電流報(bào)警燈亮，預(yù)熱中斷。

首先手動(dòng)復(fù)位故障，觀察燈絲電流表頭。燈絲電流表上電流值開機(jī)后能顯示至28A左右，約十幾秒后降至5A左右。再用示波器測量油箱接口組件處燈絲逆變電壓值，發(fā)現(xiàn)在手動(dòng)復(fù)位故障后燈絲電源啟動(dòng)的十幾秒內(nèi)其值為230V，且波形正常。另外因燈絲電源在短時(shí)間正常工作后報(bào)燈絲電流故障，而無燈絲電壓故障報(bào)警，故判斷為燈絲電流檢測電路的故障。

檢查測量接口板，圖3為比較電路簡化示意圖，測量欠流與過流的基準(zhǔn)電壓，即用萬用表分別檢查比較器N8（LM124）的5腳與比較器N9（LM124）的2腳電壓值。發(fā)現(xiàn)燈絲電源欠流報(bào)警電路的門限異常，其比較電壓為5V左右且調(diào)節(jié)可變變阻器RP8其值不變，懷疑比較器N8芯片故障導(dǎo)致報(bào)燈絲電流欠流的虛警。更換后調(diào)節(jié)RP8使N8第6腳電壓值在任意頻點(diǎn)高于第5腳電壓20%左右，故障修復(fù)。若需調(diào)節(jié)燈絲過流報(bào)警門限，調(diào)節(jié)RP5使N9第2腳電壓值在任意頻點(diǎn)低于第3腳電壓20%左右。

圖3 測量接口板燈絲電流比較電路簡化圖

5 結(jié)語

燈絲電源在低壓模式下就可工作，所以是一個(gè)檢查起來較為方便的組件，但是由于燈絲電源依賴RDA計(jì)算機(jī)開啟后發(fā)送的觸發(fā)信號才能穩(wěn)定工作。故在關(guān)閉RDA計(jì)算機(jī)時(shí)，先關(guān)閉發(fā)射機(jī)電，防止由于信號混亂而燒壞燈絲電源。

燈絲電源是發(fā)射機(jī)故障率較高的組件，易出現(xiàn)燈絲控制板燒毀、保險(xiǎn)絲熔斷、故障檢測電路異常等故障。多普勒天氣雷達(dá)是一個(gè)大而復(fù)雜的綜合系統(tǒng)，保障員需對雷達(dá)的工作原理、組成結(jié)構(gòu)、信號流程等有足夠的理解與掌握，結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)，才能更妥善而及時(shí)的解決故障。在掌握原理與故障維修方法的同時(shí)，也應(yīng)嚴(yán)格遵循雷達(dá)日常維護(hù)準(zhǔn)則，做好維護(hù)維修記錄與總結(jié)。

［1］張富貴，舒毅等.CINRAD/SA雷達(dá)磁場電源調(diào)試與故障判定.氣象科技，2014，42（4）：575-579.

［2］弓宇恒，李慶君等.雷達(dá)發(fā)射機(jī)燈絲電源故障維修.氣象科技，2013，41（3）：587-590.

［3］潘新明等.新一代天氣雷達(dá) （CINRAD/SB）技術(shù)特點(diǎn)和維護(hù)維修方法 ［M］.北京：氣象出版社，2009.

［4］李強(qiáng)，劉永亮.CINRAN/SB雷達(dá)接收機(jī)個(gè)例故障分析［J］.廣西氣象，2010，32（2）：98～99.

［5］張培昌等.雷達(dá)氣象學(xué) ［M］.北京：氣象出版社，2001：70-91.

［6］何建新 .現(xiàn)代天氣雷達(dá) ［M］.北京：電子科技大學(xué)出版社，2004.

［7］所學(xué)斌，姚立宏，周文志.淺談桂林新一代天氣雷達(dá)發(fā)射機(jī)排氣系統(tǒng)的改進(jìn)方法 ［J］.廣西氣象，2005，26 （1）：43～44.

［8］劉鋒，蔣科，潘海.柳州新一代天氣雷達(dá)故障的分析與排除 ［J］.氣象研究與應(yīng)用，2007，28（S3）：25～26.

［9］丁鷺飛 .雷達(dá)原理 ［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.

［10］王艷蘭，孫瑩，熊英明.多普勒天氣雷達(dá)反射因子產(chǎn)品分析與初步應(yīng)用 ［J］.廣西氣象，2005，26（2）：35～38.

Fault Analysis on Radar Transmitter Filament Power

Yu Ying，Liu Yong-liang，Li Qiang
（Guangxi Meteorological technical equipment Center，Nanning，530022）

Based on the working principle of filament supply，failures in filament power of weather radar were analyzed to find out the cause of the failure and put forward troubleshooting methods and solutions.

Filament Power，new generation radar，fault

P415.2

A

1673-8411（2015）04-0103-03

2015-06-19

於瑩（1989-），女，廣西灌陽人，助理工程師，主要從事雷達(dá)技術(shù)保障及相關(guān)管理工作。