小型陶瓷真空電容在天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

王志強(qiáng)

內(nèi)蒙古自治區(qū)廣播電視傳輸發(fā)射中心610臺(tái) 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010050

近幾年，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，中波廣播發(fā)射機(jī)生產(chǎn)新工藝、新技術(shù)、新材料的不斷應(yīng)用，中播廣播發(fā)射機(jī)的工作穩(wěn)定性、技術(shù)可靠性得到了極大的提高，影響安全播出的故障發(fā)生率降低，對(duì)廣播發(fā)射機(jī)日常維護(hù)的工作量也有所減少，但是對(duì)于北方地區(qū)的中波發(fā)射臺(tái)來(lái)說(shuō)，溫度的極大變化會(huì)影響天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)。

1 選擇使用真空電容器的原因

中波發(fā)射機(jī)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的主要作用是保證發(fā)射機(jī)與發(fā)射天線(xiàn)也就是鐵塔之間進(jìn)行良好的阻抗匹配，保證發(fā)射機(jī)滿(mǎn)功率正常播出。每年進(jìn)入冬季和春季都需要對(duì)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行維護(hù)調(diào)整，由于北方地區(qū)冬季的氣溫特別低，寒冷時(shí)期比較漫長(zhǎng)，有的地區(qū)可以達(dá)到六個(gè)月之久，氣溫變化比較大，天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)部和虛部的參數(shù)隨著氣溫的變化而變化，導(dǎo)致發(fā)射機(jī)的駐波比增大，影響發(fā)射機(jī)的正常安全播出。

中波發(fā)射機(jī)的天調(diào)網(wǎng)絡(luò)主要是由各種不同型號(hào)的銅線(xiàn)圈（感性器件）和餅式或桶式電容（容性器件）等元器件組成，根據(jù)每一個(gè)發(fā)射臺(tái)站的實(shí)際工作頻率，利用串并聯(lián)諧振工作的原理組合成為一個(gè)工作整體。610 臺(tái)有50kW 和10kW 兩種不同發(fā)射功率的發(fā)射機(jī)。50kW 發(fā)射機(jī)的天調(diào)網(wǎng)絡(luò)架在生產(chǎn)設(shè)計(jì)時(shí)就留有足夠的空間，在選擇器件的時(shí)候就不用過(guò)多考慮安裝尺寸的限制，所以將電容選擇為耐壓高、電流大、對(duì)溫度變化不敏感的桶式電容。10kW 發(fā)射機(jī)的天調(diào)網(wǎng)絡(luò)架，受安裝空間的限制，只能使用餅式電容，而需要每年維護(hù)的恰恰是使用餅式電容的發(fā)射機(jī)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過(guò)仔細(xì)研究和分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致這種情況發(fā)生的原因是餅式電容的容量值隨環(huán)境溫度的變化而變化，使用數(shù)字電橋?qū)Σ煌h(huán)境溫度下常用的餅式電容的容量值進(jìn)行測(cè)量，證實(shí)了這種推測(cè)。分別在-10℃、15℃、30℃三種溫度的環(huán)境下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量，例如標(biāo)稱(chēng)為1000PF 的餅式電容，在不同的溫度環(huán)境下變化范圍非常大，足可以影響到發(fā)射機(jī)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)工作參數(shù)，進(jìn)而影響到發(fā)射機(jī)的正常工作狀態(tài)，其他常用的容量值的餅式電容也同樣存在這樣的現(xiàn)象。如果使用桶式電容，由于在天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的一些位置需要使用串聯(lián)或并聯(lián)的形式組成，需要空間比較大，而改造要使用舊的網(wǎng)絡(luò)架，存在網(wǎng)絡(luò)架空間的問(wèn)題，只能否定了使用桶式電容的方案，把目光集中到了真空電容上。

2 真空電容器的結(jié)構(gòu)性能及應(yīng)用

真空電容器是以真空作為介質(zhì)的電容器，這種電容器的電極組是采用高導(dǎo)無(wú)氧銅帶，通過(guò)一整套高精度模具一道道引伸而形成的一組同心圓柱形電極，被密封在一個(gè)真空容器中。因此其性能穩(wěn)定可靠，不容易產(chǎn)生飛弧、電暈等現(xiàn)象。

2.1 性能

真空電容器與其他介質(zhì)的電容器相比，具有耐壓高、體積小、損耗低、性能穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，獨(dú)特之處有以下幾個(gè)方面：（1）額定電壓大。由于真空的高絕緣強(qiáng)度，加之防塵污染、防潮等特性，對(duì)于一定尺寸和容量來(lái)說(shuō)真空電容器具有大的額定電壓值，高的可達(dá)幾十萬(wàn)伏。（2）損耗小，額定電流大。由于電容器采用真空介質(zhì)、低損耗絕緣外殼及無(wú)氧銅電極結(jié)構(gòu)，在一般對(duì)流冷卻情況下，即使在很高的頻率下，也能通過(guò)很大的射頻電流，如果采用特殊水冷卻結(jié)構(gòu)，射頻電流可達(dá)上千安培。（3）節(jié)省空間。對(duì)于給定的電容量和額定電壓值，真空電容器所占空間最小。（4）調(diào)節(jié)范圍寬。最大容量和最小容量比值高達(dá)150∶1，可由幾個(gè)皮法到幾千皮法，成為用于寬調(diào)諧范圍的理想元件。（5）對(duì)過(guò)電壓有自愈能力。真空電容器能承受瞬時(shí)的過(guò)電壓，而對(duì)其他電容器來(lái)說(shuō)，將會(huì)造成永久性破壞。（6）高海拔工作能力強(qiáng)。真空密封可以使真空電容器工作在高海拔地區(qū)而不會(huì)使其特性降低。

2.2 應(yīng)用

廣播通訊設(shè)備：真空電容器在中波、短波、超短波發(fā)射機(jī)上，作為調(diào)諧、耦合、濾波、中和、隔直流等元件；

半導(dǎo)體制造設(shè)備：用于等離子體的沉積和刻蝕設(shè)備；

高頻工業(yè)設(shè)備：用于高頻介質(zhì)加熱和焊接等；

醫(yī)療器械：醫(yī)療分析儀及治療儀等；

高能物理：高能粒子加速器等；

電力設(shè)備：用于介質(zhì)損耗測(cè)試設(shè)備。

正是由于真空電容器有上述的基本特點(diǎn)，同時(shí)需要兼顧網(wǎng)絡(luò)架空間小的情況，最終決定使用小型的真空電容器來(lái)改造原來(lái)的網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過(guò)對(duì)真空電容市場(chǎng)進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)了一種新型的電容器，它所有的技術(shù)指標(biāo)都適合在天調(diào)網(wǎng)絡(luò)使用，尤其是它的體積比傳統(tǒng)的真空陶瓷電容器小得多，經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)量，完全可以在利用原有網(wǎng)絡(luò)架和線(xiàn)圈的條件下，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，避免產(chǎn)生不必要的浪費(fèi)。

常用固定陶瓷電容器的技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 常用固定陶瓷電容器的技術(shù)參數(shù)

常用可變陶瓷電容器的技術(shù)參數(shù)如表2 所示。

表2 可變陶瓷電容器的技術(shù)參數(shù)

根據(jù)實(shí)際情況，使用合適的容量值的電容，將原來(lái)使用的餅式電容全部進(jìn)行更換，經(jīng)過(guò)一個(gè)冬季的使用，完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，在氣溫下降到零下20 多度的時(shí)候，天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)沒(méi)有一點(diǎn)變化，有力保障了發(fā)射機(jī)正常運(yùn)行。

3 選擇使用真空電容的技術(shù)指標(biāo)

在選擇陶瓷真空電容器的時(shí)候一定要注意以下幾項(xiàng)主要的技術(shù)指標(biāo)，否則會(huì)影響正常工作的需要：電容量、峰值試驗(yàn)電壓、高頻峰值工作電壓、最大射頻電流、介質(zhì)損耗、直流漏電流、機(jī)械性能。

在收到生產(chǎn)廠家的電容器后一定要進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收工作主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：

（1）測(cè)容量值：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定固定真空電容器：標(biāo)稱(chēng)值±10%，可變真空電容器：最大容量=標(biāo)稱(chēng)值±5%，最小容量≤標(biāo)稱(chēng)值。測(cè)量時(shí)一般采用精密電容電橋，且應(yīng)放在不接地檔測(cè)量?？勺冸娙萜髡Ｇ闆r下順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)螺桿，容量變化由大到小。

（2）測(cè)試泄漏電流：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（特殊規(guī)定除外）額定直流電壓下，泄漏電流I≤15μA，一般情況，所加直流高壓不應(yīng)超過(guò)峰值工作電壓，且應(yīng)在交流電壓合格后執(zhí)行。

注：直流高壓測(cè)試完畢后一定要進(jìn)行放電處理。

（3）機(jī)械性能驗(yàn)收：可變真空電容器還應(yīng)該測(cè)量其轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)、轉(zhuǎn)動(dòng)力矩或拉力，以證實(shí)整體轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是否滿(mǎn)足負(fù)荷要求。

注：每個(gè)產(chǎn)品按檢驗(yàn)單所示各項(xiàng)指標(biāo)檢驗(yàn)。

（4）安裝方法：緊固電容器法蘭盤(pán)上螺絲時(shí)（有的電容器有英制和公制兩種螺孔，其中英制孔上標(biāo)有英文字母“E”），要在對(duì)角方位上均勻而緩慢旋緊，不要用力過(guò)猛或擰得過(guò)死，以防止螺孔滑牙或法蘭盤(pán)變形。電極中的一端必須采用非剛性連接，以防止產(chǎn)生應(yīng)力拉壞電容器。高壓引線(xiàn)要求扁、寬、軟、短，而且最好用鍍銀銅帶，其目的是要保證電感影響小，電接觸良好，散熱效果好。

圖1 是610 臺(tái)使用真空陶瓷電容改造以后的實(shí)際工作現(xiàn)場(chǎng)，圖中的白色器件是真空陶瓷電容器。

圖1 真空陶瓷電容器

廣電人應(yīng)該緊跟科技發(fā)展的步伐，摒棄墨守成規(guī)，不應(yīng)把目光只放在現(xiàn)有的技術(shù)上，而要經(jīng)常了解方方面面的知識(shí)，更好的完成廣播電視安全播出任務(wù)。