古秋文
发表于 2004-6-20 04:04:00
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射频被调级使用电子管的各种大功率发射机，其主整输出电压一般为一万多伏或几万伏。在相同输出功率情况下，高电压主整的输出电流比较小，所以在电子管发射机中线路损耗和接头发热等都不是的主要问题，而在全固态大功率发射机上，由于功率晶体管雪崩电压的限制，一律使用500V以下的低电压主整，这样就使主整输出电流高达几百安、上千安，甚至几万安，从而出现一些特殊的问题。这是发射台站技术维护工作者必须特别关心的问题，以下分述其要点。1 w" w* w/ I0 [' s. s, j
# X* w: K4 a; W7 P1 j0 i5 t9 h( a) W% A# |
1、变压器次级的位置
* Q" s5 I9 I( x) _: |无论主整变压器初级电压是3￠10KV还是3￠380V，总是初级高电压、小电流；次级低电压、大电流，从有利于散热来说，初级近铁芯，次级远铁芯比较合理。然而，电流大到一定程度又带来另一个问题，比方说，DX—200型DAM机的主整变压器次级电流是是1000A左右，需用铜线截面约500mm2,若用扁铜线则约为5×10mm2。鉴于次级绕线木芯直径愈大，相同匝数的铜线愈长，所费铜材也愈多；同时鉴于大截面铜线加长、加重的关系较大，如不充分注意，就会使变压器重量和它的造价大幅上升。为此，恰好同便于散热反其道而行之，即次级近铁芯，初级远铁芯。这样一来，次级铜线损耗所转化的热量，只能靠初次级之间的风道散发，所以，维护好这种风道并保持它有足够的通风流量十分重要。
9 T( R" J1 L5 c1 g6 P8 L: T7 m( c/ C: j
& q" c7 x6 B" y+ O) H5 Z% e& z2、主整馈电线路的损耗
4 K7 p# y8 q+ B" G- Y根据我的工作经验，一般用10KV主整的200KW屏调机，载波情况下的输出电流约25A；用250V主整的200KW的DAM发射机，载波情况下的输出电流为900A。输出电压10KV的线路电压若降为10V，则其降压幅度为10/10×103＝0.1％，的线路电阻为10/25＝0.4Ω；输出电压250V的线路电压若降为10V，则其降压幅度为10/250＝4％，相应的线路电阻为10/900＝0.011Ω。这两组对比数据说明：即使不算很小的线路电阻，对高电压主整的输入和输出线路所构成的电压降幅度都是很小的，无关全局；反之，即使是很小很小的线路电阻，对低电压主整的输入和输出线路所构成的电压降，都将使总电压有较大降低幅度，从而使整机受到明显的影响。常见的影响有二面：第一是载波跌落偏大，超过规定限额；第二是高调幅正峰平头，非对称梯调能力显著下降。为了防止这些影响，必须采取下列对策：⑴尽量缩短主整变压器到整流器柜的距离，以便减小馈电电缆的电压降。⑵全机的各个大电流端子，必须有足够大的接触面，而且一定要把压接螺丝拧紧。对于大电流端子的接触情况，在长期维护工作中要定期检查，既查拧紧度，也查电压降。⑶保持外电电压稳定，把电压变化范围控制在±5％以内，若供电电压与标称电压的差额超过4％，就要调整变压器分接头使其达到额定值。
+ O3 V3 a) Q3 T) u; ^9 G% z0 m# m& J. s
3、对主整调机数据的分析
& f- a! U3 t' q! k) D为了进一步说明大功率发射机采用低电压主整的特点，以下以我台进口的DX—200型DAM机的主整流器为例，介绍调机时出现的主要问题及其解决办法。
' W4 Z/ r n8 oDX—200型DAM机在调制能力方面的标称指标是110℅。这表示：用三角波信号进行过调幅测试时，非对称梯调的能力为110℅，即正峰110℅调幅保持尖顶不平头。实际上，这项指标在初期测试时不合格，在载波输出功率开足200KW的情况下，当调幅度m＝105％时就出现正峰平头，如图1所示。4 [; ?7 T. V* `% q+ W+ x
; l& z9 K0 Y/ U% W. x5 j; T6 I* T/ Q* z+ h' M/ Z
针对出现的问题，曾经把载波输出功率降到100KW进行试验，正峰调制能力可以达到110%，没有出现平头。又测量不同输出功率时的主整输出电压，其结果如表2所示。$ Y; \% w |( U% \; Y$ t
表2 不同输出功率时的主整输出电压3 q, @' [5 z. A" j r
载波输出功率（KW） 调幅度m△(%) 主整输出电压（V）
. Q- i7 z/ }5 L8 v4 Q2 r100 0 250
" O3 ?$ A c0 J4 v0 F2 j100 100 2484 H. z6 Y$ h# r8 Z
100 120 245
- Y5 S4 ^6 r7 g! R9 Q1 i3 m2 {200 0 2437 u$ b2 @7 I* Z3 n _
200 100 235
6 ]4 k0 e" ^1 u8 Q2 |, b0 l2 c/ c$ q( f8 i7 `; V
由表2可见，同样以100%调幅时的主整输出电压与载波时的数据相比，输出功率不同时的主整输出电压降是不同的。% F2 w) f ^+ h+ d
100KW时的电压降幅度为：（250－248）/250=0.8% K9 H! {+ L; `8 Y: |/ d, Z
200KW时的电压降幅度为（243－235）/243=3.29%
9 W L0 B. K5 g, q从载波输出功率200KW时的主整电压降幅度推测，其载波跌落肯定超过3.29%，这比该机标称载波跌落指标1%差得多。同时也说明：高调幅时主整输出电压的降幅偏大，是正峰调制能力达不到规定值110%的主要原因。为查明它的起因根据下图得出表3的数据。: \0 j) l U d7 Q3 D6 e
主整系统方框图
\ {% G- Y) u4 m表3 f=657KHZ时主整系统测试数据. j, |- s: r" o& m* j1 S
工作状态 主整输出 主整变压器输出 主电缆输出; v8 N; S$ Q L
功率 调幅度 电压 电流 X1X2 X1X2′
* @7 W8 \/ \ P, Y8 @KW % VDC AAC VAC VAC9 ], b+ B+ Q) B* B, N8 B9 A
0 0 250 205 205& ?" g5 n% {7 j/ o& d5 H! A
50 0 250 203 202+ R4 L0 j' Q5 y8 K, I8 ]# B- K h
100 0 249 202 199.8
+ H, f; y1 h8 f0 F# Y' @, ~200 0 245 199 195.1
- W. v1 P3 C" @8 H- _0 O' ^' `+ \1 B) F200 100% 235 1170 197.2 192.5
# y, L. \0 d2 p由表3所列数据可见，200KW满调幅相对于空载的主变压器输出电压降为 X1X2端：△U1=205－197.2=7.8V
& b9 w7 z) b, P- z( k" R2 l200KW满调幅时主电缆及其接头的电压降为. J8 R6 Y$ U3 c) K# u# f/ b
△U1′=UX1X2－UX1X2′=197.2－192.5=4.7V
$ ~3 Z ^1 I# @5 c3 h+ b第一种电压降即△U1，是主整变压器的内阻抗电压降，因为在很小电抗电压降与主电压的矢量和中，电抗电压降可以忽略不计，所以满载和空载电压差所反映的电压降，主要是内阻电压降。
9 P b" y8 ?( E变压器次级的线电流约为
5 B& k+ L$ F$ y4 C* XI=（1170×235）/0.5（197.2+192.5）× 1.732 =807.7A814
# {# U1 h. Q' L2 s; B由三相内阻电压降构成的最大损耗为9 ^. r K' m" G% _9 _
PU=1.732×814×7.8=11KW/ K& k! q& X' O6 z N
假如主整变压器次级输出端三个接头在100%调幅时的损耗为3KW，而且大型变压器的铁损比铜耗小很多，设变压器利用因数为0.95，则输出功率为0.95×390=370.5KW。相应的效率为：η=370.5－（11－3）/370.5=97.8%
( K* b$ Q; ^/ y0 R4 V8 ] L7 a三个输出接头无损耗的变压器效率为
/ r7 ]9 s9 A! x, Xη′=（370.5－11）/370.5=97%* ~4 d: h* {1 \; r4 c
由此可见，两种效率数据都是合理的，所以变压器内阻电压降并不是导致调制能力下降的主要原因。其主要原因是主电缆及其接头的电压降，把测得的两路电压降换算为三相总损耗约为
( e N9 Z2 T! f0 b5 [( y3×814×4.7=11.48KW
0 C9 a& P, j/ f a. E这是个明显反常的数据。为改善这种状况，对电缆头的压接端子进行全面检查，并再次把这些端子压紧；同时把三相电源线互相交换，从中优选电压相对平衡的状态使用。通过这些措施，使主整输出电压提高3～4V，正峰调制能力达到110%，非对称梯调波形如下图所示。3 ^/ T" F7 r! l4 G0 H5 v
m+=110%尖顶波形, C8 ^3 ~4 z8 _6 ]* a, ^
主整输出电压提高4V，每机在100%调幅时节约的损耗功率为4×1170=4680W=4.68KW5 M0 l, I! `9 Y- x+ v
这说明主电缆及其接头的电压降所构成损耗，即使在已经改善后仍然偏大，其剩余损耗约为11.48－4.68=6.8KW
' ?0 p" T0 j; }' o- x+ x以三条12.5m长、2×260mm2的主电缆来说，因为铜线在750C时的电阻率为ρcu=0.02135Ω－mm2/m所以每条电缆的电阻为! Y2 E6 J! I. s9 U' F
r=（0.02135×12.5）/2×260=0.0005132Ω
% {( d8 b+ P0 R1 K- L) }三条主电缆在100%调幅时损耗的功率为0 D4 y7 r1 [2 s3 R1 Z
3I2ru=3×8142×0.0005132=1020W8 @+ n4 U0 _" V( r
据此可以算出主电缆始末端的6个接头，即电缆和变压器3个接头以及电缆和可控硅3个接头共损耗功率：1 o4 H& m2 U$ \
6.8×103－1020=5780W0 R3 X$ Y. G# f0 u8 G* m
每个接头的平均接触电阻为
3 [! J/ }1 t J* ]6 O4 lrc=5780÷6÷8142=0.001454Ω" r. F- w3 j2 E9 r
三条主电缆的总电阻为7 J. l7 p+ c0 E
3ru=3×0.0005132=0.00154Ω; a' p1 M! G2 A: n
由此可见，一个接头的接触电阻比三条主电缆的总电阻大小差不多，因此消耗的功率很大，这是有待善后处理的问题。尽管在测量中所得的数用于计算损耗未必准确，但接触电阻偏大而且需要改善则是肯定的。虽然100%调幅并非长期运行状态，但是高达5780W的损耗功率，即使在载波情况下仍有差不多3.6KW。
4 o) p+ t# S% W( Q- X设DX—200型DAM机的整机效率按标称值84%计，则其输入功率为 Pin=200÷0.84=238KW
& `: k& H% } x5 ?% H4 M增加3.6KW损耗的整机效率为η′=200÷（238+3.6）=82.8%
T- t8 a6 A6 ~9 f: s! C( r 这说明整机效率比标称值下降1.2%；同时也说明。大功率发射机使用低电压主整的特殊问题之一是：大电流接点的接触电阻对整机效率和质量指标都可能构成问题，而且现状并非最佳，仍有潜力可挖，想要发射机主要标称技术指标都好，必须精心维护才能达到。 |
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