大功率短波發(fā)射機燈絲調(diào)壓器固態(tài)化

余敏

摘 要：本文介紹了大功率短波發(fā)射機使用油浸式感應(yīng)型燈絲調(diào)壓器提供燈絲電壓所存在的問題，并提供了新的燈絲電壓系統(tǒng)，較為詳細地描述了該系統(tǒng)的設(shè)計思路和工作原理，此方案為同類型設(shè)備改造提供了借鑒作用。

關(guān)鍵詞：短波發(fā)射機；燈絲；調(diào)壓

1 前言

TBH522型150kW短波發(fā)射機是我國短波發(fā)射的主力機型之一，其經(jīng)濟、穩(wěn)定的運行對安全播出意義重大。TBH522型150kW短波發(fā)射機核心器件采用昂貴的真空電子管，電子管燈絲供電采用油浸式感應(yīng)型燈絲調(diào)壓器，該調(diào)壓器采用電磁感應(yīng)原理，通過機械方式調(diào)節(jié)電磁耦合來達到電壓調(diào)節(jié)的目的。燈絲電壓控制系統(tǒng)原理：控制系統(tǒng)設(shè)定3個斷點、一個零位開關(guān)、一個最高電壓開關(guān)和兩個高低限穩(wěn)壓點，控制信號為燈絲升降信號。在燈絲電壓上升過程中，燈絲電壓最開始必須從零位開始，此后，燈絲電壓開始穩(wěn)步上升，遇到前兩個斷點位置各停留3分鐘，電壓超過第3個斷點后不停留，升到超過低限穩(wěn)壓值后，燈絲電壓停止上升。此后，燈絲電壓穩(wěn)定于上下穩(wěn)壓點之間，即超過穩(wěn)壓值上限時，控制系統(tǒng)輸出降壓信號，低于穩(wěn)壓值下限時，控制系統(tǒng)輸出升壓信號。最高電壓開關(guān)的作用是在調(diào)壓器輸出電壓太高時強行斷開電壓上升信號。在燈絲電壓下降過程中，在每個斷點位置停留3分鐘，在最小斷點停留3分鐘后，燈絲電壓繼續(xù)下降，當調(diào)壓器零位信號出現(xiàn)時，燈絲電壓降低為零，控制系統(tǒng)斷開降壓信號，整個降壓過程停止。這種調(diào)壓器由于存在機械結(jié)構(gòu)和使用變壓器油絕緣和冷卻，存在以下幾個缺點。

（1）燃燒爆炸危險。由于變壓器油的存在，有著燃燒爆炸的危險，所以往往將它安裝在遠離發(fā)射機的位置，使它與發(fā)射機之間的線纜很長，既提高了安裝成本，又需要定期進行變壓器油的測試和凈化。

（2）能源損耗大。由于是感應(yīng)式調(diào)壓，所以能源效率較低，每年運行需要損耗不少的電能。

（3）維護工作量大。由于是機械式調(diào)壓，電動機、行程開關(guān)、齒輪減速裝置、線圈等會磨損或損壞，需要定期維護，甚至變壓器大修，提高了維護成本。

2 電子式調(diào)壓器原理和結(jié)構(gòu)

為了解決燈絲調(diào)壓器使用中存在的問題，我們利用步進控制和移相調(diào)功原理，采用國產(chǎn)化器件開發(fā)了電子式燈絲調(diào)壓器，用來代替油浸式感應(yīng)型燈絲調(diào)壓器使用在TBH522型150kW短波發(fā)射機中。

電子式燈絲調(diào)壓器主要由兩部分組成：步進控制板和移相調(diào)壓電路。步進控制板的主要功能是實現(xiàn)控制系統(tǒng)和移相調(diào)壓電路連接，移相調(diào)壓電路則實現(xiàn)對輸入電壓進行調(diào)壓，輸出目標電壓。

步進控制板主要由脈沖信號發(fā)生電路、升降壓控制小盒和電壓輸出部分（通過控制電子電位器的輸出電阻來實現(xiàn)電壓輸出）。步進控制板如圖1所示。

它的工作原理：發(fā)射機控制系統(tǒng)需要升電壓時，升壓繼電器接收到升電壓信號，接收脈沖信號使電子電位器的輸出電壓增加；發(fā)射機控制系統(tǒng)需要降電壓時，降壓繼電器接收到降電壓信號，接收脈沖信號使電子電位器的輸出電壓降低。在電子電位器輸出電壓為零時，步進控制板返回給發(fā)射機控制系統(tǒng)零位信號。

脈沖信號發(fā)生電路主要用于控制電子管燈絲電壓升降速度。為了使升降壓速度滿足電子管要求，在設(shè)計脈沖信號時，我們經(jīng)過了實測，然后以此來調(diào)節(jié)脈沖信號發(fā)生電路輸出的脈沖周期。升降壓控制小盒接收控制系統(tǒng)的升降壓信號，主要由繼電器。電壓輸出部分主要輸出移相調(diào)壓電路所需要的控制電壓，主要由1024位電子電位器構(gòu)成。

移相調(diào)壓電路主要由光電隔離模塊、邏輯控制模塊和3只雙向可控硅組成。移相調(diào)壓電路如圖2所示。

移相調(diào)壓電路的工作原理：根據(jù)步進控制板輸出的0～10V模擬量，通過光電隔離后送入邏輯控制模塊，在邏輯控制模塊中，輸入模擬量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，邏輯電路比較這個數(shù)字量以及采樣回來的輸入電源電壓決定可控硅的導(dǎo)通角，通過可控硅控制電路觸發(fā)可控硅。為了保持輸出電壓的穩(wěn)定，還從可控硅的輸出端采集輸出電壓，反饋回邏輯控制電路，形成閉環(huán)調(diào)壓。同時為了保護可控硅，設(shè)置了電流保護和溫度保護電路，以保護可控硅。為了便于同自動化系統(tǒng)相銜接，設(shè)計了RS485通訊口，根據(jù)通訊協(xié)議對調(diào)壓器進行檢測控制。

移相調(diào)壓電路的邏輯控制部分采用的FPGA芯片控制，該芯片功能強大，具有很強的靈活性，在不改變外圍電路的情況下，我們可以通過軟件編輯邏輯關(guān)系，從而改變電路功能。

由于步進控制板輸出的模擬電壓最大值為10V，而移相調(diào)壓電路的輸出也與輸入成比例關(guān)系，輸入最大值時最高輸出380V，不存在過高的電壓輸出，所以無須進行上限限位。

3 改造效果

改造后，我們進行了新舊設(shè)備主要參數(shù)比對，結(jié)果顯示，此次改造完全實現(xiàn)了預(yù)期目標。

在相同的外部條件下，我們測試油式感應(yīng)調(diào)壓器比新電子調(diào)壓器的端子溫度，改造后端子溫度下降了約12～14℃，我們測試了相同條件下的輸入輸出電流，數(shù)據(jù)顯示，在相同負載下，電子調(diào)壓器的輸入電流小于油浸式調(diào)壓器，證明電子調(diào)壓器損耗明顯低于油式感應(yīng)調(diào)壓器。

電子調(diào)壓器電路設(shè)計合理，采用了可靠的電子器件，從而確保了設(shè)備的穩(wěn)定可靠運行。電子調(diào)壓器的結(jié)構(gòu)決定設(shè)備基本是免維護狀態(tài)。

投入運行兩年多以來，該設(shè)備運行穩(wěn)定，運行指標良好，未出現(xiàn)任何故障，保障了安全播出。

參考文獻

[1]胡浩文.可控硅技術(shù)[M].北京市科學(xué)技術(shù)文獻出版社，1989.

（作者單位：國家新聞出版廣電總局831臺）