一種行波管發(fā)射機(jī)高壓電源測(cè)試系統(tǒng)

中國電科第38研究所 張 偉

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一種行波管發(fā)射機(jī)高壓電源測(cè)試系統(tǒng)

中國電科第38研究所 張 偉

【摘要】本文介紹了一種行波管發(fā)射機(jī)高壓電源的測(cè)試系統(tǒng)，針對(duì)行波管高壓電源的測(cè)試和維修需求，系統(tǒng)分別從硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)，文章論證如何提高高壓電源系統(tǒng)的測(cè)試和維修效率，改善高壓電源系統(tǒng)調(diào)試環(huán)境。

【關(guān)鍵詞】行波管發(fā)射機(jī)；高壓電源系統(tǒng)；測(cè)試和維修效率

1　引言

行波管作為真空電子器件當(dāng)中的一種常見管型，具備高功率、大增益、寬頻帶與低噪聲等各種實(shí)際特點(diǎn)，能夠廣泛地運(yùn)用在雷達(dá)、電子對(duì)抗與通信等各個(gè)重點(diǎn)工程領(lǐng)域。

行波管發(fā)射機(jī)構(gòu)造復(fù)雜，其供電的高壓電源系統(tǒng)輸出電壓高、危險(xiǎn)性大，同時(shí)在調(diào)試過程中往往需要使用多種特殊的高壓設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)（如高壓探頭，高壓分壓器等），電源的測(cè)試、維修既是一個(gè)重點(diǎn)也是一個(gè)難點(diǎn)。本文針對(duì)一種行波管發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)了電源測(cè)試系統(tǒng)，最終達(dá)到了提高維修效率，改善調(diào)試環(huán)境的目的，同時(shí)通過擴(kuò)展測(cè)試系統(tǒng)還可以完成行波管指標(biāo)的測(cè)試。

2　總體設(shè)計(jì)方案

測(cè)試系統(tǒng)組成框圖如圖1所示，其硬件主要由發(fā)射機(jī)柜、監(jiān)控分機(jī)、調(diào)壓器、電阻箱、計(jì)算機(jī)和測(cè)試設(shè)備組成。其中，測(cè)試設(shè)備可根據(jù)維修電源或者測(cè)試行波管的需要設(shè)定為示波器、功率計(jì)、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀或頻譜儀。

圖1　測(cè)試系統(tǒng)組成框圖

監(jiān)控分機(jī)主要是完成發(fā)射機(jī)的工作過程控制、故障保護(hù)、恢復(fù)工作以及狀態(tài)調(diào)整等功能，選用了OMRON公司的CJ1M型工業(yè)控制器（以下稱PLC）作為邏輯控制器。測(cè)試系統(tǒng)采用了RS-232串行通訊的上位機(jī)鏈接通信方式來完成計(jì)算機(jī)與PLC的聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)工作過程的實(shí)時(shí)控制，使得計(jì)算機(jī)可以實(shí)時(shí)監(jiān)視PLC的運(yùn)行狀態(tài)及其數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容，程序主要選用VC++作為開發(fā)環(huán)境，使用對(duì)話框程序?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)，模擬整機(jī)工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源測(cè)試項(xiàng)目的全覆蓋。

3　測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

測(cè)試系統(tǒng)采用了原發(fā)射機(jī)柜和監(jiān)控分機(jī)，根據(jù)電源的功率量級(jí)選用相應(yīng)調(diào)壓器，同時(shí)針對(duì)電源的輸出電壓設(shè)計(jì)了電阻負(fù)載箱。

3.1測(cè)試系統(tǒng)機(jī)柜和監(jiān)控分機(jī)

發(fā)射機(jī)柜分為三層，上層放置監(jiān)控分機(jī)、中層放置整流電路、下層放置待測(cè)試的高壓電源系統(tǒng)。監(jiān)控分機(jī)采用了PLC進(jìn)行編程控制，PLC在控制保護(hù)電路中的采用，克服了系統(tǒng)對(duì)控制部分的干擾，提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了控制部分硬件的設(shè)計(jì)數(shù)量，降低了控制部分硬件的設(shè)計(jì)難度。

監(jiān)控分機(jī)面板上設(shè)置了本/遙、冷卻、低壓、高壓、復(fù)位等按鍵開關(guān)，方便直接對(duì)監(jiān)控分機(jī)進(jìn)行開關(guān)機(jī)的操作。同時(shí)提供的各類故障回饋指示和開關(guān)機(jī)狀態(tài)指示能夠直接對(duì)故障進(jìn)行判定。

3.2測(cè)試系統(tǒng)硬件集成

行波管發(fā)射機(jī)高壓電源系統(tǒng)采用了諧振型高頻開關(guān)電源，變壓器末級(jí)輸出多組次級(jí)，整流后直流直接進(jìn)行疊加獲得高電壓電壓在-10KV左右。為了便于輸入電壓的緩加操作，我們采用整流電源分機(jī)主電路與調(diào)壓器后級(jí)連接的方式，最終整流電源的輸出電壓為0-500V之間可調(diào)，高壓電源系統(tǒng)后級(jí)連結(jié)電阻負(fù)載箱。

4　測(cè)試系統(tǒng)軟件部分

測(cè)試系統(tǒng)的軟件部分包括監(jiān)控分機(jī)內(nèi)部的OMRON 控制軟件和模擬整機(jī)工作環(huán)境，與PLC 進(jìn)行實(shí)時(shí)通信的監(jiān)控軟件。

4.1PLC控制軟件

OMRON控制軟件用于保護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠的工作，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)開關(guān)機(jī)進(jìn)行回饋。工作流程如下：按下本/遙控開關(guān)，則系統(tǒng)處于本控狀態(tài)，本控指示燈亮，抬起本/遙控開關(guān)則系統(tǒng)處于遙控狀態(tài)，遙控指示燈亮。遙控狀態(tài)指測(cè)試系統(tǒng)僅受監(jiān)控軟件的控制，本控狀態(tài)則測(cè)試系統(tǒng)僅受監(jiān)控分機(jī)的控制。在本控狀態(tài)下，按下冷卻開關(guān)，冷卻狀態(tài)指示燈亮，則水冷機(jī)柜接通電源，水冷工作。按下低壓開關(guān)，低壓狀態(tài)指示燈亮，則燈絲電源、正負(fù)偏電源、陽極電源開始工作，行波管開始預(yù)熱。預(yù)熱5分鐘，則準(zhǔn)加指示燈亮，如無故障指示燈亮則可以加高壓。按下高壓開關(guān)，高壓指示燈亮，高壓電源開始工作。

為了便于維修和使用方便,我們對(duì)控制軟件上進(jìn)行了優(yōu)化：

a)針對(duì)電源的維修，對(duì)程序中3分鐘的預(yù)熱時(shí)間進(jìn)行重新編程（進(jìn)行電源維修時(shí)，不需要進(jìn)行3分鐘的預(yù)熱）。

b)由于在維修高壓電源的流程中無須關(guān)注其他輔助電源故障（正負(fù)偏電源、燈絲電源、陽極電源），因此對(duì)程序中輔助電源的故障進(jìn)行了重新編程。

c)為了便于加高壓操作，針對(duì)程序中管體故障和高壓故障部分進(jìn)行了重新編程。

4.2監(jiān)控軟件

為了模擬整機(jī)工作環(huán)境，獲得發(fā)射機(jī)的實(shí)時(shí)信息并確保控制過程的精確，方案采用RS-232串行通訊的上位機(jī)鏈接通信方式，使得PC機(jī)可以使用上位機(jī)連接命令，監(jiān)視PLC 的運(yùn)行狀態(tài)及其數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容。

監(jiān)控分機(jī)中CJ1M型CPU內(nèi)RS-232C端口為編程口，在上傳控制程序后，一般處于閑置狀態(tài)，計(jì)劃利用此端口和微型計(jì)算機(jī)的RS232口連接起來。為掌握實(shí)時(shí)狀態(tài)，采用定時(shí)器以固定的周期向PLC發(fā)送讀數(shù)據(jù)命令，PLC會(huì)自動(dòng)應(yīng)答，將相關(guān)的數(shù)據(jù)信息通過串口傳送回PC，PC通過對(duì)數(shù)據(jù)的解析實(shí)現(xiàn)了對(duì)PLC實(shí)時(shí)狀態(tài)的掌握。在通訊開始時(shí)，需要向PLC進(jìn)行工作方式設(shè)置，以便PLC與PC通信準(zhǔn)確無誤。

5　測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試實(shí)例

測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后用于高壓電源的維修和行波管的測(cè)試，實(shí)物如圖2所示。

圖2　測(cè)試臺(tái)示意圖

測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用了一批先進(jìn)儀表、儀器，同時(shí)自制了部分調(diào)試工裝，能為電源調(diào)試提供精準(zhǔn)的可調(diào)電壓、全面的監(jiān)測(cè)設(shè)備以及可靠的電阻負(fù)載裝置，保證高壓電源在上萬伏的量級(jí)下安全可靠的調(diào)試：

(1)PLC在測(cè)試臺(tái)控制部分的采用，克服了高壓、大電流系統(tǒng)對(duì)控制部分的干擾，提高了系統(tǒng)的可靠性，程序的優(yōu)化減少了電源維修時(shí)各類故障的連鎖處理，降低了電源維修的復(fù)雜性；

(2)測(cè)試系統(tǒng)使用MSComm控件、對(duì)OMRON公司的CJ1M型PLC進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)控。監(jiān)控軟件模擬了整機(jī)工作環(huán)境，所以使得整機(jī)聯(lián)調(diào)階段才能完成的功能驗(yàn)證項(xiàng)目在分系統(tǒng)測(cè)試臺(tái)上就能夠進(jìn)行，行波管指標(biāo)的測(cè)試達(dá)到了全覆蓋；

(3)監(jiān)控程序的遠(yuǎn)程控制和發(fā)射機(jī)柜的應(yīng)用，將高壓電源暴露在空氣的高壓部份（約10KV）與調(diào)試人員進(jìn)行了隔離，確保了維修、調(diào)試的安全性，改善了調(diào)試環(huán)境。

5.1電源維修

進(jìn)行電源維修時(shí)，由計(jì)算機(jī)模擬整機(jī)工作環(huán)境發(fā)出指令進(jìn)行通信、水冷開關(guān)、低壓開關(guān)、高壓開關(guān)的操作。隨后可以根據(jù)維修的需要調(diào)節(jié)調(diào)壓器，將輸入的電壓控制在限定范圍內(nèi)（0-380V）的任意值，這樣將便于觀察、測(cè)試待維修的電源，同時(shí)由于較遠(yuǎn)距離的開關(guān)機(jī)操作、發(fā)射機(jī)柜的隔離保護(hù)將能有效地避免維修人員近距離地接觸高壓部分，確保維修的安全性。

5.2行波管測(cè)試

進(jìn)行行波管測(cè)試時(shí)，需要在發(fā)射機(jī)柜上裝入電源和前級(jí)固態(tài)激勵(lì)，行波管輸出端接耦合器和負(fù)載，提供水循環(huán)散熱。通過計(jì)算機(jī)控制，模擬整機(jī)工作環(huán)境對(duì)行波管進(jìn)行加高壓操作。隨后通過控制計(jì)算機(jī)界面上的操作，完成行波管的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試。

6　小結(jié)

目前，此測(cè)試系統(tǒng)目前已投入使用，已經(jīng)過一段時(shí)期的驗(yàn)證，其穩(wěn)定性較高，可操作性強(qiáng)，對(duì)高壓電源系統(tǒng)的測(cè)試、維修，改善人員的工作難度都起到了很大幫助。此外，采用控件編程，模擬整機(jī)工作環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控、操作系統(tǒng)的方法可使用在其它測(cè)試系統(tǒng)上，基于原系統(tǒng)，拓展現(xiàn)有工裝完成測(cè)試項(xiàng)目全方面覆蓋的方式是裝備批量生產(chǎn)過程中縮短調(diào)試時(shí)間、提高調(diào)試效率的一個(gè)重要方式。

參考文獻(xiàn)

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