新型風冷式432kW50Ω中波假負載的設計與制作

【摘要】本文介紹了新型風冷式432kW50Ω中波假負載的設計與制作過程。設計時需根據負載的性能參數、技術要求來選用元器件，同時還要根據元器件的外形結構來考慮器件的布局和安裝。重點介紹了電阻器、切換開關的技術參數、性能特點和選用方法，并對元器件的分體安裝、聯接要求和風機的控制原理以及假負載的調試步驟和測量方法進行了分析。

【關鍵詞】中波假負載；元器件的選用；工作原理；結構布局

中圖分類號：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2023.15.016

中波假負載是中波廣播發射機檢修調試必須配備的重要設備。隨著技術的發展，中波發射臺的設備不斷更新，作為中波發射機檢修調試必須使用的大功率假負載，水冷方式逐漸被淘汰，采用更加節能的風冷式大功率中波假負載是必然選擇。中波發射機功放末級經槽路輸出的射頻功率電能輸送到假負載，經柜內電阻體吸收轉變為熱能，在風機的強大風力下，電阻散發的熱量被吹散出去。

水冷式假負載對水資源浪費大，即使采用循環水冷卻控制，冷卻管道的建設復雜，占用空間大、資金投入多、維護成本高，由于假負載使用頻率不高，發生故障后檢修難度大。風冷式假負載采用風機強制冷卻，設計簡單可靠、節能環保，大大降低了設備的制造成本和使用維護成本。新型風冷式大功率中波假負載的經濟實用性強，具有較好的經濟效益和社會效益，有很好的推廣應用前景。目前，已經逐步替代傳統的水冷式假負載。

1. 性能參數

大功率風冷式中波假負載應選用大功率無感電阻，采用串并聯方式進行組合形成50Ω電阻，使之與饋線、發射機輸出阻抗匹配。由于使用的電阻數量比較多，安裝密度大，工作時發熱量大，為確保假負載使用的安全穩定性、智能化，所以還需安裝智能溫控器，由智能溫控開關自動控制風機工作，確保高效散熱。下面介紹432kW50Ω大功率中波假負載的性能參數和技術要求。

⑴設計功率為432kW，工作頻率為中波波段，頻率526.5kHz～1606.5kHz，適用于中波廣播發射機輸出功率為200kW。機箱內部加裝鋁板屏蔽，電阻器之間連線盡量短、牢固；電阻器安裝的位置要與機箱箱體保持合理距離，有利于電阻器的散熱。

⑵電阻體由大功率無感電阻器組成，輸出阻抗為50Ω（不平衡），減小干擾；對地并接合適的適配電容器，保證在中波全頻段的駐波比小于1.1。

⑶聯接方式為硬饋方式，輸入饋管采用φ106硬饋管，負載輸出口采用4-1/2硬饋連接座進行聯接，接地方式采用外引銅帶聯接。

⑷電源供電為三相四線制AC380V50Hz，操作控制電源使用AC220V50Hz。

⑸采用強制風冷卻方式用16個550W高效離心風機，550W×16=8800W，功率8800W。風機采用智能溫控開關控制，設有工作指標參數、手動和自動風機工作選擇開關，能控制風機自動啟停，降低電能消耗。功率指示采用熱電耦表，功率計量使用高頻功率表。

2. 工作原理

2.1 設計要求

中波假負載的功率必須大于中波發射機輸出載波功率有效值的1.5倍，設計時假負載功率為中波發射機載波功率有效值1.5倍的70%左右最佳。電阻器應選用負溫度系數的大功率無感電阻器，當電阻器工作一段時間后，溫度會逐漸升高，負溫度系數的電阻器能抵消因溫度變化而產生的電阻值變化，使得假負載的阻值更加精準。因假負載工作在高頻狀態下，要求其等效感抗要小，安裝時要保證良好的散熱通風。假負載使用的電阻器較多需要電阻器串并聯使用，應該采用相同阻值和相同功率的電阻器進行調配安裝，保證每個電阻器熱態工作時它的功率不超過電阻器的額定值，電阻器的固定和聯接必須穩固可靠。

2.2 電路聯接

200kW中波發射機配套用的假負載，設計時功率須大于400kW來考慮，可以將負載體做成六個負載體進行串聯合成，得到432kW功率的負載體。安裝的單個負載體的電阻值為8.33Ω，每支電阻器的阻值參數為1200Ω、功率500W。一個電阻體需用144支電阻器并聯，并聯阻值計算1200÷144=8.33Ω，六個電阻體串聯后電阻值為8.33Ω×6=49.98Ω≈50Ω，與傳輸饋線阻抗50Ω匹配。機柜上面為高電位輸出接口，機箱高度設計與發射機高度相同，便于聯接發射機的輸出切換開關，機柜電阻體下接3支高頻電容器，對高頻干擾進行濾波，電容器選用15PF/25KV/90KVA的高頻電容器，根據需要可適當調整。

2.3 電阻器的選用

選用空心無感大功率電阻器，盡量減少電阻器的使用數量，有利于安裝、連接、散熱和減小高頻干擾。因200kW發射機輸出載波功率有效值的1.5倍為300kW，計算200×1.5=300kW，按最佳70%計算，300kW÷70%=429kW，大于400kW，選用單支功率為500W的空心式無感電阻器。根據箱體的尺寸和電阻器的尺寸合理布置安裝，每組144個電阻形成一個電阻體，使用6組電阻體。電阻器數量計算144×6=864支，共用864支電阻和1728支電阻夾。功率計算500W×864=423kW，得到假負載功率為423kW，功率余量300kW÷423kW×100%=69%，非常合理。假負載需通過硬饋與中波發射機連接，硬饋的阻抗為50Ω，要求假負載的阻抗為50Ω與之實現良好匹配，減小能耗。

2.4 切換開關的選取

2.4.1 ZBKG-III型中波200KW同軸開關

同軸轉換開關具有在高電壓、大電流、高溫度的環境下保持相對穩定的電氣性能的優點，應用十分廣泛。ZBKG-III型同軸開關殼體材質采用防氧化處理的鋁合金，簧片采用“鈹青銅”帶，并且采用鍍銀工藝，簧片接觸點為圓型弧狀，每個接頭有30個以上接觸點。電機采用永磁電機，具有低速、同步功能，電機電源為交流220伏、頻率50Hz、電流0.5A。輸出電控接點方式（不包括電機控制）為每個位置各有1個常開接點。同軸開關上有位置狀態指示燈，切換到位后指示燈點亮。開關的轉動方式有手動和電動控制兩種方式，還帶有遙控遙測模塊，可進行PC遠程控制。缺點是切換時間長，切換時間只能做到<3秒，且重量較重。由于同軸開關采用傳統的機械同軸轉換方式，開關是一軸帶四刀，這種方式的切換雖然可以實現電動和遙控操作，但因機械結構所限，應用于主/備發射機備份切換時，即使備機采用熱備份，故障倒機時都會產生短時間停播。同軸開關的優點是功率大，帶有手動切換手柄，可靠性高，只需一只開關就能實現切換，相對成本低。

2.4.2 JPK-7/005型陶瓷高壓真空繼電器

陶瓷高壓真空繼電器的優點是切換時間短，重量輕、體積小，還具有熄滅電弧快，耐擊穿電壓高，抗電強度高，接觸電阻小的特點，廣泛應用于廣播電視設備。JPK-7/005型陶瓷高壓真空繼電器的工作峰值電壓為20KV（DC或AC50Hz）；AC2.5MHz：15kv。額定承載電流為150A（DC或AC50Hz）；AC2.5MHz：70A。繼電器線圈電壓為DC24V，繼電器線圈電阻為60Ω。動作時間（最大）為100ms，繼電器釋放時間（最大）為15ms。缺點是價格相對高，與同軸開關相比功率小。因陶瓷高壓真空繼電器電流有限，大功率假負載需多只并用，安裝在屏蔽腔中間位置，200kW負載需用4只JPK-7/005作為切換開關，加上電動控制小盒就能實現自動化轉換控制。陶瓷高壓真空繼電器多只使用會增加一定成本，繼電器的引出腳螺絲聯接處接觸面較小，連接可靠性較同軸開關差。

選用切換開關時，具體選用ZBKG-III型同軸開關還是選用JPK-7/005型陶瓷高壓真空繼電器作為主/備切換開關，有一些因素需要考慮。從假負載的功率上來說，一般100kW發射機及以上選用同軸開關比較好，50kW發射機及以下可選用陶瓷高壓真空繼電器，選用注重考慮器件可靠性和生產維護成本。如果是對停播時間要求很高的中波發射臺，備份發射機必須采用熱備份方式的，為了降低發射機故障倒換產生的停播率，可考慮使用陶瓷高壓真空繼電器。

2.5 原理圖

2.5.1 電阻組合方式

假負載共采用6組電阻體，每組電阻體用144個電阻器并聯，6組電阻體串聯構成50歐姆阻抗，共使用864支電阻器，每個電阻的阻值為1.2kΩ功率500W，負載最大功率為432kW。為降低高頻干擾串聯有三支高頻濾波電容器，電阻體組合方式聯接圖如圖1所示。

2.5.2 風機控制原理

假負載散熱風機的工作狀態（啟動或停止）由智能溫控器控制，溫控器采用WK-36智能溫控開關，控制方式是P2模式，溫度探頭安裝在電阻附近，智能溫控器時時檢測負載電阻溫度。當假負載工作時，假負載電阻器的溫度緩慢上升，當負載電阻溫度高于設定溫度時，溫控開關接通啟動風機工作，給負載電阻器降溫；反之，當負載電阻器溫度低于設定溫度時，智能溫控器控制風機停止工作。

3. 結構與布局

3.1 假負載結構

新型432kW 50Ω風冷式中波假負載由864個電阻器聯接成電阻負載體，大功率電阻體共有六組，采用先并聯后串聯形式安裝在機箱中，六個電阻體之間用U形銅管進行聯接，電阻體下方經高頻適配電容器接到銅皮地線上。箱體上進風口安裝有防塵網，機箱內后部安裝有16個大功率離心風機與智能風機控制部分共同組成假負載。因200kW DAM大功率中波發射機功率合成輸出硬饋口位于發射機機箱頂部，所以，設計負載的功率輸入接口硬饋連接座也位于機箱頂部，這樣的好處是方便假負載與中波發射機同高度連接安裝，機箱輸入口下面箱體內安裝有天饋切換開關，省去在中波發射機頂部加裝天饋切換開關。

3.2 電阻器安裝

調試和檢修中波發射機時，發射機不能空載，需連接假負載，假負載用作中波發射機輸出功率的承載體，發射機在加調制時假負載承載功率大，負載功率對外的輻射很大，需要對電阻體進行良好的屏蔽，箱體內板應選屏蔽效果好的鋁板進行屏蔽；200kW的功率通過電阻轉換發熱需要保證假負載的充分散熱，箱體頂板是出風口，箱體后板是進風口需開孔通風，為了安全，在通風口及箱體底框部加裝鋁材網；因峰值電壓高，電阻安裝時每個電阻之間須保證有80～100mm的耐壓距離。因空心無感電阻為陶瓷性材料，電阻兩端有20mm寬的鍍銀層，電阻拆開包裝后須盡快安裝防止氧化，裝配時在電阻兩端鍍銀層上加裝厚0.3mm紫銅箔，在安裝電阻夾時必須保證良好的接觸，減小接觸電阻。安裝用黃銅螺釘，上下層電阻體安裝采用六波絕緣子，電阻體上下兩層之間的引出線須從導電件的中心引出，這樣，才能保證電流均衡性。

3.3 不同功率發射機電阻聯接

XT系列接線板布局為：XT1～XT4，外電輸入為三相四線制AC380V50HZ，XT5～XT8為機箱外部聯鎖接口，這兩個接線板裝在機柜的后方，方便臺站使用。電阻聯接時需要對接線進行固定，外部自動控制接口可與機房控制臺計算機聯網實現自動化控制。

不同功率發射機備份的發射臺比較多，如有的發射臺主機為200kW備機為100kW，為了節省經費，很多發射臺的備機功率都比主機功率要小。新型風冷中波大功率假負載為了適應發射臺主、備機的不同功率備份要求，設計432kW中波假負載時靈活應用6個單元結構，共有3個聯接口，4個電阻體設有一個，5個電阻體設有一個。每個電阻體負載功率72kW，當連接4個電阻體作負載時有288kW功率，可用于100kW發射機，當使用5個電阻體作負載時有360kW功率，可用于150kW發射機，當用全部6個電阻體作負載時有432kW，可用于200kW發射機。這樣設計的好處是適用于發射臺備機使用200kW、150kW、100kW時降低能耗。通過主、備機電控切換裝備就能實現自動化控制。

4. 功率指示與調試

4.1 功率表指示

其方法是在整機槽路輸出（即負載輸入端），采用電容分壓或電感線圈拾取射頻信號，經檢波、信號處理變為直流電流，再接到功率表頭（一般用200微安）即可。高頻功率表數據指示是由機柜內電阻體的零電位串聯的鉑金式熱電偶取樣得到的高頻功率數值。因電流的平方值與功率的非線性關系，在滿調制時（100%調幅時）載波功率會顯著增長，這時需將指示表的計算按2倍于載波功率計算即可。

4.2 負載調試

首先檢查各元件連接是否正確，聯接螺栓是否緊固。布線時ABC三相線需在保護器上進行同向纏繞兩圈，再將智能保護器電流值設置為3.2A，按調試程序操作，通電觀察假負載工作是否正常。用4285A型電橋進行冷態測試，負載的阻抗虛部X<3Ω。如果阻抗虛部為負值時負載呈現容性，當阻抗虛部為正值時負載呈感性，當負載阻抗呈感性，且感抗RL>3Ω時，須加板電容將感抗予以抵消，盡量使假負載呈純電阻性，避免假負載電阻發熱量增大，防止發射機的輸出槽路失諧，有利于精確調式發射機和檢修發射機。

432kW假負載用于200kW中波發射機，是目前國內較大功率的假負載了。所以調試時先把每個電阻體分開單調，斷開之間聯接的風機保險絲管，分別測量風機380Ⅴ電壓是否正常，以防燒壞風機，然后六個電阻體全部調正常即可。注意調節風機保護器電流時，應調到過載指示燈由亮黃色到滅燈再稍大兩小格即可。

5. 結束語

新型風冷式大功率432kW50Ω中波發射機假負載，選用大功率同軸開關，使用大功率離心風機。六組電阻體均采用了金屬氧化膜無感電阻器，按精度等級選用誤差小的電阻器，進行合理調配使感抗及駐波比小，假負載的安全性、可靠性、穩定性高。風機系統的智能控制加上完善的檢測、保護和聯鎖電路，使假負載的使用壽命長，使用成本低，完全能滿足200kW中波發射機的使用要求。

參考文獻：

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[3]陶海峰，鄭潔.新型風冷式15kW50Ω中波假負載的設計與制作[J].中國有線電視，2019（02）：168-171.

作者簡介：楊富，廣播電視工程師，從事中波廣播無線傳輸與覆蓋、發射臺站自動化、智能化技術工作.