銀膜云母電容在中波發射機中的使用與維護

（廣東省廣播電視技術中心五二二臺，廣東 廣州 510800）

銀膜云母電容在中波發射機中的使用與維護

馮兆今

（廣東省廣播電視技術中心五二二臺，廣東 廣州 510800）

本文通過分析大功率全固態中波發射機中銀膜云母電容失效原因，總結出針對此類電容維護方案。

銀膜云母電容；大功率全固態中波發射機；異態溫升；爆裂

1 前言

電容是中波發射機中最基礎、最重要的元件之一。調諧網絡、輸出匹配網絡中電容性能的穩定與否，決定發射機運行的穩定與否，對安全播出起著至關重要的作用。由美國CDE公司生產的CDM 293銀膜云母電容由于其機械性能優良，且自身電感小，耐壓范圍寬，額定工作電流大等優點，被普遍應用于大功率全固態中波發射機中，我臺使用的由美國HARRIS公司生產的3DX—50及DX—200中波發射機均使用了該型號的電容。在日常的運行維護中，我們發現隨著播音時間的持續，此型號電容會出現異態溫升、容量值變大、絕緣度下降甚至炸裂的現象，嚴重影響發射機穩定運行。為防止相關故障重復出現，我們詳細收集相關數據，認真分析電容出現問題原因，有針對性地加強對此類電容的檢查維護，收到了良好的效果。

2 故障匯總

2.1 驅動調諧網絡電容容量值變大，引起發射機欠驅動而保護關機

我臺使用的DX—200中波發射機在運行的過程中，曾出現欠驅動、射頻封鎖而保護關機。在故障排查過程中，發現該機驅動調諧網絡并聯工作的四個CDM 12000PH/5kV/43A型號的銀膜云母電容中有一電容容量值嚴重偏離，達到標稱值數倍之多，進而引起驅動級劇烈失諧，發射機出現低驅動故障。在對該電容進行進一步測量的過程中，我們還發現其絕緣度嚴重下降，與其并聯的另外三個同型號電容的絕緣度也出現了一定程度的下降。

2.2 輸出匹配網絡電容爆裂，引起發射機綜合輸出故障而保護關機

3DX—50中波發射機在運行過程中，輸出機柜內發出一聲爆炸聲，發射機故障關機，同時伴隨濃烈的焦味傳出，故障記錄顯示為：駐波比故障、網絡相位故障、網絡零位故障、過流故障、綜合輸出故障、綜合電源故障。打開輸出柜后機箱門，發現為輸出匹配網絡并聯工作的四個CDM 2400PH/12kV/22A電容中有一電容爆裂所致。

3 電容失效原因分析

3.1 電容各項參數測量分析

在發射機完成一天播出任務關機后，馬上打開電容所在機箱柜門，用紅外測溫槍逐一測量記錄每個電容的溫度。再將此類電容全部拆下，逐一進行容量測量及直流高壓試驗測試其耐壓值。

圖1 CDM 293銀膜云母電容內部結構圖

通過測量分析發現，并聯工作于同一部發射機同一部位型號相同的電容溫度不盡相同，如一3DX—50發射機輸出網絡三次諧波電路并聯電容組中，溫度最低比室溫高14℃，最高比室溫高32℃。通過對比分析，我們發現此類電容的容量值和耐壓值與溫度存在一定關系：溫度最高的電容在室溫下，其容量值已比標稱值變大21%，耐壓值比標稱值下降50%左右，其他并聯的電容容量值均比標稱值大，但不超過5%，耐壓值則未見下降。用電吹風將電容均勻加熱至剛關機時所測溫度狀態，發現其容量值較常溫時大，耐壓值較常溫時下降。說明此類電容的容量值會隨溫度升高而變大，耐壓值隨溫度升高而下降，并且在一定程度上是一不可逆過程。

3.2 電容異態溫升原因分析

通過測量對比，得出電容異態溫升與電容失效關系密切，為找出電容異態溫升原因，將一爆裂電容剖解，其內部結構如圖1所示。

該型號電容包括環氧樹脂、云母片、涂銀層等三個部分，通過在云母片上噴涂銀層做電極板，極板和云母一層一層疊加后，再封固在環氧樹脂中制成。電容封裝用的環氧樹脂熱導率（0.18W/mk）低于電容內部云母片熱導率（0.43～4.5W/mk），在高頻、大電流情況下，電容內部產生的熱量不能及時通過環氧樹脂層進行良好的傳導和擴散，電容溫度會隨播音時間逐漸升高。而據前面的分析，電容溫度升高會導致其耐壓值下降，即漏電流會增加，漏電流增加勢必又會導致電容溫度進一步升高，形成惡性循環。

3.3 電容爆裂原因分析

現代全固態中波發射機，特別是3DX—50發射機，都設有完善的監測保護電路，以確保發射機各部位出現異常時及時封鎖保護。其輸出網絡配有VSWR檢測器、電弧檢測器等來提供駐波比過大，拉弧等瞬態保護。前面分析得出，銀膜云母電容失效過程不是瞬時的，有一不斷遞進的過程，若輸出匹配網絡電容容量發生變化達一定程度時，應會引起駐波比過大，使發射機產生駐波比故障而功率折回或保護關機，不至于突然就出現電容爆裂，發射機故障關機，但現實卻并非如此。為探尋電容爆裂原因，對并聯工作于3DX—50發射機輸出匹配網絡的四個CDM 2400PH/12kV/22A電容的工作電壓和電流進行計算。

3DX—50發射機輸出網絡包括約3歐姆變換到50歐姆（A點輸出阻抗Rout）的調諧匹配網絡，三次諧波濾除網絡等，其原理圖如圖2所示。爆裂的電容為并聯工作于電容組C5A中的一個。發射機末級功放輸出的合成功率到天線的傳輸效率η大約為95%，輸出功率PT=50KW，則A點的電壓為：

C5A電容組兩端的電壓等同于A點的電壓，電容爆裂的發射機工作頻率為648kHz。四個電容并聯工作，則流過每一個電容的電流為：

在電容本身結構特點致使其散熱效果不佳的前期下，加上工作電壓高達1622.21V，通過電流高達15.85A，電容的發熱狀況可想而知。此類電容溫度上升又會引起容量變大，在單個電容容量變大達40%以上情況時，對于整個并聯電容組而言，容量變化并不大，不會造成匹配網絡參數發生太大變化，電容兩端電壓基本不變，通過容量變大電容的電流勢必增加，發熱量持續增大，進而陷入前面分析所述的惡性循環，而此時電容將工作在超負荷（此型號電容的額定工作電流為22A）狀態下，發熱將相當嚴重。電容漏電流增大與電容溫度升高相互促進，最終溫度急劇攀升而導致電容爆裂。

4 日常維護

通過收集的數據及計算分析得出，需要針對銀膜云母電容制定周期性的維護檢修計劃。勤于測量記錄發射機剛關機時此類電容表面溫度，并對每個電容建檔管理，發現異常溫升及時排查，區分端點接觸不良或電容自身原因所致。根據發射機每日工作時間長短，及電容工作電壓、電流大小制定計劃，定期將此類電容拆下進行容量測量及耐壓試驗，對容量變化過大或耐壓下降嚴重的電容，要及時予以更換。我們在檢查過程中，曾從不同機型發射機不同部位發現并換下多個耐壓值下降達到50%以上的此類電容。自從加強對銀膜云母電容的維護以來，未再發生因此類電容失效而導致發射機故障的情況。

在保證電容自身性能良好的同時，還要避免其他外圍因素對電容的不良影響，如端點接觸不良發熱或整體散熱效果不佳等情況而導致電容溫度上升。要勤于檢查連接端子牢固性及關注發射機散熱條件情況，確保連接牢固，發射機工作環境溫度適宜及機內風道暢通，熱量及時排出。

結語

為避免發射機中的銀膜云母電容發生異態溫升而導致失效甚至爆裂，確保設備穩定運行，須在日常的維護檢修工作中加強對此類電容的維護。還可通過加裝導風管或風扇等形式，提升電容工

圖2 3DX—50中波發射機輸出網絡原理圖

作部位散熱效果，改善電容工作環境，延長電容使用壽命，降低故障概率。

[1]孫旭，楊永德．DX—200中波發射機輸出匹配網絡的改進[J]．有線電視技術，2014（03）：114．

[2]張呸灶,劉峰,劉傳忠,張建安,張海櫻,王亞坤．數字式調幅中波發射機[M]．廈門：廈門大學出版社，2002．

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馮兆今，廣東省廣播電視技術中心五二二臺助理工程師