大功率短波發射機燈絲調壓器固態化

余敏

摘 要：本文介紹了大功率短波發射機使用油浸式感應型燈絲調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，較為詳細地描述了該系統的設計思路和工作原理，此方案為同類型設備改造提供了借鑒作用。

關鍵詞：短波發射機；燈絲；調壓

1 前言

TBH522型150kW短波發射機是我國短波發射的主力機型之一，其經濟、穩定的運行對安全播出意義重大。TBH522型150kW短波發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型燈絲調壓器，該調壓器采用電磁感應原理，通過機械方式調節電磁耦合來達到電壓調節的目的。燈絲電壓控制系統原理：控制系統設定3個斷點、一個零位開關、一個最高電壓開關和兩個高低限穩壓點，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，升到超過低限穩壓值后，燈絲電壓停止上升。此后，燈絲電壓穩定于上下穩壓點之間，即超過穩壓值上限時，控制系統輸出降壓信號，低于穩壓值下限時，控制系統輸出升壓信號。最高電壓開關的作用是在調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，燈絲電壓繼續下降，當調壓器零位信號出現時，燈絲電壓降低為零，控制系統斷開降壓信號，整個降壓過程停止。這種調壓器由于存在機械結構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射機的位置，使它與發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。由于是感應式調壓，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。由于是機械式調壓，電動機、行程開關、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 電子式調壓器原理和結構

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

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

步進控制板主要由脈沖信號發生電路、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電壓輸出）。步進控制板如圖1所示。

它的工作原理：發射機控制系統需要升電壓時，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；發射機控制系統需要降電壓時，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射機控制系統零位信號。

脈沖信號發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，在設計脈沖信號時，我們經過了實測，然后以此來調節脈沖信號發生電路輸出的脈沖周期。升降壓控制小盒接收控制系統的升降壓信號，主要由繼電器。電壓輸出部分主要輸出移相調壓電路所需要的控制電壓，主要由1024位電子電位器構成。

移相調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。移相調壓電路如圖2所示。

移相調壓電路的工作原理：根據步進控制板輸出的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A/D轉換成數字量，邏輯電路比較這個數字量以及采樣回來的輸入電源電壓決定可控硅的導通角，通過可控硅控制電路觸發可控硅。為了保持輸出電壓的穩定，還從可控硅的輸出端采集輸出電壓，反饋回邏輯控制電路，形成閉環調壓。同時為了保護可控硅，設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相銜接，設計了RS485通訊口，根據通訊協議對調壓器進行檢測控制。

移相調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，而移相調壓電路的輸出也與輸入成比例關系，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，我們進行了新舊設備主要參數比對，結果顯示，此次改造完全實現了預期目標。

在相同的外部條件下，我們測試油式感應調壓器比新電子調壓器的端子溫度，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，數據顯示，在相同負載下，電子調壓器的輸入電流小于油浸式調壓器，證明電子調壓器損耗明顯低于油式感應調壓器。

電子調壓器電路設計合理，采用了可靠的電子器件，從而確保了設備的穩定可靠運行。電子調壓器的結構決定設備基本是免維護狀態。

投入運行兩年多以來，該設備運行穩定，運行指標良好，未出現任何故障，保障了安全播出。

參考文獻

[1]胡浩文.可控硅技術[M].北京市科學技術文獻出版社，1989.

（作者單位：國家新聞出版廣電總局831臺）