(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(fā)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(tài)中波發(fā)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(tài)中波發(fā)射機;異態(tài)溫升;爆裂
電容是中波發(fā)射機中最基礎、最重要的元件之一。調諧網(wǎng)絡、輸出匹配網(wǎng)絡中電容性能的穩(wěn)定與否,決定發(fā)射機運行的穩(wěn)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(yōu)良,且自身電感小,耐壓范圍寬,額定工作電流大等優(yōu)點,被普遍應用于大功率全固態(tài)中波發(fā)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(fā)射機均使用了該型號的電容。在日常的運行維護中,我們發(fā)現(xiàn)隨著播音時間的持續(xù),此型號電容會出現(xiàn)異態(tài)溫升、容量值變大、絕緣度下降甚至炸裂的現(xiàn)象,嚴重影響發(fā)射機穩(wěn)定運行。為防止相關故障重復出現(xiàn),我們詳細收集相關數(shù)據(jù),認真分析電容出現(xiàn)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。
2.1 驅動調諧網(wǎng)絡電容容量值變大,引起發(fā)射機欠驅動而保護關機
我臺使用的DX—200中波發(fā)射機在運行的過程中,曾出現(xiàn)欠驅動、射頻封鎖而保護關機。在故障排查過程中,發(fā)現(xiàn)該機驅動調諧網(wǎng)絡并聯(lián)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(shù)倍之多,進而引起驅動級劇烈失諧,發(fā)射機出現(xiàn)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(fā)現(xiàn)其絕緣度嚴重下降,與其并聯(lián)的另外三個同型號電容的絕緣度也出現(xiàn)了一定程度的下降。
2.2 輸出匹配網(wǎng)絡電容爆裂,引起發(fā)射機綜合輸出故障而保護關機
3DX—50中波發(fā)射機在運行過程中,輸出機柜內發(fā)出一聲爆炸聲,發(fā)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(wǎng)絡相位故障、網(wǎng)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(fā)現(xiàn)為輸出匹配網(wǎng)絡并聯(lián)工作的四個CDM 2400PH/12kV/22A電容中有一電容爆裂所致。
3.1 電容各項參數(shù)測量分析
在發(fā)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(fā)現(xiàn),并聯(lián)工作于同一部發(fā)射機同一部位型號相同的電容溫度不盡相同,如一3DX—50發(fā)射機輸出網(wǎng)絡三次諧波電路并聯(lián)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(fā)現(xiàn)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(lián)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(tài),發(fā)現(xiàn)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(tài)溫升原因分析
通過測量對比,得出電容異態(tài)溫升與電容失效關系密切,為找出電容異態(tài)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(huán)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(huán)氧樹脂中制成。電容封裝用的環(huán)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(huán)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(jù)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(huán)。
3.3 電容爆裂原因分析
現(xiàn)代全固態(tài)中波發(fā)射機,特別是3DX—50發(fā)射機,都設有完善的監(jiān)測保護電路,以確保發(fā)射機各部位出現(xiàn)異常時及時封鎖保護。其輸出網(wǎng)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(tài)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(wǎng)絡電容容量發(fā)生變化達一定程度時,應會引起駐波比過大,使發(fā)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(xiàn)電容爆裂,發(fā)射機故障關機,但現(xiàn)實卻并非如此。為探尋電容爆裂原因,對并聯(lián)工作于3DX—50發(fā)射機輸出匹配網(wǎng)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(fā)射機輸出網(wǎng)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(wǎng)絡,三次諧波濾除網(wǎng)絡等,其原理圖如圖2所示。爆裂的電容為并聯(lián)工作于電容組C5A中的一個。發(fā)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(fā)射機工作頻率為648kHz。四個電容并聯(lián)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(fā)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(lián)電容組而言,容量變化并不大,不會造成匹配網(wǎng)絡參數(shù)發(fā)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(fā)熱量持續(xù)增大,進而陷入前面分析所述的惡性循環(huán),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(tài)下,發(fā)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。
通過收集的數(shù)據(jù)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(fā)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(fā)現(xiàn)異常溫升及時排查,區(qū)分端點接觸不良或電容自身原因所致。根據(jù)發(fā)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(fā)射機不同部位發(fā)現(xiàn)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(fā)生因此類電容失效而導致發(fā)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(fā)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(fā)射機散熱條件情況,確保連接牢固,發(fā)射機工作環(huán)境溫度適宜及機內風道暢通,熱量及時排出。
為避免發(fā)射機中的銀膜云母電容發(fā)生異態(tài)溫升而導致失效甚至爆裂,確保設備穩(wěn)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(fā)射機輸出網(wǎng)絡原理圖
作部位散熱效果,改善電容工作環(huán)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(fā)射機輸出匹配網(wǎng)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(shù)字式調幅中波發(fā)射機[M].廈門:廈門大學出版社,2002.
TN82
:A
馮兆今,廣東省廣播電視技術中心五二二臺助理工程師