鐘明

摘要：該文介紹了大功率短波發(fā)射機(jī)燈絲調(diào)壓器控制方式及原理，闡述了五0一臺研制的大功率短波發(fā)射機(jī)通用控制系統(tǒng)，關(guān)于燈絲控制部分采用的控制方式，解析了設(shè)計(jì)思路、和技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：可控硅調(diào)壓器；機(jī)械調(diào)壓器；分段控制；燈絲控制；燈絲冷卻

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）15-0183-02

大功率短波發(fā)射機(jī)工作在3.9M-26.1M的頻率范圍內(nèi)，由于其工作頻率范圍寬，目前功率放大均采用了大功率電子管來實(shí)現(xiàn)，而大功率電子管屬于貴重器材，售價(jià)高昂，在使用中應(yīng)保證其運(yùn)行安全可靠，燈絲控制環(huán)節(jié)就是其中非常重要的一環(huán)。電子管因其冷態(tài)燈絲電阻遠(yuǎn)低于熱態(tài)燈絲電阻，而其從冷態(tài)轉(zhuǎn)變成熱態(tài)需要一定的時間，所以在升降燈絲過程中，需要根據(jù)電子管的特性逐漸將燈絲電壓從0V逐步升到正常工作狀態(tài)，同時電子管燈絲電流非常大，根據(jù)不同機(jī)型，前級管一般在100A以內(nèi)，末級管一般在1000A以內(nèi)，在如此高的電流下電子管的燈絲就顯得相當(dāng)脆弱，如何保證電子管的使用壽命及燈絲運(yùn)行的穩(wěn)定是控制的關(guān)鍵所在。

1 燈絲調(diào)壓控制方式分類

大功率短波發(fā)射機(jī)的燈絲控制主要是針對高周前級管和高周末級管的燈絲控制，尤其是高周末級管，由于其大功率高電流，是燈絲控制系統(tǒng)的核心控制對象。在不同的機(jī)型中，由于使用的電子管不一樣，采用的燈絲控制方式也會有些差異，常用的燈絲控制方式有三種：可控硅調(diào)壓器控制方式、機(jī)械調(diào)壓器方式和分段控制方式等，這三種結(jié)構(gòu)的控制方式各有特點(diǎn)，應(yīng)用上對應(yīng)不同的機(jī)器，其中分段式控制方式多應(yīng)用于小功率發(fā)射機(jī)，而可控硅調(diào)壓控制方式及機(jī)械調(diào)壓控制方式多用于大功率發(fā)射機(jī)上。

五0一臺研制的通用控制系統(tǒng)在燈絲調(diào)壓控制方式上針對可控硅調(diào)壓器方式、機(jī)械調(diào)壓器方式和分段控制方式都有設(shè)計(jì)，針對不同的機(jī)器設(shè)備可以選用不同的控制方式，系統(tǒng)針對這三種控制方式均按模塊化的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，在使用過程中，通過燈絲邏輯控制選擇三種控制方式其中的一種；同時還設(shè)置了供電故障快速恢復(fù)燈絲的方案，現(xiàn)將這3種控制方式分別進(jìn)行說明。

1.1 可控硅調(diào)壓器控制方式

可控硅調(diào)壓器通過控制移相角達(dá)到改變電壓的目的，一般來說，可控硅調(diào)壓只能做降壓調(diào)整，即輸入電壓即是調(diào)壓器輸出的最高電壓?？煽毓枵{(diào)壓器工作時在電壓（或電流）過零點(diǎn)導(dǎo)通，也截止于電壓（或電流）過零點(diǎn)，輸出的波形在全通狀態(tài)時是完整的正弦波，調(diào)壓狀態(tài)時就是不同幅度的波峰，在可控硅調(diào)壓器還在開通率低時，對電源系統(tǒng)有不同程度的雜波污染，但短波發(fā)射機(jī)在處于全燈絲狀態(tài)下時，可控硅開通率在80%以上，對電源基本沒有影響?？煽毓枵{(diào)壓器型號較多，控制方式也較多，但所有可控硅調(diào)壓器均具備0-20mA的電流型控制方式，燈絲控制系統(tǒng)采用通過燈絲控制板送出0-4095的數(shù)字控制信號，送到D/A轉(zhuǎn)換AD5628進(jìn)行處理后送出相應(yīng)模擬量，經(jīng)過隔離耦合放大器送到功率運(yùn)算放大器進(jìn)行跟隨、放大后，輸出到可控硅調(diào)壓器進(jìn)行控制燈絲電壓升降。

1.1.1 燈絲的升降控制

燈絲升的過程是指燈絲電壓從零開始直至升到正常工作電壓，降即是升的逆過程。在正?？刂粕禑艚z時，根據(jù)電子管的特性，需要穩(wěn)步提升升降速度，一般從零升至正常燈絲全程需要15分鐘左右，這樣做的主要原因是燈絲冷狀態(tài)時阻抗低，為了保證冷態(tài)燈絲電流不能過大，必須控制燈絲電壓大小，防止燈絲過電流而產(chǎn)生形變造成電子管碰極損壞。一般燈絲升分為黑燈絲狀態(tài)、燈絲一擋、燈絲二檔、半燈絲、全燈絲狀態(tài)、燈絲預(yù)熱等幾個階段?？煽毓枵{(diào)壓器在零位燈絲時，處于關(guān)斷狀態(tài)，不輸出電壓，在燈絲電壓在從零位到黑燈絲位置時，開始導(dǎo)通輸出燈絲電壓，開始升降步驟是每秒10個字，在黑燈絲位置進(jìn)行預(yù)熱延遲，大概需要5分鐘左右，不同的電子管可以設(shè)置不同時間。延遲完成后，由黑燈絲位置到全燈絲位置，升降步驟是每秒50個字，燈絲電壓到達(dá)5V后，燈絲基本處于熱燈絲狀態(tài)，此時可以提高燈絲的升降速度直至全燈絲。由于電子管燈絲的冷熱狀態(tài)差別很大，為了保持電子管工作恒定，發(fā)射機(jī)在不使用過程中，可以讓其長期處于黑燈絲狀態(tài)，保持燈絲熱態(tài)，這樣有利于延長電子管使用壽命，在需要播音時升到全燈絲狀態(tài)，提高黑燈絲到全燈絲的升降速度，使得發(fā)射機(jī)能及時進(jìn)入播音狀態(tài)。

1.1.2 運(yùn)行過程中意外處理

在設(shè)備運(yùn)行中，經(jīng)常會出現(xiàn)由于電網(wǎng)不穩(wěn)定而造成的電力短時中斷現(xiàn)象，俗稱的外電閃或者短時停電，這時對于燈絲控制來說，會因?yàn)橥怆婇W動而從全燈絲掉至初始狀態(tài)，系統(tǒng)恢復(fù)需要重新控制一次升降過程，這時控制系統(tǒng)會立即輸出燈絲零位控制電壓，保證燈絲電壓在零位，并立即合上相應(yīng)冷卻系統(tǒng)，保證燈絲處于冷卻狀態(tài)，若當(dāng)前處于黑燈絲狀態(tài)，在電力恢復(fù)后，系統(tǒng)按照正常控制方式，恢復(fù)到黑燈絲，若當(dāng)前處于播音狀態(tài)，則判斷失電時間是否超過5秒，失電時間在5秒以內(nèi)，則在電力恢復(fù)后，系統(tǒng)改變燈絲控制步驟，在12秒內(nèi)快速恢復(fù)到全燈絲狀態(tài)，在15秒內(nèi)恢復(fù)播音，以減少停播時間；若超過5秒，在1分鐘以內(nèi)，則在1分鐘以內(nèi)將燈絲電壓恢復(fù)到全燈絲狀態(tài)；若超過1分鐘，在5分鐘以內(nèi)，則取消燈絲預(yù)熱過程，按照正常控制步驟將燈絲恢復(fù)到正常位置，恢復(fù)時長大概要4分鐘；若超過12分鐘，則按照正常方式恢復(fù)控制，恢復(fù)時長需根據(jù)燈絲預(yù)熱延遲時間決定（可手動取消預(yù)熱延遲）。以上恢復(fù)時間也是可以根據(jù)不同的發(fā)射機(jī)進(jìn)行調(diào)整的。

1.2 機(jī)械式調(diào)壓器控制方式

機(jī)械調(diào)壓器控制方式是通過控制電機(jī)驅(qū)動燈絲調(diào)壓器，改變二次線圈匝數(shù)的多少來達(dá)到改變輸出電壓的目的，因此波形上沒有畸變，但相應(yīng)速度慢，體積龐大，存在機(jī)械磨損等問題；在控制燈絲電壓升降過程中，系統(tǒng)通過燈絲控制板輸出控制2個燈絲升/降繼電器，控制調(diào)壓器電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向，完成燈絲電壓的升/降控制。

1.2.1 燈絲升降壓控制

在正?？刂七^程中，系統(tǒng)進(jìn)行開機(jī)后，若燈絲調(diào)壓器位置不在零位，則系統(tǒng)自動發(fā)出降燈絲控制，當(dāng)燈絲調(diào)壓器位置到達(dá)零位后，合上燈絲調(diào)壓器電磁閘供電，此時才能逐步將燈絲升到預(yù)定位置。升降壓的流程與可控硅調(diào)壓器控制方式是一致的，這里就不再贅述。

1.2.2運(yùn)行過程中意外處理

在設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)外電停電時，系統(tǒng)將會先切斷燈絲供電電磁閘，控制調(diào)壓器倒動到零位后方可重新進(jìn)行燈絲升的操作，若出現(xiàn)外電閃或短時間斷電，這時燈絲基本屬于熱燈絲，但機(jī)械型調(diào)壓器升/降的速度不能像可控硅調(diào)壓器一樣，可以改變升/降速度，在電力恢復(fù)后，燈絲由全燈絲位置降到零位后，再次升到全燈絲位置，大約需要3分鐘左右，這樣會延長了停播時間，為此系統(tǒng)針對機(jī)械調(diào)壓器專門設(shè)置快速恢復(fù)功能，在電力系統(tǒng)恢復(fù)后，首先立即恢復(fù)相應(yīng)冷卻系統(tǒng)，電力系統(tǒng)在出現(xiàn)5秒以內(nèi)停電故障時，燈絲調(diào)壓器保持原位置，在電力恢復(fù)后，直接恢復(fù)到全燈絲狀態(tài)，以減少停播時間；若電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障超過5秒，則要重新執(zhí)行升燈絲操作，控制過程中系統(tǒng)自動取消燈絲預(yù)熱過程，在5分鐘以內(nèi)，則在燈絲完成正常控制后，進(jìn)行短暫預(yù)熱后恢復(fù)播音；若超過5分鐘，則按照正常方式恢復(fù)控制。以上流程可以根據(jù)不同的機(jī)器及控制方式進(jìn)行設(shè)定。

1.3 分段控制方式

分段控制主要是針對功率較小的電子管，通過控制2段接觸器， 完成燈絲的控制，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，不需要設(shè)置專門的燈絲調(diào)壓器，目前使用最多的100KW短波發(fā)射機(jī)就采用這種方式，這種方式對發(fā)射機(jī)電子管燈絲多少會有些沖擊，特別是在升燈絲過程中，在合上一段時，燈絲電流瞬間從零到50A左右，在合上二段時，燈絲電流瞬間從50A到400A左右，燈絲一段和二段是通過電阻來限流。

1.3.1 升降燈絲控制

系統(tǒng)在正?？刂茣r，通過燈絲控制板輸出控制2個繼電器，完成燈絲一段和燈絲二段的控制，系統(tǒng)開機(jī)后，合上燈絲一段，在一段燈絲電流電壓正常后延遲系統(tǒng)設(shè)置時間后，發(fā)出燈絲二段合控制指令，當(dāng)燈絲二段合上后，斷開燈絲二段的控制，進(jìn)入燈絲預(yù)熱階段，預(yù)熱完成后，可開始播音。

1.3.2 運(yùn)行過程中意外處理

在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)發(fā)出斷開燈絲控制，在電力系統(tǒng)恢復(fù)后，首先立即恢復(fù)相應(yīng)冷卻系統(tǒng)，若電力系統(tǒng)在出現(xiàn)5秒以內(nèi)停電故障時，系統(tǒng)按照正常方式完成燈絲一段、二段控制，燈絲到達(dá)二段后，自動取消預(yù)熱延遲，開始進(jìn)入播音狀態(tài)；若電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障超過5秒，在5分鐘以內(nèi)，則在燈絲完成正?？刂坪?，進(jìn)行短暫預(yù)熱后恢復(fù)播音；若超過5分鐘，則按照正常方式恢復(fù)控制。以上流程可以根據(jù)不同的機(jī)器及控制方式進(jìn)行設(shè)定。

2 黑燈絲狀態(tài)的設(shè)置

為了提高電子管壽命，燈絲工作狀態(tài)盡量應(yīng)保持在熱狀態(tài)，而從省電的角度考慮，在發(fā)射機(jī)不工作的時候，可以使燈絲電壓降低到一定的數(shù)值，既保持了燈絲的熱狀態(tài)，又可以大幅減少用電量，同時減少發(fā)射機(jī)冷卻系統(tǒng)的消耗。具備黑燈絲控制的發(fā)射機(jī)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出黑燈絲指令后，系統(tǒng)開始降燈絲控制，當(dāng)燈絲到達(dá)黑燈絲位置后，進(jìn)行冷卻延遲（系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置高限是120分鐘），當(dāng)延遲完成后，關(guān)閉全燈絲冷卻系統(tǒng)，進(jìn)入黑燈絲冷卻狀態(tài)。

3 燈絲控制過程中的狀態(tài)監(jiān)測

燈絲控制過程中的狀態(tài)監(jiān)測主要是針對燈絲調(diào)壓器故障、燈絲控制信號故障、燈絲供電故障等原因?qū)е聼艚z升/降過程中無正確響應(yīng)，發(fā)出相應(yīng)的告警信息。

1）在發(fā)出開機(jī)指令后，若燈絲控制邏輯不滿足，則立即發(fā)出告警，提示處理故障點(diǎn)，若燈絲控制邏輯滿足，則系統(tǒng)開始進(jìn)入升燈絲控制階段。

2）在升燈絲控制過程中，系統(tǒng)會監(jiān)控?zé)艚z電壓，當(dāng)燈絲電壓低于設(shè)定值時，說明可能有缺相或燈絲調(diào)壓器故障等現(xiàn)象，發(fā)出燈絲調(diào)壓器輸出電壓過低告警，并發(fā)出燈絲暫停指令；若有燈絲電壓，無燈絲電流，則發(fā)出燈絲電路斷路故障告警。

3）燈絲電流檢測

因燈絲電流過大，所以系統(tǒng)采用燈絲電流互感器，為避免走線過長，導(dǎo)致信號受到干擾等因素，系統(tǒng)采用4-20mA的電流型判斷方式，在系統(tǒng)加電啟動燈絲升壓過程后，若燈絲電流檢測低于4mA，則立即發(fā)出燈絲電流檢測故障告警。

4 結(jié)束語

燈絲控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須在保證電子管安全可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)上來設(shè)計(jì)，電子管是大功率短波發(fā)射機(jī)上非常昂貴的大型器件，完善的燈絲控制方式將極大提高電子管的使用壽命，在保護(hù)電子管使用壽命的基礎(chǔ)上，如何縮短故障情況下快速恢復(fù)播音是控制的關(guān)鍵；同時針對燈絲設(shè)置大量告警手段，使系統(tǒng)故障在出現(xiàn)故障時，能準(zhǔn)確提供故障點(diǎn)信息。

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