高壓大功率電磁發(fā)射機供電關(guān)鍵技術(shù)研究

趙東凱

（國家新聞出版廣電總局五六四臺，北京 102434）

0 引 言

目前，高壓大功率電磁發(fā)射機供電技術(shù)仍然存在一定的弊端。因此，對高壓大功率電磁發(fā)射機供電技術(shù)作出一系列研究與技術(shù)創(chuàng)新至關(guān)重要。針對目前開關(guān)電源技術(shù)在控制方案、控制決策等方面仍無法滿足大功率發(fā)射機供電方面的特殊要求，詳細研究開關(guān)電源技術(shù)的建模方法、模塊建設(shè)等基本特征，并總結(jié)了目前存在的主要解決方法。

1 高壓大功率電磁發(fā)射機供電關(guān)鍵技術(shù)研究背景及意義

1.1 高壓大功率電磁發(fā)射機供電關(guān)鍵技術(shù)研究背景

大功率短波發(fā)射機在我國廣播行業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)有了多年的應(yīng)用歷程。近年來，隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，該發(fā)射機的供方和電源都已經(jīng)實現(xiàn)了模塊化，且由此模擬發(fā)射機不斷向數(shù)字發(fā)射機的方向轉(zhuǎn)變。對于晶體管來說，它的使用周期性遠遠超過電子管，且反應(yīng)速度更快。大功率短波發(fā)射機經(jīng)過我國多年的研究改進，目前已經(jīng)取消了各級放大器之間的調(diào)遣匹配程序，有效提高了發(fā)射機的可靠性。而對于高壓大功率短波發(fā)射機，研究其供電技術(shù)，不僅能夠有效找出大功率短波發(fā)射機技術(shù)的改進入口，而且能促進大功率短波發(fā)射機為社會貢獻最大的力量，尤其是對廣播行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展更是至關(guān)重要。

1.2 高壓大功率電磁發(fā)射機供電關(guān)鍵技術(shù)的研究意義

隨著發(fā)射機技術(shù)的不斷改進，大功率短波發(fā)射機迎來新的發(fā)展時期。不僅使電子管不斷向晶體管發(fā)展，而且實現(xiàn)了窄帶向?qū)拵У耐懽?，其調(diào)諧技術(shù)也從原本的人工調(diào)諧變?yōu)楦冗M的自動調(diào)諧。廣播領(lǐng)域出現(xiàn)的全固態(tài)模擬信號發(fā)射機，不僅提高了廣播的傳播速度，而且其頻率更是由手動向自動化控制方向轉(zhuǎn)變，進而促使大功率短波發(fā)射機具有了一定的準確性和及時性[1]?？茖W技術(shù)的不斷發(fā)展，一定程度上促使大功率短波發(fā)射機快速發(fā)展。而這一發(fā)展變化，不僅促使廣播信息傳遞的質(zhì)量和速度極大提高，而且促使社會、科技不斷進步。未來的大功率短波發(fā)射機，在廣播行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的傳輸速度還將進一步提升，從而為廣播行業(yè)更好的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。目前，我國現(xiàn)有的大功率短波發(fā)射機的技術(shù)水平幾乎已經(jīng)接近國際水準?？傮w來說，信號質(zhì)量、頻率轉(zhuǎn)換速度有了很大進步。但是，大功率短波發(fā)射機在我國起步較晚，因此其調(diào)遣匹配、激勵器和電源仍然采用手動控制。目前，國內(nèi)應(yīng)用的該類型發(fā)射機雖然具備線路簡單、元器件更換方便等優(yōu)勢，但是由于手動匹配，故頻率的更換耗時較長，且更換過程中極易造成各種失誤[2]。但是，正是因為我國大功率短波發(fā)射機的種種不足，才促使其不斷發(fā)展技術(shù)，從而更好地促使我國大功率短波發(fā)射機在廣播行業(yè)高質(zhì)量地傳遞信號，且大大降低了更換頻率的失誤率。因此，做好大功率短波發(fā)射機的各項研究工作十分必要。

2 高壓大功率電磁發(fā)射機供電技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前，我國廣播行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)對大功率短波發(fā)射機的應(yīng)用需求越來越大。相較于國外先進的大功率短波發(fā)射機技術(shù)，國內(nèi)的技術(shù)處于相對落后的水平。在廣播行業(yè)內(nèi)，不管是在信號傳播速度方面，還是頻率更換方面，都存在嚴重的不足。因此，為了促使我國大功率短波發(fā)射機技術(shù)快速發(fā)展，進一步提高廣播行業(yè)內(nèi)的技術(shù)水平，詳細研究發(fā)射機中的一些技術(shù)是重中之重。

2.1 高壓大功率電磁發(fā)射機整流技術(shù)研究現(xiàn)狀

對于高壓大功率電磁發(fā)射機供電技術(shù)的研究來說，重點是對發(fā)射機的電性源及控制方法進行研究。其中，發(fā)射機電性源是一種具有高性能的特殊主流性電源。發(fā)射機進行在外工作時，大多數(shù)情況下采用的一般是大功率三相式交流供電。因此，對于高壓大功率電磁發(fā)射機整流技術(shù)來說，是將發(fā)射機發(fā)出的交流電變換成直流電，故稱之為整流技術(shù)。最早出現(xiàn)的整流技術(shù)是不控整流技術(shù)[3]。這種技術(shù)操作簡單，能夠很快適應(yīng)于大功率發(fā)射機的應(yīng)用。這類型發(fā)射機具備的功率較高，重量、體積也較大。但是，對于不控整流技術(shù)來說，直流電無法調(diào)節(jié)輸出。所以，這種類型的大功率發(fā)射機最常采用的是勵電磁調(diào)節(jié)技術(shù)方法。這種電磁調(diào)節(jié)方法會造成發(fā)射機轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，最終出現(xiàn)極大的電壓波動，且其控制系統(tǒng)無法保證必要的穩(wěn)定性和可靠性。

2.2 問題的提出

對于高頻開關(guān)電源技術(shù)來說，因其引入了電子技術(shù)、自動化控制技術(shù)、材料技術(shù)等，因此具備了較為完整的體系。不僅已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于航天技術(shù)、通信設(shè)備、電力設(shè)備等多個電子領(lǐng)域，而且取得了高度的經(jīng)濟效益?，F(xiàn)階段，對于高頻開關(guān)技術(shù)的研究主要集中在拓撲結(jié)構(gòu)、控制方法上。為了更好地進行高頻開關(guān)電源技術(shù)上的高壓大功率電磁發(fā)射機供電技術(shù)，滿足有效電磁發(fā)射機的需要，必須進行電源開關(guān)拓撲結(jié)構(gòu)、控制方法等全方面的研究。其中，對高壓大功率電磁發(fā)射機拓撲結(jié)構(gòu)的研究，主要包括兩方面內(nèi)容。第一，對發(fā)射機主體功率進行研究。為了不影響發(fā)射機整體運行性能，必須選擇好的拓撲結(jié)構(gòu)，而目前的拓撲結(jié)構(gòu)主要包括半橋式結(jié)構(gòu)、全橋式結(jié)構(gòu)等。不同的結(jié)構(gòu)體因其具有不同的特征，在不同場合也能找出適應(yīng)的結(jié)構(gòu)。目前，社會中已經(jīng)成功的研究成果，都可以直接用來借鑒。第二，為了節(jié)約設(shè)計成本、使設(shè)備具備較好的穩(wěn)定性，保證發(fā)射機能夠滿足實際電磁探測技術(shù)，對電路參數(shù)進行必要的設(shè)計優(yōu)化不可忽視。而對于控制方法的研究，因其是維護發(fā)射機穩(wěn)定的重要因素，所以等到發(fā)射機拓撲結(jié)構(gòu)研究成功后，必須對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、動態(tài)性等進行必要研究，以研究出實際過程中能夠有效控制發(fā)射機的方法。對于研究開關(guān)電源技術(shù)來說，從簡單到復雜、從雙閉環(huán)到自動性控制等新的控制方法也不斷大量涌現(xiàn)。

3 高壓大功率電磁發(fā)射機功率電路設(shè)計

對于高壓大功率電磁發(fā)射機來說，主體是以主功率電路為主。系統(tǒng)要保證穩(wěn)定的性能，其功率電路的設(shè)計好壞至關(guān)重要。

3.1 隔離變換器拓撲

開關(guān)變換器自研發(fā)成功以來，其具體的拓撲結(jié)構(gòu)原理研究分析是社會關(guān)注的焦點。1964年，美國一位著名學者對工頻變壓器提出了大膽的取消想法。隨后一段時間內(nèi)，開關(guān)電源從50 Hz改變到25 kHz。這種方式不僅使得直流電源的重量、大小等一定程度減小，而且有效提高了電源效率。19世紀70年代以來，伴隨著硬開關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，全世界的開關(guān)電源技術(shù)得到了很大發(fā)展，其后更是出現(xiàn)了更高層的新技術(shù)[4]。隨著開關(guān)電源技術(shù)的不斷發(fā)展，它在通訊網(wǎng)絡(luò)、家電電器、航天工程等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。其中，隔離升壓全橋變換器拓撲結(jié)構(gòu)具有升壓較快等特點，大致可以具體劃分為以下三方面內(nèi)容。第一，對于電壓的輸入輸出等，其調(diào)節(jié)范圍廣，因此適應(yīng)于電波波動較大的場合。第二，具有強大的短路保護功能。第三，變換器中具有隔離變壓器，能夠使電路出現(xiàn)電氣隔離，同時使電壓大幅度上升。

3.2 大功率電路設(shè)計

結(jié)合實際應(yīng)用中的具體要求，高壓大功率的電磁發(fā)射機功率電路設(shè)計的指標只需包括輸出電壓、輸出功率、開關(guān)頻率等內(nèi)容。高頻變壓器是變換系統(tǒng)不可缺少的重要部件，包括功率傳輸、電壓變換以及絕緣隔離等主要功能。它不僅是電源效率、輸出的電氣性能的重要保證，而且能積極影響工作可靠性。設(shè)計高壓變換器，必須滿足以下四大限制條件。第一，系統(tǒng)輸出的功率承受能力必須以變壓器具備的功率等級作為基礎(chǔ)，簡單說就是在指定的限制條件下，其變壓器必須有足夠的能力傳輸給負載過程中所需要消耗的能量。第二，變壓器要消耗的最大損耗，必須在系統(tǒng)要求的最小功率范圍內(nèi)。第三，在特定的散熱范圍內(nèi)，其變壓器最高溫度的控制必須低于各類絕緣體材料正常情況下設(shè)定的最高溫度范圍。第四，在規(guī)定使用的情況下，變壓器的大小、體積等必須在規(guī)定允許的限制范圍內(nèi)。

4 結(jié) 論

目前，高壓大功率電磁發(fā)射機供電技術(shù)在理論研究和具體實踐中仍然存在一些有待解決的問題。第一，不管國內(nèi)還是國外的電源開關(guān)研究課題，多電平開關(guān)的研究更具深層次意義，因此今后的發(fā)展研究須以軟開關(guān)、多電平開關(guān)技術(shù)作為研究重點。第二，為了獲取最大程度的功率和更強的電壓，需對多聯(lián)動性的大功率發(fā)射機技術(shù)進行研究。其中，模塊之間如何實現(xiàn)均壓管理、各模塊的備份工作的研究等還有待加強。第三，對發(fā)射技術(shù)中頻點密集的研究來說，不僅要對小數(shù)點后面的幾位達到精確頻點后發(fā)射，而且其頻率的合成技術(shù)也需要高準度的技術(shù)來支持。作為高壓大功率電磁發(fā)射機供電關(guān)機技術(shù)研究來說，只有從各方面不斷進行技術(shù)創(chuàng)新與突破，才能為我國高壓大功率電磁發(fā)射機供電技術(shù)更好的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

參考文獻：

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[4] 劉曉龍，錢 煒，孫福佳.反激式開關(guān)電源變壓器的設(shè)計研究[J].機械工程與自動化，2015，（2）：200-202.