银膜云母电容在中波发射机中的使用与维护

2014-03-27

中国新技术新产品 2014年18期

关键词：云母耐压中波

（广东省广播电视技术中心五二二台，广东广州 510800）

银膜云母电容在中波发射机中的使用与维护

冯兆今

（广东省广播电视技术中心五二二台，广东广州 510800）

本文通过分析大功率全固态中波发射机中银膜云母电容失效原因，总结出针对此类电容维护方案。

银膜云母电容；大功率全固态中波发射机；异态温升；爆裂

1 前言

电容是中波发射机中最基础、最重要的元件之一。调谐网络、输出匹配网络中电容性能的稳定与否，决定发射机运行的稳定与否，对安全播出起着至关重要的作用。由美国CDE公司生产的CDM 293银膜云母电容由于其机械性能优良，且自身电感小，耐压范围宽，额定工作电流大等优点，被普遍应用于大功率全固态中波发射机中，我台使用的由美国HARRIS公司生产的3DX—50及DX—200中波发射机均使用了该型号的电容。在日常的运行维护中，我们发现随着播音时间的持续，此型号电容会出现异态温升、容量值变大、绝缘度下降甚至炸裂的现象，严重影响发射机稳定运行。为防止相关故障重复出现，我们详细收集相关数据，认真分析电容出现问题原因，有针对性地加强对此类电容的检查维护，收到了良好的效果。

2 故障汇总

2.1 驱动调谐网络电容容量值变大，引起发射机欠驱动而保护关机

我台使用的DX—200中波发射机在运行的过程中，曾出现欠驱动、射频封锁而保护关机。在故障排查过程中，发现该机驱动调谐网络并联工作的四个CDM 12000PH/5kV/43A型号的银膜云母电容中有一电容容量值严重偏离，达到标称值数倍之多，进而引起驱动级剧烈失谐，发射机出现低驱动故障。在对该电容进行进一步测量的过程中，我们还发现其绝缘度严重下降，与其并联的另外三个同型号电容的绝缘度也出现了一定程度的下降。

2.2 输出匹配网络电容爆裂，引起发射机综合输出故障而保护关机

3DX—50中波发射机在运行过程中，输出机柜内发出一声爆炸声，发射机故障关机，同时伴随浓烈的焦味传出，故障记录显示为：驻波比故障、网络相位故障、网络零位故障、过流故障、综合输出故障、综合电源故障。打开输出柜后机箱门，发现为输出匹配网络并联工作的四个CDM 2400PH/12kV/22A电容中有一电容爆裂所致。

3 电容失效原因分析

3.1 电容各项参数测量分析

在发射机完成一天播出任务关机后，马上打开电容所在机箱柜门，用红外测温枪逐一测量记录每个电容的温度。再将此类电容全部拆下，逐一进行容量测量及直流高压试验测试其耐压值。

图1 CDM 293银膜云母电容内部结构图

通过测量分析发现，并联工作于同一部发射机同一部位型号相同的电容温度不尽相同，如一3DX—50发射机输出网络三次谐波电路并联电容组中，温度最低比室温高14℃，最高比室温高32℃。通过对比分析，我们发现此类电容的容量值和耐压值与温度存在一定关系：温度最高的电容在室温下，其容量值已比标称值变大21%，耐压值比标称值下降50%左右，其他并联的电容容量值均比标称值大，但不超过5%，耐压值则未见下降。用电吹风将电容均匀加热至刚关机时所测温度状态，发现其容量值较常温时大，耐压值较常温时下降。说明此类电容的容量值会随温度升高而变大，耐压值随温度升高而下降，并且在一定程度上是一不可逆过程。

3.2 电容异态温升原因分析

通过测量对比，得出电容异态温升与电容失效关系密切，为找出电容异态温升原因，将一爆裂电容剖解，其内部结构如图1所示。

该型号电容包括环氧树脂、云母片、涂银层等三个部分，通过在云母片上喷涂银层做电极板，极板和云母一层一层叠加后，再封固在环氧树脂中制成。电容封装用的环氧树脂热导率（0.18W/mk）低于电容内部云母片热导率（0.43～4.5W/mk），在高频、大电流情况下，电容内部产生的热量不能及时通过环氧树脂层进行良好的传导和扩散，电容温度会随播音时间逐渐升高。而据前面的分析，电容温度升高会导致其耐压值下降，即漏电流会增加，漏电流增加势必又会导致电容温度进一步升高，形成恶性循环。

3.3 电容爆裂原因分析

现代全固态中波发射机，特别是3DX—50发射机，都设有完善的监测保护电路，以确保发射机各部位出现异常时及时封锁保护。其输出网络配有VSWR检测器、电弧检测器等来提供驻波比过大，拉弧等瞬态保护。前面分析得出，银膜云母电容失效过程不是瞬时的，有一不断递进的过程，若输出匹配网络电容容量发生变化达一定程度时，应会引起驻波比过大，使发射机产生驻波比故障而功率折回或保护关机，不至于突然就出现电容爆裂，发射机故障关机，但现实却并非如此。为探寻电容爆裂原因，对并联工作于3DX—50发射机输出匹配网络的四个CDM 2400PH/12kV/22A电容的工作电压和电流进行计算。

3DX—50发射机输出网络包括约3欧姆变换到50欧姆（A点输出阻抗Rout）的调谐匹配网络，三次谐波滤除网络等，其原理图如图2所示。爆裂的电容为并联工作于电容组C5A中的一个。发射机末级功放输出的合成功率到天线的传输效率η大约为95%，输出功率PT=50KW，则A点的电压为：

C5A电容组两端的电压等同于A点的电压，电容爆裂的发射机工作频率为648kHz。四个电容并联工作，则流过每一个电容的电流为：

在电容本身结构特点致使其散热效果不佳的前期下，加上工作电压高达1622.21V，通过电流高达15.85A，电容的发热状况可想而知。此类电容温度上升又会引起容量变大，在单个电容容量变大达40%以上情况时，对于整个并联电容组而言，容量变化并不大，不会造成匹配网络参数发生太大变化，电容两端电压基本不变，通过容量变大电容的电流势必增加，发热量持续增大，进而陷入前面分析所述的恶性循环，而此时电容将工作在超负荷（此型号电容的额定工作电流为22A）状态下，发热将相当严重。电容漏电流增大与电容温度升高相互促进，最终温度急剧攀升而导致电容爆裂。

4 日常维护

通过收集的数据及计算分析得出，需要针对银膜云母电容制定周期性的维护检修计划。勤于测量记录发射机刚关机时此类电容表面温度，并对每个电容建档管理，发现异常温升及时排查，区分端点接触不良或电容自身原因所致。根据发射机每日工作时间长短，及电容工作电压、电流大小制定计划，定期将此类电容拆下进行容量测量及耐压试验，对容量变化过大或耐压下降严重的电容，要及时予以更换。我们在检查过程中，曾从不同机型发射机不同部位发现并换下多个耐压值下降达到50%以上的此类电容。自从加强对银膜云母电容的维护以来，未再发生因此类电容失效而导致发射机故障的情况。

在保证电容自身性能良好的同时，还要避免其他外围因素对电容的不良影响，如端点接触不良发热或整体散热效果不佳等情况而导致电容温度上升。要勤于检查连接端子牢固性及关注发射机散热条件情况，确保连接牢固，发射机工作环境温度适宜及机内风道畅通，热量及时排出。