小型陶瓷真空电容在天调网络的应用

王志强

内蒙古自治区广播电视传输发射中心610台 内蒙古 呼和浩特市 010050

近几年，随着科学技术的不断发展，中波广播发射机生产新工艺、新技术、新材料的不断应用，中播广播发射机的工作稳定性、技术可靠性得到了极大的提高，影响安全播出的故障发生率降低，对广播发射机日常维护的工作量也有所减少，但是对于北方地区的中波发射台来说，温度的极大变化会影响天调网络的参数。

1 选择使用真空电容器的原因

中波发射机天调网络的主要作用是保证发射机与发射天线也就是铁塔之间进行良好的阻抗匹配，保证发射机满功率正常播出。每年进入冬季和春季都需要对天调网络的技术参数进行维护调整，由于北方地区冬季的气温特别低，寒冷时期比较漫长，有的地区可以达到六个月之久，气温变化比较大，天调网络的实部和虚部的参数随着气温的变化而变化，导致发射机的驻波比增大，影响发射机的正常安全播出。

中波发射机的天调网络主要是由各种不同型号的铜线圈（感性器件）和饼式或桶式电容（容性器件）等元器件组成，根据每一个发射台站的实际工作频率，利用串并联谐振工作的原理组合成为一个工作整体。610 台有50kW 和10kW 两种不同发射功率的发射机。50kW 发射机的天调网络架在生产设计时就留有足够的空间，在选择器件的时候就不用过多考虑安装尺寸的限制，所以将电容选择为耐压高、电流大、对温度变化不敏感的桶式电容。10kW 发射机的天调网络架，受安装空间的限制，只能使用饼式电容，而需要每年维护的恰恰是使用饼式电容的发射机天调网络。经过仔细研究和分析发现，导致这种情况发生的原因是饼式电容的容量值随环境温度的变化而变化，使用数字电桥对不同环境温度下常用的饼式电容的容量值进行测量，证实了这种推测。分别在-10℃、15℃、30℃三种温度的环境下进行了实验测量，例如标称为1000PF 的饼式电容，在不同的温度环境下变化范围非常大，足可以影响到发射机天调网络工作参数，进而影响到发射机的正常工作状态，其他常用的容量值的饼式电容也同样存在这样的现象。如果使用桶式电容，由于在天调网络的一些位置需要使用串联或并联的形式组成，需要空间比较大，而改造要使用旧的网络架，存在网络架空间的问题，只能否定了使用桶式电容的方案，把目光集中到了真空电容上。

2 真空电容器的结构性能及应用

真空电容器是以真空作为介质的电容器，这种电容器的电极组是采用高导无氧铜带，通过一整套高精度模具一道道引伸而形成的一组同心圆柱形电极，被密封在一个真空容器中。因此其性能稳定可靠，不容易产生飞弧、电晕等现象。

2.1 性能

真空电容器与其他介质的电容器相比，具有耐压高、体积小、损耗低、性能稳定可靠等特点，独特之处有以下几个方面：（1）额定电压大。由于真空的高绝缘强度，加之防尘污染、防潮等特性，对于一定尺寸和容量来说真空电容器具有大的额定电压值，高的可达几十万伏。（2）损耗小，额定电流大。由于电容器采用真空介质、低损耗绝缘外壳及无氧铜电极结构，在一般对流冷却情况下，即使在很高的频率下，也能通过很大的射频电流，如果采用特殊水冷却结构，射频电流可达上千安培。（3）节省空间。对于给定的电容量和额定电压值，真空电容器所占空间最小。（4）调节范围宽。最大容量和最小容量比值高达150∶1，可由几个皮法到几千皮法，成为用于宽调谐范围的理想元件。（5）对过电压有自愈能力。真空电容器能承受瞬时的过电压，而对其他电容器来说，将会造成永久性破坏。（6）高海拔工作能力强。真空密封可以使真空电容器工作在高海拔地区而不会使其特性降低。

2.2 应用

广播通讯设备：真空电容器在中波、短波、超短波发射机上，作为调谐、耦合、滤波、中和、隔直流等元件；

半导体制造设备：用于等离子体的沉积和刻蚀设备；

高频工业设备：用于高频介质加热和焊接等；

医疗器械：医疗分析仪及治疗仪等；

高能物理：高能粒子加速器等；

电力设备：用于介质损耗测试设备。

正是由于真空电容器有上述的基本特点，同时需要兼顾网络架空间小的情况，最终决定使用小型的真空电容器来改造原来的网络。经过对真空电容市场进行调研，发现了一种新型的电容器，它所有的技术指标都适合在天调网络使用，尤其是它的体积比传统的真空陶瓷电容器小得多，经过实际测量，完全可以在利用原有网络架和线圈的条件下，满足设计要求，避免产生不必要的浪费。

常用固定陶瓷电容器的技术参数如表1 所示。

表1 常用固定陶瓷电容器的技术参数

常用可变陶瓷电容器的技术参数如表2 所示。

表2 可变陶瓷电容器的技术参数

根据实际情况，使用合适的容量值的电容，将原来使用的饼式电容全部进行更换，经过一个冬季的使用，完全达到了设计要求，在气温下降到零下20 多度的时候，天调网络的各项技术参数没有一点变化，有力保障了发射机正常运行。

3 选择使用真空电容的技术指标

在选择陶瓷真空电容器的时候一定要注意以下几项主要的技术指标，否则会影响正常工作的需要：电容量、峰值试验电压、高频峰值工作电压、最大射频电流、介质损耗、直流漏电流、机械性能。

在收到生产厂家的电容器后一定要进行验收，验收工作主要从以下几个方面进行：

（1）测容量值：国家标准规定固定真空电容器：标称值±10%，可变真空电容器：最大容量=标称值±5%，最小容量≤标称值。测量时一般采用精密电容电桥，且应放在不接地档测量。可变电容器正常情况下顺时针方向转动螺杆，容量变化由大到小。

（2）测试泄漏电流：国家标准规定（特殊规定除外）额定直流电压下，泄漏电流I≤15μA，一般情况，所加直流高压不应超过峰值工作电压，且应在交流电压合格后执行。

注：直流高压测试完毕后一定要进行放电处理。

（3）机械性能验收：可变真空电容器还应该测量其转动圈数、转动力矩或拉力，以证实整体转动机构是否满足负荷要求。

注：每个产品按检验单所示各项指标检验。

（4）安装方法：紧固电容器法兰盘上螺丝时（有的电容器有英制和公制两种螺孔，其中英制孔上标有英文字母“E”），要在对角方位上均匀而缓慢旋紧，不要用力过猛或拧得过死，以防止螺孔滑牙或法兰盘变形。电极中的一端必须采用非刚性连接，以防止产生应力拉坏电容器。高压引线要求扁、宽、软、短，而且最好用镀银铜带，其目的是要保证电感影响小，电接触良好，散热效果好。

图1 是610 台使用真空陶瓷电容改造以后的实际工作现场，图中的白色器件是真空陶瓷电容器。

图1 真空陶瓷电容器

广电人应该紧跟科技发展的步伐，摒弃墨守成规，不应把目光只放在现有的技术上，而要经常了解方方面面的知识，更好的完成广播电视安全播出任务。