新型风冷式432kW50Ω中波假负载的设计与制作

【摘要】本文介绍了新型风冷式432kW50Ω中波假负载的设计与制作过程。设计时需根据负载的性能参数、技术要求来选用元器件，同时还要根据元器件的外形结构来考虑器件的布局和安装。重点介绍了电阻器、切换开关的技术参数、性能特点和选用方法，并对元器件的分体安装、联接要求和风机的控制原理以及假负载的调试步骤和测量方法进行了分析。

【关键词】中波假负载；元器件的选用；工作原理；结构布局

中图分类号：TN929                     文献标识码：A                     DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2023.15.016

中波假负载是中波廣播发射机检修调试必须配备的重要设备。随着技术的发展，中波发射台的设备不断更新，作为中波发射机检修调试必须使用的大功率假负载，水冷方式逐渐被淘汰，采用更加节能的风冷式大功率中波假负载是必然选择。中波发射机功放末级经槽路输出的射频功率电能输送到假负载，经柜内电阻体吸收转变为热能，在风机的强大风力下，电阻散发的热量被吹散出去。

水冷式假负载对水资源浪费大，即使采用循环水冷却控制，冷却管道的建设复杂，占用空间大、资金投入多、维护成本高，由于假负载使用频率不高，发生故障后检修难度大。风冷式假负载采用风机强制冷却，设计简单可靠、节能环保，大大降低了设备的制造成本和使用维护成本。新型风冷式大功率中波假负载的经济实用性强，具有较好的经济效益和社会效益，有很好的推广应用前景。目前，已经逐步替代传统的水冷式假负载。

1. 性能参数

大功率风冷式中波假负载应选用大功率无感电阻，采用串并联方式进行组合形成50Ω电阻，使之与馈线、发射机输出阻抗匹配。由于使用的电阻数量比较多，安装密度大，工作时发热量大，为确保假负载使用的安全稳定性、智能化，所以还需安装智能温控器，由智能温控开关自动控制风机工作，确保高效散热。下面介绍432kW50Ω大功率中波假负载的性能参数和技术要求。

⑴设计功率为432kW，工作频率为中波波段，频率526.5kHz～1606.5kHz，适用于中波广播发射机输出功率为200kW。机箱内部加装铝板屏蔽，电阻器之间连线尽量短、牢固；电阻器安装的位置要与机箱箱体保持合理距离，有利于电阻器的散热。

⑵电阻体由大功率无感电阻器组成，输出阻抗为50Ω（不平衡），减小干扰；对地并接合适的适配电容器，保证在中波全频段的驻波比小于1.1。

⑶联接方式为硬馈方式，输入馈管采用φ106硬馈管，负载输出口采用4-1/2硬馈连接座进行联接，接地方式采用外引铜带联接。

⑷电源供电为三相四线制AC380V50Hz，操作控制电源使用AC220V50Hz。

⑸采用强制风冷却方式用16个550W高效离心风机，550W×16=8800W，功率8800W。风机采用智能温控开关控制，设有工作指标参数、手动和自动风机工作选择开关，能控制风机自动启停，降低电能消耗。功率指示采用热电耦表，功率计量使用高频功率表。

2. 工作原理

2.1 设计要求

中波假负载的功率必须大于中波发射机输出载波功率有效值的1.5倍，设计时假负载功率为中波发射机载波功率有效值1.5倍的70%左右最佳。电阻器应选用负温度系数的大功率无感电阻器，当电阻器工作一段时间后，温度会逐渐升高，负温度系数的电阻器能抵消因温度变化而产生的电阻值变化，使得假负载的阻值更加精准。因假负载工作在高频状态下，要求其等效感抗要小，安装时要保证良好的散热通风。假负载使用的电阻器较多需要电阻器串并联使用，应该采用相同阻值和相同功率的电阻器进行调配安装，保证每个电阻器热态工作时它的功率不超过电阻器的额定值，电阻器的固定和联接必须稳固可靠。

2.2 电路联接

200kW中波发射机配套用的假负载，设计时功率须大于400kW来考虑，可以将负载体做成六个负载体进行串联合成，得到432kW功率的负载体。安装的单个负载体的电阻值为8.33Ω，每支电阻器的阻值参数为1200Ω、功率500W。一个电阻体需用144支电阻器并联，并联阻值计算1200÷144=8.33Ω，六个电阻体串联后电阻值为8.33Ω×6=49.98Ω≈50Ω，与传输馈线阻抗50Ω匹配。机柜上面为高电位输出接口，机箱高度设计与发射机高度相同，便于联接发射机的输出切换开关，机柜电阻体下接3支高频电容器，对高频干扰进行滤波，电容器选用15PF/25KV/90KVA的高频电容器，根据需要可适当调整。

2.3 电阻器的选用

选用空心无感大功率电阻器，尽量减少电阻器的使用数量，有利于安装、连接、散热和减小高频干扰。因200kW发射机输出载波功率有效值的1.5倍为300kW，计算200×1.5=300kW，按最佳70%计算，300kW÷70%=429kW，大于400kW，选用单支功率为500W的空心式无感电阻器。根据箱体的尺寸和电阻器的尺寸合理布置安装，每组144个电阻形成一个电阻体，使用6组电阻体。电阻器数量计算144×6=864支，共用864支电阻和1728支电阻夹。功率计算500W×864=423kW，得到假负载功率为423kW，功率余量300kW÷423kW×100%=69%，非常合理。假负载需通过硬馈与中波发射机连接，硬馈的阻抗为50Ω，要求假负载的阻抗为50Ω与之实现良好匹配，减小能耗。

2.4 切换开关的选取

2.4.1 ZBKG-III型中波200KW同轴开关

同轴转换开关具有在高电压、大电流、高温度的环境下保持相对稳定的电气性能的优点，应用十分广泛。ZBKG-III型同轴开关壳体材质采用防氧化处理的铝合金，簧片采用“铍青铜”带，并且采用镀银工艺，簧片接触点为圆型弧状，每个接头有30个以上接触点。电机采用永磁电机，具有低速、同步功能，电机电源为交流220伏、频率50Hz、电流0.5A。输出电控接点方式（不包括电机控制）为每个位置各有1个常开接点。同轴开关上有位置状态指示灯，切换到位后指示灯点亮。开关的转动方式有手动和电动控制两种方式，还带有遥控遥测模块，可进行PC远程控制。缺点是切换时间长，切换时间只能做到<3秒，且重量较重。由于同轴开关采用传统的机械同轴转换方式，开关是一轴带四刀，这种方式的切换虽然可以实现电动和遥控操作，但因机械结构所限，应用于主/备发射机备份切换时，即使备机采用热备份，故障倒机时都会产生短时间停播。同轴开关的优点是功率大，带有手动切换手柄，可靠性高，只需一只开关就能实现切换，相对成本低。

2.4.2 JPK-7/005型陶瓷高壓真空继电器

陶瓷高压真空继电器的优点是切换时间短，重量轻、体积小，还具有熄灭电弧快，耐击穿电压高，抗电强度高，接触电阻小的特点，广泛应用于广播电视设备。JPK-7/005型陶瓷高压真空继电器的工作峰值电压为20KV（DC或AC50Hz）；AC2.5MHz：15kv。额定承载电流为150A（DC或AC50Hz）；AC2.5MHz：70A。继电器线圈电压为DC24V，继电器线圈电阻为60Ω。动作时间（最大）为100ms，继电器释放时间（最大）为15ms。缺点是价格相对高，与同轴开关相比功率小。因陶瓷高压真空继电器电流有限，大功率假负载需多只并用，安装在屏蔽腔中间位置，200kW负载需用4只JPK-7/005作为切换开关，加上电动控制小盒就能实现自动化转换控制。陶瓷高压真空继电器多只使用会增加一定成本，继电器的引出脚螺丝联接处接触面较小，连接可靠性较同轴开关差。

选用切换开关时，具体选用ZBKG-III型同轴开关还是选用JPK-7/005型陶瓷高压真空继电器作为主/备切换开关，有一些因素需要考虑。从假负载的功率上来说，一般100kW发射机及以上选用同轴开关比较好，50kW发射机及以下可选用陶瓷高压真空继电器，选用注重考虑器件可靠性和生产维护成本。如果是对停播时间要求很高的中波发射台，备份发射机必须采用热备份方式的，为了降低发射机故障倒换产生的停播率，可考虑使用陶瓷高压真空继电器。

2.5 原理图

2.5.1 电阻组合方式

假负载共采用6组电阻体，每组电阻体用144个电阻器并联，6组电阻体串联构成50欧姆阻抗，共使用864支电阻器，每个电阻的阻值为1.2kΩ功率500W，负载最大功率为432kW。为降低高频干扰串联有三支高频滤波电容器，电阻体组合方式联接图如图1所示。

2.5.2 风机控制原理

假负载散热风机的工作状态（启动或停止）由智能温控器控制，温控器采用WK-36智能温控开关，控制方式是P2模式，温度探头安装在电阻附近，智能温控器时时检测负载电阻温度。当假负载工作时，假负载电阻器的温度缓慢上升，当负载电阻温度高于设定温度时，温控开关接通启动风机工作，给负载电阻器降温；反之，当负载电阻器温度低于设定温度时，智能温控器控制风机停止工作。

3. 结构与布局

3.1 假负载结构

新型432kW 50Ω风冷式中波假负载由864个电阻器联接成电阻负载体，大功率电阻体共有六组，采用先并联后串联形式安装在机箱中，六个电阻体之间用U形铜管进行联接，电阻体下方经高频适配电容器接到铜皮地线上。箱体上进风口安装有防尘网，机箱内后部安装有16个大功率离心风机与智能风机控制部分共同组成假负载。因200kW DAM大功率中波发射机功率合成输出硬馈口位于发射机机箱顶部，所以，设计负载的功率输入接口硬馈连接座也位于机箱顶部，这样的好处是方便假负载与中波发射机同高度连接安装，机箱输入口下面箱体内安装有天馈切换开关，省去在中波发射机顶部加装天馈切换开关。

3.2 电阻器安装

调试和检修中波发射机时，发射机不能空载，需连接假负载，假负载用作中波发射机输出功率的承载体，发射机在加调制时假负载承载功率大，负载功率对外的辐射很大，需要对电阻体进行良好的屏蔽，箱体内板应选屏蔽效果好的铝板进行屏蔽；200kW的功率通过电阻转换发热需要保证假负载的充分散热，箱体顶板是出风口，箱体后板是进风口需开孔通风，为了安全，在通风口及箱体底框部加装铝材网；因峰值电压高，电阻安装时每个电阻之间须保证有80～100mm的耐压距离。因空心无感电阻为陶瓷性材料，电阻两端有20mm宽的镀银层，电阻拆开包装后须尽快安装防止氧化，装配时在电阻两端镀银层上加装厚0.3mm紫铜箔，在安装电阻夹时必须保证良好的接触，减小接触电阻。安装用黄铜螺钉，上下层电阻体安装采用六波绝缘子，电阻体上下两层之间的引出线须从导电件的中心引出，这样，才能保证电流均衡性。

3.3 不同功率发射机电阻联接

XT系列接线板布局为：XT1～XT4，外电输入为三相四线制AC380V50HZ，XT5～XT8为机箱外部联锁接口，这两个接线板装在机柜的后方，方便台站使用。电阻联接时需要对接线进行固定，外部自动控制接口可与机房控制台计算机联网实现自动化控制。

不同功率发射机备份的发射台比较多，如有的发射台主机为200kW备机为100kW，为了节省经费，很多发射台的备机功率都比主机功率要小。新型风冷中波大功率假负载为了适应发射台主、备机的不同功率备份要求，设计432kW中波假负载时灵活应用6个单元结构，共有3个联接口，4个电阻体设有一个，5个电阻体设有一个。每个电阻体负载功率72kW，当连接4个电阻体作负载时有288kW功率，可用于100kW发射机，当使用5个电阻体作负载时有360kW功率，可用于150kW发射机，当用全部6个电阻体作负载时有432kW，可用于200kW发射机。这样设计的好处是适用于发射台备机使用200kW、150kW、100kW时降低能耗。通过主、备机电控切换装备就能实现自动化控制。

4. 功率指示與调试

4.1 功率表指示

其方法是在整机槽路输出（即负载输入端），采用电容分压或电感线圈拾取射频信号，经检波、信号处理变为直流电流，再接到功率表头（一般用200微安）即可。高频功率表数据指示是由机柜内电阻体的零电位串联的铂金式热电偶取样得到的高频功率数值。因电流的平方值与功率的非线性关系，在满调制时（100%调幅时）载波功率会显著增长，这时需将指示表的计算按2倍于载波功率计算即可。

4.2 负载调试

首先检查各元件连接是否正确，联接螺栓是否紧固。布线时ABC三相线需在保护器上进行同向缠绕两圈，再将智能保护器电流值设置为3.2A，按调试程序操作，通电观察假负载工作是否正常。用4285A型电桥进行冷态测试，负载的阻抗虚部X<3Ω。如果阻抗虚部为负值时负载呈现容性，当阻抗虚部为正值时负载呈感性，当负载阻抗呈感性，且感抗RL>3Ω时，须加板电容将感抗予以抵消，尽量使假负载呈纯电阻性，避免假负载电阻发热量增大，防止发射机的输出槽路失谐，有利于精确调式发射机和检修发射机。

432kW假负载用于200kW中波发射机，是目前国内较大功率的假负载了。所以调试时先把每个电阻体分开单调，断开之间联接的风机保险丝管，分别测量风机380Ⅴ电压是否正常，以防烧坏风机，然后六个电阻体全部调正常即可。注意调节风机保护器电流时，应调到过载指示灯由亮黄色到灭灯再稍大两小格即可。

5. 结束语

新型风冷式大功率432kW50Ω中波发射机假负载，选用大功率同轴开关，使用大功率离心风机。六组电阻体均采用了金属氧化膜无感电阻器，按精度等级选用误差小的电阻器，进行合理调配使感抗及驻波比小，假负载的安全性、可靠性、稳定性高。风机系统的智能控制加上完善的检测、保护和联锁电路，使假负载的使用寿命长，使用成本低，完全能满足200kW中波发射机的使用要求。

参考文献：

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[2]苗慧娜，冯旭栋.大功率中波发射机主备机真空切换技术研究[J].广播与电视技术，2019，46（01）：101-104.

[3]陶海峰，郑洁.新型风冷式15kW50Ω中波假负载的设计与制作[J].中国有线电视，2019（02）：168-171.

作者简介：杨富，广播电视工程师，从事中波广播无线传输与覆盖、发射台站自动化、智能化技术工作.