射频阻流圈打火故障成因与解决方法研究

摘要：文章从分析射频阻流圈L233的原理入手，分析了阻流圈在高频工作状态下的等效电路；结合阻流圈L233在TSW2500型短波发射机上的实际应用，分析了阻流圈L233打火故障的成因，并提出了相应的解决办法。

关键词：射频阻流圈；打火故障成因；故障解决办法；等效电路；短波发射机 文献标识码：A

中图分类号：TN838 文章编号：1009-2374（2015）25-0068-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.25.034

在高末电子管的屏极供电通路中，为了防止射频频率信号串入到电源而导致的设备损坏或者发射机状态不稳定，大功率短波发射机通常会在高末屏级的供电通路末级串接一射频阻流圈，与其配合使用的有两个短路棒，分别为短路棒1和短路棒2，这两个短路棒分别由电机MS22和MS23控制合断。根据不同的载波频段，由发射机的控制系统通过控制电机MS22和MS23带动短路棒1和短路棒2来选择不同的电感量。当发射机状态在调整完毕后会将短路棒1和短路棒2所处的合断状态的数据进行保存，其所处的合断状态是唯一确定的，不允许更改。播音过程中，在倒频、新开频率、频率播音一段时间后曾经出现射频打火故障，有时甚至更换多个射频阻流圈L233，问题都无从解决，只能降低载波功率维持播音或者进行代播，这给安全播音工作带来了巨大隐患。下面从阻流圈的结构、原理入手，分析导致射频阻流圈打火故障的成因，进而提出解决方法。

1 射频阻流圈简介

射频阻流圈也叫射频扼流圈，我机房发射机中射频阻流圈的主要作用是阻止射频电路的高频成分流向电源里面引起的串扰。其实物图如图1所示。在我所维护的TSW2500型短波发射机中，为了扩展线圈的工作频段，线圈的一部分采用密绕的方式，另一部分采用的疏绕的方式。

射频阻流圈在发射机上的应用图，如图2所示。与射频阻流圈在发射机上应用有关的部分包括短路棒1、短路棒2、短路棒上的接触弹片以及起固定作用的绝缘瓷支撑。其中短路棒1的合断由电机MS22控制，短路棒2的合断由电机MS23控制。根据播音频段范围的不同来确定短路棒1与短路棒2的合断状态。在发射机调整完成时，两个短路棒的状态也就随之确定下来，在播音过程中两个短路棒所处的状态一般是不允许随便改变的。当短路棒处于合状态时，短路棒上的接触弹片就能很好地与阻流圈接触，起到短路阻流圈相应部分的作用，从而可以改变阻流圈的电感量L、分布电容量C以及内阻R。

大功率短波发射机中，电子管的高末屏级馈电通常有两种方式：分串联馈电和并联馈电。而现在绝大部分发射机都采用的是并联馈电方式。其原理图如图3所示：

在图3中，电容C250是隔直流电容，在电路中的主要作用是防止电源中的直流分量串入到高频槽路中；电感L233就是我们要讨论的射频阻流圈，其主要作用就是防止高频成分串入到高末电子管的屏级电源中。

2 射频阻流圈的等效电路

由于射频阻流圈L233是感性元件，在低频段其自身的电阻值可以忽略，但是在高频段，其自身的电阻值的大小对于电感的Q值影响很大，而且在阻流圈的圈与圈之间又存在分布电容，因此射频阻流圈的等效电路图如图4所示。其中Ln是每一圈电感的电感量，Rn是每一圈电感的内阻值，Cn是电感的圈与圈之间的分布电容，由电感线圈的等效电路可以看出，每一圈就是一个简单的并联谐振电路，其谐振频率为：

实际应用中通常电感的品质因数Q>1，在并联谐振时回路阻抗为最大值，在高频交流电流不变的情况下，由于并联谐振时阻抗的模值最大，所以并联回路端电压同时也会出现最大值。由图4还可以看出，射频阻流圈的总等效电路相当于由多个并联谐振电路串联在一起构成的，所以射频阻流圈的总的等效电路如图5所示，其也相当于一个简单的并联谐振电路，其并联谐振频率为：

式中：L是阻流圈的总的等效电感量；R是射频阻流圈的总的等效电阻值；C是射频阻流圈的总的等效分布电容。

3 射频阻流圈L233附近存在的可能频率

对于调幅波而言，其表达式为：

式中：为调幅波的调制度；为音频信号频率；为载波信号的频率。由上式可以看出，对于双边带调幅波来说，调制信号频率包括载波频率、上下边带波频率等频率成分。

在TSW2500型短波发射机中，调幅波是通过高末电子管的非线性而产生的，其频率成分较为复杂，除了上面提到的三个频率成分以外，由于器件的非线性还存在其他频率成分：载波的二、三次谐波以及载波的高次谐波；由于器件的非线性还存在载波的高次谐波成分与音频成分叠加产生的其他频率成分的杂波以及控制功率模块通断的频率成分等。

4 射频阻流圈打火故障分析

在工作过程中曾经遇到过的射频阻流圈L233出现的射频打火故障通常有以下四种情况：（1）短路棒上的接触弹片与阻流圈L233接触不良引起的射频打火；（2）阻流圈L233与绝缘瓷支撑之间的爬电引起的射频打火；（3）射频阻流圈L233与绝缘瓷支撑接触不紧密引起的打火；（4）射频阻流圈临近的圈与圈之间出现的射频打火。

在倒频操作时由于阻流圈与短路棒上的接触弹片接触不良或者由于阻流圈上积聚的灰尘太多致使短路棒上接触弹片与阻流圈接触不良引起的射频打火。当弹片与阻流圈接触不良时，必然在它们之间会产生以空气或者灰尘为介质的间隙，从而导致它们之间出现较大的电阻，当发射机加高压时，其上面会分得较大部分的电压，此高电压会引起强电场，从而导致射频打火的产生。出现此种故障时，在短路棒上的接触弹片与阻流圈L233接触不良部位有明显的打火痕迹。对于由于短路棒上的接触弹片与阻流圈接触不良引起的射频打火，通常是经过调整短路棒上的接触弹片或者调整电机MS22、MS23上的伸缩杆来消除此类故障；对于由于短路棒或者射频阻流圈上的灰尘积聚较多，导致的接触不良而引起的射频打火，可对短路棒和阻流圈进行清洁即可。

射频阻流圈与绝缘瓷支撑之间的爬电引起的射频打火，爬电的本质就是绝缘表面电压分布不均匀造成的局部放电。发生爬电时电弧的长度受污秽的面积大小、空气湿度、电压高低等因素影响。发射机播音过程中，由于射频谐波的存在致使在阻流圈的某一部分出现谐振状态，从而导致绝缘瓷支撑的绝缘表面出现电压分布不均匀的现象，引起局部放电打火现象的发生，对于由于谐波而引起的高电压出现的爬电现象，我们可以通过改变短路棒1或者短路棒2的断合状态，来消除谐振引起的高电压；绝缘瓷支撑由于灰尘积聚过多引起的爬电现象，可以通过清洁进行处理；由于绝缘瓷支撑的绝缘度下降而引起的爬电现象，可以更换绝缘瓷支撑的办法来加以解决。在实际工作中，由于绝缘瓷支撑绝缘水平下降而引起的爬电打火现象很少遇见过，经常遇到的爬电打火现象大多数是由于射频的谐波谐振时引起的。

射频阻流圈与绝缘瓷支撑接触不紧密引起的射频打火线，在工作中也是比较容易出现的。由于阻流圈L233是电感，在高频环境中工作时必然会产生磁滞损耗、电阻性损耗等。由于各种损耗的存在，会导致阻流圈L233出现过热现象。由于热胀冷缩现象的存在，阻流圈在工作一定的时间后必然会出现阻流圈与绝缘瓷支撑接触不紧密的现象，从而在它们之间产生一定的空间间隙，必然会有空气充斥在阻流圈与绝缘瓷支撑之间。在绝缘介质中，由于空气的介电常数非常小，在阻流圈表面产生微弱的电晕时很容易导致气体的电离，从而会引起阻流圈与绝缘瓷支撑之间出现打火现象。对于此类故障的处理主要是通过维护确保阻流圈与绝缘瓷支撑之间接触紧密。在工作中还遇到过射频阻流圈临近圈与圈之间的射频打火。在上面的分析中，我们已经知道在阻流圈L233存在的通路中存在多种频率成分，在射频阻流圈的圈与圈之间，其相当于一个简单的并联谐振电路，当射频谐波的频率与阻流圈的圈与圈之间的部分构成的并联谐振电路的谐振频率一致时，其圈与圈之间的电压会出现最大值，当此电压值大于其分布电容的耐压值时，就会导致圈与圈之间出现射频打火现象，对于此类故障我们可以通过改变短路棒的合断状态，进而使阻流圈的谐振频率与射频谐波的频率错开，从而消除由于谐振而引起的高电压放电打火故障。

电晕这种放电现象也会引起阻流圈L233的圈与圈之间出现的射频打火现象。由于某种原因，例如阻流圈上某一点积聚的灰尘较多或者出现损伤，致使这一点电场强度积聚变强，当电场强度超过气体的电离强度时，使气体发生电离和激励，从而引起电晕产生。由于电晕产生时会释放出光能和热能，此时这些能量还会使气体进一步电离，最终导致射频阻流圈之间出现射频打火现象。在我们的工作中通常引起阻流圈L233圈与圈之间电晕放电打火的原因有电压过高、灰尘积聚过多、阻流圈的某一点损伤三方面因素，对于电压过高引起的电晕放电，我们可以通过选择短路棒的状态来消除由于谐振引起的高电压；灰尘积聚过多，我们可以加强清洁、缩短检修周期来消除电晕；对于阻流圈某一点的损伤引起导致的场强增大而引起的电晕，我们可以通过打磨或者更换阻流圈的办法来解决电晕引起的打火问题。

5 进口阻流圈国产化存在的问题与解决方法

为了降低对进口备件备品的依赖性和减少发射机的维护成本，我们对进口备件实现了国产化，其中在TSW2500型短波发射机上用到的高末屏级射频阻流圈L233也实现了国产化，然而在实际的工作应用中就出现了问题。进口的射频阻流圈L233在发射机上运行正常，而当换上国产的射频阻流圈时，有的播音频率射频阻流圈就会出现打火放电现象，更换上其他国产的阻流圈后，阻流圈打火放电现象依然存在。可是当把进口的阻流圈换上去以后，打火放电现象就会消失，可见问题就出在国产阻流圈上。曾经有一段时间在更换射频阻流圈L233时，就放弃使用国产的阻流圈。如何解决好进口阻流圈L233在国产化应用上出现的问题，成为我们维护工作的一项课题。只有找到了进口阻流圈与国产阻流圈之间的差异性，才能解决好阻流圈L233在发射机上实际应用中出现的问题。首先我们从阻流圈的结构上找差异性，经过仔细检查测量，没有发现结构上的差异性。由于阻流圈是电感，所以就必然存在一定的电感量和内阻值，在这个思路的指导下，分别取出四个国产原件与四个进口元件作为测量样本，应用统一的测试仪器在相同的测试位置与条件下分别对其电感量和内阻值进行了测量，测量数据如表1样本数据所示：

由表1的测试数据可以看出国产阻流圈L233参数值与进口的阻流圈参数值无论从电感还是从内阻上来看都有很大差异。进口阻流圈无论电感值还是内阻值，其值相对来说还是比较稳定的。而国产阻流圈则不然，其两个数值变化范围比较大，这有可能就是导致阻流圈打火放电的原因。每一个阻流圈参数的不同，从而导致引起其射频打火的谐振频率也会有所不同，由于在射频信号中存在各种频率的，当某一高频信号的频率与阻流圈谐振频率一致时，阻流圈就会发生并联谐振，从而谐振电路阻抗变大，谐振电路两端电压升高，进而导致射频阻流圈打火放电故障的产生。

射频阻流圈的作用就是防止射频串入到电源里面去，由于射频阻流圈是电感，而我们发射机上所用的射频阻流圈的圈与圈之间由于存在一定的距离，从而导致圈与圈之间具有一定的电容性。由上面的理论分析，由于阻流圈既有电感量L、内阻R，还存在等效电容C，因此其可以等效成一个并联电路，且其必然存在一个谐振频率。当出现并联谐振时，回路阻抗为最大值，在高频电流一定的情况下，电感两端的电压也会出现最大值。经过对阻流圈进行原理性的分析，为了防止射频阻流圈出现射频打火故障，就得想办法让射频阻流圈L233的谐振频率与射频信号谐波的频率不一致。对于高频信号的高次谐波，我们无法确定到底是几次谐波引起的阻流圈L233的谐振，因此想消除高次谐波频率是比较困难的。另一种情况就是通过调整短路棒1和短路棒2所处的合断状态，来改变阻流圈的参数，从而使阻流圈L233的并联谐振频率与高频的高次谐波不一致，使射频阻流圈不再处在谐振状态，此时并联谐振阻抗不是最大值，可使阻流圈两端的电压明显降低，进而使阻流圈的圈与圈之间的电压降低，这样就可避免射频阻流圈打火现象的发生。

6 结语

本文从原理分析入手，详细分析了TSW2500型大功率短波发射机高末屏极电源阻流圈L233射频打火的产生原因，对出现的不同打火方式提出了相应的解决方法，并对阻流圈L233在国产化方面出现的问题提出了解决方案。

参考文献

[1] 冯恩信.电磁场与电磁波（第三版）[M].西安：西安交通大学出版社，2010.

[2] 严璋，朱德恒.高电压绝缘技术（第二版）[M].北京：中国电力出版社，2007.

[3] 施围，邱毓昌，张乔根.高电压工程基础[M].北京：机械工业出版社，2006.

[4] 郭宝玺.大功率新型短波发射机射放技术[M].北京：中国广播电视出版社，2003.

[5] 刘轶，严伟.射频电路设计原理[M].北京：清华大学出版社，2014.

作者简介：马军辉（1980-），男，河北石家庄人，国家新闻出版广电总局2022台工程师，研究方向：大功率中、短波发射机维护以及高频电磁场理论分析。

（责任编辑：黄银芳）