DF100A 型100kW 短波发射机电子管温度保护电路改进

刘兴举

（国家广播电视总局七二五台，山西 晋中031308）

作为我国使用量最大的发射机，DF100A 型100kW 短波发射机所用控制系统，曾进行过一次升级，此次升级使短波发射机自控能力得到了显著提升。但受当时技术制约，有关人员并未对信号取样技术进行更新，较低的取样精度成为发射机做出错误动作的主要原因，电台播出安全往往难以得到保证，由此可见，对保护电路做二次升级，赋予其较之前更为理想的稳定性，其现实意义不言而喻。

1 温度保护电路介绍

图1 原有温度保护电路

水冷系统内部嵌有继电器和保护开关，保护开关运行原理与家用电饭锅相似（如图2），图中红色金属片与蓝色金属片的热膨胀系数不同，在出现温度持续上升的情况时，热膨胀系数较大的蓝色金属片将快速膨胀，此时，紧密相贴的金属片将出现明显的形变，水温达到或超过60℃，达到最大弯曲度的金属片将与点O 相接，开关被开启，将+24V 信号传递至发射机控制开关对应继电器内部，由主控开关将高压电源切断，发射机中断运行，避免电子管被进一步损坏。这里要明确一点，机械模拟仪表的作用是对温度进行显示，而非输出相关数据。

研究表明，上述保护电路存在两个较为明显的问题：

其一，金属片开关的精度较低，极易出现误差，在标称精度为52℃至58℃的前提下对其进行测量，偶有50℃便发生动作的情况出现。

其二，金属片开关使用寿命较短，极易被损坏，如果工作人员没有及时更换损坏开关，便会导致电路失效。

图2 金属片开关运行原理

2 温度保护电路初次改造情况

曾经，国内就有专业人员对短波发射机所采用控制方式进行升级，并引入了PLC+计算机这一全新控制方式，实现自动化控制[1]。与此同时，为电子管温度提供保护的电路，也做出了相应的变动，具体情况见图3。

图3 自动化升级电路示意图

由图可知，本次改造并未使保护电路出现实质性的变化，仅选择用温度传感器对机械模拟仪表进行替代，而该传感器的作用，主要是向PLC 传送取样数据，并经由计算机屏幕对相关数据加以显示。被用来对保护电路进行控制的开关并未被替换，仍为金属片开关，这样做并不能使问题得到彻底解决。

3 温度保护电路二次改造要点

3.1 明确电路不足

即便对保护电路进行了自动化升级，仍有亟待解决的问题存在，这是因为自动化升级所采用方案是在PLC 内对控制信号进行接入，将后续的控制与处理工作交由自动化系统负责。事实证明，这样做所带来了积极影响，主要是压缩关机保护需要花费时间并使温度得到精确显示，但以下不足尚未得到弥补：

首先是延迟。由于处理工作需要依托软件判断而开展，周期循环判断往往要耗费较长时间，延时问题难以得到解决。其次是可靠性缺乏。+24V 信号往往被直接送至PLC 内部，若PLC出现故障，该控制信号将无法发挥出应有作用，单纯从可靠性还有响应级别来看，仍有较大的上升空间。最后是不具备预警功能。值机员对保护电路的需求，除了为电子管提供保护外，还包括提前发出预警，以便于工作人员能够及时对其进行维护，避免更严重问题的出现。

3.2 制定改造方案

短波发射机核心元器件为放大电子管，该元器件的作用，主要是调制高频信号并对其功率进行放大。长期处于丙类运行环境（大电流/高电压/高频率）下的高末电子管，其耗散过程往往会伴有极大热量产生，要想避免不必要问题的出现，工作人员应对以下内容引起重视：一方面，结合实际情况选择切实可行的热交换模式，确保电子管热损耗能够及时向外散发。另一方面，实时监控电子管温度及状态，确保潜在问题可尽快得到解决，避免出现温度过高导致电子管被损坏的问题。由此可见，在短波发射机内部对温度保护电路进行设置很有必要。

现阶段的工作重点是基于自动化升级电路，结合实际需求对其进行二次改造，将精度有待提升的原有金属保护开关取消，转而采用将取样信号与硬件逻辑电路相连接的方案，保证电路能够科学判断温度并发出预警。信号转换模块主要被用来对电流信号进行转换，而转换所得电压信号，通常会被送至PLC和单片机，第一路电压信号的作用是对温度进行显示，第二路信号的作用是对温变速度进行判断[2]。

单片机的控制原理与硬件判断原理相同，均是先对转换电压信号进行调理，再将其分成两路，一路送至比较器输入端，对比极限基准电平，一般来说，极限基准电平应由专业人员以实际需求为依据进行设定。若取样信号电平较极限基准电平更大，则可通过比较器对高电平进行输出的方式，使温度得到实时判断。而硬件比较电路的接入，大幅缩短了响应判断需要等待的时间。经由或门判断温度的原因，主要是这样做可有效避免温度传感器出现故障，导致保护电路无法正常发挥作用，若入水温度≥65℃或出水温度≥60℃，保护电路便会发出保护信号，该信号通常会被直接输送至发射机控制开关对应继电器上，响应时间随之缩短。另一路将会被送至检测温变速度的模块内部，全程参与预警检测工作。而工作人员的任务，主要是基于运动速度相关理论，对温变速度进行引入，真正做到经由单片机对取样信号进行实时处理，并对温变趋势加以明确。这一过程所使用计算公式如下：

其中，t 代表自动化软件对温度单位进行采集的间隔。T1和T2代表连续采集实时温度的数值，间隔时长为t。ΔT 代表温度差。V温代表单位时间内电子管温变速度。对相关概念进行引入的原因，主要是电子管较易受外界因素影响而出现温度变化异常的情况，例如，有较高的播出频率、天气温度较高或是发射机未呈现出理想的调谐状态[3]。对温变速度进行判断，有助于工作人员掌握电子管所处状态，若电子管存在温度失控或状态失谐的情况，应及时加以解决。

测试表明，只有在两种情况下，温变速度才能超过0.2℃/s，一种是温度处于由低温向稳定状态过渡的升温阶段，这种情况在刚开机的发射机上较为常见，另一种是由于有故障存在，导致发射机电子管的管耗大幅增加，温度上升速度随之加快。出于准确区分不同状态的考虑，工作人员对保护电路发出预警所设定前提条件为：a. 发射机的出水温度≥45℃；b. 温变速度≥0.2℃/s，只有同时满足上述条件，保护电路才会发出预警信号，再由当班人员根据成因对问题加以处理，避免由于电子管持续升温，导致节目停播。另外，工作人员制定设计方案时，还应对单片机故障、信号转换单元故障加以考虑，通过加入看门狗电路的方式，确保在单片机出现故障时，可利用备份单片机对其进行替换并启动；在有程序跑飞情况出现时，单片机能够立即重启存储程序。

4 结论

对经过改造短波发射机进行一年的试运行后，工作人员发现采用上述方案进行改造的发射机，并未出现金属片失效以及电子管温过高的问题，电台被迫停播的问题因此而得到解决。由于上述方案所采用硬件电路构成相对简单，仅需投入较少成本便能获得理想成效，因此，现已在诸多地区得到推广及应用，随着停播率的降低，电台所收到社会与经济效益均得到了较大幅度的增加。