（廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺，廣東 廣州 510800）

銀膜云母電容在中波發(fā)射機中的使用與維護

馮兆今

（廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺，廣東 廣州 510800）

本文通過分析大功率全固態(tài)中波發(fā)射機中銀膜云母電容失效原因，總結(jié)出針對此類電容維護方案。

銀膜云母電容；大功率全固態(tài)中波發(fā)射機；異態(tài)溫升；爆裂

1 前言

電容是中波發(fā)射機中最基礎、最重要的元件之一。調(diào)諧網(wǎng)絡、輸出匹配網(wǎng)絡中電容性能的穩(wěn)定與否，決定發(fā)射機運行的穩(wěn)定與否，對安全播出起著至關(guān)重要的作用。由美國CDE公司生產(chǎn)的CDM 293銀膜云母電容由于其機械性能優(yōu)良，且自身電感小，耐壓范圍寬，額定工作電流大等優(yōu)點，被普遍應用于大功率全固態(tài)中波發(fā)射機中，我臺使用的由美國HARRIS公司生產(chǎn)的3DX—50及DX—200中波發(fā)射機均使用了該型號的電容。在日常的運行維護中，我們發(fā)現(xiàn)隨著播音時間的持續(xù)，此型號電容會出現(xiàn)異態(tài)溫升、容量值變大、絕緣度下降甚至炸裂的現(xiàn)象，嚴重影響發(fā)射機穩(wěn)定運行。為防止相關(guān)故障重復出現(xiàn)，我們詳細收集相關(guān)數(shù)據(jù)，認真分析電容出現(xiàn)問題原因，有針對性地加強對此類電容的檢查維護，收到了良好的效果。

2 故障匯總

2.1 驅(qū)動調(diào)諧網(wǎng)絡電容容量值變大，引起發(fā)射機欠驅(qū)動而保護關(guān)機

我臺使用的DX—200中波發(fā)射機在運行的過程中，曾出現(xiàn)欠驅(qū)動、射頻封鎖而保護關(guān)機。在故障排查過程中，發(fā)現(xiàn)該機驅(qū)動調(diào)諧網(wǎng)絡并聯(lián)工作的四個CDM 12000PH/5kV/43A型號的銀膜云母電容中有一電容容量值嚴重偏離，達到標稱值數(shù)倍之多，進而引起驅(qū)動級劇烈失諧，發(fā)射機出現(xiàn)低驅(qū)動故障。在對該電容進行進一步測量的過程中，我們還發(fā)現(xiàn)其絕緣度嚴重下降，與其并聯(lián)的另外三個同型號電容的絕緣度也出現(xiàn)了一定程度的下降。

2.2 輸出匹配網(wǎng)絡電容爆裂，引起發(fā)射機綜合輸出故障而保護關(guān)機

3DX—50中波發(fā)射機在運行過程中，輸出機柜內(nèi)發(fā)出一聲爆炸聲，發(fā)射機故障關(guān)機，同時伴隨濃烈的焦味傳出，故障記錄顯示為：駐波比故障、網(wǎng)絡相位故障、網(wǎng)絡零位故障、過流故障、綜合輸出故障、綜合電源故障。打開輸出柜后機箱門，發(fā)現(xiàn)為輸出匹配網(wǎng)絡并聯(lián)工作的四個CDM 2400PH/12kV/22A電容中有一電容爆裂所致。

3 電容失效原因分析

3.1 電容各項參數(shù)測量分析

在發(fā)射機完成一天播出任務關(guān)機后，馬上打開電容所在機箱柜門，用紅外測溫槍逐一測量記錄每個電容的溫度。再將此類電容全部拆下，逐一進行容量測量及直流高壓試驗測試其耐壓值。

圖1 CDM 293銀膜云母電容內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

通過測量分析發(fā)現(xiàn)，并聯(lián)工作于同一部發(fā)射機同一部位型號相同的電容溫度不盡相同，如一3DX—50發(fā)射機輸出網(wǎng)絡三次諧波電路并聯(lián)電容組中，溫度最低比室溫高14℃，最高比室溫高32℃。通過對比分析，我們發(fā)現(xiàn)此類電容的容量值和耐壓值與溫度存在一定關(guān)系：溫度最高的電容在室溫下，其容量值已比標稱值變大21%，耐壓值比標稱值下降50%左右，其他并聯(lián)的電容容量值均比標稱值大，但不超過5%，耐壓值則未見下降。用電吹風將電容均勻加熱至剛關(guān)機時所測溫度狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)其容量值較常溫時大，耐壓值較常溫時下降。說明此類電容的容量值會隨溫度升高而變大，耐壓值隨溫度升高而下降，并且在一定程度上是一不可逆過程。

3.2 電容異態(tài)溫升原因分析

通過測量對比，得出電容異態(tài)溫升與電容失效關(guān)系密切，為找出電容異態(tài)溫升原因，將一爆裂電容剖解，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該型號電容包括環(huán)氧樹脂、云母片、涂銀層等三個部分，通過在云母片上噴涂銀層做電極板，極板和云母一層一層疊加后，再封固在環(huán)氧樹脂中制成。電容封裝用的環(huán)氧樹脂熱導率（0.18W/mk）低于電容內(nèi)部云母片熱導率（0.43～4.5W/mk），在高頻、大電流情況下，電容內(nèi)部產(chǎn)生的熱量不能及時通過環(huán)氧樹脂層進行良好的傳導和擴散，電容溫度會隨播音時間逐漸升高。而據(jù)前面的分析，電容溫度升高會導致其耐壓值下降，即漏電流會增加，漏電流增加勢必又會導致電容溫度進一步升高，形成惡性循環(huán)。

3.3 電容爆裂原因分析

現(xiàn)代全固態(tài)中波發(fā)射機，特別是3DX—50發(fā)射機，都設有完善的監(jiān)測保護電路，以確保發(fā)射機各部位出現(xiàn)異常時及時封鎖保護。其輸出網(wǎng)絡配有VSWR檢測器、電弧檢測器等來提供駐波比過大，拉弧等瞬態(tài)保護。前面分析得出，銀膜云母電容失效過程不是瞬時的，有一不斷遞進的過程，若輸出匹配網(wǎng)絡電容容量發(fā)生變化達一定程度時，應會引起駐波比過大，使發(fā)射機產(chǎn)生駐波比故障而功率折回或保護關(guān)機，不至于突然就出現(xiàn)電容爆裂，發(fā)射機故障關(guān)機，但現(xiàn)實卻并非如此。為探尋電容爆裂原因，對并聯(lián)工作于3DX—50發(fā)射機輸出匹配網(wǎng)絡的四個CDM 2400PH/12kV/22A電容的工作電壓和電流進行計算。

3DX—50發(fā)射機輸出網(wǎng)絡包括約3歐姆變換到50歐姆（A點輸出阻抗Rout）的調(diào)諧匹配網(wǎng)絡，三次諧波濾除網(wǎng)絡等，其原理圖如圖2所示。爆裂的電容為并聯(lián)工作于電容組C5A中的一個。發(fā)射機末級功放輸出的合成功率到天線的傳輸效率η大約為95%，輸出功率PT=50KW，則A點的電壓為：

C5A電容組兩端的電壓等同于A點的電壓，電容爆裂的發(fā)射機工作頻率為648kHz。四個電容并聯(lián)工作，則流過每一個電容的電流為：

在電容本身結(jié)構(gòu)特點致使其散熱效果不佳的前期下，加上工作電壓高達1622.21V，通過電流高達15.85A，電容的發(fā)熱狀況可想而知。此類電容溫度上升又會引起容量變大，在單個電容容量變大達40%以上情況時，對于整個并聯(lián)電容組而言，容量變化并不大，不會造成匹配網(wǎng)絡參數(shù)發(fā)生太大變化，電容兩端電壓基本不變，通過容量變大電容的電流勢必增加，發(fā)熱量持續(xù)增大，進而陷入前面分析所述的惡性循環(huán)，而此時電容將工作在超負荷（此型號電容的額定工作電流為22A）狀態(tài)下，發(fā)熱將相當嚴重。電容漏電流增大與電容溫度升高相互促進，最終溫度急劇攀升而導致電容爆裂。

4 日常維護

通過收集的數(shù)據(jù)及計算分析得出，需要針對銀膜云母電容制定周期性的維護檢修計劃。勤于測量記錄發(fā)射機剛關(guān)機時此類電容表面溫度，并對每個電容建檔管理，發(fā)現(xiàn)異常溫升及時排查，區(qū)分端點接觸不良或電容自身原因所致。根據(jù)發(fā)射機每日工作時間長短，及電容工作電壓、電流大小制定計劃，定期將此類電容拆下進行容量測量及耐壓試驗，對容量變化過大或耐壓下降嚴重的電容，要及時予以更換。我們在檢查過程中，曾從不同機型發(fā)射機不同部位發(fā)現(xiàn)并換下多個耐壓值下降達到50%以上的此類電容。自從加強對銀膜云母電容的維護以來，未再發(fā)生因此類電容失效而導致發(fā)射機故障的情況。

在保證電容自身性能良好的同時，還要避免其他外圍因素對電容的不良影響，如端點接觸不良發(fā)熱或整體散熱效果不佳等情況而導致電容溫度上升。要勤于檢查連接端子牢固性及關(guān)注發(fā)射機散熱條件情況，確保連接牢固，發(fā)射機工作環(huán)境溫度適宜及機內(nèi)風道暢通，熱量及時排出。

結(jié)語

為避免發(fā)射機中的銀膜云母電容發(fā)生異態(tài)溫升而導致失效甚至爆裂，確保設備穩(wěn)定運行，須在日常的維護檢修工作中加強對此類電容的維護。還可通過加裝導風管或風扇等形式，提升電容工

圖2 3DX—50中波發(fā)射機輸出網(wǎng)絡原理圖

作部位散熱效果，改善電容工作環(huán)境，延長電容使用壽命，降低故障概率。

[1]孫旭，楊永德．DX—200中波發(fā)射機輸出匹配網(wǎng)絡的改進[J]．有線電視技術(shù)，2014（03）：114．

[2]張呸灶,劉峰,劉傳忠,張建安,張海櫻,王亞坤．數(shù)字式調(diào)幅中波發(fā)射機[M]．廈門：廈門大學出版社，2002．

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馮兆今，廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺助理工程師