孫 里

內(nèi)蒙古自治區(qū)廣播電視傳輸發(fā)射中心烏海廣播發(fā)射中心臺 內(nèi)蒙古 烏海市 016000

1 概 述

眾所周知，中波廣播載波的有效覆蓋范圍與其發(fā)射功率有著一定的數(shù)學(xué)增量關(guān)系，在天線、地網(wǎng)、天氣等外在因素不變的情況下，發(fā)射機(jī)功率越大其有效覆蓋范圍則更為廣泛。所以為了提高現(xiàn)有臺站中波有效覆蓋范圍或場強(qiáng)的辦法主要有以下兩點：

（1）增加單機(jī)發(fā)射功率，可得到一個相對較大的覆蓋場強(qiáng)及受眾范圍。

（2）通過雙機(jī)或多機(jī)的并機(jī)網(wǎng)絡(luò)合成模式也可實現(xiàn)增加有效覆蓋場強(qiáng)的目的。

發(fā)射機(jī)的并機(jī)模式可以是等功率并機(jī)，也可以是非等功率并機(jī)。一般情況下的并機(jī)指的是在相同頻率、等功率下的兩部或多部發(fā)射機(jī)的并機(jī)網(wǎng)絡(luò)模式。以下均以兩部等功率并機(jī)網(wǎng)絡(luò)為例來予以說明，兩部發(fā)射機(jī)并機(jī)后總的發(fā)射功率可以增加一倍。

對于全固態(tài)10kW數(shù)字發(fā)射機(jī)而言，要獲得雙倍的發(fā)射功率，必須通過增加發(fā)射機(jī)功率等級的辦法來實現(xiàn)。即實現(xiàn)20kW以上的發(fā)射功率，只能將發(fā)射機(jī)功率等級升級為25kW機(jī)型來實現(xiàn)。而一部25kW機(jī)型的發(fā)射機(jī)市場價格遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于兩部10kW發(fā)射機(jī)的價格之和，這樣就增加了臺站的經(jīng)費支出。等功率雙機(jī)并機(jī)網(wǎng)絡(luò)方案優(yōu)勢：

（1）在實現(xiàn)同等覆蓋場強(qiáng)的情況下，減小了設(shè)備及材料的投入成本。

（2）雙機(jī)并機(jī)網(wǎng)絡(luò)方案，可根據(jù)服務(wù)地區(qū)范圍、時段靈活投入發(fā)射機(jī)工作數(shù)量及實施發(fā)射功率等級，避免國家資源的無形浪費。

（3）雙機(jī)工作下的并機(jī)網(wǎng)絡(luò)模式，真正實現(xiàn)了發(fā)射機(jī)工作的“1+1”備份功能，當(dāng)一部發(fā)射機(jī)機(jī)發(fā)生故障時，另一部發(fā)射機(jī)仍能維持正常播音，僅覆蓋場強(qiáng)下降了一些，其對于發(fā)射系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定播出起到了至關(guān)重要的作用。

2 中波發(fā)射機(jī)并機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理及其技術(shù)要求

2.1 中波發(fā)射機(jī)并機(jī)網(wǎng)絡(luò)的并機(jī)條件

大家所熟知的電力系統(tǒng)并網(wǎng)條件為同頻率、同幅度、同相位、同相序。實際上發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的并機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理與電力系統(tǒng)的并網(wǎng)具有相似之處，所不同的是電力系統(tǒng)并網(wǎng)必須滿足同幅條件，而發(fā)射機(jī)并機(jī)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中則設(shè)置了平衡吸收電阻，可以實現(xiàn)非等功率并機(jī)發(fā)射?？傊獙崿F(xiàn)中波發(fā)射機(jī)并機(jī)需滿足以下條件。

（1）兩部發(fā)射機(jī)的頻率必須相同，需采用同一個激勵器產(chǎn)生載波。

（2）兩部發(fā)射機(jī)輸出電壓相位必須相同，也就是兩部發(fā)射機(jī)的輸出阻抗相同。

（3）兩部發(fā)射機(jī)的輸出電壓幅度即功率相等。

（4）兩部發(fā)射機(jī)需采用同一延遲時間的音頻信號源。

2.2 中波發(fā)射機(jī)并機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要求

現(xiàn)以等功率雙機(jī)模式并機(jī)網(wǎng)絡(luò)為例予以分析闡述，雙機(jī)并機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理圖如圖1-（a）所示：

（1）由于并機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本功能是對兩部發(fā)射機(jī)并機(jī)時起隔離作用。即當(dāng)兩部發(fā)射機(jī)同時接在并機(jī)網(wǎng)絡(luò)A、B兩端時，1#號發(fā)射機(jī)在并機(jī)網(wǎng)絡(luò)B點產(chǎn)生的電壓和2#號發(fā)射機(jī)在并機(jī)網(wǎng)絡(luò)的A點產(chǎn)生的電壓都應(yīng)等于零，對于兩部發(fā)射機(jī)AB兩點間的阻抗此刻均為無窮大，不管哪部發(fā)射機(jī)發(fā)生故障時，均不影響另一部發(fā)射機(jī)的正常工作。

（2）當(dāng)兩部發(fā)射機(jī)滿足并機(jī)條件時，則在負(fù)載阻抗R0上的功率應(yīng)等于兩部發(fā)射機(jī)功率之和。平衡吸收電阻上不消耗功率。這時，當(dāng)其中一部發(fā)射機(jī)發(fā)生故障，無功率輸出時，另一部發(fā)射機(jī)輸送到負(fù)載和平衡電阻上的功率各占1/2。

（3）雙機(jī)并機(jī)網(wǎng)絡(luò)輸入阻抗、輸出阻抗、平衡負(fù)載阻抗以及無功元件的阻抗取值如圖1-（a）所示，其中R2（R0）為發(fā)射機(jī)的負(fù)載阻抗。

2.3 雙機(jī)并機(jī)網(wǎng)絡(luò)的隔離原理理論分析與演算

在圖1-（a）中，將AB電路之間的上下支路進(jìn)行斷開，如圖1-（b）所示。將圖1-（b）中，負(fù)載阻抗R2（R0）與C3（-jR0）的并聯(lián)電路等效變換為串聯(lián)電路的形式，由串并聯(lián)互化公式可得（式2-1、式2-2）：

圖1 雙機(jī)并機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理圖及計算轉(zhuǎn)化過程圖

再將斷開上部電路A”和B”之間電容進(jìn)行合并（式2-3）：

通過以上轉(zhuǎn)換計算，得出圖1-（c）所示形式。圖1-（c）當(dāng)中ABC端口電路屬于Y型電路，為了方便電路分析計算，要將此Y型電路等效轉(zhuǎn)化為△型電路，如圖1-（d）所示。根據(jù)Y—△電路等效轉(zhuǎn)換計算（如圖2所示），其轉(zhuǎn)化公式為（式2-4、式2-5、式2-6）：

圖2 Y—△電路等效轉(zhuǎn)換

圖1 -（d）當(dāng)中的Zab就相當(dāng)于△電路當(dāng)中的Rab，所以Zab=Rab=-R0+jR0，這時再將之前斷開的上部電路A”B”與Zab連接起來，其總阻抗Z為（式2-7）：Rab//（R0-jR0）=（-R0+jR0）//（R0-jR0）即：

由此看來：圖1-（a）當(dāng)中各元器件的取值恰好可以滿足并機(jī)網(wǎng)絡(luò)的相互隔離條件，即AB兩點之間可視為近似開路，因此在這種狀態(tài)下兩部發(fā)射機(jī)相互工作時將互不影響。

2.4 并機(jī)網(wǎng)絡(luò)在中波發(fā)射臺站的實際應(yīng)用及各元器件參數(shù)、容量的選取計算方法

（1）并機(jī)網(wǎng)絡(luò)在實際應(yīng)用過程當(dāng)中需要單獨設(shè)置一套快速、完善、縝密的控制單元，通過控制大功率真空繼電器切換裝置以實現(xiàn)兩部發(fā)射機(jī)工作輸出的自由切換。這樣可以確保一部發(fā)射機(jī)出現(xiàn)故障時，在不停機(jī)的情況下，實現(xiàn)熱備份及在線檢修功能，確保中波發(fā)射系統(tǒng)的安全播出。

（2）雙機(jī)并機(jī)網(wǎng)絡(luò)在工作過程當(dāng)中，為了確保發(fā)射系統(tǒng)及并機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實時滿足并機(jī)條件還需要配置一套狀態(tài)、數(shù)據(jù)監(jiān)視系統(tǒng)，通過并機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的模擬或數(shù)字儀表可實時監(jiān)測合成輸出電流、平衡吸收電阻電流、兩機(jī)相位、兩機(jī)功率的數(shù)據(jù)情況，及時反饋控制系統(tǒng)對相應(yīng)設(shè)備做相應(yīng)閉環(huán)調(diào)整，始終使并機(jī)網(wǎng)絡(luò)工作狀態(tài)、指標(biāo)保持在最佳狀態(tài)，從而達(dá)到最大的有效覆蓋場強(qiáng)范圍。

（3）雙機(jī)并機(jī)網(wǎng)絡(luò)在日常運(yùn)行過程當(dāng)中必須確保內(nèi)部元器件參數(shù)始終保持在理論設(shè)計值，所以在并機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)當(dāng)中還需要設(shè)置一套參數(shù)自動調(diào)整功能，即當(dāng)某種元器件參數(shù)發(fā)生變化時，應(yīng)能及時做到檢測及有效調(diào)整。實際并機(jī)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的電感、電容器一般都是可調(diào)的，通過伺服電機(jī)可實現(xiàn)相應(yīng)元器件的快速、電動調(diào)整。確保平衡網(wǎng)絡(luò)始終達(dá)到并聯(lián)諧振狀態(tài)。否則，兩部發(fā)射機(jī)將互相影響，系統(tǒng)不能進(jìn)入良好的并機(jī)狀態(tài)。另外并機(jī)控制系統(tǒng)還將根據(jù)檢測到的實施并機(jī)相位情況對兩部發(fā)射機(jī)的輸出阻抗進(jìn)行控制調(diào)整，避免由于發(fā)射機(jī)輸出阻抗的差異造成兩部發(fā)射機(jī)輸出相位不一致，在平衡吸收電阻上將有功功率消耗，使總輸出功率小于兩部機(jī)器功率之和，產(chǎn)生不必要的資源浪費。

（4）并機(jī)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中各元器件的參數(shù)選取及計算方法（以下以兩并機(jī)發(fā)射機(jī)載波功率均為10kW作為計算依據(jù)）：

平衡吸收電阻的計算與選?。弘p機(jī)并機(jī)網(wǎng)絡(luò)在實際應(yīng)用過程單中有以下三種極限狀態(tài)，分別為;

a.兩發(fā)射機(jī)載波功率相同，輸出電壓的相位差為0，（即：△Φ=Φ1-Φ2=0）這時平衡吸收電阻損耗PR1=0kW；

b.兩發(fā)射機(jī)載波功率相同，輸出電壓的相位反相，（即：△Φ=Φ1-Φ2=180），這時，兩部發(fā)射機(jī)全部功率則全部損耗在平衡電阻R1（R0）上，PR1=20kW；由于并機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置有嚴(yán)密的相位監(jiān)測及保護(hù)系統(tǒng)，此種情況只存在于理論可能性；

c.一部發(fā)射機(jī)滿功率載波發(fā)射，另外一部發(fā)射機(jī)故障，輸出功率為0kW。即若P1=10kW P2=0時，平衡吸收電阻上消耗功率為PR1=1/2P1=5kW，并機(jī)網(wǎng)絡(luò)有效輸出功率為5kW。

在選取R1（R0）的功率容量取值時一般按c項的極限情況選取就可以了，即：PR1=5kW，R1=R0為發(fā)射機(jī)的負(fù)載阻抗，一般情況下為50Ω（式2-8、2-9）：

按發(fā)射機(jī)最大調(diào)制能力140%下，選用器件功率容量（式2-10、2-11）：

在選用電阻時一般都要考慮帶一定的功率冗余度，正常工作功率容量按60%選?。ㄊ?-12）：

可調(diào)臂電感L1和L2功率容量的選擇：

L1=L2=jR0由圖1-（d）及并機(jī)網(wǎng)絡(luò)的隔離原理可知，L1、L2電感只單獨消耗各自對應(yīng)的發(fā)射機(jī)無功功率（式2-13、2-14）：

考慮電感發(fā)熱情況，在實際選取時需留有充分的余量。

電容C1和C2的功率容量選擇：

因為XC1=XC2=-j*R0/2，根據(jù)并機(jī)網(wǎng)絡(luò)隔離原理VAB=V1（或V2），以及C項條件的功率消耗為發(fā)射機(jī)載波功率1/2的實際情況，當(dāng)發(fā)射機(jī)調(diào)制度M=140%時（式2-15、2-16）：

C1，C2上的耐壓為：

考慮到安全因素，電容工作電壓同樣按極限情況下的60%選擇為宜（式2-17、2-18）。

電容C3的功率容量選擇：

因為XC3=-jR0，當(dāng)發(fā)射機(jī)調(diào)制度M=140%時（式2-19、2-20、2-21）：

考慮元器件安全因素，電容正常工作電壓在極限值60%為宜（式2-22、2-23）：

3 總 結(jié)

近年來，雙機(jī)或多機(jī)并機(jī)網(wǎng)絡(luò)在中波廣播發(fā)射臺站的應(yīng)用逐漸增多，尤其是在考慮“1+1”備份因素的情況下，更是凸顯了其獨特的技術(shù)優(yōu)勢，當(dāng)其中一臺發(fā)射機(jī)發(fā)生故障時，可以在確保不停播的情況下，故障發(fā)射機(jī)可以自動切換到假負(fù)載，便于及時進(jìn)行在線維修，因而，并機(jī)網(wǎng)絡(luò)在中波臺站具有很高的實用價值。