1000kW超大功率中波假负载|用在测试功率的假负载

时间：2019-02-04 05:38:43 来源：千叶帆本文已影响人

　　摘要：本文对超大功率1000kw 50Ω中波假负载的构成、水冷系统工作原理及主要器件的选择、控制与显示的基本要求、技术指标、显控系统的原理作了简单介绍。　　关键词：中波假负载；水冷；控制
　　
　　1 概述
　　假负载是用作吸收耗散射频能量，且不辐射或辐射很小的装置。在整机调试时，它可以替代发射天线，作为发射机的负荷，用作校验测试发射机的失真度、噪音电平、频响、输出功率等有关技术指标。
　　2 假负载的构成
　　假负载要有良好的把高频电能转变成热能的消耗能力，必须具备：（1）有匹配的电阻器组成电阻体；（2）实现把电能转变成热能并消耗掉；（3）为了测量功率等有关数据，要有自动监测显示装置；（4）为安全使用，要具备采样处理及保护装置。
　　单纯一个电阻器在高频时不可能是一个纯组，同时还存在着分布的电容、电感。为了方便调试测量，负载阻抗希望能是一个纯组，它的驻波比越接近1越好，这才能实现匹配。驻波比是衡量阻抗匹配程度的一种量，驻波比越大，阻抗失配越严重。理想状态下，当驻波比为1时，就是负载阻值正好匹配，输出到负载的高频电能量全部被吸收。
　　发射机不只在一个点频上工作，而是在一个频段带宽范围内工作，而负载要能在每个频点上都能工作，这就需要在一个很宽的频段内都匹配。
　　为了使一个带有电抗分量的电阻成为匹配电阻器，一般是在电阻上加匹配套来实现。作用有两点：一是实现电阻器的匹配，二是电屏蔽，以便实现很理想的驻波比。
　　高频电能转换成热能后，必须通过介质传递出去，热交换的作用就是把热能带走，这部分包括了有热交换器、水泵、水箱及管路系统等。
　　3 单元水冷系统工作原理
　　冷却系统包含有热交换、进出水管路、一次水各单元有自备水箱，电磁阀控制水量，二次水由一台水泵统一提供水源，3个电阻体单元三条出入管路并接。如下图示：
　　当高频功率输入负载时，能量几乎全部被转化成热能，一次冷却蒸馏水由于电阻体的发热而变成蒸汽.水蒸气通过水汽分离器，一部份冷凝的水回到电阻体内，大部分蒸汽进入冷凝器中被二次水冷却后变成低温水回到电阻体内，二次水冷却冷凝器吸收热能后便排出，依次循环可达到动态热平衡状态.期间有补水电磁阀，可根据电阻体内水位高低自动补水，水温的读取也可在进出水管路直接加水银温度计.功率可根据总的二次水输入输出温度及总流量的传感器将信号送到PLC控制单元进行计算之后，输出各种量的信号显示到LCD屏上，按照控制面板上的切换按钮的特性可任意查看对应的信息，并可控制整机.
　　4 水冷系统的选择
　　其设计依据就是负载的最大额定损耗功率，由功率的大小选用水泵、热交换器、管路系统的大小.功率和水流量的关系为P=1.16Q△t，其中P功率（KW）、Q流量（T/h）、△t温差（℃ ）=t出 ― t入。当温差确定后，流量也相应定。例如：若功率为600 KW，温差确定为14℃。流量就是：Q＝P/1.16△t=600/1.16×14=36.9 T/h。
　　温差由电阻器本身承受的温度及交换能力两个因素来确定，一般取10～15℃之间。在流量确定后，选用水泵的基本依据也就定了，水泵的工作参数主要有：流量、扬程及电机功率。有了流量，其次就是估计整个管路系统的压力损耗，一般1Kg损耗扬程加10米，还有井深，冷凝器毛细铜管（φ15×1/170根）路径的总体高度，本负载中二次水在冷凝器上下路径的高度约为6米，总体高度累计就是扬程了。在流量、扬程确定后，购买不锈钢水泵时电机的功率就自然确定了。选QS40-2型潜水泵，流量40m3/h、扬程21米，电机功率4KW。
　　这样由于电阻体的发热，一次水带来的热量通过冷凝器中许多毛细铜管传递给二次水，把热量带到机房外面去。水箱一方面做适量的贮水用，同时又是加水的，只凭电阻体整个装完后需加水的容积来定。阀门作为放水、调节流量使用，管道凭经验来选择就行。本负载的二次水进出水管道采用了Φ80的紫铜管。
　　假负载的保护装置是经过温度和压力传感器在水管路径中采样，经过PLC处理来实现。
　　5 控制与显示的基本要求
　　5.1 控制部分为了工作的可靠性，负载须配套与发射机连锁保护装置，即由流量、温度传感器及继电器组合而成。当水泵出现故障，引起二次水温过高、一次水低水位、流量低于设定值时，通过控制器作用而造成继电器断电，闭锁发射机不能工作，从而保护了负载不被烧毁。
　　在以下故障出现后，由控制器对应输出报警信号：⑴二次水出水温度≥80℃ (过温信号)。⑵二次水流量≤30T/h( 低流量控制)。⑶安装液位传感器若一次水水位偏低、过低时，给出2组报警信号。⑷控制器由电脑实时操作，对外有RS232信号接口。
　　5.2 显示部分由按钮开关切换进、出水温度、流量和功率四个状态，在一个LED显示屏上独立数字化显示每组状态量。位数如下：（1）温度（进水出水）××× ℃；（2）流量×× T/h；（3）功率××××KW。以上三个状态:温度、流量通过传感器采样送到控制器，功率依据温度及流量值由电脑进行计算后显示，传感器的精度要求：温度±0.4%、范围0～100℃；流量1～5%、范围50 T/h。
　　6 技术指标
　　有阻抗型式、阻抗值、驻波比、功率大小、冷却方式等，参数如下：
　　（1）工作频率：526.5kHZ～1606.5kHZ
　　（2）电压驻波比：≤1.1
　　（3）输入阻抗：50Ω（不平衡，三个350KW150Ω电阻体并接）。
　　（4）设计标称功率： 1000kW（调幅发射机最大输出功率是载波功率的1.5倍）。
　　（5）冷却方式：蒸发冷却―水。①一次蒸馏水绝缘电阻≥6MΩ。②二次水进水温度≤25℃（自来水、饮用水标准）。③二次水进水流量37 T/h。④注意在0℃以下时，一次蒸馏水（去离子水）应加防冻液，蒸馏水65%，乙二醇35%。
　　（6）工作方式：24小时连续运行。
　　（7）输入连接形式：配接标准9-3/16同轴法兰连接.
　　（8）功率计量：P=1.16Q△t，计量单位同前。
　　（9）采用传感器取样二次水出入水温度及流量，LED显示功率、。
　　（10）负载在单元内设置有低水位、低流量、过温保护等功能。当出现下列故障之一时：①电源电压断开时；②当一次水水位过低时；③当二次水出水温度大于80℃时；④二次水低流量时，均可通过控制器系统发出指令，闭锁接点动作，控制发射机高压，有效保护整机和负载安全。
　　（11）使用工作环境应符合相应国家标准。
　　7 虚部感抗的消除
　　用电桥对假负载作冷态或关机后热态测试，当虚部为正时呈感抗，为负时呈容抗。在虚部值>3Ω时，需经计算在负载的输入口并接（或串接）电容器（或电感线圈），组成谐振电路，予以补偿，将感抗（或容抗）予以消除，使负载基本呈纯阻性，以防槽路失谐或负载发热量过大。器件选择时应考虑电压峰峰值、电流大小、无功功率损耗等。
　　经用惠普4285A型电桥对本假负载进行实测和理论计算，虚部呈感抗，通过在本假负载的输入端对地加并338PF（用陶瓷真空可变电容器）电容量，调整输入阻抗，对高中低3个频段的实测，得驻波比VSWR≤1.1。
　　8 结束语
　　本文通过对超大功率1000kw中波假负载的概念构成、单元水冷系统工作原理，水冷系统主要器件的选择、控制与显示的基本要求、技术指标、PLC控制器的原理分别作了概述简介，供大家参考。

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