中波发射机并机网络原理浅析
时间：2023-03-10 11:50:05 来源：千叶帆 本文已影响人
孙 里
内蒙古自治区广播电视传输发射中心乌海广播发射中心台 内蒙古 乌海市 016000
众所周知，中波广播载波的有效覆盖范围与其发射功率有着一定的数学增量关系，在天线、地网、天气等外在因素不变的情况下，发射机功率越大其有效覆盖范围则更为广泛。所以为了提高现有台站中波有效覆盖范围或场强的办法主要有以下两点：
（1）增加单机发射功率，可得到一个相对较大的覆盖场强及受众范围。
（2）通过双机或多机的并机网络合成模式也可实现增加有效覆盖场强的目的。
发射机的并机模式可以是等功率并机，也可以是非等功率并机。一般情况下的并机指的是在相同频率、等功率下的两部或多部发射机的并机网络模式。以下均以两部等功率并机网络为例来予以说明，两部发射机并机后总的发射功率可以增加一倍。
对于全固态10kW数字发射机而言，要获得双倍的发射功率，必须通过增加发射机功率等级的办法来实现。即实现20kW以上的发射功率，只能将发射机功率等级升级为25kW机型来实现。而一部25kW机型的发射机市场价格远远大于两部10kW发射机的价格之和，这样就增加了台站的经费支出。等功率双机并机网络方案优势：
（1）在实现同等覆盖场强的情况下，减小了设备及材料的投入成本。
（2）双机并机网络方案，可根据服务地区范围、时段灵活投入发射机工作数量及实施发射功率等级，避免国家资源的无形浪费。
（3）双机工作下的并机网络模式，真正实现了发射机工作的“1+1”备份功能，当一部发射机机发生故障时，另一部发射机仍能维持正常播音，仅覆盖场强下降了一些，其对于发射系统的安全、稳定播出起到了至关重要的作用。
2.1 中波发射机并机网络的并机条件
大家所熟知的电力系统并网条件为同频率、同幅度、同相位、同相序。实际上发射机系统的并机网络原理与电力系统的并网具有相似之处，所不同的是电力系统并网必须满足同幅条件，而发射机并机网络当中则设置了平衡吸收电阻，可以实现非等功率并机发射。总之，要实现中波发射机并机需满足以下条件。
（1）两部发射机的频率必须相同，需采用同一个激励器产生载波。
（2）两部发射机输出电压相位必须相同，也就是两部发射机的输出阻抗相同。
（3）两部发射机的输出电压幅度即功率相等。
（4）两部发射机需采用同一延迟时间的音频信号源。
2.2 中波发射机并机网络技术要求
现以等功率双机模式并机网络为例予以分析阐述，双机并机网络原理图如图1-（a）所示：
（1）由于并机网络的基本功能是对两部发射机并机时起隔离作用。即当两部发射机同时接在并机网络A、B两端时，1#号发射机在并机网络B点产生的电压和2#号发射机在并机网络的A点产生的电压都应等于零，对于两部发射机AB两点间的阻抗此刻均为无穷大，不管哪部发射机发生故障时，均不影响另一部发射机的正常工作。
（2）当两部发射机满足并机条件时，则在负载阻抗R0上的功率应等于两部发射机功率之和。平衡吸收电阻上不消耗功率。这时，当其中一部发射机发生故障，无功率输出时，另一部发射机输送到负载和平衡电阻上的功率各占1/2。
（3）双机并机网络输入阻抗、输出阻抗、平衡负载阻抗以及无功元件的阻抗取值如图1-（a）所示，其中R2（R0）为发射机的负载阻抗。
2.3 双机并机网络的隔离原理理论分析与演算
在图1-（a）中，将AB电路之间的上下支路进行断开，如图1-（b）所示。将图1-（b）中，负载阻抗R2（R0）与C3（-jR0）的并联电路等效变换为串联电路的形式，由串并联互化公式可得（式2-1、式2-2）：
图1 双机并机网络原理图及计算转化过程图
再将断开上部电路A”和B”之间电容进行合并（式2-3）：
通过以上转换计算，得出图1-（c）所示形式。图1-（c）当中ABC端口电路属于Y型电路，为了方便电路分析计算，要将此Y型电路等效转化为△型电路，如图1-（d）所示。根据Y—△电路等效转换计算（如图2所示），其转化公式为（式2-4、式2-5、式2-6）：
图2 Y—△电路等效转换
图1 -（d）当中的Zab就相当于△电路当中的Rab，所以Zab=Rab=-R0+jR0，这时再将之前断开的上部电路A”B”与Zab连接起来，其总阻抗Z为（式2-7）：Rab//（R0-jR0）=（-R0+jR0）//（R0-jR0）即：
由此看来：图1-（a）当中各元器件的取值恰好可以满足并机网络的相互隔离条件，即AB两点之间可视为近似开路，因此在这种状态下两部发射机相互工作时将互不影响。
2.4 并机网络在中波发射台站的实际应用及各元器件参数、容量的选取计算方法
（1）并机网络在实际应用过程当中需要单独设置一套快速、完善、缜密的控制单元，通过控制大功率真空继电器切换装置以实现两部发射机工作输出的自由切换。这样可以确保一部发射机出现故障时，在不停机的情况下，实现热备份及在线检修功能，确保中波发射系统的安全播出。
（2）双机并机网络在工作过程当中，为了确保发射系统及并机网络系统实时满足并机条件还需要配置一套状态、数据监视系统，通过并机网络上的模拟或数字仪表可实时监测合成输出电流、平衡吸收电阻电流、两机相位、两机功率的数据情况，及时反馈控制系统对相应设备做相应闭环调整，始终使并机网络工作状态、指标保持在最佳状态，从而达到最大的有效覆盖场强范围。
（3）双机并机网络在日常运行过程当中必须确保内部元器件参数始终保持在理论设计值，所以在并机网络控制系统当中还需要设置一套参数自动调整功能，即当某种元器件参数发生变化时，应能及时做到检测及有效调整。实际并机网络当中的电感、电容器一般都是可调的，通过伺服电机可实现相应元器件的快速、电动调整。确保平衡网络始终达到并联谐振状态。否则，两部发射机将互相影响，系统不能进入良好的并机状态。另外并机控制系统还将根据检测到的实施并机相位情况对两部发射机的输出阻抗进行控制调整，避免由于发射机输出阻抗的差异造成两部发射机输出相位不一致，在平衡吸收电阻上将有功功率消耗，使总输出功率小于两部机器功率之和，产生不必要的资源浪费。
（4）并机网络当中各元器件的参数选取及计算方法（以下以两并机发射机载波功率均为10kW作为计算依据）：
平衡吸收电阻的计算与选取：双机并机网络在实际应用过程单中有以下三种极限状态，分别为;
a.两发射机载波功率相同，输出电压的相位差为0，（即：△Φ=Φ1-Φ2=0）这时平衡吸收电阻损耗PR1=0kW；
b.两发射机载波功率相同，输出电压的相位反相，（即：△Φ=Φ1-Φ2=180），这时，两部发射机全部功率则全部损耗在平衡电阻R1（R0）上，PR1=20kW；
由于并机网络设置有严密的相位监测及保护系统，此种情况只存在于理论可能性；
c.一部发射机满功率载波发射，另外一部发射机故障，输出功率为0kW。即若P1=10kW P2=0时，平衡吸收电阻上消耗功率为PR1=1/2P1=5kW，并机网络有效输出功率为5kW。
在选取R1（R0）的功率容量取值时一般按c项的极限情况选取就可以了，即：PR1=5kW，R1=R0为发射机的负载阻抗，一般情况下为50Ω（式2-8、2-9）：
按发射机最大调制能力140%下，选用器件功率容量（式2-10、2-11）：
在选用电阻时一般都要考虑带一定的功率冗余度，正常工作功率容量按60%选取（式2-12）：
可调臂电感L1和L2功率容量的选择：
L1=L2=jR0由图1-（d）及并机网络的隔离原理可知，L1、L2电感只单独消耗各自对应的发射机无功功率（式2-13、2-14）：
考虑电感发热情况，在实际选取时需留有充分的余量。
电容C1和C2的功率容量选择：
因为XC1=XC2=-j*R0/2，根据并机网络隔离原理VAB=V1（或V2），以及C项条件的功率消耗为发射机载波功率1/2的实际情况，当发射机调制度M=140%时（式2-15、2-16）：
C1，C2上的耐压为：
考虑到安全因素，电容工作电压同样按极限情况下的60%选择为宜（式2-17、2-18）。
电容C3的功率容量选择：
因为XC3=-jR0，当发射机调制度M=140%时（式2-19、2-20、2-21）：
考虑元器件安全因素，电容正常工作电压在极限值60%为宜（式2-22、2-23）：
近年来，双机或多机并机网络在中波广播发射台站的应用逐渐增多，尤其是在考虑“1+1”备份因素的情况下，更是凸显了其独特的技术优势，当其中一台发射机发生故障时，可以在确保不停播的情况下，故障发射机可以自动切换到假负载，便于及时进行在线维修，因而，并机网络在中波台站具有很高的实用价值。
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