Công suất kiểu chuyển mạch (Switching Power Amplifier SPA):

II. Phân tích mạch điện SA500

5. Công suất kiểu chuyển mạch (Switching Power Amplifier SPA):

Hình 3.10: Sơ đồ công suất kiểu chuyển mạch

Khi bán chu kỳ (-) vào chân số 1 qua U1C (bộ đảo đầu ra tại chân số 8 và bán chu kỳ (-) đảo thành bán chu kỳ (+) đi vào Q1 và Q2. Lúc này Q1 (thuận) đợc mở còn Q2 (ngợc) bị đóng. Q1 mở làm cho điện áp +12V đi qua và vào C3 tới T1 đồng thời mở Q2 và Q8. Cùng lúc một nhánh khác từ C3 tới T2 do ngợc pha nên làm cho Q4 và Q7 đóng. Tại Q5 bị đóng và Q6 đợc mở, tín hiệu đi qua và xuống mass. Khi Q2 và Q8 mở, tín hiệu vào Q2, qua T3 tới Q8 và đi xuống mass. RF ra tại T3.

Mặt khác cũng tại thời điểm bán chu kỳ (-) vào chân số 1 đi qua U1A và U1B. Sau khi đi qua 2 bộ đảo pha vẫn giữ nguyên bán chu kỳ (-) vào Q5 và Q6. Lúc này Q5 bị đóng còn Q6 đợc mở và tín hiệu đi qua xuống mát.

Khi bán chu kỳ (+) vào chân số 1 qua U1A và U1B, đầu ra tại chân số 6. Vì đi qua 2 bộ đảo pha nên bán chu kỳ (+) vẫn đợc giữ nguyên và đi vào Q5 và Q6. Lúc này Q5 (thuận) đợc mở còn Q6 (ngợc) bị đóng. Q5 mở làm cho điện áp +12V đi qua và tới T2 làm đồng thời Q4 và Q7 mở. Cùng lúc một nhánh khác từ Q5 tới T1 do ngợc pha nên làm cho Q2 và Q8 đóng. Tại Q1 bị đóng còn Q3đợc mở, tín hiệu đi qua và xuống mát. Khi Q4 và Q7 mở. Tín hiệu vào Q7 tới T3 qua Q4 rồi đi xuống mass. RF ra tại T3.

Mặt khác sau khi bán chu kỳ (+) đi qua U1C sẽ bị đảo thành bán chu kỳ (-) vào Q1 và Q3. Tại Q1 bị đóng còn Q3 đợc mở nên tín hiệu đi qua và xuống mát.

6. Module Cut (Module Disconnect - MDC):

Có nhiệm vụ khi tấm công suất và điều chế có sự cố (cháy cầu chì) thì máy này hoạt động bảo đảm tấm công suất và điều chế vẫn hoạt động bình thờng những công suất giảm 50%.

Nguyên lý: Bình thờng khi hai cầu chì cha cháy điện áp 24V vào CR1 tới cực (-) của CR2 dẫn tới làm khoá Q1. Tơng tự khi điện áp 24V vào CR6 tới cực (-) CR7 vì CR7 ngợc nên làm Q2 khoá.

Khi có sự cố cầu chì đứt: tại tấm MOD cầu chì đứt CR2 đợc nối mass qua R1 xuất hiện dòng đột biến làm cực B của Q1 (-). Do dó điện áp +24V đi qua Q1 đợc R2 ổn định vào CR5 tới Rơle K1 làm việc.

Tại tấm công suất cầu chì CR7 đợc nối mass qua R2 xuất hiện dòng đột biến làm cực B của Q2 (-). Do đó điện áp +24V đi qua Q2 đợc R2 ổn định vào CR10 tới Rơle K1 làm việc.

R1 CR1 CR3 C1 Q1 CR2 R2 C2 CR4 CR5 CR9 C3 CR8 R2 CR6 CR10 R3 Q2 CR7 PA R4 K1 SPA MOD 144V 13 19 22 21

Hình 3. 11. Sơ đồ khối Module Cut 7. Bộ lọc (Filter):

Tín hiệu từ hai bộ khuếch đại công suất đợc đa qua hai bộ lọc Butter Worth. Bộ lọc này đợc chọn các tần số chia làm năm băng số:

1. 190 ữ 220 KHz 2. 220 ữ 280 KHz 3. 280 ữ 360 KHz 4. 360 ữ 460 KHz 5. 460 ữ 535 KHz

Hình 3. 12. Sơ đồ khối bộ lọc tổng hợp

Tín hiệu từ hai bộ lọc đợc đa tới bộ tổng hợp gần T1 và T2. Hai tín hiệu đợc cộng lại để đạt tới công suất danh định để đa ra Anten.

Đối với máy có công suất lớn mới sử dụng bộ tổng hợp này. Vì vậy mạch có thể thiết kế thêm mạch cắt (Module Cut) để điều khiển rơle K1 và K2 nhằm bảo đảm máy có thể làm việc với một tấm công suất khi tấm công suất hay DMODE bị hỏng. Khi này mạch cắt hoạt động Rơle K1 làm tiếp điểm của nó tách rời cuộn sơ cấp T1 với bộ lọc đồng thời chập cuộn thứ cấp T2 đợc đa tín hiệu ra ngoài, bảo đảm an toàn cho T1.

8. Bộ giám sát (Monitor):

Hình 3. 13. Sơ đồ khối bộ giám sát

Monitor là bộ giám sát sự hoạt động của máy (chỉ có với máy phát kép).

Tín hiệu giám sát: Sóng phát đi (FWD), sóng phản hồi (REFL) và tín hiệu điều chế (MOD). Tín hiệu đầu vào này đợc trích sau tầng COMBINER (Bộ cộng) và đợc đa về chỉ thị trên đồng hồ mặt máy. Tín hiệu đầu ra của nó từ chân 13 đến bộ cảm biến của máy chân 19 đến ShutDown tắt máy phát. Ngoài ra chân số 2, 3 , 4, 5 đợc đa tới Led chỉ thị báo hiệu các thông số bị sai lệch. Chân 13 mục đích đa xung điều khiển đến Auto Transfer (tự động chuyển mạch) để thực hiện chuyển máy khi có sự cố.

- Vị trí bên phải mức không tự động mục đích nối chân số 19 xuống mass (mức 0) để mở tấm DMOD, mức này đèn DS2 sáng lên.

- Vị trí ở giữa là mức tự động (ENBL), chân số 19 không nối mass lúc này máy tự động ngắt khi có sự cố.

- Vị trí bên trái (RST) mức Reset - thiết lập lại (xoá).

D1 D2 C3 D3 C4 R4 R5 R3 R2 R1 T2 T1 RF Out MOD RFL PWD C1 C2

Hình 3. 14. Sơ đồ khối mạch trích mẫu 9. Nguồn cung cấp (Power Supply - PS):

Máy biến áp nguồn lắp dới đáy trong Cacbin máy phát cung cấp điện áp 115 V xoay chiều (HVAC) và 18 V một chiều (LVAC). Nguồn điện xoay chiều đợc phân cách bằng tụ lọc cầu chỉnh lu cung cấp cho mỗi nhóm RF công suất 250W. HVAC cũng cung cấp cho bộ kích thích. Điện áp vào 115V hoặc 230V cung cấp cho máy biến áp qua cầu chì và Rơle điều khiển nằm trong mặt trớc Panen.

LVAC đợc nối với bộ chỉnh lu cầu trong từng mạch khuếch đại công suất PA. Đầu ra một chiều đợc lọc và điều chỉnh điện áp 12V và nối với mạch điện áp thấp trên bảng mạch DMOD và SPA. Nguồn một chiều ngoài 24VDC cũng có thể cung cấp cho các mạch điện áp thấp.

HVAC đợc nối với bộ chỉnh lu cầu CR4. Điện áp định mức 170VDC đợc lọc bằng C3 và C4 nối với đầu vào cao áp HVIN trên bảng mạch DMOD. Rơle K1 nối với R1 tới nguồn để phòng điện tụ C3 và R4 khi nguồn bị cắt. Đầu vào 114VDC dùng cho nguồn một chiều bên ngoài.

Nguồn DC ngoài có thể cung cấp cả điện áp 24VDC và 144VDC cần cho hệ thống máy phát. Khi điện áp xoay chiều bị mất nguồn một chiều tự động cung cấp cho máy phát mà không bị mất điện. Điện áp Acquy thấp hơn điện áp một chiều cung cấp từ nguồn AC khi làm việc bình thờng. Điều đó công suất ra RF giảm 15% khi cung cấp bằng Acquy.

Mạch tự động cắt nguồn một chiều cắt nguồn một chiều bên ngoài thấp hơn mức điều chỉnh. Thông thờng mức đặt khoảng 20% điện áp một chiều.

Hình 3.15. Sơ đồ nguồn cung cấp bộ khuếch đại công suất 10. DC Auto Disconnect PWB.

Bảng tự động cắt nguồn một chiều DCAD thờng đợc sử dụng trong các máy phát Sêri SA với công suất ra 1000W và (hoặc) tất cả các máy phát

có nguồn một chiều. Tác dụng của máy này là cắt nguồn điện áp thấp với DC PWB (khi đòi hỏi) ở mỗi nhóm RF DCAD đợc sử dụng để cắt nguồn máy phát khi nguồn DC bắt đầu phóng điện.

DCAD đóng và lấy mẫu nguồn DC 24V bên ngoài ở TB1 chân số 7. Khi nguồn điện áp dự phòng DC ngoài giảm thấp hơn mức điều chỉnh ở R4, đầu ra của V1D , chân số 14 trở nên cao và làm Q1 hoạt động. Tác động này làm Rơle K1 và K2 DCAD có điện. Do tác động của Rơle nguồn cung cấp ngoài cung cấp nguồn cho hệ thống chuyển tự động (BTTY ở TB1 vị trí 1 và TB1 vị trí 3) bị ngắt làm máy phát mất điện cắt máy phát với nguồn DC ngoài. Trong trạng thái này nguồn DC ngoài sẽ khoảng 23 - 24VDC và tiếp tục cung cấp DCAD ở dòng điện 30mA cho đến khi nguồn xoay chiều có điện trở lại hoặc DCAD tác động lại.

R4 do nhà máy điều chỉnh cắt ở điện áp khoảng 19VDC. Sau khitác động do trễ tạo nên bằng R6 và R7 làm máy phát mất điện. DCAD bình th- ờng đợc nối lại bằng tác động nguồn xoay chiều cung cấp cho bộ nạp ít nhất là 26,2VDC tới dây DC ngoài. DCAD cũng sẽ đặt lại khi nguồn DC cắt khỏi máy phát.

Hình 3.15. Bảng tự động cắt nguồn một chiều

III. Nguyên lý hoạt động của bộ ghép nối Anten1. Mô tả chức năng PC 1/2 KILO 1. Mô tả chức năng PC 1/2 KILO

Hình “PC - 5KILO” sơ đồ khối bộ ghép nối Anten là sơ đồ của bộ ghép nối Anten PC - 5 KILO.

2. Máy biến áp trở kháng

Hoà mạch ở trở kháng 50Ω của máy phát với trở kháng bất kỳ từ 5 ữ

3. Bộ điều hởng

Bộ điều hởng là cuộn dây 92 vòng với các đầu điều chỉnh thô và các vòng quay tinh chỉnh. Phạm vi điều hởng từ 2 ữ 5àH đến 1mH đủ để điều hởng Anten trong dải tần 190 ữ 535KHz.

4. Tụ điều hởng

Mạch tự điều hởng so sánh pha của điện áp và dòng điện vào bộ ghép và quay vòng điều hởng theo chiều hệ thống Anten.

5. Dụng cụ đo dòng điện Anten

6. Phân tích chi tiết PC 1/2 KILO

6.1. Máy biến áp trở kháng

Là máy biến áp hai dây quấn lõi Ferit. Dây quấn thứ cấp có 11 đầu và đợc thiết kế để biến đổi tải thứ cấp giữa 2 và 25Ω tới trở kháng vào 50Ω . Lựa chọn đầu đợc thực hiện bằng khoá ở mặt trớc. Máy biến áp lõi không khí nối với đầu thế thấp của thứ cấp máy biến áp, lấy mẫu dòng điện Anten để cung cấp tín hiệu cho dụng cụ đo dòng điện Anten.

6.2. Bộ điều hớng

Đó là cuộn dây 95 vòng có ghép biến áp vòng ngắn mạch có thể quay bằng tay hoặc động cơ. 20 vòng dới cứ 2 vòng có 1 đầu dùng để tinh chỉnh. 75 vòng trên cứ 5 vòng có một đầu với 25 vòng đầu trên và 10 vòng với các vong sau đó. Chọn vòng sau trên bằng chỗ nối sau Panen. Chọn vòng dới bằng khoá chuyển mạch ở Panen trớc.

Hình 3.17. Sơ đồ khối bộ ghép nối anten

Hệ thống tự điều hởng quay tự động vòng điều hớng theo chiều quay hệ thống Anten. Nếu các vòng chọn đúng vòng sẽ dừng khi hệ thống quay và thay đổi một cách tự động. Nếu chọn đầu không đúng vòng điều hớng sẽ quay tới giới hạn MAX hoặc MIN và chỉ thị LED sẽ báo thêm vào hoặc bớt điện cảm đi. Núm quay bằng tay vòng điều hớng cũng có mặt ở trớc Panen. Vòng quay có thể thay đổi 5% điện cảm tuỳ theo sự phối hợp các đầu. Điện cảm cực đại sẽ lớn hơn 1mH và nhỏ nhất là 25àH.

6.3. Anten

Tầm xa của mốc VT và Anten phụ thuộc vào nhiều biến và không thể đảm bảo đợc. Có thể tính toán cờng độ trờng nếu biết điện dẫn của đất, nh- ng cờng độ trờng cần thiết phụ thuộc vào tạp âm nền của môi trờng, phụ thuộc vào địa điểm. Nói chung cờng độ trờng 70 MV/m là thực tế ở Mỹ và châu Âu nhng không đủ đối với vĩ độ giữa 300 và 300s. Máy phát công suất 500 ữ 1000w nếu đủ điện tích.

6.3.1. Anten đối xứng hình”T”

Anten đối xứng hình “T” thích hợp đối với việc sử dụng 500 ữ

1000w. Để bố trí Anten này đòi hỏi khoảng đất 150 ì 400 foot đối với Anten cao 60 feet và 150 ì 120 feet với Anten 120 foot.

Anten đối xứng chữ “T” tiêu chuẩn dựng trên tháp AGL cao 60 foot hoặc các cực đặt trên 300 feet và có bộ bức xà thẳng đứng 55 foot và 2 dây đỉnh nằm ngang 280pF ở 535KHz. Chiều cao hiệu dụng vào khoảng 49 feet. Điện trở vào gồm điện trở bức xạ và điện trở tổn hao. Điện trở bức xạ dao động từ 0.4Ω ở 190KHz ữ1.13Ω ở 535KHz. Điện trử tổn hao chủ yếu phụ thuộc vào các điều kiện nhà chế tạo, khi không điều khiển, giá trị điển hình từ 2 ữ5Ω. Tầm xa ở loại đất tốt dao động từ 165 dặm ở 190 KHz tới 150 dặm ở 535KHz với máy phát 500w và khoảng 220 dặm ở 190KHz tới 170 dặm ở 535KHz với máy phát 1000w.

Anten đối xứng “T” dựa trên tháp cao 120 foot có bộ phát xạ đứng 110 foot và 3 dây nằm ngang ở đỉnh cao 280 foot. Điện dung vào thay đổi từ khoảng 1050pF ở 190KHz tới 2800pF ở 535KHz, chiều cao hiệu dụng vào khoảng 100 feet và điện trở bức xạ là 0.66Ω ở 190KHz và 4.67Ω ở 535KHz. Tầm xa với chất đất tốt dao động từ khoảng 250 dặm ở 190KHz tới 210 dặm ở 535KHz với máy phát 1000w.

6.3.2. Anten tháp

Anten tháp có thể đợc sử dụng nếu không đủ đất cho Anten đối xứng hình “T”. Phần đỉnh của bộ dây đợc sử dụng để tạo nên đỉnh cho Anten này, về mặt điện Anten tháp nhỏ hơn Anten tháp T khi cùng chiều cao do giãn tải đỉnh. Tải đỉnh dùng với hai mục đích: Giảm trở kháng vào do đó giảm điện áp trên Anten và tăng chiều cao hiệu dụng.

Sự bức xạ do dòng điện chạy qua đỉnh Anten bị trừ bớt bức xạ do dòng điện tháp và giảm chiều cao hiệu dụng. Mặt khác tăng phụ tải đỉnh làm tăng dòng điện trên tháp do vậy chiều dài tối u của dây mang tải sẽ làm cực đại chiều cao hiệu dụng.

Cũng có thể giảm điện áp vào để đảm bảo mức làm việc an toàn. Đó là trờng hợp tháp cao 120 foot đòi hỏi diện tích đất có bán kính 100 feet. Đỉnh 50 feet của phần trên của dây đợc nối với đầu cuối với dây chu vi dới dạng “cái ô”. Điện dung vào của Anten này dao động từ 272pF ở 190KHz. tơi 853pf tới 535KHz. Đó là Anten tháp có chiều cao tối thiểu dùng cho máy phát công suất cỡ KW bởi vì dung kháng lớn ỏ đầu vào Anten cùng với vấn đề điện áp đánh thủng và sự mất điều hởng do h hỏng để cách điện. Các màn đặc biệt đợc sử dụng để cách điện giảm thiểu vấn đề này. Chiều cao hiệu dụng của Anten vày vào khoảng 75 feet. Điện trở phát xạ dao động từ 0,34Ω ở 190KHz đến 2,06Ω ở 535KHz.Tầm xa ở đất tốt dao động từ 220 dặm ở 190KHz đến 170 dặm ở 535KHz với máy phát 100w.

7. Lắp đặt và vận hành

Nguy hiểm

Máy phát có mức điện thế nguy hiểm. Mức điện áp RF rất cao trên bộ ghép nối khi đặt vào đầu vào RF. Mức điện áp cao này có thể chết ngời. Vì mục đích an toàn cần đặt máy phát kín trong nhà hoặc làm hàng rào chắc máy phát và khu vực Anten nếu dùng nền kim loại và rào sắt. Nếu dùng gỗ hoặc các vật liệu hấp thụ khác nh gạch hoặc bê tông cốt thép cần

phải hàn kín để đảm bảo không hấp thụ chất ẩm. Điều này làm giảm dòng điện Anten và trong trờng hợp ẩm quá có thể làm tự động cắt hệ thống.

7.1. Lắp đặt máy phát

1. Đặt máy phát và đảm bảo lắp đặt nguồn cung cấp cho bộ kích thích Xem (Sơ đồ bộ kích thích máy phát sêri SA/nguồn cung cấp). Kiểm tra cầu nối hệ thống tự chuyển mạch chính xác. Xem (Sơ đồ điều khiển bộ tự chuyển mạch).

2. Kiểm tra các cầu nối của bộ lọc/PWB đối với tần số RF ở vị trí chính xác. Xem hình (Sơ đồ bộ lọc), (Chi tiết cầu nối bộ lọc). Đảm bảo rằng bộ lọc đợc đặt chính xác.

3. Nối dây nguồn xoay chiều và Acquy (nếu sử dụng): Xem hình vẽ (Nối cáp RF và cáp điều khiển bộ ghép nối).

4. Đối với các bộ kép, nối cáp và cáp điều khiển RF tới J1 và TB3 t- ơng ứng. Xem hình vẽ (Sơ đồ bộ chuyển mạch tự động SA).

5. Nếu có đặt Audio PWB nối dây vào Audio cân bằng. Xem hình vẽ (Sơ đồ máy phát sêri SA, Bộ kích thích).

Cảnh báo

Khi thử nghiệm máy phát dự phòng đảm bảo rằng máy phát thao tác trong hệ thống Anten đợc chọn nh máy phát sơ cấp và Monitor của nó ở vị trí DSBL.

7.2. Đặt bộ phép nối.

1. Tháo cửa panen đặt trên panen điều chỉnh điều hớng.