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无线电电子与电气工程百科全书 发电机灯的空气冷却系统。 无线电电子电气工程百科全书
为广播电台构建紧凑型功率放大器 (PA) 时，除了吹灯之外别无选择。 国外的实践也证实了这一点，因为大多数现代品牌放大器都使用电子管。 放大器的重要结构元件之一可以称为灯冷却系统。 文献中几乎没有关于此类系统设计的信息，这可能是“放大器行业”中最大的“空白”。 同时，这些信息很重要，因为 PA 的布局取决于冷却系统的设计，如果决策错误，将需要费力的返工。 冷却系统必须立即修复。 本文提出了发电机灯风冷系统设计参数的实际依据。 选择用于测试冷却系统和测量技术的评估参数 在大功率发电机灯的护照中，制造商标明了其结构元件的冷却条件和最高允许温度[1]。 因此，阳极散热器的最高温度\a max- 灯的冷却取决于风扇 [1] 的空气供应（消耗）。 因此，为了最有效地利用气流，放大器的空气路径必须具有最小的气动阻力（以下称为阻力）。 一般来说，这是由于风扇的位置、无线电管的形状、面板和风道的配置造成的。 管道内运动的流体用速度v，m/s来表征，流量V=vs，m3/s，其中s为测量速度处风道的横截面积，m2 [2]。 气流路径中的任何阻力都会导致速度降低，从而导致供应损失。 这些值可用于估计气路的阻力。 因此，冷却系统对比测试中的第二个评价参数是AV供给量的减少值，用%AV表示=[(Vb-V)/Vb]-100%， 式中 V——送风系统中的风机供给量，m3/ H; Vb - 基本版本中的风扇电源，与之进行比较，m3/ H。 例如，安装在空管道中的风扇的供应，Vb = 120 m3/H 当在管道中放置带有无线电管的面板时，流量降至 53 m3/H 由于它们的抵抗力而导致饲料减少 AV = [(120-53)/120]-100% = 56%。 当比较没有工作无线电管的冷却系统时，可以使用第二个辅助参数。 在实验中，我们测试了GU-84B灯吹系统，该系统由标准面板、内径为112毫米的风道和风扇组成。 它允许测试各种冷却系统及其各个元件。 在测试过程中，无线电管充当热发生器，即提供给阳极的所有 RA 功率都转化为热量。 空气供应由位于风道正后方的叶片风速计（设计用于测试通风系统）[2] 确定。 使用带有热电偶的 M838 数字万用表测量温度。 t < 3°C 时测量误差为±150°，t > 3°C 时测量误差为±150%。 灯在测量模式下工作十分钟后确定温度。 轴流风扇冷却系统 实际中，射灯吹气有四种选择：侧吹、轴流送风、轴流排风和轴流两风扇送排风。 最佳方案实际上是根据冷却效率来确定的。 测试时使用叶轮直径为 4658 mm、n = 110 rpm 的轴流式全金属风扇 TYP 2200N。 空管道中的风扇供应 - 120 m3/ H。 采用侧吹（图1）时，冷却空气仅通过灯的部分散热片，冷却表面减少9...21倍（表1）。 您可以通过提高风速来改善冷却，但这会增加风扇的尺寸和噪音。 该方案的低效率是显而易见的。 制造商也不建议对设计为轴向气流的灯使用侧面气流 [1]。
排气（图 2）和供气（图 3）鼓风系统的测试结果如表所示。 2.
测量结果表明，排气系统中的风扇流量 (53 m3/h) 是送风系统中的风扇流量 (2,4 m22/h) 的 XNUMX 倍。3/H）。 如果通过可以更准确测量的散热器温度进行比较，则在 RA = 130 W 时，供电电路中可实现 tAmax = 240 °C，而在 RA = 126 W 时，排气电路中可实现 tAmax = 460 °C W. 因此，排风扇带走的热量大约是送风风扇的两倍。 对于习惯与电路打交道的人来说，这个结果可能看起来出乎意料。 事实上，任何电阻器都会导致相同的电压降，无论它位于电源的哪一侧。 空气运动定律与欧姆定律不同，在这种情况下，带有面板的灯的空气动力阻力取决于风扇的位置。 所得结果解释如下。 离开轴流风机的气流不是直通的，而是涡流的（像绞绳中的线一样扭曲），并且它不是垂直地而是以一定角度进入面板的环形槽（图3）。 进入面板的旋转空气的行为就像一块石头以一定角度扔进水中； 在沉没之前反复弹起。 因此，82% 的风扇流量因各个流层之间的摩擦而损失。 这显着损害了散热。
当排气扇在真空作用下运转时，直通流通过灯，因此供给减少量要少得多。 这种情况主要是由于与阴极正面碰撞造成的。 送风不足的情况可以通过两种方式解决：使用功率更大的风扇或与第一个风扇同轴安装第二个风扇。 对双风扇鼓风机系统进行了测试以确定最佳方法。 已经确定，耦合风扇的供电效率取决于它们之间的距离。 距离为30毫米时，进给量增加了5%。 显然，原因是来自第一个风扇的旋转气流以非最佳角度撞击第二个风扇的叶片，没有被这些叶片捕获，而是被它们反射。 随着距离增加到 100 毫米，流量增加 30%，因为来自第一个风扇的气流变成轴向，并更成功地被第二个风扇的叶片捕获。 显然，随着距离的增加，第二个风扇的效率将会增加。 但管道过长会增加尺寸并使布局复杂化。 因此，使用双风扇是没有道理的。 两种能源（转换器）的联合运行一直是一项艰巨的任务，需要使用特殊的技术解决方案。 显然，为了使风机协调运转，需要选择风机之间的距离、叶片的形状和相对位置，还要安装“整流”气流的板片。 无论如何，这项任务已经超出了“放大器工程”的范围。 轴流式双风机送排风气流如图所示。 四。
根据表中给出的测量结果。 从图3可以看出，在排气回路连接第二个送风风机后，送风量仅增加了20%，而tAmax下降了8%。 因此，使用第二个供应风扇效率低下。 造成这种现象的原因上面已经讨论过。
根据轴流风机各种吹风方案的测试结果，可以得出以下结论： 1. 配有单个风扇提供必要空气供应的排气冷却系统是最佳选择。 2. 使用第二个风扇来增加流量对于任何冷却系统来说都是不合理的。 轴流风机排气冷却系统设计参数的论证 当PA=460W且灯散热器与风道之间的间隙B等于7mm时，风扇与阳极散热器之间的距离A设置为等于50、80、115、150和210mm。 测量结果如图（图5）所示。
随着距离 A 减小到 50 mm，灯的散热器进入风扇前面的湍流区域，并且由于冷却恶化，tAmax 增加 10%。 大量移除风扇后，由于与长管道壁的摩擦导致空气动能损失增加，冷却效果也会恶化。 A 等于 1,0...1,2 风扇直径时提供最佳冷却条件。 由于通过风道壁的冷却，风扇前面的空气温度随着远离阳极而从 97°C 降低到 49°C。 为了更好的传热，它们应该具有最小厚度。 叶片的温度低于进入风扇的气流的温度。 这是由于离开风扇的热空气与外界强烈混合，迅速冷却自身并冷却风扇叶片的外侧。 出于同样的原因，随着A的减小，叶片的温度上升得比风扇前面的热空气的温度更慢。 测量结果列于表中。 图 4 显示了 PA = 770 W 且 A = 115 mm 时 tAmax 与间隙 B 尺寸的相关性。
当间隙B=0时，散热器侧面不参与传热，阳极温度最高。 当B = 7 mm时，tAmax下降了15°C，因为散热器的侧面开始参与冷却。 随着间隙 B 增加到 17 mm，tAmax 又降低了 5 °C。 随着间隙的增加，散热器外部的空气速度增加，因此可以改善冷却效果，但与之前经验的差异不超过测量误差。 因此，为了有效冷却灯散热器的外表面，5 ... 10 mm的间隙就足够了。 考虑到上述结果，制造并测试了GU-84B灯的排气冷却系统（图6）。
测量结果表明，tAmax 在 RA = 770 W 时实现。 本例中风扇叶片的温度为73°C，因此最大功率下的全金属风扇将提供更高的可靠性。 对于带有塑料部件的风扇，最高允许工作温度高达 60 °C [3,4]。 随着 PA 从 0 W 增加到 770 W，tAmax 从 36 °C 增加到 207 °C，阴极从 120 °C 增加到 145 °C。 因此，为了冷却灯的阴极部分，即使在其最大热状态下，排气扇也足够了。 上图。 图 7 显示了 tAmax 与 RA = 770 W 时的加热时间和 RA = 0 时的冷却时间的关系。施加所有电压后灯完全预热的时间为 10 分钟。 冷却至 36 °C 的时间 - 11 分钟。 阳极冷却图允许您计算温度校正，以测量阳极温度，而不是在传输模式下，而是在断开危险电压所需的一段时间之后。 依赖如图。 图 7 解释了为什么即使冷却系统效率低下，放大器也能够在 CW 和 SSB 模式下运行。
在日常工作中，传输时间通常不会超过 1 ... 2 分钟，并且灯根本没有时间预热，并且在接收过程中它会迅速冷却。 因此，CW 和 SSB 模式下的吹风强度可以比连续辐射低几倍。 带离心风机的冷却系统 测试了三种带有离心风机的鼓风系统：同轴流送风（图8）、排风（图9）； 侧流供气（图 10）。
测试时，使用叶轮宽 30 毫米、直径 92 毫米的离心风机，由 KD-3,5As 电机驱动，转速为 1400 转/分钟。 空空气管道中的风扇供应 - 90 立方米/小时。 试验结果表明（表5）同轴流送风离心风机效率最高。 其气流为直通式，速度v比轴流风机高。 在相同的供气量下，其动能要大得多，因为它与 v 成正比2。 高速直通气流更好地克服了气路的阻力，并与灯接触，提供了更大的热传递。 风扇在最佳条件下工作。 这里供应的是冷空气，因此可以使用轻质塑料叶轮，从而减轻轴承的负载并延长其寿命。 输入室的壁可屏蔽电动机免受射频辐射。 使用带有多孔青铜轴承的电动机可以最大限度地降低噪音水平。
使用侧流吹气供应系统（图 10）的效率低下，无需进行测试即可看出，因为空气撞到墙壁后会失去大部分动能，然后才会弹跳到灯上。 进行测量来比较该系统和其他系统的性能。 测试结果（表 6）表明，最小的损失是通过入口室的最小尺寸实现的，即最小的损失。 当它实际上是带有侧出口的管道的延续时。 在这种情况下，与同轴流（图 8、表 6）相比，流量减少了 2,8 倍，并且 tA max 高出 70°C 或 1,7 倍。
侧流系统的优点是它简化了通风装置的安装。 它可以放置在灯的任一侧，并保持 PA 主体的较小高度。 缺点是由于转动气流时风扇供应的显着损失（80 ... 85%），散热最差。 该系统用于品牌UM。 当使用需要较小气流的小型灯（GU-74B、GU-91B）时，它非常高效 [5]。 阳极安装对灯冷却的影响 有和没有“阳极安装”的灯的冷却没有显着差异。 通过对固定在专有阳极环中的灯和没有这种安装的灯的 tA max 进行重复比较，差异在测量误差范围内（其他条件不变）。 为了可靠地固定灯，需要通过阳极环进行紧固。 但如果用户有一块没有阳极环的面板，也可以使用。 该指令允许将灯固定在面板中，以聚焦在第二个网格的环上，并从阳极侧按压灯 [1]。 为了实现这种紧固，代替丢失的阳极环，安装了空气管道，其中在绝缘体上放置止动件以从阳极侧按压灯。 当使用带有轴流风扇的排气冷却回路时，这种方法特别方便。 在 SSB 和 CW 模式下确定风扇流量 上述所有测量结果都是在灯工作10分钟后获得的，这对应于连续辐射模式的模拟。 对于 SSB 和 CW，阳极产生的平均热量会少得多。 在这种情况下，可以显着降低风扇速度（从而降低噪音）。 根据传输操作的持续时间、RX/TX 时间比、辐射类型、静态电流和 SSB 信号的峰值系数，阳极处消耗的平均功率可能会降低数倍。 例如，当操作 CW 时，考虑到暂停，平均功率将为“调谐”模式的 60 ... 70%。 在接收过程中，灯迅速冷却（见图 7）。 假设 RX/TX 比率为 1:1，传输时间为 1...2 分钟，则接收时间可以包含在灯平均散热的计算中。 在 CW 模式下，它会比连续辐射少约 3 倍。 使用找到的系数和放大器的效率，可以轻松计算出测试系统能够冷却灯的输出功率。 但这是基于许多假设的近似计算。 连续波和单边带模式下阳极放热的精确计算非常复杂且不合理。 在实际操作条件下，根据阳极温度更容易确定风扇所需的流量（转数）。 例如，在GU-43B[6]的UM冷却系统中，降低了风扇速度，以便在SSB操作期间，灯的热保护将在15分钟后起作用。 这对于任何实际工作来说都绰绰有余。 调整后，风扇噪音变得比中等音量时扬声器的噪音要小。 执行良好的气流系统将为操作员提供与扬声器的舒适的无线电通信，并且无线电管将充分计算出计划的资源。 冷却系统运行期间的降噪 冷却系统的运行伴随着两个主要的声音来源——电动机和风扇叶片。 管道中的流动会产生轻微的噪音。 轴承是电动机中的主要声音来源。 因此，应使用多孔青铜制成的特殊低噪声滑动轴承。 在换向器电机中，当电刷与换向器摩擦时会产生噪音。 特别要注意离心风机电机的安装方法。 安装在“蜗牛”身体上的电机的声音通过声音共振被放大。 因此，它应该附着在 UM 的主体上。 对于庞大的底盘，电机并不是一个强振动激励器，并且由于其尺寸和重量，车身的共振频率远低于干扰频率。 为了减少电机的振动，需要降低电机的电压，这些措施加上隔振，可以完全消除电机的共振声。 叶轮旋转时会产生强烈的声音。 因此，接下来的任务是降低叶片与空气接触的速度。 使用离心风机成功解决了这个问题。 安装在冷却系统出口处的轴流风扇的声音在周围空间中自由传播。 在离心风机中，产生声波的叶轮操作区域通过双层隔音屏与操作员隔开。 第一个是风扇箱（“蜗牛”），第二个是 PA 箱的墙壁。 此外，在离心式风扇中，通过叶轮叶片对其的重复作用来加速空气。 每个叶片逐渐增加气流的运动，因此其与空气的碰撞速度和噪音小于轴流风扇。 随着撞击速度的降低，声音的频率降低并转移到我们耳朵的最小敏感度区域。 使用轴流风机时，可通过优化鼓风机系统来降低噪音。 与供应冷却系统相比，使用具有最佳参数的排气冷却系统可将风扇流量和叶片速度减少 2,5...3 倍。 通过在放大器背面放置一个风扇可以实现一定程度的噪声衰减 [6]。 在这种情况下，对于oneator来说，放大器外壳是一个隔音罩。 下一个方法是使用尽可能大直径的轴流风机，但降低叶轮的转速。 （同时，空气通过灯的速度保持不变）。 吹奏过程中的声音干扰无法完全消除，但在制作精良的扩音系统中，这些干扰是极其微不足道的。 上述方法对于任何灯都将取得良好的效果。 测试结果的结论 1. 使用具有足够功率的单个风扇来冷却灯是最有效的。 使用双风扇系统是不合理的。 2. 由于气流组织的特殊性，轴流式风扇在排气冷却系统中产生直流气流并更有效地工作，而离心式风扇在送风冷却系统中则更有效。 3.根据冷却系统的测试结果，确定了两种最有效的设计。 综合所有参数，采用离心风扇同轴流的供冷系统是最好的。 这确保了通风装置的最高效率、最小的噪音以及风扇在提供冷空气时的可靠运行。 缺点 - 输入室安装复杂，市场上所需风扇和电动机的部件普及率较低，且成本较高。 第二种选择是带有轴流风扇的排气冷却系统。 其缺点是噪音水平增加和风扇发热。 其优点是最小的尺寸和安装的多重简化。 此外，轴流风扇比离心风扇便宜得多，并且所需尺寸可以在组件市场上轻松找到。 两种冷却系统都是合理的，最终的选择将取决于组件的可用性、放大器的布局以及设计作者的意见。 灯管过热保护 金属和陶瓷具有不同的热膨胀系数。 如果超过最大允许灯温度，则膨胀引起的机械应力可能超过陶瓷的抗拉强度。 由此产生的微裂纹将导致真空迅速丧失。 在专业 PA 通风装置发生故障的情况下，使用空气流量传感器对灯进行保护。 在没有气流的情况下，其空气触点被触发，并且自动装置使灯断电。 簧片开关最常用作空气接触器，其操作是通过安装在可移动板上的微型磁铁来实现的，该移动板通过气流而旋转。 这种保护有两个缺点：当P电路失谐时，它不能防止灯过热；当小尺寸灯被吹断时，气流将不足以触发机械传感器。 如果空气接触器无法可靠运行，则可以使用继电保护电路（图 11）。
如果电机电路开路，控制继电器 K1 断电，触点 K1.1 闭合并打开执行继电器 K2，从而通过触点 K2.1 关闭灯。 保护操作由 VD2 LED 发出信号。 断路消除后，电机电路中的电流使K1动作，触点K1.1断开，保护电路恢复原来状态。 当超过电机电路中的电流时，FU1熔断器熔断，然后保护电路像开路一样工作。 风扇可能因故障或停电而紧急停止。 在这种情况下，防止过热的通用方法是使用单独的应急风扇，该风扇与电池位于同一外壳中。 当标准风扇停止时，操作人员在风道上方的放大器外壳上安装应急风扇，按照说明书的要求对灯进行冷却 5 分钟[1]。 如果阳极释放过多热量（例如，由于 P 环失谐），标称空气供应将不足。 为了在这种情况下保护灯，应不断监控其最高温度。 最热点位于阳极散热器的上部内部。 在通风装置的恒定操作模式下，阳极后面的空气温度和阳极温度具有严格定义的关系（见图6）。 因此，更容易控制的不是阳极的温度，而是阳极后面的空气的温度。 安装冷却系统后，需要通过实验获得阳极后面的温度场数据。 然后将响应温度为70…120°C的温度传感器放置在管道中的相应点处。 当温度传感器 SA2 的触点闭合时，继电器 K2 被激活，触点 K2.1 将关闭灯（图 11）。 操作后，触点 SA2 保持闭合一段时间，同时热量从阳极排出。 保护操作由 VD2 LED 发出信号。 灯冷却后，保护电路本身恢复到原来的状态。 在放大器外壳中放置冷却系统 放大器传统上使用“桌面”类型的卧式外壳。 为此，历史上发展起来的、对老式玻璃灯来说合理的布局，被“自动”转移到了吹制灯上。 为了保留传统的设计并简化通风装置的安装，采用了小型GU-74B（或GU-91B）与侧流送风的并联方式。 但由于空气旋转过程中损耗较大，该电路对于大功率灯没有吸引力（见表6）。 在一盏大灯上制造给定功率的放大器总是更容易、更便宜。 因此，强大的放大器的布局应确保安装最有效的冷却系统。 为了满足这一要求，需要放弃传统的卧式“DESK TOP”机箱，而采用“MINI-TOWER”类型的立式机箱。 它成功地承载了最高效的同轴流离心风扇冷却系统或最简单的轴流风扇排气冷却系统（图12）。
文学
作者：V. Klyarovsky (RA1WT), Velikie Luki
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