گزارش کارآموزی فرستنده های رادیویی توان بالا با استفاده ازتکنولوژی نیمه هادی در شرکت نصیرموج گسترش

مقدمه

فرستنده های پرقدرت رادیویی NASIR ساخت جهاد دانشگاهی خواجه نصیرالدین طوسی با بهره گیری کامل از قطعات نیمه هادی وبدون استفاده از لامپ های خلا ساخته می شوند. لذا این فرستند هادارای طول عمربسیار زیادی هستند ونیاز به تعویض دوره ای عناصرفعال پرقدرت نظیرلامپ ندارند.

علاوه برآن ولتاژهای استفاده شده دراین فرستنده ها نسبتا پایین بوده ومشکلات ناشی از ولتاژهای بالادرهنگام نصب وراه اندازی وهمچنین هنگام نگهداری وتعمیرات درآنها وجود ندارند.راندمان بالای ابن فرستنده ها مرهون استفاده از تکنولوژی سوئیچینگ است وباعث می شود اولا مصرف برق آنها مقرون به صرفه باشد‘ثانیا گرمای تولید شده توسط آنهادرهنگام کارکمترازفرستنده های لامپی باشد.مزیت اخیرباعث می شود ایستگاههای فرستنده نیاز کمتری به سیستم های خنک کننده مفصل وگرانقیمت داشته باشند.

ازآنجا که درمقایسه با لامپها ‘عناصرنیمه هادی درترکیب های مختلف تقویت کنند ه ها نمی توانند قدرت بسیار بالایی راتولید کنند ‘لازم است که طراحی فرستنده ها ی مبتنی برنیمه هادی به صورت ماژولار صورت گیرد ودرنهایت قدرت تولیدی توسط ماژولها به روشی با هم ترکیب گرد.این امرسبب می شود که در صورت خرابی یک یا چند ماژول ‘فرستنده ها از کار نیفتد  وقدرت خروجی فرستنده بکلی قطع نشود.درنتیجه فرستنده با قدرتی کمتر از مقدار نامی کارکرده وشنودگان همواره صدارادریافت کنند.درحالی که اگر دریک فرستنده لامپی ‘یکی از لامپ های مسیر قدرت خراب شده یا عمرش به پایان برسد ‘فرستنده خاموش می شود واین امری است که ازدیدگاه گردانندگان سازمانهای صداوسیما درهیچ کشوری قابل قبول نیست. حسن دوم طراحی ماژولاردراین است که می توان ماژولهای قدرت را به تنهایی حفاظت کردودرصورت بروز خرابی فقط ماژول خراب را برای تعمیرازفرستنده خارج کرد.مزیت سوم طراحی ماژولار که بیشتر برای تولیدکنندگان اهمیت دارد ‘امکان تولید قدرتهای بالاتر با ترکیب جدیدی ازفرستنده های کم قدرت تر است .

در این نوشتار سعی داریم به معرفی ساختار واجزای تشکیل دهنده فرستنده های نصیر بپردازیم .

تاریخچه شرکت نصیرموج گسترش

آغازکار رادیو باآغاز کارنخستین فعالیت های ارتباطات دوربردازراه امواج درهم آمیخته است این بخش ارتباطات پدیده های فیزیکی وفنی بسیارپیچیده ای داردکه ازهمان ابتدافوق العاده مشکل بودبه کارگرفت اختراع رادیو وسرعت شکوفایی آن همچون تمامی نوآوری های هم عصرمان نشان می دهد که جامعه ی علمی پیش ازسال1914درفراسوی رقابتهای گوناگون وبه رغم هماوردیهای منافع صنعتی و ملی مباد له ی اطلاعات ضروری برای جریان مساعده ی پیشرفت رابسیارخوب سازمان داد.

جهاددانشگاهی بعنوان نهادی نشات گرفته ازانقلاب اسلامی مظهری ازتبلور اندیشه و خودباوری در نسل جوان بویژه متخصصین متعهدکشوراست تفکری که ایشان رابرآن داشت تادربرآوردن نیازهای جامعه خویش راست قامت دربرابرهمه  ناملایمات بایستنداین نهادازسال1359باماموریت برقراری ارتباط بین دانشگاه ‘جامعه وصنعت درزمینه های علمی‘پژوهشی وفرهنگی تصویب شد وبافعالیت های شبانه روزی خودبه همگان اثبات نمودکه درسایه خودباوری وتعهد به همه چیز می توان دست یافت ودرهمین راستا جهاددانشگاهی خواجه نصیرباهدف شناسایی نیازهای صنعتی کشور درزمینه طراحی وتولید پروژه های کاربردی شروع به کارنموده وتاکنون بابه ثمررساندن بیش از150پروژه کاربردی درقالب قراردهابامراکزصنعتی‘ کشورراازبسیاری اقلام وارداتی بی نیاز ساخته ودرجهت خودکفایی صنعتی وصرفه جویی ارزی قد برداشته است.

همچنین این نهاد  تا کنون د رسه دوره جشنوا ره بین المللی خوارزمی رتبه های ممتازرا به خود اختصا ص داده است ازدستاوردهای شرکت نصیرموج گسترش وابسته  به جهاددانشگاهی خواجه نصیر تحقیقات وسیع وفناوری در زمینه طراحی ‘ساخت و راه اندازی فرستنده های موج متوسط رادیویی  است که  برای اولین بار در سطح خاورمیانه صورت گرفته است .شروع فعالیت وساخت پروژه ازپا ییز سال1374باتوان2kw پس از طراحی و ساخت  توسط  متخصصین این  واحد  در مصلای تهران با موفقیت آزمایش شد.پس ازاین موفقیت ساخت فرستنده های 10kwو50kwآغازشد ودرسال 1377اولین فرستنده رادیویی100kw درایستگاه رادیویی معصومیه قم آغازبه کارکرده و

در پی آن درسال 1379فرستنده رادیویی 300kw   در حبیب آبادراه اندازی شد.پس ازاین فرستنده 

کار ساخت فرستنده های600kw‘800kwو1000kw شروع وباموفقیت به پایان رسید.

یکی  د یگر از موفقیت های شاخص شرکت نصیر موج گسترش  در این سالها نصب و راه اندازی فرستنده ی رادیویی دشت قزوین است که ازقویترین فرستنده های ایران وجهان به شمار می آید.قابل ذکر است که درجهان فقط دو کمپانی هریس وتالس توان تولید چنین فرستنده هایی را دارند.همچنین این شرکت درمدت اخیرشروع به طراحی فرستنده های فرکانس بالانموده است که هم اکنون اولین نمونه فرستنده رادیویی 10kwدرمرحله ساخت قراردارد.

برای آشنایی بیشترباسایرفعالیت های این شرکت می توانید بهCDهمراه بااین گزارش مراجعه نمایید.

ساختار فرستنده 

برای تو ضیح بهتر ساختار فرستنده های رادیویی  NASIRابتدابخش ها ی اساسی  آن رامطابق دیاگرام بلوکی شکل(1)معرفی می کنیم.همانطور که درشکل مشاهده می شود اجزای اصلی تشکیل دهنده فرستنده عبارتنداز:

بخش منابع تغذیه

بخش محرکRF

مدارهای کنترل

مدارهای حفاظت

مدارهای مونیتورینگ

مدارهای قدرت

کمباینروفیلتر خروجی

سیستم خنکسازی

بلوک دیاگرام کلی دستگاه در شکل1مشاهده میشوداجزای فوق دریک راک شامل سه سلول جا داده شده اند وتنها قسمتی که بیرون ازاین راک قرار می گیرد تابلو برق  اصلی است که باید به دیواری در نزدیکی محل استقرارفرستنده نصب شود.   

این بخش وظیفه تامین ولتاژ مورد نیاز قسمتهای مختلف فرستنده رابرعهده دارد.

ورودی:ورودی این بخش برق سه فاز 380ولت و50هرتز همراه بانول (چهارسیمه) است.چون توان مصرفی فرستنده50کیلو وات تحت مدولاسیون 100% است لذاکابل برق ورودی به فرستنده را باید به گونه ای انتخاب کرد که جریان 150آمپررابراحتی عبور دهد.در این مورد کابل4*74          متناسب است.

خروجی:به دلیل تنوع مدارهای مصرف کننده خروجی های متعد دی از این بخش مورد  نیاز است که  به دودسته پرقدرت وکم قدرت تقسیم بندی می شود.

بلوک دیاگرام کامل بخش تغذیه در شکل (2)مشاهده می شود.

(1-1تغذیه پرقدرت

این بخش وظیفه تامین ولتاژ370ولتdcراعهده داراست.دیاگرام بلوکی این بخش رادر شکل (3) مشاهده می کنید.این ولتاژ برای  تغذیه قسمتهای پرقدرت فرستنده و در واقع تولید  قدرت نهایی  بکار می رود.

(نمودار و جداول و تصاویر در فایل اصلی موجود است)     

 برق ورودی فرستنده از یک تابلو برق تامین می شود.همانگونه که در شکل2مشخص شده است برق ورودی پس از تابلو برق به یک کنتاکتور اصلی متصل می شود.کنترل این کنتاکتور به وسیله جعبه شارژودشارژومدارهای حفاظتی انجام می شود.

 ترانسفورماتورها ی  ایزوله  قدرت  یا  T1 و T2 به  کنتا کتو ر اصلی  متصل می شوند خروجی  ترانسفورماتورهای T1و T2پس ازعبوراز بلوکهای یکسو ساز به  لینک (DCشامل سلف وبانک خازنی صافی پایین گذر) اعمال می گردد . به این ترتیب  ولتاژ 370 ولت DC جهت  تحویل  به ماژولهای قدرت ایجاد می شود اکنون به تشریح بخش های تشکیل دهنده قسمت تغذیه پرقدرت می پردازیم .

الف) ترانسفورماتورهای T1 و  T2:ترانسفورماتورهای  T1از آرایش  Y-Y  و ترانسفورماتورهای T2ازآرایش Y-∆ برخورداربوده وظیفه آنها کاهش ولتاژبرق شبکه از380ولت به220ولت می باشد.

ب)بلوک های یکسوسازقدرت:) یکسو سازی دوازده فازه)یکسوسازی قدرت دراین فرستنده به وسیله دو پل سه فاز گرتس و به صورت تمام موج انجام می گیرد . دیود های  بکاررفته دراین پلها ازنوع 400A/1200V می باشند.همانطورکه درشکل (2) دیده می شود هر یک از این بلوک های یکسو ساز ثا نویه  یکی از ترانسفورماتورهای قدرت T1و T2رایکسو می کند.این بلوک ها دردیواره های جانبی سلول های   Aو  B دردوطرف فرستنده نصب شده اند.

ج)بلوک لینکDC:همانطور که در شکل دو دیده می شود ‘ پس از بلوک های  یکسو ساز ‘ لینک  DCقرار دارد که ازیک سلف به نام  L1با اندوکتانس 10میلی هانری و بانک خازنی اصلی فرستنده تشکیل می شود.این بانک از 21 خازن موازی C1  تا C21  با ظرفیت کل46200 تشکیل می شود با توجه به این ظرفیت زیاداگر ولتاژ DCقدرت به نا گهان به خازن ها اعمال گرد د جریان شارژاولیه این بانک خازنی بزرگ  بوده  و به  دیودهای  یکسوساز صدمه وارد خواهد شد برای جلوگیری از این امر مدار خاصی تعبیه شده است که داخل جعبه شارژ ود شارژ می باشد و بلوک   دیاگرام آن را درشکل (2) ملاحظه می کنید.عملکرد این مدار به این ترتیب است که ابتد ا به کمک یک  کنتاکتور یک  ترانسفور ماتور کوچک بنام ترانس Precharge و پل یکسو ساز مخصوص آن در مدار قرار گرفته و ولتاژ شارژ اولیه  کمتری را از طریق  یک مقاومت پر قدرت درمدت زمان مشخصی  به بانک خازنی اعمال می کند.این مدت زمان مشخص به وسیله یک تایمر مخصوص قابل تنظیم می باشد.

بااین کارابتدابانک خازنی رابه آرامی تاولتاژمعین شارژشده سپس قسمت Precharge  از مدار خارج شده وبا وصل کنتاکتور اصلی  ولتاژDC اصلی قدرت به بانک خازنی متصل می شود.

به منظور تخلیه شارژبانک خازنی درزمان خاموش شدن فرستنده نیز یک مقاومت با بانک خازنی موازی شده است. این مقاومت در زمانی که فرستنده در وظعیت   Offاست  به وسیله کنتاکت رله درمدار قرارگرفته وباقرارگرفتن فرستنده دروظعیت  ONبا قطع کنتاکت رله مربوطه این مقاومت ازمدارخارج می شود وعملیات Precharge صورت می پذیرد.

 (1-2تغذیه کم قدرت :برق   ورود ی مسیر کم  قدرت قبل از کنتاکتور اصلی در بخش پرقدرت ومستقیما ازسه فازورودی فرستنده منشعب شده است.مصرف کننده های این دو بخش به دوگروه تکفاز وسه فاز تقسیم می شوند.مصرف کننده های سه فازشامل ترانسفورماتور تغذیه کم قدرت ‘ هواکشهای تهویه سیستم می باشد. سایر مصرف کننده های این بخش تکفاز بوده که برای کنترل رله ها وکنتاکتورهای بخش تغذیه پرقدرت به کارمی روند. همچنین یک فن تکفاز کوچک برای خنک کردن موضعی بر دو گرماگیر منبع تغذیه سوئیچینگ مرکزی درکناراین برد نصب  شده است.

منبع تغذیه سوئیچینگ مرکزی

برای تغذیه مدارهای الکترونیکی در بخش کم  قدرت فرستنده ولتاژهای  150 ‘ , 19

-19موردنیاز هستند. همانطور که درشکل (2) دیده می شود برای تامین این ولتاژها از یک  ترانسفورما تور سه فاز و یک منبع تغذیه  سوئیچینگ مرکزی  استفاده می شود ولتاژهای ورودی این منبع تغذیه عبارتنداز375 و60و-60ولت که از ثانویه ترانسفور ماتور پس از یکسو سازی  (به روش پل گرتس تمام موج) به  دست می آید . دیودهای یکسوساز این قسمت برروی گرماگیرهای مخصوصی نصب شده اند.این گرماگیرها به کمک تعدادی مقره دربالای ترانسفورماتورقرار گرفته اند ولتاژهای خروجی این منبع تغذیه عبارتنداز:19 ‘150 9‘و-19ولت. تغذیه داخلی این رگولاتورسوئیچینگ  تشکیل می گردد که فقط درتغذیه داخلی با هم اشتراک دارند . مداراین منبع تغذیه ازچهار واحد مستقل تغذیه سوئیچینگ تشکیل می گرددکه فقط درتغذیه داخلی با هم اشتراک دارند . مدار این منبع تغذیه از پنج برد تشکیل می شود که یکی از آنها برداصلی بنام  lpsm lowpower supply main-board)) بوده وچهاربرددیگربه صورت کارتهائی روی  برداصلی lpsmنصب می شود.نام این کارتها((low power supply control card

Lpscdاست.

برد lpsmشامل قسمت های قدرت چهار واحد تغذیه است وقسمت های کنترل این واحد ها برروی بردهای lpscقراردارند.مجموعه این منبع تغذیه شامل ترانسفورماتورT3  و برد های منبع تغذیه در پایین سلول  Bو د ر کنار ترانسفورماتور قدرت این سلول قرار دارند.

لازم به ذکر است که ترانسفورماتور TR3دارای چهار سرخروجی دیگر می باشد که یک نمونه سه فازهمراه با سیم نول با ولتاژ فاز20vتولید می کند که از این نمونه برای حفاظت فرستنده دربرابرفازشدن ویابه هم خوردن ترتیب فازها دربرد  psp(power supply protection)استفاده می شود.

(نمودار و تصاویر در فایل اصلی موجود است)