程 飛 段 勇

(1.中國(guó)氣象局，北京 100081;2.青海省大氣探測(cè)技術(shù)保障中心，青海 西寧 810001)

1 引言

CINRAD/CD 型多普勒天氣雷達(dá)是我國(guó)自行研制的C 波段全相干多普勒天氣雷達(dá)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)臺(tái)風(fēng)、暴雨、冰雹、龍卷風(fēng)等災(zāi)害性天氣的有效監(jiān)測(cè)和預(yù)警，對(duì)大范圍降水進(jìn)行定量測(cè)量，監(jiān)測(cè)惡劣天氣帶來的風(fēng)災(zāi)和獲取降水區(qū)中風(fēng)場(chǎng)信息等功能。因此，保障天氣雷達(dá)穩(wěn)定正常運(yùn)行對(duì)防御和減輕氣象災(zāi)害、保證人民群眾正常生產(chǎn)生活有十分重要的意義。

準(zhǔn)確排查和檢修故障是天氣雷達(dá)保障的主要內(nèi)容之一。CINRAD/CD 型多普勒天氣雷達(dá)主要由天線罩、天線系統(tǒng)、饋線系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、信號(hào)處理和終端顯示系統(tǒng)等部分組成。本文主要就雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)的幾種常見故障進(jìn)行分析，并結(jié)合有關(guān)電原理圖，指出故障的排查方法、可能的原因和解決辦法。

2 發(fā)射系統(tǒng)常見故障分析

2.1 開關(guān)電源Ⅱ嚴(yán)重發(fā)熱故障分析

由于開關(guān)電源Ⅱ的工作頻率較高，高頻尖峰成分引起的沖激較大，因此在開關(guān)電源Ⅱ中有一RC 吸收電路(如圖1 所示，R5、R6、R7、C5 組成的吸收電路)實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)電源的保護(hù)作用。當(dāng)開關(guān)電源Ⅱ出現(xiàn)發(fā)熱嚴(yán)重的故障時(shí)，很有可能是RC 吸收電路出現(xiàn)故障。應(yīng)首先檢查RC 電路，如電阻燒變形或者電容被擊穿，要及時(shí)更換損壞的電阻、電容。

圖1 開關(guān)電源Ⅱ的部分電原理圖

2.2 無(wú)觸發(fā)輸出故障分析

無(wú)觸發(fā)輸出故障主要有4 種情況:無(wú)輸入;有輸入，但只有一路有輸出;有輸入，兩路都無(wú)輸出，200V 電源指示燈亮;有輸入，兩路都無(wú)輸出，200V 電源指示燈滅。

(1)當(dāng)無(wú)輸入時(shí)，應(yīng)當(dāng)檢查外電路。

(2)當(dāng)有輸入，但只有一路輸出時(shí)，應(yīng)當(dāng)通過檢查無(wú)輸出通道上各點(diǎn)的波形是否正常來判斷哪些器件故障。應(yīng)重點(diǎn)檢查該條通道上的三極管(如圖2 中所示的V3 或者V7)。

(3)當(dāng)有輸入，兩路無(wú)輸出，200V 電源指示燈亮?xí)r，表明此時(shí)有+200V 輸入。應(yīng)當(dāng)通過檢查觸發(fā)產(chǎn)生器中V2 和V6(如圖2 中所示)至輸入端部分電路中各點(diǎn)的波形來判斷哪些器件故障。

(4)當(dāng)有輸入，兩路無(wú)輸出，200V 電源指示燈滅時(shí)，表明此時(shí)沒有+200V 輸入。這時(shí)可能會(huì)有兩種情況。一是當(dāng)無(wú)禁止脈沖輸出時(shí)，預(yù)調(diào)器自動(dòng)切斷200～230V 的直流電源，造成沒有+200V 輸入;二是當(dāng)有禁止脈沖輸出時(shí)，應(yīng)當(dāng)檢查預(yù)調(diào)器中電阻R1 和二極管VD1(如圖3 所示)上的電壓，很有可能由于VD1 損壞導(dǎo)致短路，從而造成沒有+200V 輸入。

2.3 頻繁報(bào)脈沖過流故障分析

出現(xiàn)這種故障很可能是由于兩路調(diào)制器的波形存在差異。產(chǎn)生該故障主要有4 種原因:調(diào)制器中的IGBT 模塊損壞;觸發(fā)產(chǎn)生器上只產(chǎn)生一路觸發(fā)信號(hào)，導(dǎo)致其脈沖電流值過大;觸發(fā)產(chǎn)生器上產(chǎn)生兩路觸發(fā)信號(hào)，但是某路的脈沖寬度過寬，導(dǎo)致兩路脈沖電流寬度差異過大;調(diào)制器中觸發(fā)分配網(wǎng)絡(luò)上有電位器損壞。因此，對(duì)于該故障應(yīng)按照如下步驟進(jìn)行故障排查:

(1)檢查兩路調(diào)制器中的IGBT 模塊是否損壞。在兩路調(diào)制器分機(jī)上，分別測(cè)量C1 和E1 之間的正向電阻值、負(fù)向電阻值以及C2 和E2 之間的正向電阻值、負(fù)向電阻值(C1、E1、C2、E2 四個(gè)點(diǎn)如圖4 所示)。如果上述測(cè)量值相比正常值很小，表明IGBT 模塊損壞，應(yīng)及時(shí)更換。如果兩路IGBT 模塊均正常，進(jìn)行第二步檢查。

圖4 IGBT 模塊內(nèi)部接線示意圖

(2)檢查觸發(fā)脈沖信號(hào)。若只輸出一路觸發(fā)信號(hào)，此時(shí)可能由于晶體管V3 或V7(如2 所示)損壞，使得脈沖不能通過它們?nèi)ラ_通V5 或V9(如圖2 所示)，造成一路無(wú)輸出，導(dǎo)致另一路脈沖電流超出設(shè)定值而報(bào)故障。若輸出兩路觸發(fā)信號(hào)，但是某路信號(hào)的脈沖寬度過寬，此時(shí)可能由于晶體管V4 或V8(如圖2 所示)損壞，使得它們不能迅速放掉響應(yīng)IGBT 柵極電容的電荷，造成一路觸發(fā)脈沖寬度過大，導(dǎo)致兩路脈寬差異超出設(shè)定值而報(bào)故障。若輸出兩路觸發(fā)信號(hào)，且波形基本相似，此時(shí)可能由于調(diào)制器中有電位器損壞，使得每路調(diào)制器中IGBT 觸發(fā)不一致。用示波器檢查哪組觸發(fā)的電位器損壞，更換并重新調(diào)整電位器，使R1、R5、R9、R13 兩端電阻在3.5Ω 左右，R2、R6、R10、R14 兩端電阻在6.5Ω 左右(R1、R5、R9、R13、R2、R6、R10、R14 八個(gè)點(diǎn)如圖5 所示)。

圖5 固態(tài)調(diào)制器的部分電原理圖

3 伺服系統(tǒng)常見故障分析

3.1 方位驅(qū)動(dòng)電壓正常而俯仰驅(qū)動(dòng)電壓為零的故障分析

出現(xiàn)這種故障時(shí)，應(yīng)按照如下步驟進(jìn)行故障排查:

(1)檢查俯仰驅(qū)動(dòng)分機(jī)的保險(xiǎn)絲是否正常。若保險(xiǎn)絲斷應(yīng)更換保險(xiǎn)絲;若保險(xiǎn)絲正常，進(jìn)行第二步檢查。

(2)分別檢查方位和驅(qū)動(dòng)分機(jī)的220V 輸入是否正常。由于方位和俯仰驅(qū)動(dòng)的220V 輸入均由伺服分機(jī)的電源總開關(guān)分兩路送出，若方位驅(qū)動(dòng)輸入正常而俯仰驅(qū)動(dòng)輸入為零，則可能為伺服分機(jī)電源總開關(guān)SA1 或俯仰開關(guān)SA3 損壞(如圖6所示)，應(yīng)更換損壞開關(guān)。若方位和驅(qū)動(dòng)輸入均正常，應(yīng)檢查俯仰驅(qū)動(dòng)分機(jī)中控制器的觸發(fā)是否正常。

圖6 伺服分機(jī)的部分電原理圖

3.2 方位/俯仰誤差輸出故障分析

方位/俯仰誤差輸出故障大致有3 種情況:方位/俯仰誤差無(wú)輸出;方位/俯仰誤差輸入有正有負(fù)，但伺服放大器輸出只有正電壓;方位/俯仰誤差輸入有正有負(fù)，但伺服放大器輸出只有負(fù)電壓。

(1)當(dāng)方位/俯仰誤差無(wú)輸出時(shí)。應(yīng)首先檢查方位/俯仰伺服放大器中的運(yùn)算放大器LM124(如圖7 所示)是否正常，若LM124 損壞應(yīng)更換。再檢查L(zhǎng)M124 的±15V 工作電壓是否正常，若±15V 保險(xiǎn)絲斷應(yīng)更換。

(2)當(dāng)方位/俯仰誤差輸入有正有負(fù)，但伺服放大器輸出只有正電壓時(shí)。由于方位/俯仰伺服放大器輸出端附近有兩個(gè)二極管VD7 和VD8 可分別實(shí)現(xiàn)放大后正電壓和負(fù)電壓的輸出，應(yīng)檢查二極管VD8(如圖7 所示)是否損壞以及K3(如圖7 所示)的常閉觸點(diǎn)是否接觸良好。另外，對(duì)俯仰誤差輸出來說，應(yīng)檢查俯仰伺服放大器中-2°繼電器保護(hù)后是否斷開、是否損壞。

(3)當(dāng)方位/俯仰誤差輸入有正有負(fù)，但伺服放大器輸出只有負(fù)電壓時(shí)。應(yīng)檢查二極管VD7(如圖7 所示)是否損壞以及K4(如圖7 所示)的常閉觸點(diǎn)是否接觸良好。另外，對(duì)俯仰誤差輸出來說，應(yīng)檢查俯仰伺服放大器中+90°繼電器保護(hù)后是否斷開和是否損壞。

圖7 伺服放大器的部分電原理圖

3.3 方位/俯仰誤差無(wú)輸入但天線自轉(zhuǎn)的故障分析出現(xiàn)這種故障可能有兩種原因:

(1)由于方位/俯仰伺服放大器中的調(diào)零電位器RP3(如圖7 所示)接觸不良，導(dǎo)致方位/俯仰誤差輸出不為零。應(yīng)更換電位器RP3。

(2)由于脈寬調(diào)制器產(chǎn)生的脈沖方波不一致，使得電機(jī)產(chǎn)生正反兩個(gè)方向的力不一致，動(dòng)態(tài)潤(rùn)滑作用失效，導(dǎo)致沒有方位/俯仰誤差輸入時(shí)天線仍然自轉(zhuǎn)。應(yīng)檢查脈寬調(diào)制器中的電位器RP3 和RP4(如圖8 所示)是否接觸不良。若接觸不良，應(yīng)更換并重新調(diào)節(jié)電位器RP3 和RP4，使脈寬調(diào)制器產(chǎn)生的脈沖方波完全一致。

圖8 脈寬調(diào)制器的部分電原理圖

4 總結(jié)

本文分析了CINRAD/CD 型多普勒天氣雷達(dá)發(fā)射和伺服系統(tǒng)的幾種常見故障。由于多普勒天氣雷達(dá)整體規(guī)模龐大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此有可能導(dǎo)致故障產(chǎn)生的原因很多，本文結(jié)合有關(guān)器件的電原理圖，針對(duì)幾種常見故障最有可能的原因進(jìn)行了分析。在今后的工作中還需繼續(xù)總結(jié)，對(duì)雷達(dá)故障的排查方法和產(chǎn)生原因作進(jìn)一步的分析和研究。

［1］王軍等.雷達(dá)手冊(cè)［M］.電子工業(yè)出版社.2003.3

［2］余小鼎等.多普勒天氣雷達(dá)原理與業(yè)務(wù)應(yīng)用［M］.氣象出版社.2007.1

［3］國(guó)營(yíng)第七八四廠.714CDN 型天氣雷達(dá)技術(shù)說明書.

［4］潘新民等.CINRAD/SB 伺服系統(tǒng)線路設(shè)計(jì)特點(diǎn)和維修方法［J］.氣象.2010.10

［5］劉小東等.新一代天氣雷達(dá)檢修的技術(shù)與方法［J］.氣象科技.2006年S1期