助航燈光恒流調(diào)光器故障分析與排除

胡義柱

（寧夏回族自治區(qū)銀川河?xùn)|機(jī)場(chǎng)供電站，銀川 750009）

1 引言

機(jī)場(chǎng)助航燈光調(diào)光系統(tǒng)主要組成部分是恒流調(diào)光器、單相升壓變壓器、隔離變壓器和燈具。

圖1 助航燈光系統(tǒng)示意圖

恒流調(diào)光器是一種恒值自調(diào)系統(tǒng)，主要功能是根據(jù)不同的氣象條件控制燈光回路的輸出電流保持穩(wěn)定，通過(guò)保持回路的電流恒定使助航燈光穩(wěn)定在不同的亮度等級(jí)，以滿足引導(dǎo)飛機(jī)的需要。

2 西安飛豹HCR型助航燈光恒流調(diào)光器(以下簡(jiǎn)稱HCR調(diào)光器)構(gòu)成與工作原理

2.1 HCR調(diào)光器構(gòu)成

該型號(hào)的調(diào)光器除了主電路、一體化電源之外主要由三塊電路板組成：

（1）主電路：斷路器、快速熔斷器、可控硅模塊、交流接觸器、升壓變壓器。

（2）單片機(jī)控制電路板（主控板）：安裝系統(tǒng)控制核心部件。

（3）絕緣檢測(cè)板：燈光回路絕緣電阻采用信號(hào)放大、隔離并傳輸給主控板。

（4）觸發(fā)板：觸發(fā)信號(hào)隔離及傳輸。

（5）濾波器：對(duì)外部干擾信號(hào)濾波降擾。

主電路是調(diào)光器強(qiáng)電部分，其他四個(gè)部分由弱電器件組成，起檢測(cè)控制功能。

調(diào)光器主控箱俯視圖如圖2所示。

圖2 主控板部分

圖3 主控板以外部分

圖4 調(diào)光器后視圖

2.2 HCR調(diào)光器功能及基本原理

（1）調(diào)光器各部分功能

結(jié)合圖3、圖6所示，為完成燈光回路的電流控制，系統(tǒng)中各部分主要功能如下：

1）調(diào)光器主電路主要完成可控硅相控調(diào)壓，控制升壓變壓器輸出電流。

主電路包括反并聯(lián)可控硅、升壓變壓器和保護(hù)開關(guān)等。其實(shí)質(zhì)是由可控硅組成的單相調(diào)壓器，負(fù)載為升壓變壓器初級(jí)線圈。主電路的調(diào)壓機(jī)理是在弱電控制部分的作用下，以380V市電為輸入電源，結(jié)合電源電壓的正負(fù)周期分別導(dǎo)通雙反并聯(lián)可控硅模塊，再由升壓變壓器將可控硅調(diào)節(jié)后的電壓升壓，滿足大負(fù)載燈光回路所需電壓。

2）觸發(fā)板：接收處理來(lái)自主控板的集成觸發(fā)電路發(fā)送的觸發(fā)信號(hào)以觸發(fā)可控硅模塊。

3）絕緣檢測(cè)板：對(duì)燈光回路電纜的絕緣電阻采樣信號(hào)（H11、H12輸入）放大，隔離并傳送給主控板（JYCK、JY+、JY-輸出）。

4）主控板：微機(jī)控制系統(tǒng)以 C8051單片機(jī)為核心，其功能主要有如下幾點(diǎn)：

a.接收并處理來(lái)自電壓傳感器 TV對(duì)主電路工作電源的檢測(cè)信號(hào)U1（正常為線電壓值，通過(guò)接頭TVG、TVVZ、TV+E輸入主控板），當(dāng) TV發(fā)生故障或者主電路電源異常時(shí)，微機(jī)控制系統(tǒng)馬上報(bào)警，控制接觸器切斷主電路。

b.接收并處理來(lái)自同步變壓器 T2采集的與主電路電壓同步的電壓信號(hào) U2，U2反映的是電源電壓正弦波過(guò)零點(diǎn)的時(shí)刻（通過(guò)H23、H24端頭輸入主控板），主控板內(nèi)置的過(guò)零檢測(cè)裝置通過(guò)U2找出主電路電壓正負(fù)半周的過(guò)零點(diǎn)后發(fā)出脈沖信號(hào)Ut，再由微機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)預(yù)置的可控硅觸發(fā)時(shí)刻結(jié)合與Ut的相位關(guān)系控制觸發(fā)電路經(jīng)XS7 CF輸出端子發(fā)送觸發(fā)脈沖給觸發(fā)板經(jīng)過(guò)處理后觸發(fā)可控硅按一定的導(dǎo)通角導(dǎo)通。

圖5 同步電路及波形

同步電路在半個(gè)周波內(nèi)完成的移相控制，必須要有一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)。通常選用過(guò)零點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)。同步電路的作用就是給出基準(zhǔn)點(diǎn)（Ut），以便單片機(jī)進(jìn)行移相控制。

c.可控硅觸發(fā)脈沖形成。HCR調(diào)光器主控板內(nèi)的觸發(fā)脈沖電路采用全數(shù)字化設(shè)計(jì)，通過(guò)同步過(guò)零檢測(cè)電路，由微機(jī)系統(tǒng)輸出觸發(fā)脈沖方波，經(jīng)光電隔離后送觸發(fā)板。

d.將回路電流傳感器 TA采集的回路電流信號(hào)通過(guò)接頭TAVZ、TAG、TA+E輸入給主控板內(nèi)的電流調(diào)整電路，完成電流信號(hào)的緩沖、交直流轉(zhuǎn)換，再作為反饋信號(hào)輸入至微機(jī)控制系統(tǒng)處理。微機(jī)系統(tǒng)將預(yù)置的電流值與回路電流反饋信號(hào)比較后在兩者偏差允許的范圍內(nèi)對(duì)回路電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，使電流穩(wěn)定在預(yù)設(shè)值的允許偏差內(nèi)。

當(dāng)回路電流異常（如回路開路、電流變化幅度過(guò)大）或電流傳感器故障導(dǎo)致主控板檢測(cè)到的反饋電流與預(yù)設(shè)值偏離過(guò)大時(shí)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，必要時(shí)關(guān)閉主電路。

e.分析、判斷鍵盤操作指令，完成相應(yīng)操作。

f.檢測(cè)、處理各種故障現(xiàn)象，并發(fā)出報(bào)警。

g.完成電壓、電流、光級(jí)等參數(shù)顯示。

5）開關(guān)電源為整個(gè)系統(tǒng)分別提供直流5V、12V、15V、24V工作電源。

（2）調(diào)光器工作原理

HCR型調(diào)光器屬于可控硅恒流調(diào)光器，整體上可以分為測(cè)量檢測(cè)部分、控制部分和執(zhí)行部分。

圖6 HCR調(diào)光器電氣原理圖

檢測(cè)部分包括位于升壓變壓器輸出回路的電流互感器TA、主電路內(nèi)的電壓傳感器TV、同步變壓器T2；控制部分圖中已做標(biāo)注（集成于主控箱內(nèi)）；執(zhí)行部分包括反并聯(lián)可控硅模塊VT（可視為調(diào)光系統(tǒng)的功率放大器）、交流接觸器KM、中間繼電器（圖中未標(biāo)明）升壓變壓器TM。

調(diào)光器工作電路可以分為以下幾種主要電路：

1）主電路：將輸入電壓變換到調(diào)光器所需的輸出電壓。

2）同步電路：通過(guò)過(guò)零檢測(cè)電路給出和主電路工作電壓相一致的基準(zhǔn)電壓作為移相基準(zhǔn)。

3）觸發(fā)電路：將移相脈沖放大、隔離、觸發(fā)可控硅導(dǎo)通。

4）信號(hào)采樣電路：完成電流或電壓信號(hào)的高低壓變換、高低壓隔離和交直流轉(zhuǎn)換，成為與被調(diào)電量等效的直流電壓。

5）恒流調(diào)整電路：完成給定電流和輸出電流的比較及滿足一定精度、速度的恒流調(diào)節(jié)。

圖7 調(diào)光器基本電路組成關(guān)系

圖8 調(diào)光系統(tǒng)原理方框圖

調(diào)光器的工作原理可以總結(jié)為恒流原理。升壓變壓器副邊電流經(jīng)電流傳感器取樣作為反饋電流，通過(guò)幅度和波形變換，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后輸入控制計(jì)算機(jī)，單片機(jī)隨時(shí)將該信號(hào)與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)電流值比較，經(jīng)計(jì)算產(chǎn)生與電源電壓周期一定相位關(guān)系的觸發(fā)脈沖控制可控硅導(dǎo)通，通過(guò)控制回路電壓達(dá)到調(diào)整回路電流。

主控板上的觸發(fā)電路將C8051單片機(jī)輸出的移相脈沖進(jìn)行放大、隔離，經(jīng)過(guò)觸發(fā)板后輸入至可控硅。微機(jī)控制系統(tǒng)則是根據(jù)反饋信號(hào)進(jìn)行恒流控制、在狀態(tài)異常時(shí)報(bào)警并采取保護(hù)措施等。其中心控制單片機(jī) C8051是整個(gè)閉環(huán)自控系統(tǒng)的關(guān)鍵，主要執(zhí)行控制主電路電流、電壓、回路參數(shù)檢測(cè)以及故障處理等功能。調(diào)光器的任何一個(gè)工作環(huán)節(jié)（圖6－圖8）出問(wèn)題都會(huì)使控制電路在無(wú)法及時(shí)獲取信號(hào)或者獲取的電參量超出系統(tǒng)預(yù)設(shè)的正常值時(shí)發(fā)出報(bào)警并采取措施關(guān)閉設(shè)備。

3 HCR調(diào)光器故障實(shí)例一

3.1 故障經(jīng)過(guò)

2010年1月22日7：51分，塔臺(tái)管制員通知開啟“跑道邊燈二回”調(diào)光器。值班員依照指令按下啟動(dòng)按鍵，發(fā)現(xiàn)調(diào)光器顯示面板顯示升壓變壓器一次側(cè)電壓為 0，調(diào)光器主電路未通電。此狀態(tài)持續(xù)了約1秒鐘，調(diào)光器發(fā)生蜂鳴器報(bào)警，顯示“前級(jí)開路”（即主電路開路）。設(shè)備無(wú)法運(yùn)行，關(guān)閉調(diào)光器，將燈光回路切換至備用機(jī)。

3.2 故障分析與處理

當(dāng)日航班結(jié)束后立即著手排故。

（1）檢查調(diào)光器主電路

依照?qǐng)D5可以看出，HCR調(diào)光器“前級(jí)”的組成部分依次是380V輸入電源Lb、La，斷路器QF，150A快速熔斷器FU1，雙向反并聯(lián)可控硅模塊VT，交流接觸器 KM，升壓變壓器初級(jí)，還有連接各個(gè)部分的導(dǎo)線。

首先將斷路器 QF分閘，對(duì)整個(gè)設(shè)備的外觀進(jìn)行檢查，通過(guò)眼觀和鼻嗅沒(méi)有發(fā)現(xiàn)燒黑、碳化的部位，沒(méi)有焦糊味，用手輕輕晃動(dòng)接線端子發(fā)現(xiàn)主電路各部分導(dǎo)線連接緊固。

測(cè)量電源端子X(jué)T1處Lb、La線電壓是400V，合上斷路器，測(cè)量其出線處A、B間電壓也為400V，說(shuō)明調(diào)光器輸入電源正常。

綜上所述，我國(guó)的社保工作已經(jīng)步入一個(gè)大信息時(shí)代。國(guó)有企業(yè)社會(huì)保險(xiǎn)經(jīng)濟(jì)業(yè)務(wù)集約化管控系統(tǒng)建設(shè)越來(lái)越顯得十分必要。社會(huì)保險(xiǎn)信息化建設(shè)的工作開始向集約化發(fā)展。相信通過(guò)不同部門人員的共同努力，社保的信息化建設(shè)一定可以步入一個(gè)新的高度。

用萬(wàn)用表測(cè)快速熔斷器FU1和升壓變壓器初級(jí)A、X的狀態(tài)為導(dǎo)通。再測(cè)交流接觸器線圈（額定電壓220V）的電阻約為69?，將斷路器分閘，用改錐人為使接觸器閉合，測(cè)得輸入、輸出端導(dǎo)通，說(shuō)明交流接觸器完好。

將可控硅模塊拆下，將萬(wàn)用表置于 R×1k檔，分別測(cè)得 A1與 K1、A2與 K2、A1與 G1、A2與G2正反向電阻均超出量程；在將表置于測(cè)通斷檔，分別測(cè)得G1到K1、G2到K2的電阻均不超過(guò)40?，證明模塊完好。

圖9 SanRexpak雙向反并聯(lián)可控硅模塊

位于交流接觸器下方的MY2NJ（24VDC）中間繼電器的常開觸點(diǎn)（接頭 H01、H10）與接觸器線圈串聯(lián)，其本身的線圈電源引自主控板 H13、H14的24VDC出線，如圖10所示。

圖10

正常情況下當(dāng)調(diào)光器開啟后，繼電器線圈被主控板接通24V直流電源，其常開觸點(diǎn)K1-1閉合，交流接觸器的線圈接通 220V交流電源使接觸器吸合，接通主電路。

此次開啟調(diào)光器，觀察到該繼電器的線圈通電指示燈亮，說(shuō)明繼電器已經(jīng)上電，但是并未見接觸器吸合。而在繼電器線圈通電后，其常開觸點(diǎn)K1-1應(yīng)該閉合，接觸器的線圈通電。因?yàn)榻佑|器已被證明沒(méi)有問(wèn)題，所以只能說(shuō)明接觸器線圈并未得電，即K1-1未閉合。測(cè)量H01點(diǎn)電源側(cè)相電壓為0，說(shuō)明H01線頭電源失效。

檢查到了這一步，故障的原因已基本查明：在調(diào)光器啟動(dòng)后，由于交流接觸器KM的線圈未能正常得電，導(dǎo)致接觸器無(wú)法正常吸合，而接觸器不能吸合的狀態(tài)被主控板內(nèi)的單片機(jī)檢測(cè)到（KM 吸合通電信號(hào)未輸入單片機(jī)），在經(jīng)過(guò)預(yù)設(shè)時(shí)間后（從開機(jī)到故障報(bào)警的實(shí)際時(shí)間約為 1s），微機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出閉鎖信號(hào)關(guān)斷可控硅的觸發(fā)脈沖，實(shí)現(xiàn)可控硅的在線關(guān)閉，同時(shí)發(fā)出“前級(jí)開路”告警。

圖11

所以故障出現(xiàn)在調(diào)光器的控制電路內(nèi)。經(jīng)檢查，接觸器KM由H01端頭引入的線圈電源來(lái)自調(diào)光器輸入電源LA的XT1端子排。

（2）檢查調(diào)光器接線端子排XT1

圖12 輸入電源端子排XT1

3.3 排故總結(jié)

此次故障反映出的問(wèn)題有以下兩點(diǎn)：

（1）調(diào)光器的控制部分含有很多弱電器件，導(dǎo)線的接點(diǎn)較多，薄弱點(diǎn)多，值班人員需加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的日常維護(hù)工作。

（2）以往使用的HCR同類型的調(diào)光器發(fā)生前級(jí)開路故障多數(shù)表現(xiàn)為FU1（150A）快熔燒斷，導(dǎo)致主電路斷路。此故障雖然為接線松脫所致，但也證明設(shè)備自2007年末運(yùn)行至今沒(méi)有部件質(zhì)量問(wèn)題。

4 HCR調(diào)光器故障實(shí)例二

4.1 故障經(jīng)過(guò)

2009年9月6日7：10分，值班員接到塔臺(tái)管制員通知開啟“21#坡度燈”調(diào)光器。剛閉合設(shè)備開關(guān)，接觸器吸合，此時(shí)顯示屏電壓、電流值（升壓變輸入電壓和輸出電流）出現(xiàn)波動(dòng)。大約過(guò)了不到1秒，調(diào)光器突然蜂鳴報(bào)警，顯示屏指示“過(guò)流”故障，接觸器跳開，回路不能正常開啟。

關(guān)閉調(diào)光器，過(guò)了10秒鐘再次開啟設(shè)備，這次剛一通電設(shè)備直接報(bào)警，接觸器不吸合，顯示“過(guò)流”，關(guān)閉設(shè)備，確認(rèn)發(fā)生了故障。

為了不耽誤開燈，迅速將燈光回路切換至備用機(jī)，備機(jī)開啟運(yùn)行正常，證明是原調(diào)光器的出了故障。

4.2 故障處理

查閱設(shè)備說(shuō)明書得知，調(diào)光器故障顯示“過(guò)流”是指升壓變輸出回路電流超過(guò)額定電流的 5%以上。由圖5可知，調(diào)光器輸出回路電流是通過(guò)TA采集輸入主控板的，再由主控板發(fā)出觸發(fā)脈沖經(jīng)觸發(fā)板處理后觸發(fā)可控硅導(dǎo)通。所以有以下可能：

（1）TA故障，傳輸給主控板錯(cuò)誤的電流測(cè)量值。

（2）主控板故障，不能正常發(fā)出觸發(fā)信號(hào)。

（3）觸發(fā)板故障，不能正常傳導(dǎo)觸發(fā)信號(hào)。

（4）可控硅模塊故障，不能按正常的導(dǎo)通角導(dǎo)通，使升壓變輸入功率過(guò)大。

依次將TA和主控板更換，開機(jī)試驗(yàn)故障仍在；更換觸發(fā)板，開機(jī)試驗(yàn)正常，故障排除。

4.3 故障機(jī)理

觸發(fā)板的作用是將主控板發(fā)出的可控硅觸發(fā)脈沖進(jìn)行處理后直接觸發(fā)可控硅模塊接通主電路。它是觸發(fā)可控硅導(dǎo)通的最后一環(huán)，也是最后執(zhí)行環(huán)節(jié)。為了更好地弄清楚此次故障的發(fā)生機(jī)理，有必要將HCR調(diào)光器觸發(fā)可控硅導(dǎo)通的工作過(guò)程做一分析。

圖13 主控板觸發(fā)脈沖放大電路

圖14 觸發(fā)板

圖15 觸發(fā)板電路

圖16 KMB472/211內(nèi)部接線

如圖13－圖16所示，由C8051發(fā)出的觸發(fā)脈沖經(jīng)由達(dá)林頓管ULN2803AG隔離、放大后，再通過(guò)三極管TIP137和電阻、電容組成的共集電極電路放大，經(jīng)XS7接口送入觸發(fā)板。送入觸發(fā)板的脈沖信號(hào)通過(guò)脈沖變壓器隔離，再經(jīng)D1、D2整流，R1、R2限流，以及電容濾波環(huán)節(jié)后形成最終的觸發(fā)信號(hào)。

觀察故障觸發(fā)板后發(fā)現(xiàn)，板內(nèi)的電阻、電容器件外觀沒(méi)有明顯碳化痕跡，將器件取下后測(cè)量正常。將脈沖變壓器焊下，用萬(wàn)用表測(cè) 1-6、2-3、4-5三對(duì)接點(diǎn)均是導(dǎo)通的，故可以推斷故障點(diǎn)最有可能發(fā)生在整流二極管當(dāng)中。分別測(cè)4個(gè)二極管的通斷，發(fā)現(xiàn)D3的反向電阻為0，已被擊穿。將與D3同型號(hào)的二極管換上后將板子再重新接入調(diào)光器，試機(jī)運(yùn)行正常。

對(duì)電路進(jìn)行分析后得到結(jié)論：D3管被擊穿造成該路觸發(fā)脈沖經(jīng) D1管直接流回變壓器，使 SCR1可控硅被短路無(wú)法獲得觸發(fā)信號(hào)。主控板檢測(cè)到可控硅模塊不能觸發(fā)后將其封閉并報(bào)警。

5 結(jié)論

可控硅恒流調(diào)光器是目前國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)普及率很高的調(diào)光設(shè)備，其本身兼有強(qiáng)電和弱點(diǎn)設(shè)備的特點(diǎn)，盡管生產(chǎn)廠家不同，設(shè)備的構(gòu)成與工作原理卻是大同小異的，故障的類型也比較相似。在全面準(zhǔn)確地掌握設(shè)備情況的基礎(chǔ)上排故，才能夠真正做到理論聯(lián)系實(shí)際，保障助航燈光正常工作。

[1] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,1999.6.

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