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        某型機全機掉電故障分析

        2018-07-27 01:30:38董曉宇尹超華
        電子制作 2018年13期
        關鍵詞:端電壓接觸器線圈

        董曉宇,尹超華

        (中國直升機設計研究所,江西景德鎮(zhèn),333001)

        1 概述

        某型機在由1號交流發(fā)電機轉向2號交流發(fā)電機供電時,全機掉電。經現場排查,發(fā)現2號交流發(fā)電機控制器(以下簡稱GCU)在控制主通道投網后只對2號交流接觸器的故障狀態(tài)進行了判別,但未控制2號交流接觸器執(zhí)行退網動作,由于電源系統(tǒng)優(yōu)先級的關系(2號交流優(yōu)先于1號交流),導致其它通道的電源無法投網,造成全機掉電。

        2 故障定位分析

        結合機上接觸器故障問題及產品內部電源工作機理,通過建立故障樹,分析全機掉電故障可能的原因有以下幾個方面,如圖1所示。

        圖1 全機掉電故障樹

        故障樹引起該問題的故障模式有3種:A1模式為控制邏輯問題;A2為接觸器故障;A3為驅動能力不足。A1與A2(或A3)可能引起該故障的發(fā)生。

        ■2.1 控制邏輯A1

        在投網過程中,GCU只對主接觸器的狀態(tài)進行了判別,并報送故障信息,但不執(zhí)行退網操作。由于電源系統(tǒng)優(yōu)先級的關系,當主接觸器無法正常接通完成轉電時,會導致其他通道的電源無法投網,從而引起全機掉電,因此確定控制邏輯A1存在缺陷。

        ■2.2 接觸器故障A2

        A2主要表現為主接觸器的個體差異較大。

        在接觸器驗收試驗的過程中,試驗現象如下:

        (a)存在接觸器無法正常吸合,其線圈兩端電壓被拉低至12V左右;

        (b)能夠吸合的接觸器的線圈兩端電壓在被拉低至16V后恢復至24V(C型電機永磁機電壓低),恢復時間為60-70ms,接觸器吸合時間不正常。

        接觸器廠家給出的參數是接觸器接通瞬間線圈最低電壓標稱值為12V,個體參數差異較大導致一些接觸器無法正常吸合。接觸器廠家建議接觸器線圈兩端電壓控制在18V以上,可以確保所有接觸器正常接通。因此,需要提升GCU的驅動能力,以適應主接觸器的個體差異性。

        ■2.3 接觸器驅動能力A3

        驅動能力不足一方面導致接觸器吸合的時間變長,影響全機轉電時間,另一方面,此種驅動能力不足可能會引起主接觸器的機械卡滯。

        能夠引起A3的因素為:GCU控制方式會使主接觸器驅動回路的線路較長,從內28V電源輸出到最終的接觸器線圈端的線路約25米長,接觸器接通瞬間的驅動電流較大(約7A),會產生較大壓降,使接觸器線圈驅動電壓降低。

        3 機理分析

        ■3.1 GCU接觸器控制邏輯機理分析

        由于電源系統(tǒng)優(yōu)先級的關系,主通道投網后對故障接觸器狀態(tài)的進行了判別,并報送故障信息,但未控制接觸器執(zhí)行退網操作。在GCU控制接觸器正常接通時,若接觸器發(fā)出機構部分動作,但主觸點未形成閉合投網能力,GCU仍然給故障接觸器施加控制電壓,占用該控制邏輯優(yōu)先級,導致其他通道的電源無法投網,從而造成全機掉電,控制邏輯存在缺陷。

        ■3.2 GCU接觸器驅動能力的機理分析

        圖2為GCU內部接觸器驅動電路,內28V經斷路器Q1后至發(fā)電開關GCS,發(fā)電開關閉合后再將28V送回2號交流GCU作為發(fā)電控制命令與接觸器驅動電源,2號交流GCU檢測到GCS開關信號時,控制2號交流系統(tǒng)發(fā)電機發(fā)電,發(fā)電正常滿足投網條件后,GCU控制繼電器K208,將控制電源送至接觸器線圈正端,為接觸器的接通提供28V驅動電源。

        圖2 接觸器驅動電路

        圖3 接觸器端電壓波形

        但接觸器在接通過程中,線圈內阻約為4Ω,線圈電流較大,GCS開關到GCU的距離約為10米,輸入、輸出的GCU的線路總長度約為20米,再加上最終驅動電源到接觸器端的機上線路總長約25米(線徑0.5mm 2),線路較長,在6-7A電流條件下瞬間接通會產生較大的壓降,會影響接觸器控制的驅動能力。同時考慮到接觸器個體之間存在差異,且接觸器熱冷態(tài)條件下驅動電壓不同,當驅動電壓低于接觸器吸合電壓時,接觸器不能正常接通。

        接觸器端電壓的低端門限值為(19.2-22)VDC,可滿足接觸器(18-28)VDC的門限需求,但裕量范圍不大。

        4 設計改進

        ■4.1 控制邏輯優(yōu)化改進

        主通道投網后對接觸器狀態(tài)進行實時檢測,檢測接觸器的輔助觸點狀態(tài)與控制指令是否一致。若一致,則認為主接觸器已經正常閉合,且工作正常。否則,進行延時故障判斷,當檢測到接觸器故障持續(xù)時間超過1.2s,執(zhí)行退網操作并報送接觸器故障信息給供電處理機;若1.2s內接收到輔助觸點正常信息,則故障清零,重新進行狀態(tài)判斷,同時保持投網狀態(tài)不變。

        ■4.2 驅動能力優(yōu)化改進

        考慮到機上與GCU驅動線路的實際情況,采用了GCU內部走線優(yōu)化的方式,縮短GCU到接觸器端的線路長度為5米,使驅動接觸器的信號不再經過發(fā)電機開關控制回路,如圖4所示。減小吸合瞬間的線路壓降,同時使電流信號不再經過發(fā)電機開關,減少發(fā)電開關發(fā)生故障的概率。

        對控制器進行閉環(huán)對比試驗時發(fā)現,當GCS線路采用和機上一致的線制時,接觸器兩端的電壓在接觸器驅動瞬間的壓降較大;而GCS線路變短后,接觸器兩端的電壓在接觸器驅動瞬間的壓降變小,即當GCS走線變短時,可以提高控制器對接觸器的驅動能力,接觸器接通瞬間的電壓提高約2V。如圖5所示。

        圖4 優(yōu)化后的控制線路

        圖5 改進走線方式后的瞬態(tài)電壓波形

        因此,可以通過改變控制器內部走線方式,縮短接觸器的驅動回路,吸合電壓在約30ms的時間,接觸器端的電壓最低值為 (21.4-23.8)VDC,完全可以滿足機上接觸器使用的(18-28)VDC范圍要求,且裕量范圍提升2V以上。

        5 結論

        綜上試驗情況并與之前未改進進行對比,改進后GCU未驅動能力得到了有效提高。由此可見,該改進措施有效,在后續(xù)產品研制中應充分借鑒此故障機理,避免此類故障再次發(fā)生。

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