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        某型機(jī)全機(jī)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(guān)鍵詞:端電壓接觸器線圈

        董曉宇,尹超華

        (中國直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所,江西景德鎮(zhèn),333001)

        1 概述

        某型機(jī)在由1號(hào)交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)向2號(hào)交流發(fā)電機(jī)供電時(shí),全機(jī)掉電。經(jīng)現(xiàn)場排查,發(fā)現(xiàn)2號(hào)交流發(fā)電機(jī)控制器(以下簡稱GCU)在控制主通道投網(wǎng)后只對(duì)2號(hào)交流接觸器的故障狀態(tài)進(jìn)行了判別,但未控制2號(hào)交流接觸器執(zhí)行退網(wǎng)動(dòng)作,由于電源系統(tǒng)優(yōu)先級(jí)的關(guān)系(2號(hào)交流優(yōu)先于1號(hào)交流),導(dǎo)致其它通道的電源無法投網(wǎng),造成全機(jī)掉電。

        2 故障定位分析

        結(jié)合機(jī)上接觸器故障問題及產(chǎn)品內(nèi)部電源工作機(jī)理,通過建立故障樹,分析全機(jī)掉電故障可能的原因有以下幾個(gè)方面,如圖1所示。

        圖1 全機(jī)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(qū)動(dòng)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(wǎng)過程中,GCU只對(duì)主接觸器的狀態(tài)進(jìn)行了判別,并報(bào)送故障信息,但不執(zhí)行退網(wǎng)操作。由于電源系統(tǒng)優(yōu)先級(jí)的關(guān)系,當(dāng)主接觸器無法正常接通完成轉(zhuǎn)電時(shí),會(huì)導(dǎo)致其他通道的電源無法投網(wǎng),從而引起全機(jī)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(xiàn)為主接觸器的個(gè)體差異較大。

        在接觸器驗(yàn)收試驗(yàn)的過程中,試驗(yàn)現(xiàn)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(fù)至24V(C型電機(jī)永磁機(jī)電壓低),恢復(fù)時(shí)間為60-70ms,接觸器吸合時(shí)間不正常。

        接觸器廠家給出的參數(shù)是接觸器接通瞬間線圈最低電壓標(biāo)稱值為12V,個(gè)體參數(shù)差異較大導(dǎo)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(qū)動(dòng)能力,以適應(yīng)主接觸器的個(gè)體差異性。

        ■2.3 接觸器驅(qū)動(dòng)能力A3

        驅(qū)動(dòng)能力不足一方面導(dǎo)致接觸器吸合的時(shí)間變長,影響全機(jī)轉(zhuǎn)電時(shí)間,另一方面,此種驅(qū)動(dòng)能力不足可能會(huì)引起主接觸器的機(jī)械卡滯。

        能夠引起A3的因素為:GCU控制方式會(huì)使主接觸器驅(qū)動(dòng)回路的線路較長,從內(nèi)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(qū)動(dòng)電流較大(約7A),會(huì)產(chǎn)生較大壓降,使接觸器線圈驅(qū)動(dòng)電壓降低。

        3 機(jī)理分析

        ■3.1 GCU接觸器控制邏輯機(jī)理分析

        由于電源系統(tǒng)優(yōu)先級(jí)的關(guān)系,主通道投網(wǎng)后對(duì)故障接觸器狀態(tài)的進(jìn)行了判別,并報(bào)送故障信息,但未控制接觸器執(zhí)行退網(wǎng)操作。在GCU控制接觸器正常接通時(shí),若接觸器發(fā)出機(jī)構(gòu)部分動(dòng)作,但主觸點(diǎn)未形成閉合投網(wǎng)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(jí),導(dǎo)致其他通道的電源無法投網(wǎng),從而造成全機(jī)掉電,控制邏輯存在缺陷。

        ■3.2 GCU接觸器驅(qū)動(dòng)能力的機(jī)理分析

        圖2為GCU內(nèi)部接觸器驅(qū)動(dòng)電路,內(nèi)28V經(jīng)斷路器Q1后至發(fā)電開關(guān)GCS,發(fā)電開關(guān)閉合后再將28V送回2號(hào)交流GCU作為發(fā)電控制命令與接觸器驅(qū)動(dòng)電源,2號(hào)交流GCU檢測到GCS開關(guān)信號(hào)時(shí),控制2號(hào)交流系統(tǒng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,發(fā)電正常滿足投網(wǎng)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(qū)動(dòng)電源。

        圖2 接觸器驅(qū)動(dòng)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(nèi)阻約為4Ω,線圈電流較大,GCS開關(guān)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(qū)動(dòng)電源到接觸器端的機(jī)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(huì)產(chǎn)生較大的壓降,會(huì)影響接觸器控制的驅(qū)動(dòng)能力。同時(shí)考慮到接觸器個(gè)體之間存在差異,且接觸器熱冷態(tài)條件下驅(qū)動(dòng)電壓不同,當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓低于接觸器吸合電壓時(shí),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(shè)計(jì)改進(jìn)

        ■4.1 控制邏輯優(yōu)化改進(jìn)

        主通道投網(wǎng)后對(duì)接觸器狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測,檢測接觸器的輔助觸點(diǎn)狀態(tài)與控制指令是否一致。若一致,則認(rèn)為主接觸器已經(jīng)正常閉合,且工作正常。否則,進(jìn)行延時(shí)故障判斷,當(dāng)檢測到接觸器故障持續(xù)時(shí)間超過1.2s,執(zhí)行退網(wǎng)操作并報(bào)送接觸器故障信息給供電處理機(jī);若1.2s內(nèi)接收到輔助觸點(diǎn)正常信息,則故障清零,重新進(jìn)行狀態(tài)判斷,同時(shí)保持投網(wǎng)狀態(tài)不變。

        ■4.2 驅(qū)動(dòng)能力優(yōu)化改進(jìn)

        考慮到機(jī)上與GCU驅(qū)動(dòng)線路的實(shí)際情況,采用了GCU內(nèi)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(qū)動(dòng)接觸器的信號(hào)不再經(jīng)過發(fā)電機(jī)開關(guān)控制回路,如圖4所示。減小吸合瞬間的線路壓降,同時(shí)使電流信號(hào)不再經(jīng)過發(fā)電機(jī)開關(guān),減少發(fā)電開關(guān)發(fā)生故障的概率。

        對(duì)控制器進(jìn)行閉環(huán)對(duì)比試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn),當(dāng)GCS線路采用和機(jī)上一致的線制時(shí),接觸器兩端的電壓在接觸器驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)瞬間的壓降變小,即當(dāng)GCS走線變短時(shí),可以提高控制器對(duì)接觸器的驅(qū)動(dòng)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(jìn)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(nèi)部走線方式,縮短接觸器的驅(qū)動(dòng)回路,吸合電壓在約30ms的時(shí)間,接觸器端的電壓最低值為 (21.4-23.8)VDC,完全可以滿足機(jī)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(jié)論

        綜上試驗(yàn)情況并與之前未改進(jìn)進(jìn)行對(duì)比,改進(jìn)后GCU未驅(qū)動(dòng)能力得到了有效提高。由此可見,該改進(jìn)措施有效,在后續(xù)產(chǎn)品研制中應(yīng)充分借鑒此故障機(jī)理,避免此類故障再次發(fā)生。

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