機(jī)場助航燈光調(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0-1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，以滿足引導(dǎo)飛機(jī)的需要。

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

1.1HCR調(diào)光器構(gòu)成

該型號的調(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）絕緣檢測板：燈光回路絕緣電阻采用信號放大、隔離并傳輸給主控板。

（4）觸發(fā)板：觸發(fā)信號隔離及傳輸。

（5）濾波器：對外部干擾信號濾波降擾。

主電路是調(diào)光器強(qiáng)電部分，其它四個部分由弱電器件組成，起檢測控制功能。

圖1-1a 主控板部分

圖1-1b 主控板以外部分

圖1-1c調(diào)光器后視圖

1.2HCR調(diào)光器功能及基本原理

1.2.1調(diào)光器各部分功能

結(jié)合圖1-1、圖1-3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：接收處理來自主控板的集成觸發(fā)電路發(fā)送的觸發(fā)信號以觸發(fā)可控硅模塊。

（3）絕緣檢測板：對燈光回路電纜的絕緣電阻采樣信號（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.接收并處理來自電壓傳感器TV對主電路工作電源的檢測信號U1（正常為線電壓值，通過接頭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，微機(jī)控制系統(tǒng)馬上報(bào)警，控制接觸器切斷主電路。

b.接收并處理來自同步變壓器T2采集的與主電路電壓同步的電壓信號U2，U2反映的是電源電壓正弦波過零點(diǎn)的時刻（通過H23、H24端頭輸入主控板），主控板內(nèi)置的過零檢測裝置通過U2找出主電路電壓正負(fù)半周的過零點(diǎn)后發(fā)出脈沖信號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)過處理后觸發(fā)可控硅按一定的導(dǎo)通角導(dǎo)通。

圖1-2同步電路及波形

同步電路在半個周波內(nèi)完成的移相控制，必須要有一個基準(zhǔn)點(diǎn)。通常選用過零點(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)，通過同步過零檢測電路，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通過接頭TAVZ、TAG、TA+E輸入給主控板內(nèi)的電流調(diào)整電路，完成電流信號的緩沖、交直流轉(zhuǎn)換，再作為反饋信號輸入至微機(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比較后在兩者偏差允許的范圍內(nèi)對回路電流進(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、電流變化幅度過大）或電流傳感器故障導(dǎo)致主控板檢測到的反饋電流與預(yù)設(shè)值偏離過大時會發(fā)出報(bào)警信號，必要時關(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、處理各種故障現(xiàn)象，并發(fā)出報(bào)警。

g.完成電壓、電流、光級等參數(shù)顯示。

（5）開關(guān)電源為整個系統(tǒng)提供直流5V,12V,15V24V工作電源。

1.2.2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，整體上可以分為測量檢測部分、控制部分和執(zhí)行部分。

圖1-3 HCR調(diào)光器電氣原理圖

檢測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：通過過零檢測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）信號采樣電路：完成電流或電壓信號的高低壓變換、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1-4調(diào)光器基本電路組成關(guān)系

圖1-5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)隨時將該信號與設(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)反饋信號進(jìn)行恒流控制、在狀態(tài)異常時報(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)檢測以及故障處理等功能。

調(diào)光器的任何一個工作環(huán)節(jié)（圖1-3、4、5）出問題都會使控制電路在無法及時獲取信號或者獲取的電參量超出系統(tǒng)預(yù)設(shè)的正常值時發(fā)出報(bào)警并采取措施關(guān)閉設(shè)備。

2．HCR調(diào)光器故障實(shí)例一

2.1故障經(jīng)過

2010年1月22日7：51分，塔臺管制員通知開啟“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“前級開路”（即主電路開路）。設(shè)備無法運(yùn)行，關(guān)閉調(diào)光器，將燈光回路切換至備用機(jī)。

2.2故障分析與處理

當(dāng)日航班結(jié)束后立即著手排故。

2.2.1檢查調(diào)光器主電路

依照圖1-3可以看出，HCR調(diào)光器“前級”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，還有連接各個部分的導(dǎo)線。

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

測量電源端子XT1處Lb、La線電壓是400V，合上斷路器，測量其出線處A、B間電壓也為400V，說明調(diào)光器輸入電源正常。

用萬用表測快速熔斷器FU1和升壓變壓器初級A、X的狀態(tài)為導(dǎo)通。再測交流接觸器線圈（額定電壓220V）的電阻約為69Ω，將斷路器分閘，用改錐人為使接觸器閉合，測得輸入、輸出端導(dǎo)通，說明交流接觸器完好。

將可控硅模塊拆下，將萬用表置于R×1k檔，分別測得A1與K1、A2與K2、A1與G1、A2與G2正反向電阻均超出量程；在將表置于測通斷檔，分別測得G1到K1、G2到K2的電阻均不超過40Ω，證明模塊完好。

圖2-1 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2-2所示。

圖2-2

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|器已被證明沒有問題，所以只能說明接觸器線圈并未得電，即K1-1未閉合。測量H01點(diǎn)電源側(cè)相電壓為0，說明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)檢測到（KM吸合通電信號未輸入單片機(jī)），在經(jīng)過預(yù)設(shè)時間后（從開機(jī)到故障報(bào)警的實(shí)際時間約為1秒），微機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出閉鎖信號關(guān)斷可控硅的觸發(fā)脈沖，實(shí)現(xiàn)可控硅的在線關(guān)閉，同時發(fā)出“前級開路”告警。

圖2-3

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自調(diào)光器輸入電源LA的XT1端子排。

2.2.2檢查調(diào)光器接線端子排XT1

LA進(jìn)線電源已被證明正常，用手輕輕撥動H01端頭后發(fā)現(xiàn)該處螺絲很松動，用萬用表測H01上接頭與下接頭之間電阻為無窮大，證明開路。用改錐重新對端子排螺絲緊固后再測試兩端頭的狀態(tài)為“通”。 開啟調(diào)光器，中間繼電器線圈 圖2-3輸入電源端子排XT1 通電，接觸器吸合，燈光回路正常運(yùn)行，故障排除。

2.3排故總結(jié)

此次故障反映出的問題有以下兩點(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07年末運(yùn)行至今沒有部件質(zhì)量問題。

3. HCR調(diào)光器故障實(shí)例二

3.1故障經(jīng)過

2009年9月6日7：10分，值班員接到塔臺管制員通知開啟“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。大約過了不到1秒，調(diào)光器突然蜂鳴報(bào)警，顯示屏指示“過流”故障，接觸器跳開，回路不能正常開啟。

關(guān)閉調(diào)光器，過了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。

3.2故障處理

查閱設(shè)備說明書得知，調(diào)光器故障顯示“過流”是指升壓變輸出回路電流超過額定電流的5%以上。由圖1-3可知，調(diào)光器輸出回路電流是通過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，傳輸給主控板錯誤的電流測量值。
• （2）主控板故障，不能正常發(fā)出觸發(fā)信號。
• （3）觸發(fā)板故障，不能正常傳導(dǎo)觸發(fā)信號。
• （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。

3.3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)通的工作過程做一分析。

圖3-1a主控板觸發(fā)脈沖放大電路

圖3-1b觸發(fā)板

圖3-1c 觸發(fā)板電路

圖3-1d KMB472/211內(nèi)部接線

如圖3-1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)板的脈沖信號通過脈沖變壓器隔離，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。

觀察故障觸發(fā)板后發(fā)現(xiàn)，板內(nèi)的電阻、電容器件外觀沒有明顯碳化痕跡，將器件取下后測量正常。將脈沖變壓器焊下，用萬用表測1-6、2-3、4-5三對接點(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4個二極管的通斷，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可控硅被短路無法獲得觸發(fā)信號。主控板檢測到可控硅模塊不能觸發(fā)后將其封閉并報(bào)警。

4.結(jié)語

可控硅恒流調(diào)光器是目前國內(nèi)機(jī)場普及率很高的調(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。

（編自《電氣技術(shù)》，原文標(biāo)題為“助航燈光恒流調(diào)光器故障分析與排除”，作者為胡義柱。）