助航灯光恒流调光器故障分析与排除

胡义柱

（宁夏回族自治区银川河东机场供电站，银川 750009）

1 引言

机场助航灯光调光系统主要组成部分是恒流调光器、单相升压变压器、隔离变压器和灯具。

图1 助航灯光系统示意图

恒流调光器是一种恒值自调系统，主要功能是根据不同的气象条件控制灯光回路的输出电流保持稳定，通过保持回路的电流恒定使助航灯光稳定在不同的亮度等级，以满足引导飞机的需要。

2 西安飞豹HCR型助航灯光恒流调光器(以下简称HCR调光器)构成与工作原理

2.1 HCR调光器构成

该型号的调光器除了主电路、一体化电源之外主要由三块电路板组成：

（1）主电路：断路器、快速熔断器、可控硅模块、交流接触器、升压变压器。

（2）单片机控制电路板（主控板）：安装系统控制核心部件。

（3）绝缘检测板：灯光回路绝缘电阻采用信号放大、隔离并传输给主控板。

（4）触发板：触发信号隔离及传输。

（5）滤波器：对外部干扰信号滤波降扰。

主电路是调光器强电部分，其他四个部分由弱电器件组成，起检测控制功能。

调光器主控箱俯视图如图2所示。

图2 主控板部分

图3 主控板以外部分

图4 调光器后视图

2.2 HCR调光器功能及基本原理

（1）调光器各部分功能

结合图3、图6所示，为完成灯光回路的电流控制，系统中各部分主要功能如下：

1）调光器主电路主要完成可控硅相控调压，控制升压变压器输出电流。

主电路包括反并联可控硅、升压变压器和保护开关等。其实质是由可控硅组成的单相调压器，负载为升压变压器初级线圈。主电路的调压机理是在弱电控制部分的作用下，以380V市电为输入电源，结合电源电压的正负周期分别导通双反并联可控硅模块，再由升压变压器将可控硅调节后的电压升压，满足大负载灯光回路所需电压。

2）触发板：接收处理来自主控板的集成触发电路发送的触发信号以触发可控硅模块。

3）绝缘检测板：对灯光回路电缆的绝缘电阻采样信号（H11、H12输入）放大，隔离并传送给主控板（JYCK、JY+、JY-输出）。

4）主控板：微机控制系统以 C8051单片机为核心，其功能主要有如下几点：

a.接收并处理来自电压传感器 TV对主电路工作电源的检测信号U1（正常为线电压值，通过接头TVG、TVVZ、TV+E输入主控板），当 TV发生故障或者主电路电源异常时，微机控制系统马上报警，控制接触器切断主电路。

b.接收并处理来自同步变压器 T2采集的与主电路电压同步的电压信号 U2，U2反映的是电源电压正弦波过零点的时刻（通过H23、H24端头输入主控板），主控板内置的过零检测装置通过U2找出主电路电压正负半周的过零点后发出脉冲信号Ut，再由微机控制系统根据系统预置的可控硅触发时刻结合与Ut的相位关系控制触发电路经XS7 CF输出端子发送触发脉冲给触发板经过处理后触发可控硅按一定的导通角导通。

图5 同步电路及波形

同步电路在半个周波内完成的移相控制，必须要有一个基准点。通常选用过零点作为基准点。同步电路的作用就是给出基准点（Ut），以便单片机进行移相控制。

c.可控硅触发脉冲形成。HCR调光器主控板内的触发脉冲电路采用全数字化设计，通过同步过零检测电路，由微机系统输出触发脉冲方波，经光电隔离后送触发板。

d.将回路电流传感器 TA采集的回路电流信号通过接头TAVZ、TAG、TA+E输入给主控板内的电流调整电路，完成电流信号的缓冲、交直流转换，再作为反馈信号输入至微机控制系统处理。微机系统将预置的电流值与回路电流反馈信号比较后在两者偏差允许的范围内对回路电流进行调节，使电流稳定在预设值的允许偏差内。

当回路电流异常（如回路开路、电流变化幅度过大）或电流传感器故障导致主控板检测到的反馈电流与预设值偏离过大时会发出报警信号，必要时关闭主电路。

e.分析、判断键盘操作指令，完成相应操作。

f.检测、处理各种故障现象，并发出报警。

g.完成电压、电流、光级等参数显示。

5）开关电源为整个系统分别提供直流5V、12V、15V、24V工作电源。

（2）调光器工作原理

HCR型调光器属于可控硅恒流调光器，整体上可以分为测量检测部分、控制部分和执行部分。

图6 HCR调光器电气原理图

检测部分包括位于升压变压器输出回路的电流互感器TA、主电路内的电压传感器TV、同步变压器T2；控制部分图中已做标注（集成于主控箱内）；执行部分包括反并联可控硅模块VT（可视为调光系统的功率放大器）、交流接触器KM、中间继电器（图中未标明）升压变压器TM。

调光器工作电路可以分为以下几种主要电路：

1）主电路：将输入电压变换到调光器所需的输出电压。

2）同步电路：通过过零检测电路给出和主电路工作电压相一致的基准电压作为移相基准。

3）触发电路：将移相脉冲放大、隔离、触发可控硅导通。

4）信号采样电路：完成电流或电压信号的高低压变换、高低压隔离和交直流转换，成为与被调电量等效的直流电压。

5）恒流调整电路：完成给定电流和输出电流的比较及满足一定精度、速度的恒流调节。

图7 调光器基本电路组成关系

图8 调光系统原理方框图

调光器的工作原理可以总结为恒流原理。升压变压器副边电流经电流传感器取样作为反馈电流，通过幅度和波形变换，经A/D转换后输入控制计算机，单片机随时将该信号与设定的标准电流值比较，经计算产生与电源电压周期一定相位关系的触发脉冲控制可控硅导通，通过控制回路电压达到调整回路电流。

主控板上的触发电路将C8051单片机输出的移相脉冲进行放大、隔离，经过触发板后输入至可控硅。微机控制系统则是根据反馈信号进行恒流控制、在状态异常时报警并采取保护措施等。其中心控制单片机 C8051是整个闭环自控系统的关键，主要执行控制主电路电流、电压、回路参数检测以及故障处理等功能。调光器的任何一个工作环节（图6－图8）出问题都会使控制电路在无法及时获取信号或者获取的电参量超出系统预设的正常值时发出报警并采取措施关闭设备。

3 HCR调光器故障实例一

3.1 故障经过

2010年1月22日7：51分，塔台管制员通知开启“跑道边灯二回”调光器。值班员依照指令按下启动按键，发现调光器显示面板显示升压变压器一次侧电压为 0，调光器主电路未通电。此状态持续了约1秒钟，调光器发生蜂鸣器报警，显示“前级开路”（即主电路开路）。设备无法运行，关闭调光器，将灯光回路切换至备用机。

3.2 故障分析与处理

当日航班结束后立即着手排故。

（1）检查调光器主电路

依照图5可以看出，HCR调光器“前级”的组成部分依次是380V输入电源Lb、La，断路器QF，150A快速熔断器FU1，双向反并联可控硅模块VT，交流接触器 KM，升压变压器初级，还有连接各个部分的导线。

首先将断路器 QF分闸，对整个设备的外观进行检查，通过眼观和鼻嗅没有发现烧黑、碳化的部位，没有焦糊味，用手轻轻晃动接线端子发现主电路各部分导线连接紧固。

测量电源端子XT1处Lb、La线电压是400V，合上断路器，测量其出线处A、B间电压也为400V，说明调光器输入电源正常。

综上所述，我国的社保工作已经步入一个大信息时代。国有企业社会保险经济业务集约化管控系统建设越来越显得十分必要。社会保险信息化建设的工作开始向集约化发展。相信通过不同部门人员的共同努力，社保的信息化建设一定可以步入一个新的高度。

用万用表测快速熔断器FU1和升压变压器初级A、X的状态为导通。再测交流接触器线圈（额定电压220V）的电阻约为69Ω，将断路器分闸，用改锥人为使接触器闭合，测得输入、输出端导通，说明交流接触器完好。

将可控硅模块拆下，将万用表置于 R×1k档，分别测得 A1与 K1、A2与 K2、A1与 G1、A2与G2正反向电阻均超出量程；在将表置于测通断档，分别测得G1到K1、G2到K2的电阻均不超过40Ω，证明模块完好。

图9 SanRexpak双向反并联可控硅模块

位于交流接触器下方的MY2NJ（24VDC）中间继电器的常开触点（接头 H01、H10）与接触器线圈串联，其本身的线圈电源引自主控板 H13、H14的24VDC出线，如图10所示。

图10

正常情况下当调光器开启后，继电器线圈被主控板接通24V直流电源，其常开触点K1-1闭合，交流接触器的线圈接通 220V交流电源使接触器吸合，接通主电路。

此次开启调光器，观察到该继电器的线圈通电指示灯亮，说明继电器已经上电，但是并未见接触器吸合。而在继电器线圈通电后，其常开触点K1-1应该闭合，接触器的线圈通电。因为接触器已被证明没有问题，所以只能说明接触器线圈并未得电，即K1-1未闭合。测量H01点电源侧相电压为0，说明H01线头电源失效。

检查到了这一步，故障的原因已基本查明：在调光器启动后，由于交流接触器KM的线圈未能正常得电，导致接触器无法正常吸合，而接触器不能吸合的状态被主控板内的单片机检测到（KM 吸合通电信号未输入单片机），在经过预设时间后（从开机到故障报警的实际时间约为 1s），微机控制系统发出闭锁信号关断可控硅的触发脉冲，实现可控硅的在线关闭，同时发出“前级开路”告警。

图11

所以故障出现在调光器的控制电路内。经检查，接触器KM由H01端头引入的线圈电源来自调光器输入电源LA的XT1端子排。

（2）检查调光器接线端子排XT1

图12 输入电源端子排XT1

3.3 排故总结

此次故障反映出的问题有以下两点：

（1）调光器的控制部分含有很多弱电器件，导线的接点较多，薄弱点多，值班人员需加强对设备的日常维护工作。

（2）以往使用的HCR同类型的调光器发生前级开路故障多数表现为FU1（150A）快熔烧断，导致主电路断路。此故障虽然为接线松脱所致，但也证明设备自2007年末运行至今没有部件质量问题。

4 HCR调光器故障实例二

4.1 故障经过

2009年9月6日7：10分，值班员接到塔台管制员通知开启“21#坡度灯”调光器。刚闭合设备开关，接触器吸合，此时显示屏电压、电流值（升压变输入电压和输出电流）出现波动。大约过了不到1秒，调光器突然蜂鸣报警，显示屏指示“过流”故障，接触器跳开，回路不能正常开启。

关闭调光器，过了10秒钟再次开启设备，这次刚一通电设备直接报警，接触器不吸合，显示“过流”，关闭设备，确认发生了故障。

为了不耽误开灯，迅速将灯光回路切换至备用机，备机开启运行正常，证明是原调光器的出了故障。

4.2 故障处理

查阅设备说明书得知，调光器故障显示“过流”是指升压变输出回路电流超过额定电流的 5%以上。由图5可知，调光器输出回路电流是通过TA采集输入主控板的，再由主控板发出触发脉冲经触发板处理后触发可控硅导通。所以有以下可能：

（1）TA故障，传输给主控板错误的电流测量值。

（2）主控板故障，不能正常发出触发信号。

（3）触发板故障，不能正常传导触发信号。

（4）可控硅模块故障，不能按正常的导通角导通，使升压变输入功率过大。

依次将TA和主控板更换，开机试验故障仍在；更换触发板，开机试验正常，故障排除。

4.3 故障机理

触发板的作用是将主控板发出的可控硅触发脉冲进行处理后直接触发可控硅模块接通主电路。它是触发可控硅导通的最后一环，也是最后执行环节。为了更好地弄清楚此次故障的发生机理，有必要将HCR调光器触发可控硅导通的工作过程做一分析。

图13 主控板触发脉冲放大电路

图14 触发板

图15 触发板电路

图16 KMB472/211内部接线

如图13－图16所示，由C8051发出的触发脉冲经由达林顿管ULN2803AG隔离、放大后，再通过三极管TIP137和电阻、电容组成的共集电极电路放大，经XS7接口送入触发板。送入触发板的脉冲信号通过脉冲变压器隔离，再经D1、D2整流，R1、R2限流，以及电容滤波环节后形成最终的触发信号。

观察故障触发板后发现，板内的电阻、电容器件外观没有明显碳化痕迹，将器件取下后测量正常。将脉冲变压器焊下，用万用表测 1-6、2-3、4-5三对接点均是导通的，故可以推断故障点最有可能发生在整流二极管当中。分别测4个二极管的通断，发现D3的反向电阻为0，已被击穿。将与D3同型号的二极管换上后将板子再重新接入调光器，试机运行正常。

对电路进行分析后得到结论：D3管被击穿造成该路触发脉冲经 D1管直接流回变压器，使 SCR1可控硅被短路无法获得触发信号。主控板检测到可控硅模块不能触发后将其封闭并报警。

5 结论

可控硅恒流调光器是目前国内机场普及率很高的调光设备，其本身兼有强电和弱点设备的特点，尽管生产厂家不同，设备的构成与工作原理却是大同小异的，故障的类型也比较相似。在全面准确地掌握设备情况的基础上排故，才能够真正做到理论联系实际，保障助航灯光正常工作。

[1] 康华光.电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,1999.6.

[2] 曹先,高淑玲.助航灯光专业知识[J].中国民航,2001(5).

[3] 高淑玲,王云岭.机场目视助航设施[J].天津科学技术,2004(7).