Глава 3.Розробка функціональної та принципової схем.

Проектований пристрій, який далі називатимемо стендом, призначений для перевірки комутаційної апаратури в умовах авіаційно-технічних баз (АТБ) та авіаційних заводів ЦА.

Згідно з вимогами, поставленими до наземної апаратури діагностики розробляємий стенд повинен забезпечувати:

1.Необхідну точність одержаних результатів;

2.Автоматизацію процесу діагностики та профілактики КА;

3.Високу чутливість вимірювального елемента;

4.Велику бистродію;

5.Малу споживчу потужність;

6. Високу надійність;

7.Виробничу та експлуатаційну технологічність;

8.Безпеку при експлуатації, технічному обслуговувані та ремонті;

Функціонально стенд складається з двох частин.

Перша частина стенда виконує діагностику та профілактику комутаційної апаратури, та складається з двох каналів:

1-й канал, канал діагностики стану контактних поверхонь комутаційної апаратури;

2-й канал, канал очистки контактів комутаційної апаратури.

Перший та другий канали вмикаються у роботу поперемінно.

Функціональна схема стенда, об’єднуюча в собі функціональні елементи цих двох каналів, зображена на Рис.3.1.

Друга частина стенда виконує діагностику напруги зпрацювання та відпускання контактів, а також діагностику контакторів під навантаженням.

Вона також складається з двох незалежних каналів:

1-й канал, канал діагностики напруги зпрацювання та відпускання контакторів;

2-й канал, канал діагностики контакторів під навантаженням.

Канали вмикаються у роботу послідовно один за одним відповідно технології перевірки контакторів.

Функціональна схема стенда, об’єднуюча в собі функціональні елементи цих двох каналів, зображена на Рис.3.2.

Рис.3.1. Функціональна схема діагностики та профілактики КА.

КО - контролюємий об’єкт (дослідна КА);

ВЕ- вимірювальний елемент величини перехідного опору контактів дослідної КА;

АЦП- аналогово-цифровий перетворювач, перетворює аналоговий сигнал, отриманий з вимірювального елемента, в цифровий код необхідний для роботи ЕОМ;

ЕОМ- мікроелектронно обчислювальна машина, автоматизує роботу стенда;

БКС- блок комбінованих схем, отримує вихідну інформацію з мікро ЕОМ та виконує управління стендом виходячи з цієї інформації;

БОК- блок очищення контактів, виконує профілактику контактних поверхонь КА від ізолюючих плівок та різних забруднюючих речовин;

БІ- блок індикації, візуально інформує оператора про справність КА та про незадовільний стан розривних контактних пар КА;

ЦВ- цифровий вольтметр необхідний для візуального спостереження числового значення перехідного опору комутуючих контактів КА;

БПНЗВ- блок перевірки напруги зпрацювання та відпускання.

Рис.3.2. Функціональна схема діагностики напруги зпрацювання та відпускання контактів, а також діагностики контакторів під навантаженням.

1-формувач заданих законів зростання контролюємого параметра вхідного сигналу;

2-формувач заданих законів зниження контролюємого параметра вхідного сигналу;

3,4-маштабний підсилювач;

5,6-аналоговий ключ;

7-підсилювач напруги;

8-блок керування;

9-блок вибору режиму;

10-блок комутації режиму;

11-блок резисторів навантаження;

12-амперметр;

13-контролюємий об’єкт.

Стенд працює у слідуючих режимах:

• режим підготовки;

• режим діагностики;

• режим профілактики;

• режим перевірки напруги зпрацювання контактора;

• режим перевірки напруги відпускання контактора;

• режим перевірки контактора під навантаженням.

У режимі підготовки здійснюється введення у пам’ять ЕОМ даних по комутаційній апаратурі та процесу роботи стенда. Для режиму діагностики та профілактики у пам’ять ЕОМ вводять слідуючі дані: максимальне значення середньоквадратичного відхилення напруги на вимірювальному елементі _max, значення кількості спрацювань комутаційної апаратури в одному циклі роботи стендаN, значення кількості циклів роботи стендаn, значення початкового розбалансу вимірювального елементаU_ро, оптимальне значення часу розімкненого та замкненого стану контактів комутаційної апаратуриt_змктаt_рзмк, значення_кр1середньоквадратичне відхилення напруги, по якому проводиться попередня розбраковка комутаційної апаратури, значення_кр1середньоквадратичного відхилення напруги, по якій здійснюється керування додатковим опором у блоці очистки контакторів.

Для режиму перевірки напруги зпрацювання та відпускання контактора, та режиму перевірки контактора під навантаженням, в пам’ять ЕОМ вводять слідуючі дані: напругу зпрацювання U_зпрта напругу відпусканняU_відпперевіряємого типу контактора, М-кількість етапів наближення, значення критичної напруги зпрацюванняU_зпркрта критичної напруги відпусканняU_відпкр, по яких виконується відбракування перевіряємого контактора.

У режимі діагностики визначається середньоквадратичне відхилення напруги вимірювального елемента U_вср(тобто перехідний опір контактів дослідної комутаційної апаратури) та різниця значення математичного очікування напруги розбалансу та напруги початкового розбаланса вимірювального елемента:

_тек=U_вср-U_ро ,

а також постійний візуальний контроль перехідної характеристики струму в обмотці електромагніта реле або контактора.

У режимі профілактики у роботу підключається блок очистки контакторів.

При описанні роботи візьмемо за основу алгоритм програми роботи ЕОМ зображений на Рис.3.3.

Рис.3.3. Алгоритм програми роботи ЕОМ

Ввівши початкові дані у пам’ять ЕОМ, стенд починає роботу у режимі діагностики. Якщо _тек>_кр1, то стенд переводиться у режим підготовки. Якщо ж навпаки, то ЕОМ на слідуючому етапі порівнює значення_текта_max, і, якщо_тек<_max,то КА в нормі і стенд переводиться у режим підготовки. Якщо ж навпаки, то стенд переходить у режим профілактики, де на початку порівнюється значення_текз_кр2, по якому визначається необхідність включення додаткового опору у ланцюг розрядки конденсатора. Після закінчення циклу профілактики стенд автоматично переходить у режим діагностики.

У режимі профілактики напруги зпрацювання та відпускання контактора стенд працює слідуючим чином: у початковому стані після подачі команди “ Скидання ” та аж домоменту подачі команди“ Пуск ” ключі 5 та 6 закриті,напругаU₇₀на виході підсилювача (на вході контактора 13) рівна нулю, а дослідний контактор 13 знаходиться у не спрацьованому стані, томуU₁₃ на виході контактора рівна нулю. У цьому стані напругаU₁таU₂на виходах формувачів 1 та 2 відповідно рівнаU₁(0) таU₂(0), напругаU₃(0) таU₄(0) відповідає початковим для першого етапу наближення рівням напругиU_зпр1таU_відп1на вході контактора, визначених наприклад, як граничні значення полів допуску напруги зпрацювання (U_зпр) та відпускання (U_відп) контактора.

Умомент часу t₀у блок 8 надходить команда“Пуск” та починається циклроботи пристрою. У цей момент часу відкривається ключ 5 на вхід формувача 1 від блока 8 надходить команда, по якій напруга збільшується,U₁на виході формувача 1 починає збільшуватися до рівняU₁(0) по першому заданому закону підвищення, а напругаU₂залишається незмінною до моменту часуt₁, коли перевіряємий контактор 13 спрацьовує та напругаU₁₃стає рівною одиниці, а напругаU₇досягає значення перевищуючого величину напруги зпрацювання контактораU_зпрна величину динамічної похибки контролюU_зпр1першого етапу наближення.

Часові діаграми зміни сигналів пристроїв представлені на діаграмах Рис.3.4.

По команді блока керування у момент часу t₁масштабний підсилювач 3 зменшує коефіцієнт передачі до величини К₃₁, що відповідає першому

етапу наближення та напругаU₃на його виході зменшується до рівняU₃:

,

при якому напруга U₇досягає початкового для другого етапу наближень, рівня зпрацювання контактора, значенняU_зпр2. Одночасно відбувається закриття ключа 5 та відкриття ключа 6 та напругаU₇на виході реле встановлюється рівною початковому для першого етапу наближення, до рівня напруги відпускання контактора, значенняU_відп1.

Починаючи з моменту часу t₁напругаU₁на виході формувача 1 залишається незмінною та рівною досягнутій до цього моменту часу значенню, рівноюU₁(t₁), а напругаU₂на виході формувача 2 зменшується до рівняU₂(0) заданного законом зниження.

Рис.3.4.

У момент часу t₂виникає відпускання контактора 13 і напругаU₁₃стає рівною нулю, напругаU₂ досягає значенняU₂(t₂).

Напруга U₇у цей момент досягає значення яке менше величини напруги відпускання контактораU_відпна величину динамічної похибкиU_відп1першого етапу наближення. В цей момент часу масштабний підсилювач 4 збільшує коефіцієнт передачі до величини К₄₁, відповідаючого першому етапу наближення і напруга на його виході збільшується до величиниU₄(t₂) :

,

при якому напруга U₇досягає початкового для другого етапу наближення рівня відпускання контактора значенняU_відп2. Одночасно проходить закриття ключа 6 та відкривання ключа 5 і напругаU₇на виході контактора встановлюється рівною початковій для другого етапу наближення, рівня напруги зпрацювання контактора, значенняU_зпр2, при цьому забезпечується співвідношення:

U_зпр1<U_зпр2<U_зпр

РівеньU_зпр2визначається з урахуванням динамічної похибкиU_зпр1. В інтервалі часуt₂-t₃здійснюється другий етап наближення до рівняU_зпрзі швидкістю її зміни у напругуU₇меншою ніж швидкість її зміни у інтервалі часуt₀-t₁. Величина динамічної похибки контролю другого етапу наближення до рівняU_зпрбуде рівнаU_зпр2. При чому, зарахунок зменшення швидкості зміни напругиU₇досягається співвідношення:

U_зпр2<U_зпр1

В інтервалі часу t₃-t₄здійснюється другий етап наближення до рівняU_відпіз швидкістю зміни напругиU₇меншої ніж швидкість зміни у інтервалі часуt₁-t₂. Величина динамічної похибки контролю другого етапу наближення до рівняU_відпбуде рівнаU_відп2, при чому також досягається співвідношення:

U_відп2<U_відп1

Цикл контролю завершується останнім N-м етапом наближення, при якому забезпечується умова:

U_відпN<U_д,U_зпрN<U_д ,

де U_д-допустима динамічна похибка контролю.

Кількість етапів наближення та швидкості зміни напруги U₇на кожному із цих етапів, визначають з умови забезпечення мінімального значення часу контролю та допустимої похибки контролю.

Блоки 1 та 2 можуть бути виконані на основі інтеграторів.

Блоки 3 та 4 можуть бути виконані на основі операційних підсилювачів.

Блоки5 та 6 можуть бути виконані на основі аналогових комутаторів.

Блок 8 являється кінцевим автоматом і схема його виконання залежить від вибраної кількості послідовних наближень та використовуємої елементної бази.

По закінчені роботи каналу перевірки напруги зпрацювання та відпускання контакторів, у роботу включається канал перевірки контактора під навантаженням.

Перевірка контакторів під навантаженням заключається у перевірці силових контактів комутаційної апаратури номінальним або підвищеним струмом. Регулювання струму навантаження виконується ступінчато або плавно.

Через вимикачі В1-В5 блока 9 подається напруга на обмотки контакторів К1-К5 блока 10, які при спрацюванні підключають потужні резистори, чим забезпечується ступінчате регулювання струму навантаження.

Плавна зміна струму навантаження здійснюється реостатом R13, розміщеним у стенді та підключеним у паралель з опорами блока навантажень 11.

Ввімкненням почергово або одночасно в різних комбінаціях вимикачів В1-В5 та реостата R13 можна досягнути зміни струму навантаження від 1,5 до 300 А.

Перемикачем ПГ виконується зміна діапазону вимірювання амперметра А2, що вимірює струм навантаження.

Принципова схема стенда, та пропонуємих у функціональних схемах блоків, може бути виконана на слідуючих пристроях.

Вимірювальний елемент (ВЕ) побудуємо по методу описаному у розділі 2.1., на основі неврівноваженого моста постійного струму, який і буде вимірювальним елементом схеми (Рис.3.5.). В одному з плечей моста передбачений роз’єм для підключення дослідної КА та перехідника для введення початкового розбаланса (U_ро).

Блок очистки контактів зробимо по методу очистки контактів розглянутому у розділі 2.2., де блок очищення контактів (БОК) виконаний на конденсаторі (Рис.3.6.).

 

 

 

R_к

 

 

АЦП

R1

 

Рис.3.5. Вимірювальний елемент.

Рис.3.6. Блок очистки контактів.

Блок комбінаційних схем (БКС) виконаємо на логічних елементах (Рис.3.7.).

Блок індикації (БІ) побудуємо на світодіодах (Рис.3.8.).

Блок аналогових ключів 5 та 6 виконаємо на логічних елементах (Рис.3.9.).

Формувачі заданих законів зміни контролюємого параметра, масштабні підсилювачі та блок керування виконаємо на основі великих

інтегральних схем.

Рис.3.7. Блок комбінаційних схем.

Рис.3.8. Блок індикації.

Рис.3.9. Блок аналогових ключів.

Підсилювач напруги (Рис.3.10.) виконаємо по типовій схемі з 3-х каскадів: погоджувальний каскад на транзисторі V1, підсилювач напруги на транзисторіV2 та підсилювач потужності на транзисторахV3,V4.

Рис.3.10. Підсилювач напруги.

Блок перевірки КА під навантаженням виконаємо за слідуючою схемою.

Рис.3.11. Блок перевірки КА під навантаженням.