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.

С тенд 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 стенда N, значення кількості циклів роботи стенда n, значення початкового розбалансу вимірювального елемента U_ро, оптимальне значення часу розімкненого та замкненого стану контактів комутаційної апаратури t_змк та t_рзмк, значення _кр1 середньоквадратичне відхилення напруги, по якому проводиться попередня розбраковка комутаційної апаратури, значення _кр1 середньоквадратичного 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_зпр та напругу відпускання U_відп перевіряємого типу контактора, М-кількість етапів наближення, значення критичної напруги зпрацювання U_зпркр та критичної напруги відпускання U_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 _тек та _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 _тек з _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 до моменту подачі команди “ Пуск ” ключі 5 та 6 закриті, напруга U₇₀ на виході підсилювача (на вході контактора 13) рівна нулю, а дослідний контактор 13 знаходиться у не спрацьованому стані, тому U₁₃ на виході контактора рівна нулю. У цьому стані напруга U₁ та U₂ на виходах формувачів 1 та 2 відповідно рівна U₁(0) та U₂(0), напруга U₃(0) та U₄(0) відповідає початковим для першого етапу наближення рівням напруги U_зпр1 та U_відп1 на вході контактора, визначених наприклад, як граничні значення полів допуску напруги зпрацювання (U_зпр) та відпускання (U_відп) контактора.

У момент часу t₀ у блок 8 надходить команда “Пуск” та починається цикл роботи пристрою. У цей момент часу відкривається ключ 5 на вхід формувача 1 від блока 8 надходить команда, по якій напруга збільшується, U₁ на виході формувача 1 починає збільшуватися до рівня U₁(0) по першому заданому закону підвищення, а напруга U₂ залишається незмінною до моменту часу t₁, коли перевіряємий контактор 13 спрацьовує та напруга U₁₃ стає рівною одиниці, а напруга U₇ досягає значення перевищуючого величину напруги зпрацювання контактора U_зпр на величину динамічної похибки контролю U_зпр1 першого етапу наближення.

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

По команді блока керування у момент часу t₁ масштабний підсилювач 3 зменшує коефіцієнт передачі до величини К₃₁, що відповідає першому етапу наближення та напруга U₃ на його виході зменшується до рівня U₃:

,

при якому напруга U₇ досягає початкового для другого етапу наближень, рівня зпрацювання контактора, значення U_зпр2. Одночасно відбувається закриття ключа 5 та відкриття ключа 6 та напруга U₇ на виході реле встановлюється рівною початковому для першого етапу наближення, до рівня напруги відпускання контактора, значення U_відп1 .

Починаючи з моменту часу t₁ напруга U₁ на виході формувача 1 залишається незмінною та рівною досягнутій до цього моменту часу значенню, рівною U₁(t₁), а напруга U₂ на виході формувача 2 зменшується до рівня U₂(0) заданного законом зниження.

Рис.3.4.

У момент часу t₂ виникає відпускання контактора 13 і напруга U₁₃ стає рівною нулю, напруга U₂ досягає значення U₂(t₂).

Напруга U₇ у цей момент досягає значення яке менше величини напруги відпускання контактора U_відп на величину динамічної похибки U_відп1 першого 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 величини U₄(t₂) :

,

при якому напруга U₇ досягає початкового для другого етапу наближення рівня відпускання контактора значення U_відп2. Одночасно проходить закриття ключа 6 та відкривання ключа 5 і напруга U₇ на виході контактора встановлюється рівною початковій для другого етапу наближення, рівня напруги зпрацювання контактора, значення U_зпр2, при цьому забезпечується співвідношення:

U_зпр1<U_зпр2<U_зпр

Р івень U_зпр2 визначається з урахуванням динамічної похибки U_зпр1. В інтервалі часу t₂-t₃ здійснюється другий етап наближення до рівня U_зпр зі швидкістю її зміни у напругу U₇ меншою ніж швидкість її зміни у інтервалі часу t₀-t₁. Величина динамічної похибки контролю другого етапу наближення до рівня U_зпр буде рівна U_зпр2. При чому, за рахунок зменшення швидкості зміни напруги U₇ досягається співвідношення:

U_зпр2<U_зпр1

В інтервалі часу t₃-t₄ здійснюється другий етап наближення до рівня U_відп із швидкістю зміни напруги U₇ меншої ніж швидкість зміни у інтервалі часу t₁-t₂. Величина динамічної похибки контролю другого етапу наближення до рівня U_відп буде 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 U₇ на 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.

Блоки 5 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.

П еревірка 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).

Б лок 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 транзисторі V2 та підсилювач потужності на транзисторах V3, V4.

Рис.3.10. Підсилювач напруги.

Блок перевірки КА під навантаженням виконаємо за слідуючою схемою.

Рис.3.11. Блок перевірки КА під навантаженням.