Сигнализатор контроля питания и его потребителей
Полезная модель относится к радиоэлектронике и может быть использована для контроля наличия фаз в сетях 3-х фазных источников напряжения переменного тока. Технической задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей за счет контроля не только 3-х фазной борт-сети, но и обмоток двигателей следящих систем и гиромоторов. С этой целью предлагается сигнализатор контроля питания и его потребителей, отличающийся тем, что в схему введены обмотки возбуждения двигателей следящих систем и гиромоторов, включенные следующим образом: обмотка возбуждения каждого двигателя включается между двумя соответствующими фазными напряжениями через свою первичную обмотку трансформатора; число первичных обмоток трансформатора равно числу контролируемых обмоток двигателей; схема включения трансформатора выполнена по классической схеме, а выпрямитель по мостовой схеме с П-образным фильтром; сопротивление переменному току первичных обмоток выбирается в 10 раз меньше сопротивления соответствующих обмоток возбуждения; коэффициент трансформации по каждой обмотке выбирается из условий получения суммарного выходного напряжения при безотказной работе фазных напряжений равном порядка 10 В на выходе фильтра.
Полезная модель относится к радиоэлектронике и может быть использована для контроля наличия фаз в сетях 3-х фазных источников напряжения переменного тока.
Особенно желательно его использование во вторичных цепях бортовых 3-х фазных источников переменного тока в авиации и ракетной технике.
Во всех отраслях промышленности очень широко используется напряжение 3-х фазного переменного тока промышленной частоты 50 Гц, а в авиации и ракетной технике 400 Гц и 1000 Гц соответственно.
Эти напряжения используются, в основном, для вращения синхронных и асинхронных электродвигателей.
Потеря одной из фаз (обрыв или короткое замыкание) в процессе работы, конечно, нежелательна, но если в промышленности к катастрофическим последствиям это не приведет, то в авиации приведет, так например гировертикаль начнет плавно «заваливаться», а от нее работает автопилот, в результате произойдет вход самолета в пике/кабрирование или глубокий крен со всеми печальными последствиями. Следовательно нужен постоянный контроль наличия всех 3-х фаз с незамедлительной выдачи информации экипажу в случае обрыва любой фазы или всех трех.
Широко известны в авиации сигнализаторы правильности чередования фаз, см. Д.А.Браславский др., «Авиационные приборы». Машиностроение, М, 1964, стр.537.
Они также сигнализируют и об обрыве любой фазы.
Этот сигнализатор представляет собой электромеханическое устройство с бленкером и он используется только для визуальной сигнализации, а при обрыве фазы внутри гидровертикали должна выдаваться сигнализация экипажу, т.е. световая и/или звуковая.
Известен сигнализатор обрыва питания, см. «Техническое описание. Авиагоризонт дистанционный АГД-1» Машиностроение, М, 1988 г.
Он состоит из трансформатора, схемы преобразования переменного 3-х фазного напряжения в три постоянных, которые сравниваются на транзисторах между собой и ключевого релейного каскада.
Недостатками данного сигнализатора являются: сложность электронной схемы и некорректное техническое решение, в результате чего имеют место ложные срабатывания, особенно при повышенной температуре до +80°С в отсеке установки.
Известен сигнализатор потери питания - прототип, см. приложение - заявку нашего предприятия, в которой происходит контроль 3-х фазного напряжения борт-сети и внутренней 3-х фазной сети гировертикали.
В действительности чаще всего происходит обрыв обмоток или их короткое замыкание в двигателях следящих систем или гиромоторов, т.к. обмотки мотаются очень тонким проводом в силу микроминитюаризации.
Технической задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей за счет контроля не только 3-х фазной борт-сети, но и обмоток двигателей следящих систем и гиромоторов.
С этой целью предлагается сигнализатор контроля питания и его потребителей, содержащий трансформатор, выпрямитель и ключевой каскад с реле, а в схему дополнительно введены обмотки возбуждения двигателей следящих систем и гиромоторов, включенные следующим образом: обмотка возбуждения каждого двигателя включается между двумя соответствующими фазными напряжениями через свою первичную обмотку трансформатора; число первичных обмоток трансформатора равно числу контролируемых обмоток двигателей; схема включения трансформатора выполнена по классической схеме, а выпрямитель по мостовой схеме с П-образным фильтром; сопротивление переменному току первичных обмоток выбирается в 10 раз меньше сопротивления соответствующих обмоток возбуждения; коэффициент трансформации по каждой обмотке выбирается из условий получения суммарного выходного напряжения
при безотказной работе фазных напряжений равном порядка 10 В на выходе фильтра.
На чертеже показана принципиальная электрическая схема сигнализатора, на которой изображено: входные контролируемые фазы А, В и С, через обмотки возбуждения двигателей M1-М3 соединены с входом трансформатора Тр, выход которого соединен с выпрямительными диодами VD1-VD4, положительный выход мостовой схемы которых соединен с П-образным фильтром, состоящим из электролитических конденсаторов С1 и С2, и резистора R8, выход фильтра через резистор R8 соединен с инверсным входом операционного усилителя (ОУ), одновременно он через диод VD8 соединен входом + Uпит ОУ, а отрицательный выход мостовой схемы является нулевой шиной сигнализатора и соединен с нулевой бортовой шиной источника питания + 27 В; выход ОУ через ограничительный резистор R5 соединен с базой VT и через R6 с нулевой шиной, коллектор VT через реле Р соединен с +27 В, обмотка реле Р запараллелена диодом VD9,+27 В через резистор R7 и диод VD10 соединен с нулевой шиной, а общая точка R7 и VD10 соединена с эмиттером VT, одновременно +27 В через последовательно соединенные резисторы R3 и R4 соединена с нулевой шиной, а общая точка резисторов R3 и R4 через диод VD7 соединена также с +Uпит ОУ, минус Uпит ОУ соединен с нулевой шиной.
Указанные радиоэлементы и ИМС могут быть выполнены: Тр - собственного изготовления, диоды VD1-VD10 типа 2Д223, см. Справочник, полупроводниковые приборы, Т3, изд. «КубК-а», М, 1994, стр.48; конденсатор С, типа К53-1, см. Справочник по электрическим конденсаторам, М, Радио и Связь, 1983, стр.430; операционный усилитель типа 140УД6, см. Справочник, интегральные микросхемы, Т1, изд. РадиоСофт, М, 2001, стр.410; резисторы R1-R7, типа С2-33, см. Справочник, резисторы, М, Радио и Связь, 1987, стр.51; транзистор VT типа 2Т827, см. Справочник, транзисторы и зарубежные аналоги, Т2, изд. РадиоСофт, М, 2001, стр.115.
Сигнализатор работает следующим образом.
Контролируемые фазные напряжения А, В и С (фазы) через обмотки возбуждения двигателей М1-МЗ соединяются с первичными обмотками Тр,
переменные выходные напряжения вторичных обмоток выпрямляются на диодах VD1-VD4, это выпрямленное двухполупериодное напряжение сглаживается П-образным фильтром, состоящий из резистора R8 и конденсаторов С1-С2 и поступает на инверсный вход ОУ, это же напряжение поступает на ОУ в качестве + Uпит, а вывод минус Uпит соединен с нулевой шиной.
Т.о. ОУ включен от одного источника питающего напряжения. На выходе такого ОУ выходное напряжение равно половине Uпит (при Uвх=0), но т.к. в нашем случае Uпит=Uвых схемы фильтра, то при наличии всех 3-х фазных напряжений Uвых ОУ=0 В (конкретнее это подбирается отношением R2/R1). Это нулевое напряжение поступает на вход базы ключевого каскада на VT, который естественно заперт напряжением порядка 0,7 В с цепочки R7 - VD10. При обрыве или коротком замыкании любого фазного напряжения, напряжение на выходе схемы фильтра уменьшится на одну треть, следовательно через инверсный вход ОУ на выход пройдет меньшее (по сравнению с начальным) напряжение и на выходе ОУ скачком появится положительное напряжение порядка 5-7 В, что вполне достаточно для открывания транзистора VT (5-7 В по сравнению с 0,7 В напряжения запирания), реле Р включится, его контакты сработают и экипаж получит информацию, что гировертикаль вышла из строя.
При выходе из строя всех трех фазных напряжений ОУ не получит питание и сигнализатор этого может не определить.
Чтобы этого не случилось + Uпит ОУ зарезервировано питанием от+27 В борта. Это напряжение через делитель R3-R4 и диод VD7 объединено с напряжением выхода схемы фильтра, но выбрано несколько меньше последнего. Это сделано из следующих соображений. Напряжение борт-сети 36 В 400 Гц имеет допуск ±10%, поэтому на сколько изменится напряжение на выходе схемы фильтра, на столько же изменится напряжение питания ОУ, а на выходе ОУ остается 0 В. Когда же выйдут из строя все три фазных напряжения, то на +Uпит ОУ будет поступать только напряжение с делителя R3-R4 и на выходе ОУ появится положительное напряжение порядка 5-7 В (выбирается отношением R3/R4), которое приведет к срабатыванию ключевого каскада на VT.
Т.о. при обрыве борт-сети (любой фазы или всех) на выходе сигнализатора будет нулевое напряжение (обрыв, короткое замыкание всех 3-х фаз или просто исчезновение питания), или же при обрыве, коротком замыкании одной фазы будет уменьшение входного, а соответственно выходного напряжения трансформатора, в следствие чего срабатывает ключевой каскад. То же самое произойдет при обрыве или коротком замыкании в обмотках электродвигателей (любого).
Каждая гировертикаль как минимум имеет три двигателя: гиромотора, следящей рамы, карданной рамы, поэтому на схеме показано оптимальное соединение. Обмотки возбуждения разных двигателей подключаются к разным фазам для получения симметричной нагрузки по фазам.
Если же двигателей больше трех (в курсовертикали или в инерциальной системе), то соответственно увеличивается число первичных обмоток трансформатора.
Такое построение схемы позволяет значительно повысить эффективность контроля, а следовательно безопасность полетов, т.к. получив сигнализацию об неисправности в гировертикали, экипаж может своевременно переключиться на резервную гировертикаль или перейти на штурвальное управление.
1. Сигнализатор контроля питания и его потребителей, содержащий трансформатор, выпрямитель и ключевой каскад с реле, отличающийся тем, что в схему введены обмотки возбуждения двигателей следящих систем и гиромоторов, включенные следующим образом: обмотка возбуждения каждого двигателя включается между двумя соответствующими фазными напряжениями через свою первичную обмотку трансформатора.
2. Сигнализатор по п.1, отличающийся тем, что число первичных обмоток трансформатора равно числу контролируемых обмоток двигателей.
3. Сигнализатор по п.1, отличающийся тем, что схема включения трансформатора выполнена по классической схеме, а выпрямитель по мостовой схеме с П-образным фильтром.
4. Сигнализатор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что сопротивление переменному току первичных обмоток трансформатора выбирается в 10 раз меньше сопротивления соответствующих обмоток возбуждения.
5. Сигнализатор по п.1, отличающийся тем, что коэффициент трансформации по каждой обмотке выбирается из условий получения суммарного выходного напряжения при безотказной работе фазных напряжений, равном порядка 10 В на выходе фильтра.
