航天器常用电器元件.

第二部分飞机常用电器元件2.1概述现代飞机是一个庞大而复杂、自动化程度很高的系统，它包含电源、照明、空调、供气、燃油、发动机、起落架等许多子系统。在这些系统中，要用到各种各样的电器元件，它们起着切换、控制、保护、检测、变换和调节的作用。一飞机电器的工作条件与地面电器相比，飞机电器的工作条件要复杂的多。这是因为飞机不仅要在地面上停留，而且必须能够在不同的高度、地区、季节和气象条件下飞行。随着飞机飞行高度和飞行速度的提高，使得飞机电器的工作条件变得更坏。为了使飞机电器可靠的工作，有必要对它的工作条件作概略的介绍。1大气环境气象环境指大气的成分、压力、湿度和温度四个方面。（１）大气成分高空、低空、海平面上和陆地上大气所含的成分各不相同。在高空氧和水分下降，臭氧成分增加，湿热地带大气中含有霉菌，海平面上空的大气含有盐雾，沙漠地区的上空有砂尘。电器元件在大气中工作时，其金属部分会被氧化。当飞机在海洋上空飞行时，盐雾会加速金属部分的氧化，造成化学腐蚀和变色，降低它的机械强度和电气连接的可靠性。霉菌会使有机绝缘材料发霉变质，降低绝缘性能。（2）大气压力随着飞行高度的增加，大气压力下降，不利于电器元件的散热。有触点的电器元件，随着大气压力的降低，其触点的断弧能力下降，间隙击穿电压降低。（3）大气湿度南方的大气湿度较高，尤其是在黄梅雨季，相对湿度可达98%，这样的湿度条件会使电器元件的抗电强度降低，绝缘电阻变小，也易使电器元件的金属构件局部或全部发生氧化和锈蚀。（４）大气温度飞机在不同的地区、季节飞行，电器元件的工作环境温度变化范围也比较大。高温时，金属部分氧化加剧，有机绝缘材料易于老化。低温和高低温冲击，会使材料组织发生变化而使其性能恶化，例如绝缘材料开裂，弯曲变形等。２力学环境飞机电器经常要受到强烈的振动、冲击和离心加速力的作用。（１）振动电器元件固定处由于飞机发动机等振动源和气动力而产生振动，其频率一般为10～400HZ，振动加速度为４～６ｇ。（2）冲击飞机在着陆、制动和突然变速等情况下都会对电器元件产生冲击作用，冲击的次数一般为、40~100次/min，冲击加速度为4~50g。（3）离心加速度飞机在转弯飞行时，所产生的离心加速度可达15g。恶劣的力学环境给电器元件造成强烈的机械应力负荷，可能会给电器元件带来非常严重的后果，如元件破裂、紧固件松动、零件变形等。振动和冲击还会使有触点的电器元件产生误动作。二对飞机电器的基本要求由于飞机电器在飞机系统中起着重要的作用，而它的工作条件又很恶劣，为确保飞行安全对飞机电器提出了一些基本要求。1工作可靠这是对电器元件的一项最基本要求。除了保证电器元件能在前述的气象条件和力学环境下可靠的工作外，还应当保证它们在飞机上供电电压不稳定的情况下能继续工作。2尺寸小，重量轻现代飞机上所使用的电器元件的数量很多，减少每一个电器元件的重量都对飞机有着直接意义。在设计制造电器元件时，常常为结构部件、选用优质特种材料和提高其他材料的负荷。另外，一架飞机的空间尺寸是有限的，电器元件外廓尺寸的增大会占去飞机的有限空间，有时会使飞机个别部分尺寸增大，以致引起结构重量增加，使飞机气动性能变坏，因此减小电器元件的外廓尺寸也是基本要求之一。3高强度这里所说的强度是指机械强度、抗电强度和耐、热强度。对电器元件的机械强度，除了一般要求外，在抗振稳定性方面还有特殊要求。在飞机上经常产生不同频率和振幅的振动，由于振动而产生的方向不定的加速度或飞机作机动飞行时产生的单向加速度作用到电器元件上，有的零件和部件甚至要承受加速度为50g的动负荷，要求电器元件在这样的情况下也能可靠的工作。在抗电强度、耐热强度方面的要求也比较高，应保证电器元件不会因绝缘材料的绝缘性能不够、导电部分与金属部分的距离不够而形成电、击穿，或因为耐热材料的耐热能力不够而形成热损坏。4电器元件的工作不受飞机在空间的位置和飞行姿态的影响飞机在飞行时可以有各种不同的飞行姿态，安装在飞机上的电器元件也就有不同的空间位置或出于不同的运动状态（如加速、减速等）。在这些情况下，电器元件应具有独立的动作性能而不受它所处的空间位置、状态的影响。这种要求是确保具有运动部件（如电磁继电器的触点）的电器元件不产生误动作的必要条件。５电器元件的工作不受周围气象环境的影响温度、湿度和气压是影响电器元件的寿命、工作能力等的气象因素。排除或减少这些因素对电器元件的影响是提高电气元件寿命和保证良好性能的必要措施，例如将电器元件密封充气，可以使电器元件不受飞机飞行高度的影响。６其他方面的要求，如便于选用、维修等。三飞机电器的分类根据民航电气维修专业的特点，飞机常用电器元件可以分为以下几类：（１）航空继电器，如电磁继电器，固态继电器等。（２）航空接触器，如单绕组接触器，双绕组接触器等。（3）飞机发动机点火电器。（4）飞机的电路保护电器。（5）其他飞机电器元件。2.2航空继电器的应用和分类继电器的拉丁文原意是驿站，即传递信息的中继场所。继电器一开始和电讯联系在一起，1878年西电公司首先在电话上使用继电器。现在继电器已广泛应用于各个领域。航空继电器是最基本的飞机电器元件之一。它的作用是反应某一输入信号的变化，对功率不太大（一般小于25A）的电路进行控制。它是一种自动和远距离操纵的控制器件。一航空继电器的应用继电器在飞机上的用途很广泛，电源、照明、空调、供气、燃油、防冰防雨、飞行操纵、起落架以及发动机的起动和指示等系统中都要用到继电器。它是这些系统的控制、调节、检测、保护和指示等自动化装置中的重要元件。飞机发电机激磁控制电路GCR（J6）为发电机激磁控制继电器，它是具有接通线圈和断开线圈的磁保持继电器。当接通线圈通电时GCR吸合，常开触点1-2闭合，使发电机激磁电路接通而起激发电，此时常闭触点6-7断开，接通线圈断电，GCR的吸合状态由永久磁铁产生的吸力来保持。同时常开触点3-5闭合，为断开线圈通电做好准备。当断开线圈通电时，GCR回到释放状态，常开触点1-2断开，发电机激磁电路断开而不能激磁，发电机不能正常供电。接通线圈和断开线圈的通电和断电除了可由安装在驾驶舱内的发电机激磁开关GCR·S人工正常控制以外，当出现故障时，由GCR故障信号放大器提供的信号，使V3导通，从而GCR的断开线圈通电而断开GCR，于是发电机停止发电。这里设置辅助继电器J3是为了防止在出现故障时由于GCR·S误接通引起GCR拍振。当出现故障时，如果将GCR·S误接通，则J3线圈通电吸合，使常开触点1-3闭合而断开接通线圈电路。B737-300型飞机发动机的引气电路利用过热继电器K9和引气过热电门（或称热敏继电器）起自动保护作用。引气活门打开后，如果出现了过热故障，使引气过热活门动作，K9线圈电路接通并通过重置电门而自锁。K9吸合后，使引气活门的开线圈断电而关线圈通电，于是引气活门便关断。出现过压时也会使K9动作，而关断引气活门。二航空继电器的分类在飞机上使用的继电器数量繁多。以B757-200型飞机为例，据不完全统计，直接裝机的电磁继电器和接触器就有393只，如果把机载设备中所使用的继电器和接触器也计算在内，其总数超过千只。按其结构原理，飞机常用的继电器可以分为以下几类：（1）电磁继电器利用电磁现象来进行工作的继电器；（2）固态继电器输入与输出隔离且无运动部件的继电器；（3）混合式继电器由电磁继电器和固态继电器组合而成的继电器；（4）特种继电器具有某种特殊功能的继电器如极化继电器，舌簧继电器等。用的最多的是电磁继电器。2.3电磁继电器一电磁继电器的结构原理电磁继电器由电磁铁和触点系统两个部分组成。电磁铁一般采用拍合式。电磁继电器的触点系统由固定不动的静触点和可以被衔铁带动的动触点所组成，静触点和动触点都安装在具有弹性的簧片上，这样可以减少或消除触点在闭合式的弹跳现象。触点一般采用点接触的形式。从动作原理来看，电磁继电器实际上就是一个用电磁铁来操纵的开关。当线圈电压增大到一定数值时，作用在衔铁上的电磁吸力（或力矩）大于返回弹簧的反力（或力矩），衔铁就从释放位置运动到闭合位置，并带动动触点使它与上面的静触点分开，与下面的静触点闭合。在闭合位置时，如果逐渐减小线圈电压使电磁吸力小于返回弹簧的反力时，衔铁则返回到释放位置，使动触点与下面的静触点分开，而与上面的静触点闭合。如果触点与外电路连接，便具有接通或断开电路的开关作用。通常将线圈不通电时闭合的触点称为常闭触点，而将线圈不通电时断开的触点称为常开触点。二电磁继电器的主要技术参数（1）线圈额定电压Ue指能使电磁继电器线圈长时间正常工作的电源电压，一般为27V。（2）吸合电压Uxh。指在常温条件下电磁继电器的触点从释放位置到可靠闭合时所需的线圈电压的最小值。吸合电压定的太高或太低都对电磁继电器的工作不利。若吸合电压太高，则当电网电压因向大负载供电而降低到吸合电压以下时，电磁继电器就会拒动而无法吸合，若吸合电压太低，则因返回弹簧的反力太小，触点容易跳动而造成误动作。（3）释放电压Usf。指电磁继电器的触点从闭合位置到可靠释放位置所需线圈电压的最大值。释放电压可以通过改变最小工作气隙或在最小工作气隙时返回弹簧反力的大小来调整。为了保证在电网电压大幅度下降时电磁继电器不会自行释放，释放电压一般定得比吸合电压低，两者的比值Usf/Uxh约在0.3左右。释放电压也不能太低，否则衔铁可能会被铁芯的剩磁吸住而不能被释放。而且当释放电压太低时，存在着触点压力过小而造成接触不良以及因断开速度太低而对触点熄弧不利等问题。（4）触点断流容量。是指电磁继电器触点所能断开的电流和电压的乘积。电流指的是触点断开以前通过触点的电流值，电压指的是断开后触点两端的电压值。断流容量只表示触点的断流能力，而不是输出或消耗的功率。触点断流容量与负载种类（电阻性负载、电感性负载）有很大关系。（５）灵敏度指电磁继电器吸合所需的最小功率，即Ｉｘｈ２Ｒ（Ｉｘｈ为吸合电流，Ｒ为线圈电阻）。灵敏度越高，电磁继电器的性能越优越。但是灵敏度的提高受到很多因素的制约。（6）动作时间。电磁继电器的吸合时间txh和释放时间tsf统称为动作时间。吸合时间是指从线圈通电开始至触点到达闭合位置时所需的时间，而释放时间是指从线圈断电开始至触点到达释放位置时所需的时间。吸合时间和释放时间均不包括触点的回跳时间（抖动时间）。（７）寿命指的是在规定的使用环境条件下和规定的负载情况下所规定的动作次数。在这个规定的动作次数内，失误次数应不超过规定的要求，其性能参数（如吸合电压、释放电压等）应不超过规定的范围。民航机务维修中需要经常检测与调整的技术参数有吸合电压、释放电压和动作时间等。三电磁继电器的时间特性不通用途的电磁继电器对其动作时间的要求是不同的。有些继电器要求有很高的工作频率，而另外一些继电器则要求具有一定的延时作用。一般控制继电器的动作时间为0.05～0.15ｓ，将动作时间小于0.05ｓ的继电器称为快速继电器，而将动作时间大于0.15ｓ的继电器称为时间继电器。1电磁继电器的吸合过程和吸合时间当在电磁继电器线圈两端加上额定电压时，由于存在电磁惯性和机械惯性，衔铁不可能立即闭合，而有一个过渡过程。从线圈中电流的变化情况对此过程进行分析。电磁继电器的吸合过程可分为两个阶段：电流从零开始上升到触动电流Icd，在这个阶段内衔、铁没有运动，所需的时间tcd称为吸合触动时间。当电流值达到Icd以后，吸力将大于反力，衔铁开始运动。衔铁运动以后，电流的变化规律变得复杂。从衔铁开始运动到最后到达闭合位置所需的时间tyd称为吸合运动时间。电磁继电器的吸合时间包括两部分，即tcd和tyd分别由下列式子计算IW线圈稳态电流Icd线圈触动电流T线圈通电时间常数Fd电磁吸力Ff反作用力m衔铁及其他运动部分的质量δ工作间隙ydcdxhtttcdWWcdIIITtlnfdydFFmt2tyd的计算公式是在假定Fd和Ff之差在衔铁运动过程中保持不变的情况下推导出来的，例如衔铁行程很小时就近似于这种情况。由于tyd比tcd小得多，因而改变电磁继电器的吸合时间主要是改变吸合触动时