機場助航燈光調光系統主要組成部分是恒流調光器、單相升壓變壓器、隔離變壓器和燈具。

圖0-1助航燈光系統示意圖

恒流調光器是一種恒值自調系統，主要功能是根據不同的氣象條件控制燈光回路的輸出電流保持穩定，通過保持回路的電流恒定使助航燈光穩定在不同的亮度等級，以滿足引導飛機的需要。

1. 西安飛豹HCR型助航燈光恒流調光器（以下簡稱HCR調光器）構成與工作原理

1.1HCR調光器構成

該型號的調光器除了主電路、一體化電源之外主要由三塊電路板組成：

（1）主電路：斷路器、快速熔斷器、可控硅模塊、交流接觸器、升壓變壓器。

（2）單片機控制電路板（主控板）：安裝系統控制核心部件。

（3）絕緣檢測板：燈光回路絕緣電阻采用信號放大、隔離并傳輸給主控板。

（4）觸發板：觸發信號隔離及傳輸。

（5）濾波器：對外部干擾信號濾波降擾。

主電路是調光器強電部分，其它四個部分由弱電器件組成，起檢測控制功能。

圖1-1a 主控板部分

圖1-1b 主控板以外部分

圖1-1c調光器后視圖

1.2HCR調光器功能及基本原理

1.2.1調光器各部分功能

結合圖1-1、圖1-3所示，為完成燈光回路的電流控制，系統中各部分主要功能如下：

（1）調光器主電路主要完成可控硅相控調壓，控制升壓變壓器輸出電流。

主電路包括反并聯可控硅、升壓變壓器和保護開關等。其實質是由可控硅組成的單相調壓器，負載為升壓變壓器初級線圈。主電路的調壓機理是在弱電控制部分的作用下，以380V市電為輸入電源，結合電源電壓的正負周期分別導通雙反并聯可控硅模塊，再由升壓變壓器將可控硅調節后的電壓升壓，滿足大負載燈光回路所需電壓。

（2）觸發板：接收處理來自主控板的集成觸發電路發送的觸發信號以觸發可控硅模塊。

（3）絕緣檢測板：對燈光回路電纜的絕緣電阻采樣信號（H11、H12輸入）放大，隔離并傳送給主控板（JYCK、JY+、JY-輸出）。

（4）主控板：微機控制系統以C8051單片機為核心，其功能主要有如下幾點：

a.接收并處理來自電壓傳感器TV對主電路工作電源的檢測信號U1（正常為線電壓值，通過接頭TVG、TVVZ、TV+E輸入主控板），當TV發生故障或者主電路電源異常時，微機控制系統馬上報警，控制接觸器切斷主電路。

b.接收并處理來自同步變壓器T2采集的與主電路電壓同步的電壓信號U2，U2反映的是電源電壓正弦波過零點的時刻（通過H23、H24端頭輸入主控板），主控板內置的過零檢測裝置通過U2找出主電路電壓正負半周的過零點后發出脈沖信號Ut，再由微機控制系統根據系統預置的可控硅觸發時刻結合與Ut的相位關系控制觸發電路經XS7 CF輸出端子發送觸發脈沖給觸發板經過處理后觸發可控硅按一定的導通角導通。

圖1-2同步電路及波形

同步電路在半個周波內完成的移相控制，必須要有一個基準點。通常選用過零點作為基準點。同步電路的作用就是給出基準點（Ut），以便單片機進行移相控制。

c.可控硅觸發脈沖形成。HCR調光器主控板內的觸發脈沖電路采用全數字化設計，通過同步過零檢測電路，由微機系統輸出觸發脈沖方波，經光電隔離后送觸發板。

d.將回路電流傳感器TA采集的回路電流信號通過接頭TAVZ、TAG、TA+E輸入給主控板內的電流調整電路，完成電流信號的緩沖、交直流轉換，再作為反饋信號輸入至微機控制系統處理。微機系統將預置的電流值與回路電流反饋信號比較后在兩者偏差允許的范圍內對回路電流進行調節，使電流穩定在預設值的允許偏差內。

當回路電流異常（如回路開路、電流變化幅度過大）或電流傳感器故障導致主控板檢測到的反饋電流與預設值偏離過大時會發出報警信號，必要時關閉主電路。

e.分析、判斷鍵盤操作指令，完成相應操作。

f.檢測、處理各種故障現象，并發出報警。

g.完成電壓、電流、光級等參數顯示。

（5）開關電源為整個系統提供直流5V,12V,15V24V工作電源。

1.2.2調光器工作原理

HCR型調光器屬于可控硅恒流調光器，整體上可以分為測量檢測部分、控制部分和執行部分。

圖1-3 HCR調光器電氣原理圖

檢測部分包括位于升壓變壓器輸出回路的電流互感器TA、主電路內的電壓傳感器TV、同步變壓器T2；控制部分圖中已做標注（集成于主控箱內）；執行部分包括反并聯可控硅模塊VT（可視為調光系統的功率放大器）、交流接觸器KM、中間繼電器（圖中未標明）升壓變壓器TM。

調光器工作電路可以分為以下幾種主要電路：

（1）主電路：將輸入電壓變換到調光器所需的輸出電壓。

（2）同步電路：通過過零檢測電路給出和主電路工作電壓相一致的基準電壓作為移相基準。

（3）觸發電路：將移相脈沖放大、隔離、觸發可控硅導通。

（4）信號采樣電路：完成電流或電壓信號的高低壓變換、高低壓隔離和交直流轉換，成為與被調電量等效的直流電壓。

（5）恒流調整電路：完成給定電流和輸出電流的比較及滿足一定精度、速度的恒流調節。

圖1-4調光器基本電路組成關系

圖1-5調光系統原理方框圖

調光器的工作原理可以總結為恒流原理。升壓變壓器副邊電流經電流傳感器取樣作為反饋電流，通過幅度和波形變換，經A/D轉換后輸入控制計算機，單片機隨時將該信號與設定的標準電流值比較，經計算產生與電源電壓周期一定相位關系的觸發脈沖控制可控硅導通，通過控制回路電壓達到調整回路電流。

主控板上的觸發電路將C8051單片機輸出的移相脈沖進行放大、隔離，經過觸發板后輸入至可控硅。微機控制系統則是根據反饋信號進行恒流控制、在狀態異常時報警并采取保護措施等。其中心控制單片機C8051是整個閉環自控系統的關鍵，主要執行控制主電路電流、電壓、回路參數檢測以及故障處理等功能。

調光器的任何一個工作環節（圖1-3、4、5）出問題都會使控制電路在無法及時獲取信號或者獲取的電參量超出系統預設的正常值時發出報警并采取措施關閉設備。

2．HCR調光器故障實例一

2.1故障經過

2010年1月22日7：51分，塔臺管制員通知開啟“跑道邊燈二回”調光器。值班員依照指令按下啟動按鍵，發現調光器顯示面板顯示升壓變壓器一次側電壓為0，調光器主電路未通電。此狀態持續了約1秒鐘，調光器發生蜂鳴器報警，顯示“前級開路”（即主電路開路）。設備無法運行，關閉調光器，將燈光回路切換至備用機。

2.2故障分析與處理

當日航班結束后立即著手排故。

2.2.1檢查調光器主電路

依照圖1-3可以看出，HCR調光器“前級”的組成部分依次是380V輸入電源Lb、La，斷路器QF，150A快速熔斷器FU1，雙向反并聯可控硅模塊VT，交流接觸器KM，升壓變壓器初級，還有連接各個部分的導線。

首先將斷路器QF分閘，對整個設備的外觀進行檢查，通過眼觀和鼻嗅沒有發現燒黑、碳化的部位，沒有焦糊味，用手輕輕晃動接線端子發現主電路各部分導線連接緊固。

測量電源端子XT1處Lb、La線電壓是400V，合上斷路器，測量其出線處A、B間電壓也為400V，說明調光器輸入電源正常。

用萬用表測快速熔斷器FU1和升壓變壓器初級A、X的狀態為導通。再測交流接觸器線圈（額定電壓220V）的電阻約為69Ω，將斷路器分閘，用改錐人為使接觸器閉合，測得輸入、輸出端導通，說明交流接觸器完好。

將可控硅模塊拆下，將萬用表置于R×1k檔，分別測得A1與K1、A2與K2、A1與G1、A2與G2正反向電阻均超出量程；在將表置于測通斷檔，分別測得G1到K1、G2到K2的電阻均不超過40Ω，證明模塊完好。

圖2-1 SanRexpak雙向反并聯可控硅模塊

位于交流接觸器下方的MY2NJ（24VDC）中間繼電器的常開觸點（接頭H01、H10）與接觸器線圈串聯，其本身的線圈電源引自主控板H13、H14的24VDC出線，如圖2-2所示。

圖2-2

正常情況下當調光器開啟后，繼電器線圈被主控板接通24V直流電源，其常開觸點K1-1閉合，交流接觸器的線圈接通220V交流電源使接觸器吸合，接通主電路。

此次開啟調光器，觀察到該繼電器的線圈通電指示燈亮，說明繼電器已經上電，但是并未見接觸器吸合。而在繼電器線圈通電后，其常開觸點K1-1應該閉合，接觸器的線圈通電。因為接觸器已被證明沒有問題，所以只能說明接觸器線圈并未得電，即K1-1未閉合。測量H01點電源側相電壓為0，說明H01線頭電源失效。

檢查到了這一步，故障的原因已基本查明：在調光器啟動后，由于交流接觸器KM的線圈未能正常得電，導致接觸器無法正常吸合，而接觸器不能吸合的狀態被主控板內的單片機檢測到（KM吸合通電信號未輸入單片機），在經過預設時間后（從開機到故障報警的實際時間約為1秒），微機控制系統發出閉鎖信號關斷可控硅的觸發脈沖，實現可控硅的在線關閉，同時發出“前級開路”告警。

圖2-3

所以故障出現在調光器的控制電路內。經檢查，接觸器KM由H01端頭引入的線圈電源來自調光器輸入電源LA的XT1端子排。

2.2.2檢查調光器接線端子排XT1

LA進線電源已被證明正常，用手輕輕撥動H01端頭后發現該處螺絲很松動，用萬用表測H01上接頭與下接頭之間電阻為無窮大，證明開路。用改錐重新對端子排螺絲緊固后再測試兩端頭的狀態為“通”。 開啟調光器，中間繼電器線圈 圖2-3輸入電源端子排XT1 通電，接觸器吸合，燈光回路正常運行，故障排除。

2.3排故總結

此次故障反映出的問題有以下兩點：

（1）調光器的控制部分含有很多弱電器件，導線的接點較多，薄弱點多，值班人員需加強對設備的日常維護工作。

（2）以往使用的HCR同類型的調光器發生前級開路故障多數表現為FU1（150A）快熔燒斷，導致主電路斷路。此故障雖然為接線松脫所致，但也證明設備自07年末運行至今沒有部件質量問題。

3. HCR調光器故障實例二

3.1故障經過

2009年9月6日7：10分，值班員接到塔臺管制員通知開啟“21#坡度燈”調光器。剛閉合設備開關，接觸器吸合，此時顯示屏電壓、電流值（升壓變輸入電壓和輸出電流）出現波動。大約過了不到1秒，調光器突然蜂鳴報警，顯示屏指示“過流”故障，接觸器跳開，回路不能正常開啟。

關閉調光器，過了10秒鐘再次開啟設備，這次剛一通電設備直接報警，接觸器不吸合，顯示“過流”，關閉設備，確認發生了故障。

為了不耽誤開燈，迅速將燈光回路切換至備用機，備機開啟運行正常，證明是原調光器的出了故障。

3.2故障處理

查閱設備說明書得知，調光器故障顯示“過流”是指升壓變輸出回路電流超過額定電流的5%以上。由圖1-3可知，調光器輸出回路電流是通過TA采集輸入主控板的，再由主控板發出觸發脈沖經觸發板處理后觸發可控硅導通。所以有以下可能：

• （1）TA故障，傳輸給主控板錯誤的電流測量值。
• （2）主控板故障，不能正常發出觸發信號。
• （3）觸發板故障，不能正常傳導觸發信號。
• （4）可控硅模塊故障，不能按正常的導通角導通，使升壓變輸入功率過大。

依次將TA和主控板更換，開機試驗故障仍在；更換觸發板，開機試驗正常，故障排除。

3.3故障機理

觸發板的作用是將主控板發出的可控硅觸發脈沖進行處理后直接觸發可控硅模塊接通主電路。它是觸發可控硅導通的最后一環，也是最后執行環節。為了更好地弄清楚此次故障的發生機理，有必要將HCR調光器觸發可控硅導通的工作過程做一分析。

圖3-1a主控板觸發脈沖放大電路

圖3-1b觸發板

圖3-1c 觸發板電路

圖3-1d KMB472/211內部接線

如圖3-1所示，由C8051發出的觸發脈沖經由達林頓管ULN2803AG隔離、放大后，再通過三極管TIP137和電阻、電容組成的共集電極電路放大，經XS7接口送入觸發板。送入觸發板的脈沖信號通過脈沖變壓器隔離，再經D1、D2整流，R1、R2限流，以及電容濾波環節后形成最終的觸發信號。

觀察故障觸發板后發現，板內的電阻、電容器件外觀沒有明顯碳化痕跡，將器件取下后測量正常。將脈沖變壓器焊下，用萬用表測1-6、2-3、4-5三對接點均是導通的，故可以推斷故障點最有可能發生在整流二極管當中。分別測4個二極管的通斷，發現D3的反向電阻為0，已被擊穿。將與D3同型號的二極管換上后將板子再重新接入調光器，試機運行正常。

對電路進行分析后得到結論：D3管被擊穿造成該路觸發脈沖經D1管直接流回變壓器，使SCR1可控硅被短路無法獲得觸發信號。主控板檢測到可控硅模塊不能觸發后將其封閉并報警。

4.結語

可控硅恒流調光器是目前國內機場普及率很高的調光設備，其本身兼有強電和弱點設備的特點，盡管生產廠家不同，設備的構成與工作原理卻是大同小異的，故障的類型也比較相似。在全面準確地掌握設備情況的基礎上排故，才能夠真正做到理論聯系實際，保障助航燈光正常工作。

（編自《電氣技術》，原文標題為“助航燈光恒流調光器故障分析與排除”，作者為胡義柱。）