弹载脉冲变压器的故障模式及影响分析

2019-09-10闫艳坤张彦

河南科技 2019年5期

关键词：仿真

闫艳坤张彦

摘要：本文首先对空空导弹加速度信号隔离电路中脉冲变压器的常见故障模式进行分析，其次对故障给导弹飞行任务带来的影响进行建模仿真。仿真结果得出，故障发生时导弹不会出现姿态失控，威胁载机安全。但是，难以完成飞行任务。最后，提出了脉冲变压器的改进措施。

关键词：脉冲变压器;故障模式;仿真

中图分类号：TJ765;TN713 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）05-0030-02

Abstract： Firstly， the common fault modes of pulse transformer in acceleration signal isolation circuit of air-to-air missile were analyzed. Secondly， the impact of fault on missile flight mission was modeled and simulated. By analyzing the simulation results， it can be concluded that the attitude of the missile will not be out of control and threaten the safety of the aircraft when the fault occurs. However， it is difficult to complete the mission. Finally， the improvement measures of pulse transformer were put forward.

Keywords： pulse transformer;failure mode;simulation;influence

脉冲变压器是一种特殊类型的变压器，其工作原理是利用磁芯的磁饱和性能进行电平转换，它变换的不是正弦电压，也不是交流方波，而是接近矩形的单极性脉冲[1]。变压器隔离的电压较高，延迟较小，可以实现较高的开关频率[2]。为提高空空导弹加速度信号处理电路的抗干扰能力，在电路的输入输出端采用了脉冲变压器耦合的隔离方式，其性能直接关系着加速度信号输出的精度。

1 脉冲变压器内部结构

弹载脉冲变压器包含两个变压器线圈，采用漏感最小的双线并绕结构[3]，预留端绕焊在外壳的底座引出线上，再用环氧树脂配比固化剂和黏合剂完全包封于外壳中，所有的制造工序均由人工完成。

2 脉冲变压器常见故障模式

人工绕制线圈的制造模式决定了该脉冲变压器常见的故障模式有线圈断路、线圈间短路两种。线圈断路会导致电路无输出;线圈间短路会导致变压器直流电阻变小，通电时变压比变化，会导致电路输出跳变。

2.1 线圈间短路故障

2.1.1 变压器线圈的原始缺陷。线圈的原始缺陷可能会造成脉冲变压器线圈短路，线圈短路后，漆包线中电流增大，产生高温使漆包线绝缘漆受损。随着产品筛选和高、低温循环试验的进行，漆包线在包封材料的温度应力作用下，绝缘层逐渐脱落，导致线圈短路，产品过流。

2.1.2 电感量变小。线圈中电感量突然变小，可能使电流增大，导致线圈发热而绝缘性降低[4]。具体公式为：

其中，μ0为空间磁导率;μ为相对磁导率;l为绕线长度，专用的脉冲变压器绕线长度N和绕线截面积S均为定值。所测量的电感L变小，一定是磁材料磁导率偏小所致。因此，脉冲变压器的磁芯材料也是影响脉冲变压器电感的一个重要因素。

2.1.3 较大的工作电流。变压器线圈长期流过较大的电流，可能导致线圈发热，绝缘层熔化，初、次级导通的故障。

其中，Ei为工作电源，Lp为电感量，t1-t0为脉冲宽度，由式（3）可计算出线圈在电路中每个脉冲周期达到的最大电流值。根据脉冲变压器设计参数，线圈漆包线线径和漆包线允许通过的额定电流成正比，因此线径的选择是一个关键因素。

2.1.4 有效脉冲宽度过宽。有效脉冲宽度过宽会导致脉冲变压器磁芯饱和，造成电流增大。为使变压器保持正常工作状态，必须使线圈中的磁感应强度小于Bs，即ΔB+Br

2.2 线圈断路故障

由于该脉冲变压器选用的漆包线线径较细，并采用了人工绕制线圈和焊接的制造工艺，因此，引发线圈断路故障的因素基本集中在以下几点：漆包线原始缺陷、绕制过程中漆包线损伤、焊接过程中漆包线损伤以及焊点缺陷。这几种故障模式大多是在人工操作环节中产生，过程中不易发现进而留下隐患。随着产品筛选和高、低温循环试验的进行，漆包线受损处在包封材料的温度应力作用下不断累积，最终出现断路故障。

控制系统曾出现了速度通道异常故障，是由于在半成品测试时的意外操作造成漆包线上锡处细微损伤，且该损伤发生在上锡处靠近器件底部的一侧，显微镜都很难检测出来。随着后续使用过程中筛选的深入，受包封材料温度应力作用，漆包线上锡处的微损伤逐渐由微损伤变为断开，进而造成系统故障。

3 空空導弹飞行任务仿真分析

导弹在空中发射后，加速度通道能否稳定地完成导航任务并给出高精度定位结果，与脉冲变压器是否存在故障有很大关系[6]。无论脉冲变压器发生短路或断路故障都会导致加速度信号异常，影响导弹的导航性能，进而影响作战任务的完成。为此，进行了导弹在空中发射后的飞行任务仿真，仿真模拟的故障如下。

以上6种故障模式下的导弹在飞行任务过程中均不会出现姿态失控、威胁载机安全的情况，导弹在飞行过程中能够保持稳定。故障模式对导弹系统的影响如下。

①加计X轴正向输出偏差，即加计X轴输出小于等于0;

②加计X轴负向输出偏差，即加计X轴输出大于等于0;

③加计Y轴正向输出偏差，即加计Y轴输出小于等于0;

④加计Y轴负向输出偏差，即加计X轴输出大于等于0;

⑤加计Z轴正向输出偏差，即加计X轴输出小于等于0。

⑥加计Z轴负向输出偏差，即加计X轴输出大于等于0。

4 解决措施

随着对脉冲变压器故障模式研究的不断深入，脉冲变压器的制造工艺也在不断改进。通过改进漆包线线径、改进漆包线引出端焊接方式和更换应力较小的软性包封胶等措施，可以大大降低脉冲变压器的故障率，提高产品的可靠性。