某型机大功率工作模式下外部电源接线柱过热问题分析

某型机大功率工作模式下外部电源接线柱过热问题分析

刘蕾,席星星

中航西飞 西安市 710089

【内容摘要】本文描述了某型飞机在大功率工作状态下外部电源控制盒接线柱烧蚀的故障现象，从产品的组成及工作原理出发，通过原理分析及试验验证，明确故障发生机理，最终确定为外部电源控制盒接线端子与接线柱连接处压接不够牢靠，导致接触电阻大，在大电流状态下局部发热，长时间下热积累导致。针对故障发生机制，对外部电源控制盒产品结构进行更改，更改完成后进行大功率工况下通电验证，确定更改措施有效。通过问题处理，进一步明确了大功率工况下外部电源工作模式，为今后的外部电源系统的设计、排故作提供参考。

关键字： 外部电源系统；大功率；接触阻值

外部电源控制盒是飞机供电系统的重要产品，通过外部电源插座及输入输出连接器实现与上级分系统/系统的电气连接，对外部电源进行监控和控制，通过控制盒后部接线柱输出115V/400Hz电源到机上，用于实现飞机进行地面检查、维护时提供外部电源，对外部电源进行监控和控制的功能。某型机在进行大功率试验时发现飞机上有异味，下电进行检查发现外部电源控制盒接线柱B、C相电缆膜缩套处发黄，从端子保护盖缝隙处可见接线端子与产品接线螺桩有烧蚀痕迹，拆卸端子保护盖后，可看到端子保护该C相位置烧蚀，如图1。

图1　外部电源控制盒接线柱烧蚀

1.问题原因分析

根据机上故障现象并结合大功率试验时的流经外部电源接线柱的大电流使用工况，接线端子处出现异常高温的可能原因如下：

1）产品外部问题：接线端子与接线柱连接处压接不够牢靠导致接触阻值偏大，在大电流状态下局部发热，长时间下热积累；

2）产品内部问题：产品内部汇流条或端子连接问题，接触电阻增大，在大电流状态下局部发热，热量经过接线柱向外传导，烧蚀接线柱旁边的端子绝缘部分和端子保护盖。

2.机理分析

将外部电源控制盒开盖检查，发现产品内部接线柱无明显异常，连接牢靠，排除产品内部高温故障，分析认为本故障为产品外部接线柱局部高温引起。

外部电源控制盒在工作过程中会将电源数据通过远程接口单元发送到机电核心机，查看核心机存储数据，故障发生时供电正常且未出现大电流情况，排除局部电流过大情况，可定位本次故障主要原因为外部电源控制盒C相接线柱接触阻值较大导致。

3.试验情况

为确定接线柱阻值较大原因，进行不同拧紧力矩状态、不同负载情况下、接线端子不同安装位置的模拟实验，总结接线柱处接触电阻大的规律，为后续更改提供支撑，规避类似问题发生。

1）外部电源控制盒在模拟机上大功率状态工作状态下，调整安装力矩到产品要求的17N.M，产品工作正常，A、B、C、N相接线柱位置温度正常，均在80℃以下，其中C相相对A、B、N相稍高一些，这和接线柱的布局和保护盖的形式有关。

2）模拟机上大功率状态工作状态下，拧紧力矩按13N.M，产品功能正常，A、B、N相接线柱位置温度正常，但C相接线柱处温度异常上升，10分钟以后会上升到150℃，而且还不断上升。调整安装力矩到产品要求的17N.M，重新开展试验，试验结果没有改变，仍然是C相接线柱处温度异常上升，其余部分正常。更换C相安装螺母后后重新进行试验，产品功能正常，A、B、N相接线柱位置温度正常，但C相接线柱温度达到110℃左右，其中C相相对A、B、N相高一些。将C相接线端子在安装点和螺栓间隙范围内调整，并按产品要求的17N.M紧固后，利用微欧计测量发现接触器电阻有较大变化，在调整C相到接触电阻大的模式（大于1.5mΩ）下，重新进行试验，C相温度异常上升，故障复现。

3）在模拟机上大功率状态工作状态下，调整安装力矩到产品要求的17N.M，产品工作正常，A、B、C、N相接线柱位置温度正常，均在100℃以下。调整安装力矩到13N.M，重新开展试验，试验结果没有改变，产品工作正常，A、B、C、N相接线柱位置温度正常，均在100℃以下。

试验结论：接线柱接触电阻的大小和安装力矩之间没有直接对应关系，力矩越大接触电阻大小不具有线性关系，存在一定的随机性。分析认为这是由于该产品机上接线端子同产品的电流流通通过螺母和接线柱之间丝扣的接触面积实现，与螺母在接线柱上的位置、材料的热胀冷缩、压紧力矩等均有一定关系，而传统接线柱同接线端子均是通过接线柱上设置的金属安装台实现，螺母主要起压紧作用。因此该产品存在设计缺陷，需要对接线柱与端子连接方式进行优化。

4、改进措施及验证

对外部电源控制盒进行优化设计，在控制盒上增加金属凸台，使接线端子直接接触凸台，增大接线端子与接触体的接触面积。产品更改完成后进行实验室验证，使用机上线缆与接触体进行了试装，经微欧计测量，端子与接触体凸台的接触电阻约为10μΩ。施加外部电源控制盒额定265A交流电流，监测端子与接线柱凸台间的温度变化，当温度稳定时，温度最终约为60℃进行大功率通电验证均未出现异常温升，装机后进行机上大功率状态下通电验证，测量产品接线柱底部温度正常。

5、结束语

本文从生产现场问题出发，结合产品原理及试验，定位大功率工作状态下外部电源控制盒接线柱烧蚀为接线端子与接线柱连接处接触阻值偏大，大电流情况下热累积导致。通过问题分析，处理与改进，为今后外部电源系统的产品排故工作提供了新的思路；为产品设计提供参考，从设计阶段避免类似问题的发生。

参考文献：

[1] 曾健. 浅析飞机电源系统[J].科技创新导报.2015(14)

[2] 闫稳，王梅，但星亭. 数字式外部电源监控器的设计与实现[J].航空科学技术.2010(03)

[3] 张沛帆. 浅析飞机电源系统的发展 [J].数字技术与应用.2011(03)