Повышение качества вибрационных и ударных испытаний вакуумных коммутирующих устройств

УДК 62.112.5

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ВИБРАЦИОННЫХ И УДАРНЫХ ИСПЫТАНИЙ ВАКУУМНЫХ КОММУТИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Ишков А. С.

Вакуумные коммутирующие устройства (ВКУ), в частности, высокочастотные выключатели и переключатели, широко используются в мощных (напряжение до 5 кВ, ток 12 А) и высокочастотных (1,5 - 80 МГц) радиотехнических системах. Принцип работы ВКУ заключается в преобразовании энергии магнитного потока, возникающего при подаче постоянного напряжения в обмотку управления, в механическое перемещение якоря электромагнита.

Для поддержания технических характеристик ВКУ на уровне лучших мировых образцов необходимо постоянно проводить совершенствование технологического процесса их производства. В соответствии с ГОСТ РВ 20.57.416 с целью обеспечения качества изготовления и объективной оценки надежности каждое изделие перед выходом в эксплуатацию проходит стендовые испытания на виброустойчивость и удароустойчивость.

Испытания на виброустойчивость выполняются на электродинамическом вибростенде типа УВЭ5/10000. Вибростенд состоит из магнитной системы, создающей механические колебания заданной амплитуды и частоты, и специальной рабочей поверхности (стола), которая передает вибрацию объекту испытаний. Изделия на столе вибростенда устанавливаются с помощью специальных приспособлений, установка ВКУ на столе стенда выполняется с учетом требований по уменьшению погрешностей испытательного режима, а также зависит от назначения и конструкции испытуемых изделий.

Испытания на удароустойчивость производится на электродинамическом стенде многократно повторяющегося ударного воздействия типа УУЭ20/200.

Принцип действия этих двух стендов основан на взаимодействии электромагнитных полей. Магнитная система состоит из катушки подмагничива-ния, через которую пропускается постоянный ток, и подвижной катушки, запитываемой переменным током. В результате взаимодействия постоянного и переменного магнитных полей возникают силы, приводящие к механическим колебаниям подвижной системы стендов. Для проведения испытаний на виброустойчивость через подвижную катушку проходит ток синусоидальной формы. При проведении испытаний на удароустойчивость через катушку подвижной системы пропускается импульс тока, амплитуда и длительность которого определяют параметры ударного воздействия.

Во время испытаний при включении постоянного тока подмагничивания вибрационного и ударного стендов у некоторых образцов ВКУ изменяются значения основных коммутационных параметров, а также в изделиях наблюдаются самопроизвольные коммутации. Коммутационные параметры (чувствительность, коэффициент возврата, время переключения и др.) определяют качество работы ВКУ, и их отклонение от нормированных значений может быть

1

признано отказом, в этом случае изделие бракуется. Причем отказы фиксируются при включении постоянного тока подмагничивания до выполнения ударных или вибрационных воздействий.

Анализ причин изменений коммутационных параметров и самопроизвольных коммутаций ВКУ выявил следующие возможные влияющие факторы. Во-первых, отказы могут быть обусловлены дефектами конструкции изделий, вызванными нарушениями технологического процесса их изготовления и некачественными комплектующими материалами. Во-вторых, на испытуемые изделия может оказывать значительное влияние магнитное поле, создаваемое электродинамическими испытательными стендами. Рабочая поверхность вибрационного и ударного стендов одновременно является одним из элементов их магнитной системы, в результате в зоне испытательного стола действует создаваемое катушкой подмагничивания постоянное магнитное поле с индукцией В. Таким образом, в обмотке управления ВКУ, которая подвергается действию постоянного магнитного поля стенда, возникают электрические сигналы, приводящие к отказам. Причем значения магнитной индукции В, при которых происходят отказы практически полностью определяются характеристиками магнитопровода ВКУ, изготавливаемого из электротехнической стали марок 10880, 20860 ВД, 20860-ВИ, 20895 и др. Исследование магнитных свойств стали осуществляется путем построения статической предельной петли магнитного гистерезиса с помощью установки для измерений магнитных характеристик электротехнической стали МИУ-1, которая реализует индукционно-импульсный метод, заключающийся в измерении приращений магнитного потока, вызванных последовательными дискретными изменениями напряженности намагничивающего поля [2].

С целью повышения качества вибрационных и ударных испытаний ВКУ в ФГУП «НИИ электронно-механических приборов» (г. Пенза) совместно с кафедрой «Радиотехника и радиоэлектронные системы» Пензенского государственного университета проведены исследования полей, создаваемых магнитными системами испытательных стендов, и степени их влияния на коммутационные параметры ВКУ. Для решения поставленной задачи использовался милли-тесламетр типа ЭМЦ2-21 с датчиком Холла, предел допускаемой относительной погрешности измерений постоянной магнитной индукции поля составляет ± 10 %.

С целью визуализации распределения постоянного магнитного поля, создаваемого магнитной системой ударного и вибрационного стендов, были проведены измерения магнитной индукции поля над поверхностью испытательного стола. Исследование полей выполнялось без вибрационных и ударных воздействий, а затем при их включении. Значения магнитной индукции поля измерялись в объеме с размерами, равными диаметру стола стендов и максимальной высоте приспособлений для крепления ВКУ. Количество измеряемых точек составило от 530 до 570.

Графическое изображение распределения постоянного магнитного поля ударного стенда представлено на рисунке 1.

2

Рисунок 1 - Распределение магнитного поля над рабочей поверхностью ударного стенда типа УУЭ20/200

При выполнении серии ударов рост значений магнитной индукции не превышал 10 %, характер распределения магнитного поля над столом ударного стенда не изменялся.

Распределение постоянного магнитного в зоне испытательного стола вибростенда приведено на рисунке 2.

Рисунок 2 - Распределение магнитного поля над рабочей поверхностью вибростенда типа УВЭ5/10000

3

При включении вибрации различной частоты и амплитуды рост значений магнитной индукции не превышал 5 %, характер распределения магнитного поля над столом вибростенда также не изменялся.

Таким образом, в результате проведенных исследований было получено графическое изображение распределения постоянного магнитного поля стендов. Установлено, что в зоне размещения испытуемого ВКУ на столе вибростенда отсутствует сильное магнитное поле. Низкие значения магнитной индукции (до 5 мТл), обусловлены тем, что вибростенд оборудован специальной размагничивающей катушкой. Наиболее высокие значения магнитной индукции до 45 мТл зафиксированы в над рабочей поверхностью ударного стенда.

По результатам измерений с целью исключения влияния магнитного поля испытательных стендов были даны рекомендации по выбору места расположения изделий на стендах. Получены максимальные значения магнитной индукции, при которой изделия сохраняют свою работоспособность.

ЛИТЕРАТУРА

1. ГОСТ РВ 20.57.416-98 Изделия электронной техники, квантовой электроники и электротехнические военного назначения. Методы испытаний.

2. Ишков А. С. Измерительно-вычислительный комплекс для исследования магнитных характеристик электротехнической стали / Ишков А.С., Литвинов Л.Н. // Датчики и системы. - 2006. - № 4, с. 14 - 17. 4

4