DFC 型系列伺服放大器原理與故障檢修
一、工作原理
伺服放大器由輸入通道、磁放大器電路、比較放大電路、功率輸出電路、狀態(tài)顯示以及電源電路等部分組成。其詳細(xì)工作原理見圖 1 所示。
該型伺服放大器的信號輸入通道共有四路,分別對應(yīng)圖 1 中的接線端子①~⑧ ( 與磁放大器輸入部分對應(yīng) ) ,其中①~②為一組;③~④、⑤~⑥、⑦ - ⑧各為一組,前三路接控制輸入信號,最后一路接反饋信號。實際使用中,多采用兩路信號輸入,即一路為控制信號 Ic .由調(diào)節(jié)器、工控機、 DCS 或其他控制器提供,從端子①、②輸入,另一路為位置反饋信號 If ,由現(xiàn)場電動執(zhí)行機構(gòu)的位置發(fā)送器提供,從端子⑦、⑧輸入。
磁放大器電路:該部分主要由 DK1 ~ DK2 、 R1-R10 、 R20 ~ R22 、 V2 ~ V5 等元件構(gòu)成,其作用是接受各種輸入信號,并把這些信號綜合,將其偏差信號放大供給后級電路使用。磁放大器 ( 即圖中的 DK1 、 DK2) 共由四個結(jié)構(gòu)完全相同的坡莫合金環(huán)構(gòu)或。以 DK1 為例,由兩個磁環(huán)構(gòu)成,每個磁環(huán)上繞有一組交流激勵繞組 ( 即 A-X 與 B-Y) ,把兩個磁環(huán)粘在一起,繞上四組輸入繞組 ( 即① - ②、③ - ④、⑤ - ⑥、⑦ - ⑧ ) 、反饋繞組 ( 即⑩ - ⑨ ) 和偏移繞組 ( 即 12-11) ,構(gòu)成單臂磁放大器。
由圖可見,每個單臂磁放大器上所繞線圈多達(dá) 8 組。兩個單臂放大器組成推挽式磁放大器。交流激勵繞組所加的激勵電壓是由變壓器 T1 次級提供的雙 18V 交流電壓,激勵繞組的另一端分別接有二極管 V2-V3 及 V4 ~ V5 。電阻 R8 和 R9 的直流電壓之差,即為磁放大器的輸出。信號輸入繞組分別接有 R1 ~ R4 ,以便把各繞組的內(nèi)阻都統(tǒng)調(diào)到 150 Ω,以利于阻抗平衡。偏移繞組由 +12V 經(jīng) R22 、 W1 、 R 2l ( 或 R20) 供給直流信號,使其產(chǎn)生恒定直流磁場。調(diào)整 W1 可以改變偏移電流大小,也就是調(diào)整磁放大器的零點,改變 R22 可以調(diào)整磁放大器的工作點。 R11 、 R6 是磁放大器輸出的反饋電阻。從磁放大器的輸出端取出部分電壓,接到反饋繞組構(gòu)成磁放大器的負(fù)反饋。磁放大器是利用直流電流來改變導(dǎo)磁體的導(dǎo)磁棒,使交流繞組的電感量發(fā)生變化,從而控制交流繞組中電流值。改變 R11 、 R6 可以調(diào)整磁放大器的輸出為零。而當(dāng)控制繞組中有輸入信號時,由于此直流電流在兩個單臂繞組中的流動方向相反,使其中一組磁環(huán)的導(dǎo)磁率及電感量減小,激勵繞組電流增大;但是另一激動繞組電流減小。因此在電阻 R8 和 R9 的壓降不相等,磁放大器有電壓輸出,實現(xiàn)了用磁放大器的輸出電壓反映輸入電流的變化。磁放大器共 3 個控制繞組 ( 即輸入、反饋和偏移繞組 ) ,它們的輸入信號通過磁環(huán)中產(chǎn)生的磁通來疊加,可以相互隔離。磁放大器的放大倍數(shù)主要取決于磁環(huán)的導(dǎo)磁系數(shù)和控制繞組的匝數(shù)。當(dāng)輸入信號的代數(shù)和為± 150 μ A 時,推挽式磁放大器的輸出電壓約為± 1V 。
比較放大電路主要由雙電壓比較器 LM393 及其外圍元件構(gòu)成。 LM393 內(nèi)部由兩個偏移電壓指標(biāo)低達(dá) 2 . 0 μ的獨立精密電壓比較器構(gòu)成。該 IC 采用單電源設(shè)計,適用電壓范圍廣。且可直接與 TTL 及 CMOS 邏輯電路接口。只要同相輸入端的電壓比反向輸入端的電壓高,其輸出端就會輸出高電平;反之則輸出低電平。需要注意的是在實際使用電路中要在其輸出端 ( 即①、⑦腳 ) 加上上拉電阻,也就是將一個大約幾百歐到幾千歐的電阻從輸出端接到電源正端,如圖 1 中的 R12 及 R15 。
該部分的工作過程如下: +12V 電壓經(jīng) R27 、 W2 、 R28 分壓后從 W2 的中心抽頭取出約 0 . 678V 的電壓加至 IC2 的反相輸入端②、⑥腳,作為基準(zhǔn)電壓。當(dāng)輸入信號 Ic-If>0( 且超過死區(qū) ) 時,此時 IC2 之⑤腳同相輸入端電壓由 0 增大至超過⑥腳的 0 . 678V ,則 V ⑤ >V ⑥,⑦腳輸出端由靜態(tài)的 0 . 258V 躍變?yōu)?2 . 7V ,通過 R16 加至正相驅(qū)動管 V9 的基極;當(dāng) Ic - If0( 且超過死區(qū) ) 時, IC2 之③腳同相輸入端電壓由 0 增大至超過②腳的 0 . 678V ,則 V ③ >V ②,①腳輸出端由靜態(tài)的 0 . 258V 同樣躍變?yōu)?2 . 7V ,通過 R13 加至反相驅(qū)動管 V8 的基極;而當(dāng) Ic-if=0( 或不超過死區(qū) ) 時,比較器無輸出動作。 C5-C8 的作用是對前級輸入信號進行濾波。 IC2(LM393) 的管腳功能定義及在路實測數(shù)據(jù)參見附表所示,可供檢修時參考。
功率輸出電路主要由驅(qū)動三極管 V8 和 V9 、固態(tài)繼電器 GT1 和 GT2 、過壓保護器件 RV1 與 RV2 以及電感線圈 L1 與 L2 組成。伺服放大器的輸出通道有兩路,可分別控制伺服電動機正、反轉(zhuǎn)。當(dāng) Ic-If>O( 且超過死區(qū) ) 時,伺服放大器有正向輸出,此時 V9 的基極為高電平, V9 飽和導(dǎo)通,固態(tài)繼電器 GT2 導(dǎo)通,則 AC220V 通過 L2 、 GT2 、接線端子 12(11 與 12 短接 ) 加至負(fù)載 ( 伺服電機 ) 上,使電機正轉(zhuǎn);反之當(dāng) Ic-If0( 且超過死區(qū) ) 時,伺服放大器有反向輸出,此時 V8 的基極為高電平,飽和導(dǎo)通,固態(tài)繼電器 GT1 導(dǎo)通, A( 220V 通過 L1 、 GT1 、接線端子⑨ ( ⑨與⑩短接 ) 加至負(fù)載 ( 伺服電機 ) 上,電機反轉(zhuǎn)。浪涌保護器件 RV 的作用有兩個:一是防止由固態(tài)繼電器輸出的交流電壓過高而損壞負(fù)載;二是防止當(dāng)固態(tài)繼電器截止時負(fù)載(電機)產(chǎn)生的反電動勢損壞固態(tài)繼電器。電感線圈 L1 與 L2 作用是抑制伺服電機分相電容的放電速度,以保護固態(tài)繼電器。
狀態(tài)顯示電路主要由 V10 、 V6 、 V7 構(gòu)成,其中 V10 (紅色發(fā)光管)用以指示電源部分是否正常; V6 (綠色發(fā)光管)是反程指示,當(dāng) V8 導(dǎo)通且 GT1 正常時, V6 發(fā)光,反之則熄滅; V7 則是正程指示,即當(dāng) V9 導(dǎo)通且 GT2 正常時, V7 發(fā)光,反之則熄滅。
電源電路部分比較簡單,不再贅述。伺服放大器的尾部端子接線定義參見圖 2 所示,該圖中 1 ~ 20 與圖 1 中的 1 ~ 20 一一對應(yīng)。
二、伺服放大器的模擬調(diào)校
伺服放大器在接入系統(tǒng)使用前,一般應(yīng)進行模擬調(diào)試,調(diào)試接線方法見圖 3 所示。其步驟如下:
1 .調(diào)零 ( 即調(diào)平衡 )
分別調(diào)整 Ic 和 If ,使兩輸入信號相等 ( 推薦在輸入信號量程的 20 %一 50 %點調(diào)平衡 ) ;用數(shù)字萬用表監(jiān)測 CT1 、 CT2 測點上的電壓 ( 即前置級的輸出電壓 ) ,調(diào)整調(diào)零電位器 W1 ,使該電壓值為數(shù)毫伏即可。
2 .調(diào)死區(qū)
保持調(diào)零時的 If 不變,改變 Ic ,使 Ic 增加 ( 或減少 )0 . 15 — 0 . 2mA 。
調(diào)整調(diào)死區(qū)電位器 W2 .至 L1 或 L2 剛好亮 ( 若 Ic 是增加的,則 L1 亮,若 Ic 是減少的,則 L2 亮 ) ;改變 Ic , L1 、 L2 應(yīng)交替亮 ( 但不應(yīng)有同時亮現(xiàn)象 ) 。
經(jīng)以上模擬調(diào)試,如無異常情況,可將伺服放大器接入系統(tǒng)使用。
三、伺服放大器檢修一般程序
筆者根據(jù)實際檢修經(jīng)驗畫出伺服放大器的一般檢修程序流程圖,見圖 4 所示,供參考。
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