DFC 型系列伺服放大器原理與故障檢修
伺服放大器是電動執(zhí)行器的配套裝置，是組成自動控制系統(tǒng)不可缺少的核心部件之一，它與電動執(zhí)行機構(gòu)配合，接受來自調(diào)節(jié)器、工控機、 DCS 、計算機等儀表系統(tǒng)的控制信號，操縱電動執(zhí)行機構(gòu)完成調(diào)節(jié)任務(wù)，廣泛用于電站、化工、石油、冶金、輕工等行業(yè)。不同生產(chǎn)廠家、不同銘牌及系列代號的產(chǎn)品，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理大同小異，并且其接線端子定義完全相同 ( 即不同品牌之間也可以相互代用 ) 。因此本文僅以 DFC 系列之 1100 型伺服放大器為例，簡要介紹其原理及常見故障的分析與處理，供同行參考。
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|0">功率輸出電路、狀態(tài)顯示以及電源電路等部分組成。其詳細工作原理見圖 1 所示。
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 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低達 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 － If<0( 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 ) 加至負載 ( 伺服電機 ) 上，使電機正轉(zhuǎn)；反之當(dāng) Ic-If<0( 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載；二是防止當(dāng)固態(tài)繼電器截止時負載（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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