DFC型系列伺服放大器原理及常見(jiàn)故障的分析與處理

伺服放大器是電動(dòng)執(zhí)行器的配套裝置，是組成自動(dòng)控制系統(tǒng)不可缺少的核心部件之一，它與電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)配合，接受來(lái)自調(diào)節(jié)器、工控機(jī)、 DCS 、計(jì)算機(jī)等儀表系統(tǒng)的控制信號(hào)，操縱電動(dòng)執(zhí)行機(jī)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(hào)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(jiǎn)要介紹其原理及常見(jiàn)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(jiàn)圖 1 所示。

該型伺服放大器的信號(hào)輸入通道共有四路，分別對(duì)應(yīng)圖 1 中的接線端子①～⑧ （ 與磁放大器輸入部分對(duì)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(hào)，最后一路接反饋信號(hào)。實(shí)際使用中，多采用兩路信號(hào)輸入，即一路為控制信號(hào) Ic ．由調(diào)節(jié)器、工控機(jī)、 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(hào) If ，由現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)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(hào)，并把這些信號(hào)綜合，將其偏差信號(hào)放大供給后級(jí)電路使用。磁放大器 （ 即圖中的 DK1 、 DK2） 共由四個(gè)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(gè)磁環(huán)構(gòu)成，每個(gè)磁環(huán)上繞有一組交流激勵(lì)繞組 （ 即 A-X 與 B-Y） ，把兩個(gè)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(jiàn)，每個(gè)單臂磁放大器上所繞線圈多達(dá) 8 組。兩個(gè)單臂放大器組成推挽式磁放大器。交流激勵(lì)繞組所加的激勵(lì)電壓是由變壓器 T1 次級(jí)提供的雙 18V 交流電壓，激勵(lì)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(hào)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(hào)，使其產(chǎn)生恒定直流磁場(chǎng)。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(diǎn)，改變 R22 可以調(diào)整磁放大器的工作點(diǎn)。 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(lái)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(hào)時(shí)，由于此直流電流在兩個(gè)單臂繞組中的流動(dòng)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(lì)繞組電流增大；但是另一激動(dòng)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(shí)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(gè)控制繞組 （ 即輸入、反饋和偏移繞組 ） ，它們的輸入信號(hào)通過(guò)磁環(huán)中產(chǎn)生的磁通來(lái)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(hào)的代數(shù)和為± 150 μ A 時(shí)，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(gè)偏移電壓指標(biāo)低達(dá) 2 ． 0 μ的獨(dú)立精密電壓比較器構(gòu)成。該 IC 采用單電源設(shè)計(jì)，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(huì)輸出高電平；反之則輸出低電平。需要注意的是在實(shí)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(gè)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(guò)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(hào) Ic-If》0（ 且超過(guò)死區(qū) ） 時(shí)，此時(shí) IC2 之⑤腳同相輸入端電壓由 0 增大至超過(guò)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(guò) R16 加至正相驅(qū)動(dòng)管 V9 的基極；當(dāng) Ic － IfV ②，①腳輸出端由靜態(tài)的 0 ． 258V 同樣躍變?yōu)?2 ． 7V ，通過(guò) R13 加至反相驅(qū)動(dòng)管 V8 的基極；而當(dāng) Ic-if=0（ 或不超過(guò)死區(qū) ） 時(shí)，比較器無(wú)輸出動(dòng)作。 C5-C8 的作用是對(duì)前級(jí)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波。 IC2（LM393） 的管腳功能定義及在路實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)參見(jiàn)附表所示，可供檢修時(shí)參考。

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