直流調(diào)速器維修

在修復(fù)各類機床電氣設(shè)備，如印刷設(shè)備、包裝機設(shè)備或其它設(shè)備時，有的設(shè)備需配備多個小功率直流電機，一般都是模擬式的直流調(diào)速器，實現(xiàn)工藝流程的控制。當廠商設(shè)備銷售達到一定的（數(shù)量）規(guī)模時，有的廠商便自行開發(fā)與配置設(shè)備上直流電機的調(diào)速板，以期達到降低生產(chǎn)成本的要求，這類直流調(diào)速板電路簡單，成本低廉，通用性強，便于制作和調(diào)試，能滿足一般性控制要求，且對直流電機具有一定的保護功能。圖1，即為一款適應(yīng)1kW以下小功率直流電機用的機床電氣設(shè)備上的直流調(diào)速板電路。這類調(diào)速裝置通常以一塊線路板的形式，安裝于控制箱內(nèi)，與機床設(shè)備的控制電路構(gòu)成一體。 

1、電路原理簡析：

〔主電路〕調(diào)速器的主電路采用了先交流調(diào)壓后整流的電路形式，先用雙向晶閘管V1對輸入交流電壓進行調(diào)節(jié)，再由P4橋式整流電路對調(diào)節(jié)后的電壓進行整流，供直流電機電樞繞組A1、A2端子的供電；勵磁電源，則由P1對交流220V直接整流后，供F1、F2勵磁線圈端子。這樣，不僅使主電路成本有所降低，更成控制電路大為簡化，廠商生產(chǎn)產(chǎn)品，看來一個重要的指標，即是降低成本。在電源輸入回路中串聯(lián)了4A保險管，起到對雙向晶閘管V1的第二重（第一重保護由N3、N4完成）過載與短路保護。R1、C2并聯(lián)在晶閘管的T1、T2兩端，吸收有害尖峰電壓能量，對晶閘管起到過壓保護作用。

〔同步、移相和觸發(fā)電路〕由U1、N1、N2、V2等電路組成。P2、U1構(gòu)成同步電壓信號采樣電路，R5、R6對輸入220V交流電壓進行限流，輸入P2整流橋，將電網(wǎng)的正、負半波“調(diào)向”為100Hz的脈動直流信號，經(jīng)R、U1輸入側(cè)（1、2腳）形成U1內(nèi)部發(fā)光二極管的電流輸入通路。U1的5腳接入+9V供電的上拉電阻R11，在100Hz脈動直流作用下，U1的5腳（N1的10腳）因U1輸出三極管大部分時間處于導通狀態(tài)下，U5腳電壓為近于0V的低電平，在電網(wǎng)電壓過零時，U1內(nèi)部三極管截止，N1的10腳出現(xiàn)一個與電網(wǎng)過零點同步的高電壓（窄）脈沖電壓，此電壓可稱為同步信號電壓。此處將電網(wǎng)電壓進行橋式整流取出同步電壓信號的目的，是為了后續(xù)電路能在電網(wǎng)正半波和負半波期間，各輸出一個移相脈沖信號，來控制雙向晶閘管的“雙向可控導通”，實現(xiàn)交流調(diào)壓。若單獨取用一個正半波同步信號，形成的移相觸發(fā)信號，雖觸發(fā)的也是雙向晶閘管，但輸出電壓即為直流電壓了（雙向晶閘管僅在電網(wǎng)正半波時被觸發(fā)導通）。N1運放電路接成電壓比較器，反相端由R12、R13對+9V分壓，得到5.4的分壓值，提高了干擾門限電壓水平，也起到對輸入信號整形作用，使輸出電壓為矩形波脈沖。在電網(wǎng)過零點期間，N1的8腳為高電平電壓。

N1、V3、V4構(gòu)成鋸齒波形成電路，鋸齒波的零電位點與電網(wǎng)過零點對應(yīng)。V4、D3、R22、R23組成恒流源充電電路，使C10上電壓線性上升，提升了電路的移相控制范圍。D3為發(fā)光二極管，導通電壓約為1.2V，其壓降受流通電流影響不大，可近似認為是一個恒定電壓，作為V4的固定工作偏壓，由元件參數(shù)可推算出該恒流源的恒定電流值為1.2V－0.6V(V4發(fā)射結(jié)電壓)/2.2kΩ=0.27mA。在電網(wǎng)電壓正（負）半波期間，N1的10腳為低電平，8腳也為低電平，V3處于截止狀態(tài)，V4以恒流（0.27mA）為C10充電，C10上電壓線性上升，電網(wǎng)過零點到來時，N1的8腳變?yōu)楦唠娖剑琕3飽和導通，將C10所充電荷快速泄放。因C10的充電時間常數(shù)不一樣，恒流緩充電，使C10上電壓上升斜率較??；放電時間常數(shù)?。╒3飽和導通下電阻值極?。?，C10下降斜率大（形成陡峭下降），二者作用在C4的正端形成鋸齒波電壓，并輸出到N2的同相輸入端5腳。

N2運算放大器構(gòu)成可變脈寬輸出電路。N2的反相端為速度給定信號輸入端，由R19、R21對+9V分壓設(shè)定轉(zhuǎn)速給定電位器W2的電壓調(diào)節(jié)范圍，N2的6腳輸入的是一個反向調(diào)節(jié)電壓，W2活動臂分壓值越高，主電路輸出直流電壓越低。因C11放電后會有“殘余電壓”的存在，選限R21的阻值，使W2調(diào)到零位時，N2的6腳電壓仍能C11上鋸齒波電壓的“谷底”，避免N2輸出腳出現(xiàn)恒定調(diào)電平（調(diào)寬脈沖消失）而導致的“移相失步”現(xiàn)象，在給定最高轉(zhuǎn)速信號時，主電路輸出反而為零或出現(xiàn)“跳動電壓”，引起直流電機劇烈振動。R19的選值，是使給定電壓的最高電壓值，稍高于C11上鋸齒波電壓的“齒尖”，在給出最低轉(zhuǎn)速信號時，能使主電路雙向晶閘管可靠關(guān)斷。本電路速度給定電壓范圍為8.45~1.1V，對就輸出電壓范圍約為0~200V，為開環(huán)控制模式。在轉(zhuǎn)速給定電路中，電容C11的正端接電源+9V，負端接N1的6腳，該電容的作用機理是這樣的：假定沒有該電容的存在，在調(diào)速板上電瞬間，當W2活動臂輸出電壓低于N2的5腳鋸齒波峰值電壓時，裝置得電，電機便會以較高速度運行，易發(fā)生意外。當增設(shè)C11電容后，上電瞬間，C11的充電電流使N1的6腳產(chǎn)生一個高電平跳變，N1的7腳在上電瞬間為低電平，V1處于關(guān)斷狀態(tài)，電機不轉(zhuǎn)。隨著C11充電過程的完成，V1逐漸開通，電機按給定速度運轉(zhuǎn)。此后，C11充電電流為零，相當于開路，失去作用。

N2的7腳輸出的可調(diào)脈寬電壓，其左上升沿決定著V1的導通時間，若用于直接驅(qū)動脈沖功率放大器V2，則在N2的整個脈寬電壓輸出期間，V2的一直導通形成了雙向晶閘管連續(xù)的柵、陰極電流，造成無必要的功耗。串接電容C5的目的，是將N2輸出的連續(xù)信號變?yōu)镃5充電電流的“瞬態(tài)信號”，N2輸出脈寬信號的起始段，C5充電電流最大，形成了V1觸發(fā)電流的峰

值，隨著C5上充電電壓的建立，充電電流減小至為0，V2截止，但V1被觸發(fā)后在承受正向電壓期間，則一直自維持導通。C5的作用，是將N2輸出的連續(xù)信號進行了“脈沖化處理”。

〔過載保護電路〕過流故障保護電路由N3、N4、V7、V6等構(gòu)成。電流采樣電阻R3串聯(lián)于主電路中，R3上的電壓降信號經(jīng)D1、C3整流濾波，在W1活動臂上取出電樞電流信號，經(jīng)N3放大器放大，輸入下級由N4組成的電壓比較器電路，當因電樞過流使N3的14腳輸出7.8V以上電壓時，N4的1腳輸出高電平，V7（雙向晶閘管，此處也可選用單向晶閘管）被觸發(fā)導通，接通了保護開關(guān)管V6的基極偏流回路，為可變脈寬形成電路N2的6腳引入+9V高電平，迫使N6停止工作，主電路的雙向晶閘管V1失去觸發(fā)脈沖，輸出中止，起到了過流保護的作用。

該電路使用晶閘管V7的目的，是出現(xiàn)過流保護動作時，將保護狀態(tài)“鎖定”，V6基極偏流回路中的發(fā)光二極管D4，起到“故障指示”的作用。電路具有“故障記憶”功能，保護動作，使主電路的輸出停止，電樞電流為零，N4的1腳輸出的“過流信號”也隨之消失。但 “故障指示”燈卻因V7的維持導通，一直處于點亮中，提示工作人員，現(xiàn)在的停機保護動作，是由已發(fā)生的過流故障所引起的，應(yīng)檢查故障原因并排除故障后再投入運行！同時，可變脈寬形成電路N2也被鎖定于脈寬信號輸出的“禁止狀態(tài)”，要將故障鎖定狀態(tài)復(fù)位，須將裝置的供電電源斷開幾秒種后，使V7失去維持電流而關(guān)斷后，再行恢復(fù)供電即可。

2、故障檢修思路和方法：

1）輸出為最高轉(zhuǎn)速，不可調(diào)，測P4整流電壓為200V。

a、為裝置接入220V/220V隔離維修電源，將V1柵極電阻與電路脫開，即斷開V1觸發(fā)電流通路，測P4整流電壓仍為200V，則為主電路晶閘管V擊穿短路。

b、給定轉(zhuǎn)速電路W2性能變壞，活動臂與上固定端電阻值變大，使調(diào)節(jié)電壓不能升高，誤給出最高轉(zhuǎn)速信號。

2）FUSE保險管熔斷，檢查橋式整流電路P4內(nèi)部四只二極管有無一只或二兩已經(jīng)短路。

同時應(yīng)該檢查保護電路W1、N3、N4電路等有無故障，故導致保護失效，使P4燒毀。

3）輸出電壓為零。牽扯三方面的電路，一為主電路損壞，如晶閘管V1、電流采樣電阻R3有開路性損壞；二為保護電路誤動作，強制移相觸發(fā)電路停止工作；三為稱相觸發(fā)電路本身故障，不能輸出正常的移相觸發(fā)脈沖信號。

a、檢查R3無斷路故障，短接晶閘管V1的T1、T2極，測P4整流輸出端有無200V電壓。若仍無正常的直流電壓輸出，則為P4有損壞（加接負載電阻使測試易于判斷），若有正常電壓輸出，繼續(xù)下一步的檢查；

b、用導線或鑷子短接脈沖放大管V2的C、E射極，人為接通V1的觸發(fā)電流通路，P4輸出電壓仍為0，說明晶閘管V1損壞；測P4能輸出200V直流電壓，說明主電路完好；繼續(xù)下一步檢查

c、檢查移相觸發(fā)電路之前，應(yīng)首先排除保護電路是否誤動作，使移相觸發(fā)電路不能投入正常工作。上電，若發(fā)現(xiàn)故障指示燈D4一直處于點亮狀態(tài)，說明過流保護電路處于誤動作狀態(tài)，檢查N3、N3兩級保護電路；若D4不亮，測V6的Uce小于1V，則為V6擊穿損壞。

更為有效的檢查方法，將V的發(fā)射極脫開電路板，調(diào)W2，測P4輸出電壓正常變化，故障為保護電路誤起控；測P4仍無輸出，故障在稱相觸發(fā)電路，繼續(xù)下一步檢查；

d、調(diào)整W2，測N2的1腳是否有相應(yīng)0-8V左右的直流電壓輸出，若變化正常，即N2本級及前級移相電路工作正常，故障在C5、V2觸沖功率放大級，如V2放大倍數(shù)變低，或開路，電容C5容量下降或失容，造成觸發(fā)電流過小，V1不能正常開通等；若N2的1腳為固定8V以上正電壓或為0V，則故障在N2及前級電路。應(yīng)繼續(xù)下一步檢查；

e、據(jù)電路分析，“想見”各點波形圖，并進而估測或推算出移相觸發(fā)電路各關(guān)鍵點電壓值，作出故障判斷。

同步輸入電壓為交流50Hz正弦波電壓，經(jīng)R5、R6限流（限幅）、P2整流，變?yōu)?00Hz的脈動直流，由于U1輸入側(cè)二極管的削波作用，實際在a點（U1的1、2腳之間）形成一個梯形波電壓，其梯形波谷底對應(yīng)電網(wǎng)過零點。該電壓的峰值即為U1輸入側(cè)二極管的正向壓降，約為1.2V左右。因電網(wǎng)過零點時間極短，但加上U1輸入側(cè)發(fā)光二極管的門坎電壓和P2的正向壓降的限制，將梯形波的低電平時間有所“展寬”，可估算U1的1、2腳之間電值比1.2V稍低，應(yīng)為直流1V左右；

U1輸入側(cè)二極管大部分時間處于正向電壓作用下，輸出側(cè)三極管也大部分時間處于導通狀態(tài)下，只在電網(wǎng)過零點時，有一個瞬間截止過程，因而B點波形電壓峰值為電源電壓+9V（U1截止瞬間），最低電壓為0V（忽略U1內(nèi)部三極管的飽和導通壓降），波形接近矩形波，但可能有一定的上升斜率。因而b點對地電壓值接近0V而低于1V，估算直流電壓約為0.4V左右。而且U1有無過同步脈沖電壓輸出，檢測方法也簡單有效：用鑷子短接U1的1、2腳，測b點電壓上升為+9V，松開鑷子，測b點電壓降為1V以下，可以斷定，U1電路是好的，同步電壓已經(jīng)正常輸入，也能正常輸出同步脈沖信號。

N1電壓比較器電路，具有消噪和對輸入電壓整形作用，輸出為與c點波形對應(yīng)的矩形脈沖電壓，所測直流電壓值也應(yīng)為0.4V左右。測N1的9腳直流電壓，應(yīng)為R12、R13的分壓值5.4V，輸出為04V。判斷該級對信號有無正常傳輸，當用導線或鑷子短接9、10腳時，測8腳應(yīng)變?yōu)?V，解除短接，上升為04V。如用交流擋測量輸出電壓，用鑷子短接時，8腳變?yōu)?V，解除短接時，8腳輸出電壓應(yīng)有大幅度上升，如3V或更高。

鋸齒波形成電容C3，由V4、V3的充、放電控制，在d點形成鋸齒波電壓，鋸齒波電壓的最大幅度（峰值）可參考給速度給定最高電壓值，（應(yīng)低于給定最大值）約為7V左右，最低電壓幅值約為0V（忽略V3的飽和導通壓降）。若將鋸齒波的三角缺口與鋸齒的面積看作近似相等，則對所測d點直流電壓，應(yīng)為3.5V左右。為7V以上或1V以下，說明該點沒有形成鋸齒波電壓。該點電壓的有無，也可通過短接N1的兩個輸入腳來判定，短接時，測d點電壓上升為7V以上，解除短接，則降為3V左右，說明該點鋸齒波已正常輸出。

N2為可調(diào)脈寬處理電路，當5腳鋸齒波電壓正常時，調(diào)整6腳速度給定電壓時，輸出腳應(yīng)按給定電壓作反向變化，當給定0~8V時，輸出大致按8~0V變化。調(diào)整6腳電壓，測輸出腳的相應(yīng)變化，則不難判斷該電路的工作是否正常了。

上述分析的步驟和目的：

第一步，分析電路，根據(jù)電路工作流程、信號性質(zhì)分析，可以“想見”出各關(guān)鍵點的電壓波形圖，如a點為梯形波，b、c點為與電網(wǎng)過零點對應(yīng)的“窄脈沖”，且峰值電壓應(yīng)為+9V。

第二步，由“想見”得出的波形圖，進而根據(jù)波形的“占空比”特性，可推算直流電壓值，如某腳輸出為1﹕1矩形脈沖，則該腳直流電壓值一定約為二分之一電源電壓。這是以“面積估算”方法，得出關(guān)鍵點的電壓值。

經(jīng)過第一、二步的分析，電路某環(huán)節(jié)的正常或故障，經(jīng)過檢測，即可以心中有數(shù)了。

大部分設(shè)備電路，即使給出設(shè)備電路圖，但往往電路圖上，未標注出關(guān)鍵工作點的波形圖和電壓值，

這給故障檢測帶來不便，“想見”得出波形圖后，可用示波器檢測各點波形的有無與形狀，與“想見”波形圖相對照，有差異時，分析“想見”波形圖的不準確之處，提高自己分析電路和“想見”的能力。

工程設(shè)備:承接企業(yè)自動化工程項目的設(shè)計,開發(fā)及改造。全自動變頻器節(jié)能恒壓供水設(shè)備 全自動變頻器節(jié)能同步造紙設(shè)備多點同步,恒張力控制的自動線。
河南升瑞電氣有限公司為廣大用戶提供了優(yōu)質(zhì)的售前、售中、售后服務(wù)。