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易直流调速器维修\简易直流调速器维修

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    关于直流调速

    机床小功率直流电机调速

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    机床电气设备上的小功率直流电机调速板 在修复各类机床电气设备,如印刷设备、包装机设备或其它设备时,有的设备需配备多个小功率直流电机,实现工艺流程的控制。当厂商设备销售达到一定的(数量)规模时,有的厂商便自行开发与配置设备上直流电机的调速板,以期达到降低生产成本的要求,这类直流调速板电路简单,成本低廉,通用性强,便于制作和调试,能满足一般性控制要求,且对直流电机具有一定的保护功能。图4-19,即为一款适应1kW以下小功率直流电机用的机床电气设备上的直流调速板电路。这类调速装置通常以一块线路板的形式,安装于控制箱内,与机床设备的控制电路构成一体。 图4-19 机床电气设备上的小功率电机调速板 1、电路原理简析: 〔主电路〕调速器的主电路采用了先交流调压后整流的电路形式,先用双向晶闸管V1对输入交流电压进行调节,再由P4桥式整流电路对调节后的电压进行整流,供直流电机电枢绕组A1、A2端子的供电;励磁电源,则由P1对交流220V直接整流后,供F1、F2励磁线圈端子。这样,不仅使主电路成本有所降低,更成控制电路大为简化,厂商生产产品,看来一个重要的指标,即是降低成本。在电源输入回路中串联了4A保险管,起到对双向晶闸管V1的第二重(第一重保护由N3、N4完成)过载与短路保护。R1、C2并联在晶闸管的T1、T2两端,吸收有害尖峰电压能量,对晶闸管起到过压保护作用。 〔同步、移相和触发电路〕由U1、N1、N2、V2等电路组成。P2、U1构成同步电压信号采样电路,R5、R6对输入220V交流电压进行限流,输入P2整流桥,将电网的正、负半波“调向”为100Hz的脉动直流信号,经R、U1输入侧(1、2脚)形成U1内部发光二极管的电流输入通路。U1的5脚接入+9V供电的上拉电阻R11,在100Hz脉动直流作用下,U1的5脚(N1的10脚)因U1输出三极管大部分时间处于导通状态下,U5脚电压为近于0V的低电平,在电网电压过零时,U1内部三极管截止,N1的10脚出现一个与电网过零点同步的高电压(窄)脉冲电压,此电压可称为同步信号电压。此处将电网电压进行桥式整流取出同步电压信号的目的,是为了后续电路能在电网正半波和负半波期间,各输出一个移相脉冲信号,来控制双向晶闸管的“双向可控导通”,实现交流调压。若单独取用一个正半波同步信号,形成的移相触发信号,虽触发的也是双向晶闸管,但输出电压即为直流电压了(双向晶闸管仅在电网正半波时被触发导通)。N1运放电路接成电压比较器,反相端由R12、R13对+9V分压,得到5.4的分压值,提高了干扰门限电压水平,也起到对输入信号整形作用,使输出电压为矩形波脉冲。在电网过零点期间,N1的8脚为高电平电压。 N1、V3、V4构成锯齿波形成电路,锯齿波的零电位点与电网过零点对应。V4、D3、R22、R23组成恒流源充电电路,使C10上电压线性上升,提升了电路的移相控制范围。D3为发光二极管,导通电压约为1.2V,其压降受流通电流影响不大,可近似认为是一个恒定电压,作为V4的固定工作偏压,由元件参数可推算出该恒流源的恒定电流值为1.2V-0.6V(V4发射结电压)/2.2kΩ=0.27mA。在电网电压正(负)半波期间,N1的10脚为低电平,8脚也为低电平,V3处于截止状态,V4以恒流(0.27mA)为C10充电,C10上电压线性上升,电网过零点到来时,N1的8脚变为高电平,V3饱和导通,将C10所充电荷快速泄放。因C10的充电时间常数不一样,恒流缓充电,使C10上电压上升斜率较小;放电时间常数小(V3饱和导通下电阻值极小),C10下降斜率大(形成陡峭下降),二者作用在C4的正端形成锯齿波电压,并输出到N2的同相输入端5脚。 N2运算放大器构成可变脉宽输出电路。N2的反相端为速度给定信号输入端,由R19、R21对+9V分压设定转速给定电位器W2的电压调节范围,N2的6脚输入的是一个反向调节电压,W2活动臂分压值越高,主电路输出直流电压越低。因C11放电后会有“残余电压”的存在,选限R21的阻值,使W2调到零位时,N2的6脚电压仍能C11上锯齿波电压的“谷底”,避免N2输出脚出现恒定调电平(调宽脉冲消失)而导致的“移相失步”现象,在给定最高转速信号时,主电路输出反而为零或出现“跳动电压”,引起直流电机剧烈振动。R19的选值,是使给定电压的最高电压值,稍高于C11上锯齿波电压的“齿尖”,在给出最低转速信号时,能使主电路双向晶闸管可靠关断。本电路速度给定电压范围为8.45~1.1V,对就输出电压范围约为0~200V,为开环控制模式。在转速给定电路中,电容C11的正端接电源+9V,负端接N1的6脚,该电容的作用机理是这样的:假定没有该电容的存在,在调速板上电瞬间,当W2活动臂输出电压低于N2的5脚锯齿波峰值电压时,装置得电,电机便会以较高速度运行,易发生意外。当增设C11电容后,上电瞬间,C11的充电电流使N1的6脚产生一个高电平跳变,N1的7脚在上电瞬间为低电平,V1处于关断状态,电机不转。随着C11充电过程的完成,V1逐渐开通,电机按给定速度运转。此后,C11充电电流为零,相当于开路,失去作用。 N2的7脚输出的可调脉宽电压,其左上升沿决定着V1的导通时间,若用于直接驱动脉冲功率放大器V2,则在N2的整个脉宽电压输出期间,V2的一直导通形成了双向晶闸管连续的栅、阴极电流,造成无必要的功耗。串接电容C5的目的,是将N2输出的连续信号变为C5充电电流的“瞬态信号”,N2输出脉宽信号的起始段,C5充电电流最大,形成了V1触发电流的峰值,随着C5上充电电压的建立,充电电流减小至为0,V2截止,但V1被触发后在承受正向电压期间,则一直自维持导通。C5的作用,是将N2输出的连续信号进行了“脉冲化处理”。 〔过载保护电路〕过流故障保护电路由N3、N4、V7、V6等构成。电流采样电阻R3串联于主电路中,R3上的电压降信号经D1、C3整流滤波,在W1活动臂上取出电枢电流信号,经N3放大器放大,输入下级由N4组成的电压比较器电路,当因电枢过流使N3的14脚输出7.8V以上电压时,N4的1脚输出高电平,V7(双向晶闸管,此处也可选用单向晶闸管)被触发导通,接通了保护开关管V6的基极偏流回路,为可变脉宽形成电路N2的6脚引入+9V高电平,迫使N6停止工作,主电路的双向晶闸管V1失去触发脉冲,输出中止,起到了过流保护的作用。 该电路使用晶闸管V7的目的,是出现过流保护动作时,将保护状态“锁定”,V6基极偏流回路中的发光二极管D4,起到“故障指示”的作用。电路具有“故障记忆”功能,保护动作,使主电路的输出停止,电枢电流为零,N4的1脚输出的“过流信号”也随之消失。但 “故障指示”灯却因V7的维持导通,一直处于点亮中,提示工作人员,现在的停机保护动作,是由已发生的过流故障所引起的,应检查故障原因并排除故障后再投入运行!同时,可变脉宽形成电路N2也被锁定于脉宽信号输出的“禁止状态”,要将故障锁定状态复位,须将装置的供电电源断开几秒种后,使V7失去维持电流而关断后,再行恢复供电即可。 2、故障检修思路和方法: 1)输出为最高转速,不可调,测P4整流电压为200V。 a、为装置接入220V/220V隔离维修电源,将V1栅极电阻与电路脱开,即断开V1触发电流通路,测P4整流电压仍为200V,则为主电路晶闸管V击穿短路。 b、给定转速电路W2性能变坏,活动臂与上固定端电阻值变大,使调节电压不能升高,误给出最高转速信号。 2)FUSE保险管熔断,检查桥式整流电路P4内部四只二极管有无一只或二两已经短路。 同时应该检查保护电路W1、N3、N4电路等有无故障,故导致保护失效,使P4烧毁。 3)输出电压为零。牵扯三方面的电路,一为主电路损坏,如晶闸管V1、电流采样电阻R3有开路性损坏;二为保护电路误动作,强制移相触发电路停止工作;三为称相触发电路本身故障,不能输出正常的移相触发脉冲信号。 a、检查R3无断路故障,短接晶闸管V1的T1、T2极,测P4整流输出端有无200V电压。若仍无正常的直流电压输出,则为P4有损坏(加接负载电阻使测试易于判断),若有正常电压输出,继续下一步的检查; b、用导线或镊子短接脉冲放大管V2的C、E射极,人为接通V1的触发电流通路,P4输出电压仍为0,说明晶闸管V1损坏;测P4能输出200V直流电压,说明主电路完好;继续下一步检查; c、检查移相触发电路之前,应首先排除保护电路是否误动作,使移相触发电路不能投入正常工作。上电,若发现故障指示灯D4一直处于点亮状态,说明过流保护电路处于误动作状态,检查N3、N3两级保护电路;若D4不亮,测V6的Uce小于1V,则为V6击穿损坏。 更为有效的检查方法,将V的发射极脱开电路板,调W2,测P4输出电压正常变化,故障为保护电路误起控;测P4仍无输出,故障在称相触发电路,继续下一步检查; d、调整W2,测N2的1脚是否有相应0-8V左右的直流电压输出,若变化正常,即N2本级及前级移相电路工作正常,故障在C5、V2触冲功率放大级,如V2放大倍数变低,或开路,电容C5容量下降或失容,造成触发电流过小,V1不能正常开通等;若N2的1脚为固定8V以上正电压或为0V,则故障在N2及前级电路。应继续下一步检查; e、据电路分析,“想见”各点波形图,并进而估测或推算出移相触发电路各关键点电压值,作出故障判断。 图4-20 移相触发电路各点“想见波形图” 同步输入电压为交流50Hz正弦波电压,经R5、R6限流(限幅)、P2整流,变为100Hz的脉动直流,由于U1输入侧二极管的削波作用,实际在a点(U1的1、2脚之间)形成一个梯形波电压,其梯形波谷底对应电网过零点。该电压的峰值即为U1输入侧二极管的正向压降,约为1.2V左右。因电网过零点时间极短,但加上U1输入侧发光二极管的门坎电压和P2的正向压降的限制,将梯形波的低电平时间有所“展宽”,可估算U1的1、2脚之间电值比1.2V稍低,应为直流1V左右; U1输入侧二极管大部分时间处于正向电压作用下,输出侧三极管也大部分时间处于导通状态下,只在电网过零点时,有一个瞬间截止过程,因而B点波形电压峰值为电源电压+9V(U1截止瞬间),最低电压为0V(忽略U1内部三极管的饱和导通压降),波形接近矩形波,但可能有一定的上升斜率。因而b点对地电压值接近0V而低于1V,估算直流电压约为0.4V左右。而且U1有无过同步脉冲电压输出,检测方法也简单有效:用镊子短接U1的1、2脚,测b点电压上升为+9V,松开镊子,测b点电压降为1V以下,可以断定,U1电路是好的,同步电压已经正常输入,也能正常输出同步脉冲信号。 N1电压比较器电路,具有消噪和对输入电压整形作用,输出为与c点波形对应的矩形脉冲电压,所测直流电压值也应为0.4V左右。测N1的9脚直流电压,应为R12、R13的分压值5.4V,输出为04V。判断该级对信号有无正常传输,当用导线或镊子短接9、10脚时,测8脚应变为0V,解除短接,上升为04V。如用交流挡测量输出电压,用镊子短接时,8脚变为0V,解除短接时,8脚输出电压应有大幅度上升,如3V或更高。 锯齿波形成电容C3,由V4、V3的充、放电控制,在d点形成锯齿波电压,锯齿波电压的最大幅度(峰值)可参考给速度给定最高电压值,(应低于给定最大值)约为7V左右,最低电压幅值约为0V(忽略V3的饱和导通压降)。若将锯齿波的三角缺口与锯齿的面积看作近似相等,则对所测d点直流电压,应为3.5V左右。为7V以上或1V以下,说明该点没有形成锯齿波电压。该点电压的有无,也可通过短接N1的两个输入脚来判定,短接时,测d点电压上升为7V以上,解除短接,则降为3V左右,说明该点锯齿波已正常输出。 N2为可调脉宽处理电路,当5脚锯齿波电压正常时,调整6脚速度给定电压时,输出脚应按给定电压作反向变化,当给定0~8V时,输出大致按8~0V变化。调整6脚电压,测输出脚的相应变化,则不难判断该电路的工作是否正常了。 上述分析的步骤和目的: 第一步,分析电路,根据电路工作流程、信号性质分析,可以“想见”出各关键点的电压波形图,如a点为梯形波,b、c点为与电网过零点对应的“窄脉冲”,且峰值电压应为+9V。 第二步,由“想见”得出的波形图,进而根据波形的“占空比”特性,可推算直流电压值,如某脚输出为1﹕1矩形脉冲,则该脚直流电压值一定约为二分之一电源电压。这是以“面积估算”方法,得出关键点的电压值。 经过第一、二步的分析,电路某环节的正常或故障,经过检测,即可以心中有数了。 大部分设备电路,即使给出设备电路图,但往往电路图上,未标注出关键工作点的波形图和电压值, 这给故障检测带来不便,“想见”得出波形图后,可用示波器检测各点波形的有无与形状,与“想见”波形图相对照,有差异时,分析“想见”波形图的不准确之处,提高自己分析电路和“想见”的能力。 无示波器时,可据各关键点推算电压值,检测各点电压,并配合采用短接运放电路输入端等方法,造成电路某点的“动态输出”动作——信号输出的有、无,增强检测的方便和准确度。 如果逐步积累自己的经验,用万用表的交流挡测量各点信号的有无,交流电压测量,具有测量“电压峰值”的特性,所测信号电压幅度更大,动、静态对比检测更为显著,检测移相触发电路各点信号的有无,也是能够胜任的。 根据电路构成,也可以判断该级电路是否正常,如N1构成电压比较器电路,当10脚电压高于9脚基准电压时,8脚输出为+9V高电平,10脚低于9脚电压时,8脚变为0V,输出只能在两个“极端值”之间切换(对脉冲信号传输时,所测为平均电压值,就不是9V和0V了)。怀疑该级电路损坏时,先将U1的1、2脚短接,将交流输入信号中断,将10脚对电源地短接试验,当10脚与地短接时,8脚变为0V。镊子松开时,8脚变为+9V,说明该级运放电路是好的。如N2构成了可调脉宽处理电路,当6脚电压变化时,7脚输出脉冲宽度作反向变化,因而所测直流电压也反比于6脚电压的变化。调节W2,检测7脚输出电压变化,可方便判断该级电路是否正常。 另外,工业控制电路中,不像是音频功率放大器一样,电路所传输和处理的为模拟电压信号,电路所 传输的多为开关量信号,运放电路在电路中,并不是将其作为模拟放大器来应用的,而是作为开关电路来应用的,这就不难解释,像电压比较器电路一样,电路输出也只能有高电平(正的电源电压,+9V)和低电平(电源地电平,0V)两种状态了。 希望各位朋友,不只着重电路原理,更要注意检修方法的应用,简单而有效的检修方法,是维修者经多年实践得出的好东西,一般是密不示人的,在这里我都全盘托出了,你千万不要谢我,我这篇文章就是为你写的。我快要戒酒了,但你喝酒的时候别忘了我。 旷野之雪 2010年8月24日星期二  

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