直流調速器維修
在修復各類機床電氣設備,如印刷設備、包裝機設備或其它設備時,有的設備需配備多個小功率直流電機,一般都是模擬式的直流調速器,實現工藝流程的控制。當廠商設備銷售達到一定的(數量)規模時,有的廠商便自行開發與配置設備上直流電機的調速板,以期達到降低生產成本的要求,這類直流調速板電路簡單,成本低廉,通用性強,便于制作和調試,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1kW以下小功率直流電機用的機床電氣設備上的直流調速板電路。這類調速裝置通常以一塊線路板的形式,安裝于控制箱內,與機床設備的控制電路構成一體。
1、電路原理簡析:
〔主電路〕調速器的主電路采用了先交流調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節,再由P4橋式整流電路對調節后的電壓進行整流,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,廠商生產產品,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、移相和觸發電路〕由U1、N1、N2、V2等電路組成。P2、U1構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,將電網的正、負半波“調向”為100Hz的脈動直流信號,經R、U1輸入側(1、2腳)形成U1內部發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下,U5腳電壓為近于0V的低電平,在電網電壓過零時,U1內部三極管截止,N1的10腳出現一個與電網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。此處將電網電壓進行橋式整流取出同步電壓信號的目的,是為了后續電路能在電網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”,實現交流調壓。若單獨取用一個正半波同步信號,形成的移相觸發信號,雖觸發的也是雙向晶閘管,但輸出電壓即為直流電壓了(雙向晶閘管僅在電網正半波時被觸發導通)。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。在電網過零點期間,N1的8腳為高電平電壓。
N1、V3、V4構成鋸齒波形成電路,鋸齒波的零電位點與電網過零點對應。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,由元件參數可推算出該恒流源的恒定電流值為1.2V-0.6V(V4發射結電壓)/2.2kΩ=0.27mA。在電網電壓正(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,V4以恒流(0.27mA)為C10充電,C10上電壓線性上升,電網過零點到來時,N1的8腳變為高電平,V3飽和導通,將C10所充電荷快速泄放。因C10的充電時間常數不一樣,恒流緩充電,使C10上電壓上升斜率較小;放電時間常數小(V3飽和導通下電阻值極小),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分壓設定轉速給定電位器W2的電壓調節范圍,N2的6腳輸入的是一個反向調節電壓,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輸出腳出現恒定調電平(調寬脈沖消失)而導致的“移相失步”現象,在給定最高轉速信號時,主電路輸出反而為零或出現“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”,在給出最低轉速信號時,能使主電路雙向晶閘管可靠關斷。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,為開環控制模式。在轉速給定電路中,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,易發生意外。當增設C11電容后,上電瞬間,C11的充電電流使N1的6腳產生一個高電平跳變,N1的7腳在上電瞬間為低電平,V1處于關斷狀態,電機不轉。隨著C11充電過程的完成,V1逐漸開通,電機按給定速度運轉。此后,C11充電電流為零,相當于開路,失去作用。
N2的7腳輸出的可調脈寬電壓,其左上升沿決定著V1的導通時間,若用于直接驅動脈沖功率放大器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輸出的連續信號變為C5充電電流的“瞬態信號”,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等構成。電流采樣電阻R3串聯于主電路中,R3上的電壓降信號經D1、C3整流濾波,在W1活動臂上取出電樞電流信號,經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)被觸發導通,接通了保護開關管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,是出現過流保護動作時,將保護狀態“鎖定”,V6基極偏流回路中的發光二極管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,現在的停機保護動作,是由已發生的過流故障所引起的,應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”,要將故障鎖定狀態復位,須將裝置的供電電源斷開幾秒種后,使V7失去維持電流而關斷后,再行恢復供電即可。
2、故障檢修思路和方法:
1)輸出為最高轉速,不可調,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、給定轉速電路W2性能變壞,活動臂與上固定端電阻值變大,使調節電壓不能升高,誤給出最高轉速信號。
2)FUSE保險管熔斷,檢查橋式整流電路P4內部四只二極管有無一只或二兩已經短路。
同時應該檢查保護電路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,強制移相觸發電路停止工作;三為稱相觸發電路本身故障,不能輸出正常的移相觸發脈沖信號。
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;繼續下一步檢查
c、檢查移相觸發電路之前,應首先排除保護電路是否誤動作,使移相觸發電路不能投入正常工作。上電,若發現故障指示燈D4一直處于點亮狀態,說明過流保護電路處于誤動作狀態,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的發射極脫開電路板,調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,故障在稱相觸發電路,繼續下一步檢查;
d、調整W2,測N2的1腳是否有相應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放大倍數變低,或開路,電容C5容量下降或失容,造成觸發電流過小,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。應繼續下一步檢查;
e、據電路分析,“想見”各點波形圖,并進而估測或推算出移相觸發電路各關鍵點電壓值,作出故障判斷。
同步輸入電壓為交流50Hz正弦波電壓,經R5、R6限流(限幅)、P2整流,變為100Hz的脈動直流,由于U1輸入側二極管的削波作用,實際在a點(U1的1、2腳之間)形成一個梯形波電壓,其梯形波谷底對應電網過零點。該電壓的峰值即為U1輸入側二極管的正向壓降,約為1.2V左右。因電網過零點時間極短,但加上U1輸入側發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,應為直流1V左右;
U1輸入側二極管大部分時間處于正向電壓作用下,輸出側三極管也大部分時間處于導通狀態下,只在電網過零點時,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點波形對應的矩形脈沖電壓,所測直流電壓值也應為0.4V左右。測N1的9腳直流電壓,應為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腳應變為0V,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腳變為0V,解除短接時,8腳輸出電壓應有大幅度上升,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為可調脈寬處理電路,當5腳鋸齒波電壓正常時,調整6腳速度給定電壓時,輸出腳應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。調整6腳電壓,測輸出腳的相應變化,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,根據電路工作流程、信號性質分析,可以“想見”出各關鍵點的電壓波形圖,如a點為梯形波,b、c點為與電網過零點對應的“窄脈沖”,且峰值電壓應為+9V。
第二步,由“想見”得出的波形圖,進而根據波形的“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,得出關鍵點的電壓值。
經過第一、二步的分析,電路某環節的正常或故障,經過檢測,即可以心中有數了。
大部分設備電路,即使給出設備電路圖,但往往電路圖上,未標注出關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。
工程設備:承接企業自動化工程項目的設計,開發及改造。全自動變頻器節能恒壓供水設備 全自動變頻器節能同步造紙設備多點同步,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質的售前、售中、售后服務。

提交
西門子變頻器報F002故障代碼及原因分析
西門子mm440變頻器復位重啟功能
西門子MM440變頻器模擬量參數設置
西門子變頻器報F015故障代碼-變頻器維修