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，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150Ω，以利于阻抗平衡。偏移繞組由+12V經(jīng)R22、W1、R2l(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(hào)的代數(shù)和為±150μA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)2．0μ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⑥腳的0．678V，則V⑤>V⑥，⑦腳輸出端由靜態(tài)的0．258V躍變?yōu)?．7V，通過R16加至正相驅(qū)動(dòng)管V9的基極；當(dāng)Ic－If0(且超過死區(qū))時(shí)，IC2之③腳同相輸入端電壓由0增大至超過②腳的0．678V，則V③>V②，①腳輸出端由靜態(tài)的0．258V同樣躍變?yōu)?．7V，通過R13加至反相驅(qū)動(dòng)管V8的基極；而當(dāng)Ic-if=0(或不超過死區(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)參見附表所示，可供檢修時(shí)參考。

功率輸出電路主要由驅(qū)動(dòng)三極管V8和V9、固態(tài)繼電器GT1和GT2、過壓保護(hù)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(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)。當(dāng)Ic-If>O(且超過死區(qū))時(shí)，伺服放大器有正向輸出，此時(shí)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(fù)載(伺服電機(jī))上，使電機(jī)正轉(zhuǎn)；反之當(dāng)Ic-If0(且超過死區(qū))時(shí)，伺服放大器有反向輸出，此時(shí)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(fù)載(伺服電機(jī))上，電機(jī)反轉(zhuǎn)。浪涌保護(hù)器件RV的作用有兩個(gè)：一是防止由固態(tài)繼電器輸出的交流電壓過高而損壞負(fù)載；二是防止當(dāng)固態(tài)繼電器截止時(shí)負(fù)載（電機(jī)）產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)損壞固態(tài)繼電器。電感線圈L1與L2作用是抑制伺服電機(jī)分相電容的放電速度，以保護(hù)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(shí)，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(shí)，V7發(fā)光，反之則熄滅。

電源電路部分比較簡(jiǎn)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(duì)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(jìn)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(hào)相等(推薦在輸入信號(hào)量程的20％一50％點(diǎn)調(diào)平衡)；用數(shù)字萬(wàn)用表監(jiān)測(cè)CT1、CT2測(cè)點(diǎn)上的電壓(即前置級(jí)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(shí)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(shí)亮現(xiàn)象)。

經(jīng)以上模擬調(diào)試，如無(wú)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(shí)際檢修經(jīng)驗(yàn)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。