一、工作原理
伺服放大器由输入通道、磁放大器电路、比较放大电路、功率输出电路、状态显示以及电源电路等部分组成。其详细工作原理见下图所示。
该型伺服放大器的信号输入通道共有四路,分别对应图1中的接线端子①~⑧(与磁放大器输入部分对应),其中①~②为一组;③~④、⑤~⑥、⑦-⑧各为一组,前三路接控制输入信号,最后一路接反馈信号。实际使用中,多采用两路信号输入,即一路为控制信号IC.由调节器、工控机、DCS或其他控制器提供,从端子①、②输入,另一路为位置反馈信号If,由现场电动执行机构的位置发送器提供,从端子⑦、⑧输入。
磁放大器电路:该部分主要由DK1~DK2、R1-R10、R20~R22、V2~V5等元件构成,其作用是接受各种输入信号,并把这些信号综合,将其偏差信号放大供给后级电路使用。磁放大器(即图中的DK1、DK2)共由四个结构完全相同的坡莫合金环构或。以DK1为例,由两个磁环构成,每个磁环上绕有一组交流激励绕组(即A-X与B-Y),把两个磁环粘在一起,绕上四组输入绕组(即①-②、③-④、⑤-⑥、⑦-⑧)、反馈绕组(即⑩-⑨)和偏移绕组(即12-11),构成单臂磁放大器。
由图可见,每个单臂磁放大器上所绕线圈多达8组。两个单臂放大器组成推挽式磁放大器。交流激励绕组所加的激励电压是由变压器T1次级提供的双18V交流电压,激励绕组的另一端分别接有二极管V2-V3及V4~V5。电阻R8和R9的直流电压之差,即为磁放大器的输出。信号输入绕组分别接有R1~R4,以便把各绕组的内阻都统调到150Ω,以利于阻抗平衡。偏移绕组由+12V经R22、W1、R2l(或R20)供给直流信号,使其产生恒定直流磁场。调整W1可以改变偏移电流大小,也就是调整磁放大器的零点,改变R22可以调整磁放大器的工作点。R11、R6是磁放大器输出的反馈电阻。从磁放大器的输出端取出部分电压,接到反馈绕组构成磁放大器的负反馈。磁放大器是利用直流电流来改变导磁体的导磁棒,使交流绕组的电感量发生变化,从而控制交流绕组中电流值。改变R11、R6可以调整磁放大器的输出为零。而当控制绕组中有输入信号时,由于此直流电流在两个单臂绕组中的流动方向相反,使其中一组磁环的导磁率及电感量减小,激励绕组电流增大;但是另一激动绕组电流减小。因此在电阻R8和R9的压降不相等,磁放大器有电压输出,实现了用磁放大器的输出电压反映输入电流的变化。磁放大器共3个控制绕组(即输入、反馈和偏移绕组),它们的输入信号通过磁环中产生的磁通来叠加,可以相互隔离。磁放大器的放大倍数主要取决于磁环的导磁系数和控制绕组的匝数。当输入信号的代数和为±150μA时,推挽式磁放大器的输出电压约为±1V。
比较放大电路主要由双电压比较器LM393及其外围元件构成。LM393内部由两个偏移电压指标低达2.0μ的独立精密电压比较器构成。该IC采用单电源设计,适用电压范围广。且可直接与TTL及CMOS逻辑电路接口。只要同相输入端的电压比反向输入端的电压高,其输出端就会输出高电平;反之则输出低电平。需要注意的是在实际使用电路中要在其输出端(即①、⑦脚)加上上拉电阻,也就是将一个大约几百欧到几千欧的电阻从输出端接到电源正端,如图1中的R12及R15。
该部分的工作过程如下:+12V电压经R27、W2、R28分压后从W2的中心抽头取出约0.678V的电压加至IC2的反相输入端②、⑥脚,作为基准电压。当输入信号Ic-If>0(且超过死区)时,此时IC2之⑤脚同相输入端电压由0增大至超过⑥脚的0.678V,则V⑤>V⑥,⑦脚输出端由静态的0.258V跃变为2.7V,通过R16加至正相驱动管V9的基极;当Ic-If<0(且超过死区)时,IC2之③脚同相输入端电压由0增大至超过②脚的0.678V,则V③>V②,①脚输出端由静态的0.258V同样跃变为2.7V,通过R13加至反相驱动管V8的基极;而当Ic-if=0(或不超过死区)时,比较器无输出动作。C5-C8的作用是对前级输入信号进行滤波。IC2(LM393)的管脚功能定义及在路实测数据参见附表所示,可供检修时参考。
功率输出电路主要由驱动三极管V8和V9、固态继电器GT1和GT2、过压保护器件RV1与RV2以及电感线圈L1与L2组成。伺服放大器的输出通道有两路,可分别控制伺服电动机正、反转。当Ic-If>O(且超过死区)时,伺服放大器有正向输出,此时V9的基极为高电平,V9饱和导通,固态继电器GT2导通,则AC220V通过L2、GT2、接线端子12(11与12短接)加至负载(伺服电机)上,使电机正转;反之当Ic-If<0(且超过死区)时,伺服放大器有反向输出,此时V8的基极为高电平,饱和导通,固态继电器GT1导通,A(220V通过L1、GT1、接线端子⑨(⑨与⑩短接)加至负载(伺服电机)上,电机反转。浪涌保护器件RV的作用有两个:一是防止由固态继电器输出的交流电压过高而损坏负载;二是防止当固态继电器截止时负载(电机)产生的反电动势损坏固态继电器。电感线圈L1与L2作用是抑制伺服电机分相电容的放电速度,以保护固态继电器。
状态显示电路主要由V10、V6、V7构成,其中V10(红色发光管)用以指示电源部分是否正常;V6(绿色发光管)是反程指示,当V8导通且GT1正常时,V6发光,反之则熄灭;V7则是正程指示,即当V9导通且GT2正常时,V7发光,反之则熄灭。电源电路部分比较简单,不再赘述。伺服放大器的尾部端子接线定义参见右图所示,该图中1~20与下图中的1~20一一对应。