DFC型系列伺服放大器原理及常见故障的分析与处理

伺服放大器是电动执行器的配套装置，是组成自动控制系统不可缺少的核心部件之一，它与电动执行机构配合，接受来自调节器、工控机、 DCS 、计算机等仪表系统的控制信号，操纵电动执行机构完成调节任务，广泛用于电站、化工、石油、冶金、轻工等行业。不同生产厂家、不同铭牌及系列代号的产品，其内部结构和工作原理大同小异，并且其接线端子定义完全相同 （ 即不同品牌之间也可以相互代用 ） 。因此本文仅以 DFC 系列之 1100 型伺服放大器为例，简要介绍其原理及常见故障的分析与处理，供同行参考。

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。其详细工作原理见图 1 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 150 Ω，以利于阻抗平衡。偏移绕组由 +12V 经 R22 、 W1 、 R 2l （ 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± 150 μ A 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 ． 0 μ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 V ⑤ 》V ⑥，⑦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 － IfV ②，①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。

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