马达故障分析

马达故障分析（精选七篇）

马达故障分析 篇1

1 改造前马达电源板的工作原理及问题

1.1 改造前的马达电源板的工作原理

改造前的马达电源板是专门为发射机自动化系统设计的辅助电源, 将原有的±28 V电源转换成为±15 V直流电源, 改为独立的±15 V电源。该板产生的±15 V直流稳压电源给高前、高末调谐、高末负载、平转、谐波以及三个波段的所有预置和调谐电位器供电。输入的±24 V直流电源经稳压后, 通过马达驱动母板提供给各路马达驱动放大板、调谐电位器和随动电位器。该稳压电源还用于马达缓冲板。马达电源板还能够通过对各马达驱动放大板输出的状态进行检测, 判断各马达板是否工作正常, 并可通过485口将不正常的马达驱动放大板信息传送给本地控制单元计算机。

1.2 改造前的马达电源板引发的故障分析

1.2.1 马达电源板烧坏

发射机在播音过程中突然掉高压, 重加时也上不去, 末前找不到调谐点, 手动调谐, 情况一样。仔细观察, 高前、高末等传动部分均不动作, 不能驱动马达到位。迅速判断为调谐控制系统的公共部分出现故障, 检查后发现马达电源板+15 V限流电阻烧黑, 测量阻值为无穷大, 说明该电源板负载有短路现象, 后查到末前随动电位器焊接线碰到机箱外壳。在以后的维护工作中, 凡是更换、焊接随动电位器时, 应注意先拔下组件插头, 防止意外短路而烧坏马达电源板。

1.2.2 调谐时找不到调谐点, 马达驱动限位

在马达电源板提供的±15 V两路电源中, +15 V电源损坏, -15 V电源正常供电。在调谐控制系统中, 这样的情况使马达驱动板持续输出+28 V或-28 V电源, 伺服马达一直向一个方向转动, 直到限位。

DF100A短波发射机调谐、调载等各种回路的调整归根到底是对真空电容和电感的调整, 这些器件不可能在一个方向上无限可调, 如果调整超过限定, 就会损害器件。人在调整时, 不可能知道这些器件是否到限位点, 这时就由机械限位装置来保护这些可调器件的安全, 当到达限位点时, 机械限位装置会断开马达, 使放大器的输出电压不能加到马达上, 即马达停止转动。

1.3 改造前的马达电源板存在的问题

此马达电源板没有过流短路保护功能, 从多年发射机的运行情况和故障现象判断, 在实际的应用中, 当马达电源板回路出现过流或短路故障时, 会引起以下故障问题:1损坏马达电源板;2马达驱动板长时间在大电流输出状态下工作, 导致马达驱动板损坏;3马达电源板提供+15 V和-15 V两路电源。根据多年的维护经验, 通常马达电源板损坏情况为只有一路电源损坏, 而另一路正常供电。在调谐控制系统中, 这样的情况使马达驱动板持续输出+28 V或-28 V电源, 伺服马达一直向一个方向转动, 直到限位。在限位保护失灵时, 会损坏电容、电感、伺服马达等器件。

2 改造后的马达电源板结构图及设计原理

2.1 改造前后的马达电源板

改造前后的马达电源板实物对比如图1所示。

2.2 改进后的马达电源板结构

改进后的马达电源板结构如图2所示。

如图2所示, 改进后的马达电源板增加了过流取样电路、过流判断电路、过流保护电路和过流指示电路四个部分。过流取样电路负责对电源板工作时的电流情况进行取样;过流判断电路负责判断电源板工作电流是否大于设定值, 当大于设定值时, 发出过流信号;过流保护切断执行电路在接收到过流信号后, 同时切断两路电源供给, 马达电源板输出电压为0, 能有效避免电源板烧毁以及+15 V和-15 V两路电源中, 有一路过流短路损坏, 而另一路供电导致的发射机调谐控制系统问题;指示电路完成马达电源板的正常工作指示以及过流切断指示。

2.3 改造后的马达电源板的设计原理分析

改造后的马达电源板的设计原理如图3所示。在电路中, R1、R2用来进行过流取样, R2、R3、R7、U2组成过流判断电路, K1、Q1、D2、D4组成过流保护电路, 在过流时, 执行切断功能。在工作时, +24 V电压通过R1、K1-13, 11接点送到U1, U1输出+15 V电压, 为调谐控制系统提供+15 V电源。对过流信号的取样是通过R1、R2完成的。当电流变化时, 电流在R1两端形成的压降也随着变化, R2中心端的电压也会发生变化。这样就把电流的变化转化为电压的变化, 方便进行取样。R3、R7组成分压电路, R7上端的电压经R11送到比较器U2-3脚。R2中心端电压通过R4送到比较器U2-2脚。U2-3脚处的电压是固定的。当电路电流增大时, R1端压降增大, K1-11脚处的电压降低, 进而导致R2中心端电压和U2-2脚电压降低。电流增大到一定程度时, 会导致U2-2脚电压低于U2-3脚电压, U2-1脚输出高电位+24 V。这时, Q1、D4导通, K1线圈得电, K1动作, K1-13, 11脚断开, 切断了U1的电源供给, 同时U1输出电压为0, 停止向外供电。在K1-13, 11断开后, U2-2脚电压通过R2拉到0.低于U2-3脚电压, U2-1脚保持输出高电位+24 V, 使得Q1、D4保持导通, 继电器K1线圈保持得电。当K1动作时, K1-4, 8脚接通。因为K1-4接地, K2-1脚接-24 V, 这样, D6导通, 继电器K2线圈得电动作, U2-4, 6脚断开, 切断-24V电压到U3的通路, U3输入电压为0, 所以输出电压为0, 不能向外部提供-15 V电压, 停止供电。

电流过流值的设置, 调节电位器R2可以设置+15 V电源的过流保护电流值, 调节电位器R13可以设置-15 V电源的过流保护电流值。

在电源正常工作时, LED1为红色发光二极管, 发光时, 指示+15 V电源工作正常。LED2为绿色发光二极管, 发光时, 指示-15 V电源工作正常。当出现过流或者短路时, 电路进行保护, 此时, 继电器K1、K2同时动作, K1-9, 11闭合, 点亮黄色发光二极管LED3, 指示电路过流。在过流短路切断保护时, 因停止+15 V和-15 V供电, LED1、LED2灭。

-15 V电源的工作原理同过流切断保护和+15 V电源部分工作原理相同。

3 改造后的效果

改进后的马达电源板实现了过流保护切断功能, 当+15 V或-15 V有任一部分过流或短路时, +15 V和-15 V两路同时切断, 并增加过流短路切断指示;电流过流值根据发射机具体播出情况可以调节设置;最为突出的特点是过流保护响应快, 为毫秒级。

改进后的马达电源板投入运行已两年有余, 运行稳定, 发射机很少再出现马达驱动电源等引发的停劣播事故, 保证了马达电源板、马达驱动板和电容电感等器件的安全, 为安全传输发射工作提供了强有力的保障。

摘要：DF100A型100 k W短波发射机在发射机自动化改造完成后, 采用一块马达电源板, 为发射机调谐控制系统提供±15 V电源, 但该马达电源板在安全播音中频繁出现故障。对故障情况进行了深入的分析, 并提出了具体的改进措施。

液压马达四例故障的排除 篇2

1. 漏油

液压马达出现漏油故障的主要原因是由于零件连接处的O形圈、纸垫失效或损坏,个别的是由于壳体或盖受力破裂所致。由液压马达的结构可知,因密封件失效而漏油的位置主要有5处:上轴承盖与上盖之间漏油;上盖(配流盘)与壳体之间漏油;下盖与壳体之间漏油;轴间漏油;下轴承盖与下盖之间漏油。对这种故障分解检查确认后,用换件法排除即可。

2. 马达转动无力或根本不转

挖掘机液压系统中,在其他零部件都正常情况下,液压马达出现转盘转动无力或根本不转故障的主要原因是斜盘装配错误。装配时若没有使斜盘最高点和最低点连线在配流盘的进、出油口的中间位置,则会影响挖掘机转盘的正常转动。由液压马达工作原理可知,柱塞在液压油的作用下,受到斜盘的反作用力,此力的垂直分力P与油压相平衡,侧向分力T通过柱塞传给缸体和马达轴,若此力作用线不通过马达轴中心线,则它便对中心线产生力矩;又由于进、出油口对称线两侧柱塞产生的力矩大小不同,方向相反。因此,只有确保进、出油口在斜盘最高和最低点连线两侧对称位置,马达轴才能在各柱塞合成力矩的作用下克服外负荷不断旋转。

还有两个可能原因:一是青铜盘凸台密封圈损坏,造成凸台与柱塞孔间液压油泄漏;二是轴间密封失效漏油。由于泄漏损耗了作用在柱塞上的油压力,使马达轴受到的合力矩减小,从而引起转盘工作无力。

马达经分解组装后如果出现转盘工作无力,很可能是组装错误所致,需重新组装。如果是在挖掘机工作中出现此故障,可以肯定是液压油泄漏造成的。轴间油封是否损坏可以通过检查马达与减速器之间外观有无液压油外漏确定。

3. 反转

现象:向前推动液压马达操纵杆,转盘逆时针旋转;向后拉操纵杆,转盘顺时针旋转。根据液压马达工作原理,马达轴在各柱塞合力矩的作用下是顺时针旋转的。当改变马达进、出油口油流方向时,合力矩为逆时针方向,马达轴反转,所以将进、出液压油管调换安装即可。

为避免出现“反转”现象,拆卸前应标记两油口与油管的连接关系,防止组装时将两油管接反。

4. 柱塞环“卡死”

为了密封柱塞与柱塞孔壁之间的间隙,柱塞上装有两道柱塞环,如果柱塞环卡死也会出现转盘不能转动的故障。它与斜盘位置装配错误造成的转盘不能转动的主要区别方法是:卸下液压马达后,用手转动马达的中间轴,若不能转动的是柱塞环卡死故障;中间轴能转动但不能驱动转盘转动的则是斜盘装配错误。柱塞环卡死时需要更换新环,更换前要对新的柱塞环进行检查:①漏光检查,其漏光不得超过两处。②把柱塞环开口靠拢到间隙为0.1 mm,压缩10次,变形应小于0.5 mm。③柱塞环开口间隙在自由状态下应为5 mm,装入后应为0.5 mm。只有经过检查或处理合格后的柱塞环才能使用。

液压马达经修理组装后,装机前应进行正、反转空载试验。方法是:用压缩空气分别对马达进、出油口进行送气,正常情况下,马达轴应向左或右旋转,无卡滞现象。

排除液压马达的常见故障,常常要将其拆卸分解。由于其结构较为复杂,分解时一定要采取正确的方法,装配要符合合理的工艺,确保维修质量。其拆装步骤是:①卸下两液压油管,拧上加工的“?”形螺栓,卸下与减速器连接螺丝,在“?”形螺栓上套上钢丝绳,从机上吊出液压马达。②拧下油堵头,将壳体内的液压油放净,拧下上轴承盖螺栓和上盖与壳体连接螺栓,卸下上轴承盖,依次取下圆螺母、锁片、轴承、卡环、挡圈、上盖、青铜盘、柱塞组件、活塞缸、轴。③拧下下轴承盖螺栓和下盖与壳体连接螺栓,取下下轴承盖,将下盖、斜盘与壳体分离。

马达故障分析 篇3

6511型心电图机体积小, 方便快捷, 便于携带, 适用于医院急救及床边检查, 在广大医院应用普遍。现介绍我院6511心电图机马达速度控制故障维修一例。

故障现象:工作人员将胸导联及肢体导联正确连接到病人身体上后, 开启电源, 按下STAR键, 仪器不走纸。

故障分析及排除:按动走纸马达速度切换开关SW213、SW214, 发现LED指示灯亮且能正常切换, 故可判断触发器电路和初始脉冲电路工作正常。用示波器测量IC209的Q7、Q6输出端, 发现波型均为一条直线, 正常情况应是方波脉冲。进一步测量晶振X201, 发现第6脚上波形也是一条直线。用万用表测量测量稳压管ZD201, 稳压管电压+8V也正常, 由此推测晶振X201损坏, 换上新晶振 (LQT-32KX) 后, 马达转动走纸。但随后工作人员发现走纸速度只能在50 mm/s档, 切换到25mm/s档仍不走纸。用示波器检查IC205第11脚, 其波型和幅度均正常, 可推断分频器电路部分工作正常。维修人员发现在示波器探头接触上IC210第14脚时, 走纸速度可以转换成25 mm/s, 此时测量IC210的DCB端可以得到方波脉冲, IC210的14脚为基准脉冲输入端, 结合现象判断相位比较器IC210未能正常工作。用万用表测量Q203、Q201Q202均正常, 由此推断应是相位比较器IC210损坏, 换上新的相位比较器 (MC14046B) 后, 故障排除, 走纸正常。

用油压表检测液压泵和液压马达故障 篇4

工程机械液压泵的动力源多是柴油机或电动机,液压马达负载多是工作装置或行走装置。动力源应能够随时切断,负载应能够从空载状态变化到峰值状态。

测试时先将油压表安装在液压泵、液压马达的进、出油口及泄油口上,再启动动力源,用转速表分别测量液压泵、液压马达主轴旋转1圈所用大致时间,然后测量液压泵、液压马达旋转5圈或10圈所需时间,由此计算出主轴旋转1圈的精确时间。应观测液压泵、液压马达每旋转1圈时,油压表指示的压力及指针摆动量,以及波峰、波谷之间的压力差。

如果液压泵、液压马达进、出油口油压表指示的压力值达不到额定压力,泄油口压力超过液压系统背压压力,说明液压泵、马达配流盘或缸体磨损严重。

如果液压泵、液压马达波峰、波谷之间压力差较大,说明配流盘磨损偏斜、斜盘磨损出沟槽或斜盘滚子轴承损坏。

如果负载变化时液压马达转速迅速下降,液压泵出油口压力提升缓慢,可能发生液压泵变量机构卡滞,或变量机构的负载传递管路油液流动阻力过大、阻尼孔堵塞等故障。

马达故障分析 篇5

1 系统简介

根据厂用电负荷容量和电源布置特点, 该厂厂用电采用6k V、0.4k V两级电压供电。0.4k V电压系统是厂用电源的第二级电压系统, 采用机组自用电和全厂公用电混合供电方式, 形成双层辐射式供电。厂用0.4k V母线共分为6段 (不包括照明) , 每段电源分别经相应干式变压器接至6k V厂用高压母线上。开关类型为中山明阳生产的MT型塑壳空气断路器, 配有尤耐特电气生产的UNT马达控制器实现对电动机的各种控制、保护和监测等功能, 并能通过现场总线, 实现对电动机回路的远程监控。开关电源取向:按照设计此类开关装置动力电源与控制电源均独立取自380V母线段上。动力电源三相取自380V母线A、B、C三相, 经动力电源开关、交流接触器送至电动机设备。控制电源取自380V母线A、B两相, 经控制电源开关、U N T马达控制器实现交流接触器的分合闸控制。开关装置回路接收DCS分、合闸指令信息;开关装置回路给DCS提供已分闸、已合闸状态反馈, 提供远方就地控制状态反馈, 提供电动机不可用 (包括动力电源开关已分闸、控制电源开关已分闸、马达控制器故障或失电) 状态反馈。

1.1 联锁方式

(1) 电气联锁:当电气回路中出现故障时 (如短路、接地、过流、缺相等) , 马达控制器发出分闸信号, 交流接触器失电并将已分闸状态反馈给DCS, 由DCS系统内实现备用设备的联启。当电气回路正常运行, 动力电源开关出现偷跳或人员误碰分闸时, 动力电源开关辅助接点闭合, 同时发出电机不可用反馈信号。

(2) 物理介质联锁:当压力或流量低于给定值时, 热工就地装置发出联锁信号, 联启备用设备。热工D C S系统对于单体设备的控制是采取打包控制方式。即对于同一设备, DCS系统在硬件接受上接受单一的启、停反馈, 启、停指令。

2 原因分析及改进方案

2.1 方案一

(1) 开关装置电源取向和开关装置接收、反馈信号保持原设计不变。 (2) 将此类开关装置中马达控制器的欠压保护 (整定值为228V) , 功能由报警改为跳闸。当回路电压降低于整定值时, 依靠马达控制器的欠压保护跳闸功能将电源装置分闸, 并给DCS发出已分闸反馈, 实现联锁备用设备。 (3) 此方案优缺点。优点:无需改动回路硬接线、仅对设备欠压保护定值进行修改、工作量小、且不需将设备停运即可完成。缺点:由于380V配电系统属于厂用电末端, 末端系统稳定性差, 极易造成欠压保护误动作。对今后设备的安全运行, 存在一定的风险。

2.2 方案二

(1) 开关装置电源取向和开关装置接收、反馈信号保持原设计不变。 (2) 由热工专业对DCS逻辑进行修改, 将已反馈上去的动力电源开关分合闸状态做到DCS逻辑中去。优点:无需改动回路硬接线、可对DCS系统内控制逻辑进行修改、工作量小、不需将设备停运即可完成。缺点:DCS系统设备逻辑修改工作量大。据热工专业反映, 二期工程DCS系统对于单体设备的控制是打包控制方式, 即对于同一设备, 在硬件接受上只接受单一的启、停反馈。也就是说此方案在D C S上不能实现。

2.3 方案三

(1) 开关装置电源取向情况:保持原设计不变。 (2) 开关装置接收、反馈信号情况:电源开关回路接收DCS分、合闸指令信息, 保持原设计不变;电源开关回路给DCS提供远方接地控制状态反馈, 提供电动机不可用 (包括动力电源开关已分闸、控制电源开关已分闸、马达控制器故障或失电) 状态反馈, 保持原设计不变;电源开关回路给DCS提供已分闸状态反馈, 保持原设计不变;在电源开关回路给DCS提供的已合闸状态反馈回路中串入动力已合闸状态反馈消失, 由DCS系统实现联启备用设备。 (3) 联锁方式:电气联锁:当电气回路中出现故障时 (如短路、接地、过流、缺相等) 或动力电源开关断开时, 已分闸状态信号反馈给DCS, 由DCS系统内实现备用设备的联启。物理介质联锁:当压力或流量低于给定值时, 热工就地装置发出联锁信号, 联启备用设备。 (4) 此方案优缺点。优点:无需修改保护定值。需对电气控制回路内的硬接线进行修改 (将动力电源开关辅助开接点串接入已运行反馈信号回路中) 。调整接线后无论动力电源开关、控制电源开关以及电气回路故障, 均能发出设备已停运信号, 并依靠DCS逻辑快速联启备用设备。缺点: (1) 由于在已运行反馈信号回路中串入了动力电源开关辅助开接点, 随着运行时间的增长和操作次数的累积, 会出现开关辅助接点由于氧化或机构机械疲劳等因素的影响, 导致接触不良, 发出设备停运的假信号, 联启备用设备; (2) 在设备电气回路进行传动试验时, 需检修人员将动力电源开关辅助开接点短接后方可进行传动。 (3) 由于动力电源开关接点故障, 提供给DCS一个开关已断开的假信号, 导致工作和备用两台设备同时运行, 将会使系统内介质压力增大, 容易对系统内设备造成冲击。

综上所述, 对三个方案的优缺点进行分析比较, 方案三现场实施性较强。

3 结语

按照方案三进行现场380V开关设备改造后, 生产运行中再未出现过类似异常。保证了此类设备回路发生故障时能够在第一时间依靠电气联锁实现备用设备的联启, 有助于提高系统运行的可靠性、避免了发生由于此类问题而引起的机组减负荷或停机事故。具有较好的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]中山明阳公司0.4kV配电装置使用手册[S].

[2]尤耐特电气有限公司UNT智能控制保护装置V3.0说明书[S].

[3]刘介才.实用供配电使用手册[M].中国水利电力出版社, 2002.

马达故障分析 篇6

有限元数值模拟作为一种评估部件强度及固有频率的手段, 已经在各行各业得到了非常广泛的应用, 应用有限元数值模拟不仅可以在计算机里面迅速建立模型、模拟各种工作情况, 而且可以大大缩短研发周期, 减少新设计样品的试验, 极大地提高了新产品研发的效率。

1 新型马达底座的受力情况分析计算[1]

一侧制动器的制动力矩:

由于马达制动力而产生的支反力计算:

2 计算工况

2.1 工况1:轿厢跳动工况[2]:

() 轿厢侧绳头支反力:

(2) 对重侧绳头支反力:

(3) 马达底座隔振垫的总载荷:

2.2 工况2:紧急制动工况[2]:

(1) 轿厢侧绳头支反力:

(2) 对重侧绳头支反力:

(3) 马达底座隔振垫的总载荷:

2.3 工况3:马达底座自然频率计算工况[2]

仅在重力作用下。

3 有限元模型及边界条件

3.1 有限元模型

有限元模型在ANSYS里进行生成, 共有实体单元82 046个, 161 677个节点。在接触处按实际情况生成接触, 共58个接触对, 焊接的地方生成为“bonded”接触。通过初步试算, 在应力集中的地方生成了细化网格, 计算中使用了大变形静态非线性求解器。如图2~5所示。

为了准确模仿马达底座的真实约束情况, 在左侧限制了接触处的X和Z方向位移自由度, 在右侧限制了接触线Y方向的位移自由度 (为了防止约束面或体而产生过约束, 这里采取了约束接触处线的方式) 。

3.2 计算结果

工况一:跳动工况。

如图6、图7所示, 大部分区域的应力水平低于130 MPa, 只有焊缝的地方存在局部应力集中 (材料:Q235) , 最大变形约为2.347 mm, 发生在立柱上端。在该工况下, 焊缝处出现了局部应力集中, 局部应力大于材料的屈服极限, 因此有部分焊接材料会发生永久变形。另外焊缝的作用主要是固定底座的位置, 下面有槽钢支撑, 因此底座没有坠落的风险 (焊缝处发生应力集中的原因主要是, 顶面槽钢的刚度和支撑槽钢不一致, 当载荷积压槽钢时, 槽钢试图在横向发生变形, 但是焊缝的存在阻止了槽钢的变形, 因此焊缝处发生了应力集中) 。

工况二:紧急制动。

计算结果如图8、图9所示。

除了焊缝局部应力大以外, 其它地方应力水平低于90 MPa。

马达底座最大变形为2.245 mm, 发生在立柱上部。变形结果如图10所示。

工况三:仅在重力作用下自然频率的计算。

对于MX10马达:固有转速范围是:v=1 m/s, 1.5 m/s, 2 m/s

由于马达机械偏心而产生的振动频率:

对于MX10类型马达, 由于转子转动而产生的电频率是:

表1是计算得到的1~10阶自然频率值。

最低阶频率是46.016 Hz, 说明马达底座的自然频率远远高于马达的机械和电频率, 发生共振的可能性很小。

4 结论

通过对马达底座在跳动和紧急制动工况下的有限元计算模拟以及重力作用下实际自然频率的预估, 发现了马达底座设计中的薄弱环节, 并进一步分析了发生风险的可能性。

摘要：针对新型马达底座, 建立了三维虚拟模型, 按照EN81和GB7588等标准以及公司内部计算工况要求, 通过有限元方法计算了马达底座在不同工况下的强度, 最后为了防止马达底座和马达转动之间产生共振, 进一步计算了马达底座的固有频率。

关键词：有限单元法,马达底座,强度计算,固有频率

参考文献

[1]GB/7588-2003.电梯制造与安装安全规范[S].

马达故障分析 篇7

DF100A型短波发射机调谐系统由系统电源, 提供动作信号的控制和随动电位器、为调谐控制继电器提供地信号用以接通马达电源的6A2A1板、输出马达驱动电源的马达驱动板、带动谐振及匹配器件转动的直流马达组件以及系统控制单元6A2;该系统在手动状态下由两路两种途径触发:一是按下允许调谐按钮, 控制回路动作, 马达电源加到马达驱动板U2上, 当转动控制电位器时, 控制电位器和随动电位器中心抽头之间出现电压差, 该电压差驱动马达驱动板输出, 马达转动, 带动随动电位器转动, 控制电位器停止转动后, 直到驱动板输入UI1等于UI2时 (见图1) , 马达停转;另一种途径是在倒频时, 按下相应频道按钮, 控制回路动作, 由于不同频道控制电位器位置不同, 中心抽头电压不同, 使得输入到马达驱动板调谐点的电压发生变化, 马达驱动板两输入端出现电压差, 使得驱动板输出电压, 驱动马达, 直到驱动板输入没有电位差。

2 马达驱动板结构及工作原理

如图1, 马达驱动放大器由差分放大电路、减法运算电路、以及限幅、限流、滤波、输出电压极性指示、地电位保持电路组成。

马达驱动板的工作过程是电压比较及电压差放大的过程, 其比较电压由控制电位器和随动电位器中心抽头供给, 电压范围-15V到+15V, 马达到位时, UI1和UI2电位相等, U1-A和U1-B输出点电位相等, U1-A、U1-B无输出, U1-D无输出, U2无输入、无输出, 转动调谐电位器, 改变调谐点电位, U1-A输出向同样方向比例变化, 同时U1-B的输出向相反方向比例变化, 当U1-A输出大于U1-B输出时, U1-D输出负电压, 反之输出正电压, U2获得输入, 当同相端输入高于反向端输入时, 输出正电压, 反之输出负电压驱动马达转动;马达转动带着随动电位器转动, 使随动点电位向调谐点电位靠近, 直到相等时, U1-A和U1-B输出相等, U1-D无输出, U2停止输出, 马达停转;K1继电器为调谐马达±28V电源控制回路提供地信号, 接通或断开U2的偏置电源, 当U2停止输出时, K1断开, 断开U2的偏置电源;驱动板的负载马达采用36V稀土永磁直流碳刷电机, 额定电流12A, 空载转速1250r/min, 带动调谐元件转动。

当驱动板负载增大时, 驱动板输出电流增大, 为保护驱动板及其负载, 在驱动板输出回路上加入大功率电阻R26, 电流增大时, R26功耗增大, 发热量迅速增大, 如果负载长时间不恢复正常, R26会因引脚焊锡融化而脱落, 从而断开负载电源, 起到保护作用, 但又不会因为负载瞬时变化而断开负载电源。

3 马达驱动板电压传输分析

在驱动板中, 所有运放均加有电压串联负反馈电路, 这种电路结构能有效的稳定其输出电压, 所以在分析时不考虑后级变化对前级的影响。

3.1 输入级

输入级采用TL074低噪声高速JFET运放, 使用±15V双电源压供电, 摆率SR=16V/μs, 确保在调谐时马达及时转动, R11、C5和R12、C6组成低通滤波器;UI1-A和UI1-B分别通过R10、R15引入电压负反馈, 稳定输出电压。

为了方便计算, 假设各种元件都是理想元件, 计算时均使用标称值, 图1中可变电位器R7与R9的连接可以转化为图2中RO1、RO2、R03的连接方式, 图1中R7的1、3端电阻用R=表示, 2、3端电阻用R23表示, 则:

在图2中, U1-A、U1-B引入电压负反馈, 当它们没有达到饱和输出时, 工作于线性区, 同时满足虚短和虚断条件, 这时, U1-A、U1-B的输出特性方程如下:

由于 (R8+R03) 远远大于RO2和RO1, 所以 (R8+R03) //RO2和 (R8+R03) //RO1约等于RO2和RO1;RO2+RO1= (R7、R9为图1中电阻编号) , 所以:

为控制该板提供输入的电位器均采用阻值10kΩ, 行程10圈的电位器, 调谐点使用的是500刻度的旋钮用以转动调谐点电位器, 电位器两端加+15V和-15V电压, 电压差为30V, 所以控制旋钮每旋转一个刻度, 中心抽头电压变化0.06V, 由表达式 (8) 、 (9) 可知, U1-A和U1-B组成的是一个差分放大电路, 当控制电位器旋钮逆时针变化一个刻度, 而不给U2提供±28V电源时, U1-A、U1-B工作于线性区, U1-A同相端输入减小0.06×V, 输出变化 (减小) ΔU01=10.87×0.06×V, U1-B反向输入端变化 (增大) ΔU02=9.87×0.06×V;U1-D输入端电压差UID=10.87×0.06×+9.87×0.06×≈1.13V, 输出+1.13V, 大于CR1的导通电压, CR1导通, 给U2提供±28V电源时, U2输出正电压;反之, U1-D输出–1.13V, CR2导通, U2输出负电压, 在实际调谐过程中, 当控制电位器转动速度保持低于某一速度时, 由于马达和控制电位器都在转动, 使得Uo1和Uo2的差值的绝对值小于0.7V且不会增大, 则CR1、CR2会一直处于截止状态;倒频或预置控制电位器位置时, 调谐点和随动点间的电压差过大, U1-A和U1-B输入端的电压差过大, 如果UN1>UN2, 则U1-A输出饱和, U01约等于电源电压+15V或–15V, 另一个输出很小, 输出电压高的运放工作于非线性区, 不再满足虚短条件, 这时继续加大调谐点和随动点电压差, U01将不再变化, 反之U1-B饱和。

由于元器件的实际参数和标称值有偏差, 使得电路本身不对称, 会导致调谐点与随动点电压相等时U1-D仍然有输出, 导致U2会有输出, 这时需要增加一个输出调零电路, 表达式 (8) 、 (9) 的最后一项是由U3单独作用时在U1-A和U1-B上产生的输出, 调节R7时RO1、RO2向相反的方向变化, 从而使得U01、U02向相反的方向变化, 最终可以使得当图2中的UI1、UI2相等时U01、U02相等, 可以对误差进行补偿, 所以, R7是驱动板输出的调零电阻。

3.2 中间级

中间级将前级输出的电压进行减法运算滤波后输出, 驱动后级, 在其同相端和反向端分别加入C12、R17和C10、R16组成低通滤波器, 加电达到稳态后, 图1中U1-D两端电压保持不变, C10对直流开路, R16为电压负反馈电阻, 此时, U1-D为差分放大器, 其输出电压UO3=– (Uo2-Uo1) , 由于U1-D两个输入端电阻平衡, 且R16等于R14, U1-D作为减法器输出, 当Uo2>Uo1时, UO3为负值, 反之, 输出正值, 当 (Uo2-Uo1) 的绝对值大于电源电压15V时, U1-D饱和输出电源电压, 由于运放各个参数不理想, 带负载时, 运放内部存在电压降, 所以运放的饱和输出值略小于电源电压;当马达转动或转动调谐电位器时, U1-D两端电压差随时间变化, 但由于变化频率很小, C10在此无法构成积分电路而只构成低通滤波电路显示出电容的充放电特性。

3.3 输出级

输出级U2使用OPA512BM大电流、高功率运算放大器, 最大输出峰值电流为15A, 1端为输出端, 5端反相输入端, 4端正向输入端, 3、6端为电源端, 2端为正电流限流端, 8端为负电流限流端, 7端悬空, 偏置电源±28V;高速开关二极管CR1、CR2最大持续电流150m A, 反向耐压100V, 峰值电流500m A, 在这里组成U2的输入限幅电路, 将U2的两输入端电压差限幅于二极管的管压降上, 当U1-D输出正电压且大于CR1的导通电压时, CR1导通, U1-D输出负电压且大于CR2的导通电压时, CR2导通, 导通时管压降约为0.7V, 导通时UO3在R18上产生压降, 使输入到U2的差模电压降低, 保护U2, 同时R18串联在回路中, 当CR1或CR2导通时, 增大回路电阻, 限制CR1、CR2中流过的电流, 保护CR1、CR2不至于烧毁导致限幅回路断开, 从而保护U2, 同时, 当CR1、CR2导通时可以降低U2的输出增益;R3、R4组成电压负反馈电路, 稳定U2输出电压, 确定U2的输出增益, 使U2不至于一有输入信号就饱和输出, 当U1-D输出电压UO3小于CR1或CR2的导通电压时, U2的输出UO= (1+) *UO3, 由此可知, 在没有CR1和CR2时, U2输出饱和电压时其同相输入端电压为0.717V, 即马达驱动板的输入级电压差达到0.035V时U2饱和输出, 在|UO3|大于CR1或CR2的导通电压, CR1或CR2导通, 将U2的输入差模电压钳位在二极管的管压降上, R1、R2分别为U2的独立的正负输出限流电阻, 防止瞬间过流造成U2的损坏。

由上边分析可以看出, 在倒频时, 实际是对各调谐电位器进行了预置, 这时U2持续饱和输出, 这样可以使马达快速的到达预定位置, 这是一个粗调过程, 而在调谐时, 马达开始转动, 随动电位器跟着转动, 在调谐电位器转动速度低于一定速度时, 随动电位器和调谐电位器中心抽头之间的电压差小于0.035V, 所以可以通过控制调谐电位器的转速来控制马达的电压实现马达的转速控制, 实现微调, 使发射机尽可能的工作在谐振状态。

4 马达驱动板的调整及维护

马达驱动板主要调整R7, 使得当调谐电位器和随动电位器中心抽头电压相等时, UO1等于UO2, U2无输出, 所以在调整时, 需断开调谐点和随动点电源, 然后将这两点短接, 接通U2的±28V电源, 调节R7使U2输出最小。

在维护时, 需要注意测量驱动板的负载马达的启动电流和正常转动电流, 随动电位器是否能正常跟随马达转动, 使用指针式万用表测量调谐电位器及随动电位器观察在整个行程内阻值变化是否匀速, 或者在整个行程内中心抽头电压变化是否匀速。

5 结论

马达驱动板其性能稳定, 自我保护能力强, 在DF100A中有着非常重要的作用;加深对马达驱动板的认识, 便可了解自动调谐原理, 同时在使用和维护过程中, 能更加及时的发现调谐系统故障隐患, 也能更方便快捷的判断和处理故障。

参考文献

[1]童诗白.模拟电子技术基础.4版.高等教育出版社, 2006.

[2]李瀚荪.电路分析基础.4版.高等教育出版社, 2006.