同步电动机数控励磁装置主控单元维修方法浅谈

同步电动机数控励磁装置主控单元维修方法浅谈

文昌平

武汉市后湖排水站，就城市排水而言，是目前全国最大的泵站。所装的17台900KW交流同步电动机配用的励磁装置是北京冶金自动化研究院生产的全数字化同步电动机半导体励磁装置。该装置对同步电动机的运行控制是由主控单元根据接收的外部信号，完成从异步起动、投全压、投励、励磁电压调节、至失步再整步、灭磁以及保护的所有工作。由于综合运用了同步电动机的过渡过程理论、稳态运行理论，吸收了电子技术发展的新成果；以美国INTEL公司研制的96系列单片机为中心构成的控制系统，达到了对同步电动机运行的智能化控制，从而稳定、可靠。但是，由于后湖排水站地处城乡接合部，紧贴交通要道和湿地，灰尘大、相对湿度大和昆虫多。致使作为以数字电路为主构成的主控单元插件故障频繁，较大地影响了正常的城市排水工作。以往的主管的处理方法是将故障的主控单元插件寄到北京修理，结果往往是远水解不了近渴。于是笔者通过一年的研究和摸索以及咨询厂家，取得了在无图纸情况下修理DSE-M1.00全数字化同步电动机半导体励磁装置主控单元插件常见故障的方法。

一、全面弄清所有半导体元器件的功能及作用

电子电路往往是以半导体器件为中心组成的单元电路，特别是集成电路，只要知道其型号就可以从手册或相关资料中查到其功能，然后再根据其外围元件、输入输出端、与相邻半导体器件关系综合分析即可得出其在单元中的作用。

1、将主控单元插件上所有三只脚（含）以上的半导体器件罗

列出来，再通查手册或相关资料标出其功能，然后通过与其它器件的联系分别找出交、直流回路及逻辑关系等，分析得出其在电中的具体作用并标注在表上。

2、根据使用说明书介绍的主控单元功能分别找出相应的元器

件和部件。辟如：⑴同步电动机起动转速测量电路，它是完成投全压、投励功能的依据；⑵正确的三相触发脉冲产生电路；⑶灭磁时，灭磁脉冲产生电路；⑷外部输入指令接口电路；⑸励磁装置的运行参数、工作状态、故障指示等各种信号显示电路；⑹完成相关保护功能的电路等。

3、弄清算逻部件之间的大致关系；摸清该插件工作时所需电

源供电方式及相关数据；搞清所有半导体器件的类型及维修使用中的注意事项及相应检测方法。

二、几种适用的常见故障诊断、排除方法

电子设备检修中的故障诊断、排除方法很多，如直观法、感观

法、仪表法、替换法、干扰法、信号注入法、示波法、逻辑分析法等等。但不论采用何种方法，最关键的是要适当，以适当故障诊断方法发现、判断和确定产生故障的部位和原因，对症下药、排除故障。这里要介绍的是笔者在检修实践中（针对DSE-M1.00全数字化同步电动机半导体励磁装置主控单元插件而言）比较实用的方法。

1、自诊断法。DSE-M1.00全数字化同步电动机半导体励磁装

置本身含有机内自检设备BITE（BuiltInTestEquipment），且自检设备的自检部件就在主控单元插件上，较容易通过显示器件判断故障大致部位。但是该自检设备主要是针对主控单元插件以外故障信悉的，只有部分现象反映的是主控单元插件故障。

2、直观法。主要是通过视觉和嗅觉进行故障诊断，通常在不

通电情况下实施。不通电直观法其要领是在通电前，用肉眼（视力不好者可借助放大镜）观察元器件、零部件、接插件、电路连线等有无烧焦、变色、击穿、破裂、锈蚀、松动等现象，如有，应先行处理。针对本主控单元插件主要观察U60（LM311P）、TVP器件、阻容元件及集成电路U9、U12、U53、U54、U55，它们都是ULN2003，达林顿器件。

3、感观法。主要是通过触摸来进行故障寻找，通常在通电一

定时间后用手触摸元器件、零部件电路连线等有无相对过热现象。针对本主控单元插件只能在通电1-3分钟后，在断电后迅速拔出该插件后迅速触摸电源部件和功率器件，触摸对象主要是WY2（7815）、WY3（7915）、WY4（7915）、WY5（7815）如有过热应作相应处理。[注意]在检修该插件以外其它部件时，如果供电电压超过安全电压应有安全措施。

4、仪表法。用于电子设备检修中的故障诊断的仪器、仪表很

多，且多为价格不菲的专业设备，对于一般的电子设备用户而言是不合乎实际的。这理介绍的只是用得较多的几种。

⑴万用电表。

①电压测量。针对本主控单元插件要对某部位电位或电压的测

量，必须制作一根主控单元插件与其插座之间延长连接电缆，方可进行电压测量的数据与正常运行时的电压值对照，进行故障诊断，找出故障所在部位。②电流测量。对于搭篷焊接的电路可以方便地断开电路，在其断开部位串接电流表测量电流。但对于本装置主控单元插件而言，属双面印刷电路，且线条纤细、密集，要测量某个部位电流确实有些不太方便，但可通过测量电流所流过的电阻器两端电压，用欧姆定律计算出近似值来。③电阻测量。在被测电路不通电的情况下，用万用电表的欧姆档来检测。如用Ｒ×１档来检测通路电阻；用Ｒ×１Ｋ档或Ｒ×１０Ｋ档粗测电容器容量及漏电程度；用Ｒ×１００档检测中功率晶体管和集成电路等。

⑵双踪示波器。对于本装置主控单元插件而言，主要是通过观察

触发单元测试点波形的形状、幅度、和周期等来判断其动态功能是否正常，从而使检测结果更精准。

⑶编程器。主要用于对可编程器件的程序写入。对于检修

DSE-M1.00全数字化同步电动机半导体励磁装置主控单元插件来说主要是来检查U4（GAL16V8D）数据是否有误和将正确数据的写入。

5、逻辑分析法。该方法是借助简便的逻辑分析工具（这里暂且不谈专门的逻辑分析仪）如：逻辑笔、逻辑脉冲分析器、电流跟踪器和逻辑夹头等进行检测，以确定故障发生的部位和元器件损坏变质的原因。本方法特别适用检测数字电路和带有微处理器的电子仪器设备（即智能仪器设备）的故障性质与原因，而本装置主控单元插件正是数字电路带有8098微处理器的智能型设备核心部件。为此，笔者在这里有重点地谈谈逻辑分析法使用方法、步骤及注意事项。

⑴方法、步骤。

①将前面所述关于弄清算逻部件之间的大致关系进一步弄到清楚明白并画在纸上；

②使用逻辑笔检测根据故障现象初步判断可能故障数字集成电路的输入、输出情况，着实判断被测数字集成电路工作状态是否正常。

③使用逻辑脉冲发生器模拟各种数据域信息，以检测各种数字

电路的动态功能是否正常。

④对于感观法觉出来的电路板、元器件温度高现象，使用电流跟踪器检测各种数字电路的短路故障，以确定“低阻抗”故障部位。

⑤逻辑夹头用以检测各种数字电路的逻辑状态。

⑵注意事项。

①必须熟悉主控单元插件的逻辑系统及其工作原理。

②必须熟悉各种逻辑分析器的技术性能和使用方法。

③必须熟悉有关数字集成电路、微处理器的功能和引脚接法。

④必须熟悉励磁装置整机结构及工作原理。

6、替代法。

替代法就是将可疑的零部件、插件和模块等，用同型号或同类型的部分通过替换来查找或排除故障的方法。励磁装置主控单元插件使用元器件最多的是数字集成电路，而且生产厂家考虑到了维修方面的问题，插件上所有集成电路都没有直接焊在电路板上，而是插在焊在印刷电路板上的集成电路插座上，替换起来十分方便。因此，替代法是检修主控单元插件实践中使用最多、最“笨拙”的方法，同时也是最有效、最实用的方法。

替代法通常有两种：一种是单个元器件替代；另一种是单元电路、部件或模块的替代。

有些元器件，在没有专用仪器的情况下是很难鉴别其好坏的，如励磁装置主控单元插件中使用最多的数字集成电路，用万用电表只能是估量，测试不了它的性能。当怀疑某个集成电路可能有问题时，可用一只新的质量好的、且型号、规格、参数一样的集成电路替代有疑问的集成电路，如果故障排除，说明原来的元器件已损坏。否则故障出在其它部位。

据笔者的经验，替代法主要适用于可通电在线并联（如电容器）和和便于拔插且没有专业仪表而难以确定好坏的元器件（如集成电路、晶振、陶瓷滤波器等）。凡是有条件确定元器件好坏，元件是好的肯定不必更换，元件是坏的肯定要更换，但这种更换与替代法中的替换是有区别的。

在实际操作中，对于半导体器件、单元电路、部件或模块等替换时必须切断被修对象的电源。

以上只是简略地介绍了在检修DSE-M1.00全数字化同步电动机半导体励磁装置主控单元插件实践中常用的几种方法。但就电子设备的检修而言，仅这几点是远远不够的。据有关文献资料报导，电子设备的检修除了本文介绍的方法外，还有如：短路法、改变现状法、分割测试法、同类比对法、测试元件法、比较法、假负载法等等。但笔者认为这些方法有的就贯串在本文介绍的方法之中，有的不适用于类似于笔者所处的单位性质及检修工作条件，有的不适用于笔者所介绍的检修对象。但笔者企望有兴趣者能够从中获得启示而举一反三。

三、DSE-M1.00全数字化同步电动机半导体励磁装置主控单元插件常见典型故障举例

１、面板无显示。

DSE-M1.00全数字化同步电动机半导体励磁装置在柜门上装有一块近控显示面板，它是用户与DSE-M1.00励磁装置进行人机对话的窗口，共分五个对话区：键盘操作区、状态指示区、故障指示区、功能指示区和数字显示窗口。它是由DSE-M1.00主控单元插件上的50线插座通过电缆与之相联接的，由DSE-M1.00主控单元插件发出显示DSE-M1.00励磁装置的运行参数、工作状态、故障指示等各种信号而工作的。见（图1），白色标注区域即为驱动面板显示的电路，综合运用上述方法，重点在白色标注区域内排查即可找到故障部位，据经验，U53、U54、U55相对故障率较高。

２、面板数码管无显示和数码字段显示不全。

排除方法基本同上款。

３、面板状态指示区和故障指示区指示灯乱闪烁。

此故障在采用上面的方法不能排除时，说明故障点不在白色标注区域内。这是因为白色标注的区域只是相当于灯泡的开关，而这个开关的开与闭受控于其它电路给与的信号。典型的故障是U4出问题。U4是GAL16V8D，是高性能可编程只读存储器，存储的是生产厂家编写的程序。在实际使用中往往出现程序被破坏而导致面板状态指示区和故障指示区指示灯乱闪烁，只要将U4用编程器重新恢原程序，或者更换U4即可（必须是写好程序的）

４、指示面板显示出反复自检。

通过查资料，得知U5（MAX1487）的功能是：低功耗、限摆率、

RS-485/RS-422收发器，其通讯协议是串口通信协议；单片机可利用MAX1487和计算机通讯。通过分析其输入输出，它是介于主微处理器U1（P8098）与显示单元微处理器U50（MAX1487）之间起通讯作用。反复自检往往是因为它工作不良和损坏造成。

５、调试时不能投励。

多数因为主控单元插件不能要求产生或发出触发脉冲信号。重

点检查（图1）粉色和淡黄色标注区域时发现用同样型号的ULN2003代换了U9后故障排除。

６、调试时能投励但不能灭磁。

这个故障很典型。现将排除这个故障的全过程表述如下：车间

运行人员在开机之前，为确保开机成功和运行的稳定，总是要先进行调试，主要看投励是否投得上，投励后励磁电流能否自如地调到适当位置，然后灭磁，一切正常情况下才可转入工作位方可合高压开关开动同步电动机。本例就是在调试环节中进行到灭磁步骤时，当按灭磁键时，电流表不下降，只有电压表降为零。于是分断交流控制回路空开Q1，并将SA旋至停止位，拔下主控插件进行检查，发现底板（接口板）上WY2（LM7815）、WY3（LM7915）处感到有些炙手的发热，用万用电表进行在路测试，WY2的2、3脚正反向电阻值不正常。使用的是MF47-6型万用电表，R×100档，红表笔接WY2的2脚，黑表笔接WY2的3脚，测得电阻值为560Ω，将表笔反过来测得电阻值与之相差无几。为了确定是主控板还是底板（接口板）的问题，换了一块底板上机一试，结果一切正常，说明是原先那块底板的问题。在寻找故障点时，用万用电表将两块底板（接口板）进行在路对比测试，测试过程中发现大致确定有问题的那块底板上的U60（LM311N电压比较器）表面破裂，且8只引脚有一半与集成电路插座烧结在一起，折下后再测WY2的2、3脚正反向电阻基本无变化，说明故障在受用WY2所供电源的电路。于是继续顺着WY2的2、3脚引线往下查找，当拔下U41（CD4071B四输入端或门）后再测上述部位，电阻值恢复正常值：红表笔接WY2的2脚，黑表笔接WY2的3脚有80K左右阻值；反之，阻值为5.6K。当换上新的LM311N、CD4071B后试机，一切正常。

７、投励2-3秒后自动灭磁。

此故障是通过分析对比大致确定故障部位在底板（接口板）上，

然后用测量电阻法在线测量可疑集成电路引脚电阻，找出了U43（CD4024BE）8与14脚阻值太小，正常情况下8与14脚正反向阻值均为无穷大。用一新的CD4024BE更换后故障排除。此故障出现率相对较多，笔者特地对CD4024作个简要介绍，便于读更好地解读CD4024。

CD4024是7位二进制串行计数器/分频器集成电路。具体地说是由7个T型触发器组成的串行二进制计数器。它有两个输入端，一个是时钟输入端，一个是清零端R，有7

个分频输出端Q1~Q7（如图2），

最大分频计数为128，国产型号CC4024，其所有的输入端和输出端都没有缓冲器，因而可以得到较好有噪声容限。其同类产品还有MC14024，均可直接代换。常见用途：①电冰箱保护器中电冰箱停电延时保护，延时时间为3分钟。②D/A转换器数据采集系统中的数字量到模拟量的转换。③脉冲延迟控制器。通过转换开关与二进制串行计数器CD4024不同的输入端相连，可得到不同的延时时间。主要用于自动控制中的延时设备。④直流电机旋转量控制器。直流电机在旋转时其电流包含有交流分量的幅度和频率，与电机的转速和电枢的绕组有关。因此，只要用一个小电阻串联在电机回路中，这个电流交流分量变成电压取出，便可以控制电机的旋转量。

８、自动投励。

自动投励是在调试时进到合空开Q1几秒钟后，没有按下面板上

投励按键情况下自动投励。此故障现象在主控单元插件没问题时也有发生，区别在于合空开Q1与自动投励这一过程的时间上，有合空开Q1后延时者属主控单元插件问题，否则属主桥回路半导体器件等其它问题。属主控单元插件问题的自动投励故障与例7是一对娈生兄弟，同样出在U43上，只要换上好的CD4024就可排除故障。

９、接触不良问题。

由于后湖排水站排水车间给于DSE-M1.00全数字化同步电动机

半导体励磁装置工作环境差，很多故障是因为接触不良造成的。因此，经验告诉我们在排除一般故障时，往往将主控单元插件反拔插几次或将主控单元插件上装有插座的集成电路摁压摁压故障就排除了。如果不能排除再作相应处理。

参考文献

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[2]杨海祥,等.电子电路故障查找技巧.[M]北京:机械工业出版社,2008

[3]魏立君韩华琦.CMOS4000系列60种常用集成电路的应用.[M]北京:人民邮电出版社,1993