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原文刊自：2022年7月 第50卷（总第609期） 村田№21C⁃S型自动络筒机具有车速高、维护量小、故障率低等优点，生产出的纱线成形好、张力均匀，在我国多用于高端棉纺织品的生产。前些年，我国各地纺织企业对这种设备进行了大量的引进，现在不少设备已陆续进入维修保养期，但外方出于技术保密和经济因素的考虑，并不主张我国企业自行对故障设备进行维修，这给国内企业的生产带来了极大的被动性。本研究对槽筒电机驱动板进行了剖析，分析了其工作原理，并对几种典型故障给出了维修实例。 1 电气框图村田№21C⁃S型络筒机中槽筒电机（drum motor）使用的是调速性能优良的无刷直流电机，
图1 无刷直流电机硬件系统框图 主电路由交流电源、整流桥、逆变桥组成，输入的交流电先经过整流电路整流后变换为直流电，逆变桥将此直流电变换后输出，用来驱动无刷直流电机。微处理器CPU是整个控制电路的核心，它产生三相脉冲宽度调制（PWM）逻辑信号，经驱动电路缓冲后形成逆变桥的输入信号，逆变桥驱动无刷直流电机。微处理器会根据逆变桥的电流信号与设定值进行比较，通过软件进行逻辑判断，输出合适的PWM脉冲。如果电流超出安全范围，就会中止三相逻辑脉冲信号的输出，强制关闭逆变桥。位置检测电路可实时将转子位置信号传送给CPU，CPU根据接收到的转子位置信息生成正确的三相PWM脉冲序列。过热电路和转速电路可向CPU传递电机绕组温度信号和转速信号。如果检测到异常（如绕组过热），CPU就停止输出三相PWM逻辑信号。接口电路是本板与上位机的通信通道，负责本机与上位机之间的信息交 2 电气原理分析村田№21C⁃S型络筒机中槽筒电机的驱动板型号是21C⁃N1100⁃501，其对无刷直流电机的驱动、控制原理与前述基本一致，只是具体电路存在差异。
图2 槽筒电机驱动与保护电路（局部） IC2的12脚是模拟量输入端，如果直流母线电压欠、过压或者是逆变桥输出电流过流，IC2立即中止逆变脉冲的输出。IC2的3脚是电流信号输入端，内接误差放大器。放大后的电流信号经过数字化处理后，影响驱动脉冲的占空比，从而实现对电机的调速。IC4是一款混合功率模
（a）槽筒电机输出信号电路 （c）CPU的供电电路 图3 相关电路图 3 故障维修尽管电路设计周密，保护措施完善，但由于工作环境潮湿，以及受粉尘、静电等因素的影响，再加上元件老化等原因，槽筒电机驱动板在使用一段时间后会出故障。然而出于保密的原因，设备生产商随机提供的技术资料只给出故障代码，对于维修所需的电气原理图和故障检修流程等资料则概不提供。有些企业曾尝试对故障电路板进行维修，但由于各方面原因，效果并不理想。有些企业与技术优势明显的高校合作，实现了大部分故障板的芯片级维修，节省了大量费用。实践证明，这种做法是可行的，以下是部分维修实例。 3.1 逆变桥功率模块击穿 故障现象：逆变桥功率模块的上壳爆裂，多个管脚上有可见的黑色污迹。 分析与检修：根据故障现象，逆变模块爆裂，说明故障发生时，管芯内部瞬间有大量的热量产生。黑色污迹是电弧放电造成的。这种故障可能的产生原因有两个：一是槽筒电机突然停转，其绕组中的再生发电电势造成高压直流母线瞬间过压，击穿逆变桥中的开关管；二是局部管芯发热异常，形成热斑，开关性能变差，与同一桥臂上的开关管直通短路。解决的办法是除了更换新的逆变桥模块，还要测试直流母线的尖峰吸收电容的有效容量，如果容量不足，需要更换合格的电容。另外逆变桥功率模块爆裂产生的电弧，也有可能危及周围电路，因此，还需要重点检查逆变桥模块周围元件，包括电流信号ISO的传输路径及IC5等，确认无误后，方可加电试运行。 3.2 主机显示故障代码“6B”分析与检修：故障代码“6B”系CS传感器脉冲输入错误。CS传感器是转子位置传感器，位于电机内部，系统能报此故障，在于检测到的信号异常，比如高、低电平对应的电压值不符合要求。在电路中，为保证安全，设置了限幅电路（DN5、DN6、DN7等），还通过施密特触发器（IC6）提高抗干扰能力。检修时离线测试使用外加的+15 V直流电压，在PCSD的2引脚、3引脚、4引脚上加模拟开关信号时，在IC2的35引脚、37引脚、39引脚上测得的信号是正常的，但当上机后运行约半个小时，系统仍然报原故障代码。这说明传感器开关没问题。通过现场测试发现+15 V直流电压上有明显的纹波，这是该直流电源输出端滤波欠佳的表现，反映在传感器的输出波形上，则是高低电平的紊乱。C77是唯一的滤波电容，如果该电容有效容量变小，就会出现上述现象。此处提醒，更换的电容应尽量与原型号相同，如果没有原型号电容，则优选高频低感型电容，如果再加装一个多层陶瓷电容器，与C77并联，则滤波效果会立即改善，故障消失。 3.3 主机频繁显示故障代码“66”分析与检修：故障代码“66”系指电机没有在设定的转速下运行。造成电机转速不足的原因既有机械方面的，如阻力太大，也有电气方面的原因，如驱动脉冲占空比太小，以及速度传感器有问题。根据现场测试情况，排除了机械方面的原因。用示波器观察转速传感器的输出信号（位于PCSD的2脚），波形规整，没有问题。再检查其他电路发现，Q2的集电极有很窄的正脉冲输出，这个脉冲在每个驱动周期的末期出现，对驱动脉冲直接封锁，这相当于逆变桥驱动脉冲占空比变小，电机转速降低。造成故障的原因除了要查看过流信号ISO外，还要检查电压比较器IC5和三极管Q2。经过比对，故障的原因是IC5性能不良造成的意外输出。更换IC5后，故障消失。 3.4 主机显示故障代码“80”分析与检修：故障代码“80”系“与MPC的通信超时”。槽筒电机驱动板是整个控制系统的一部分，在运行时，板上的CPU与主机MPC时刻保持通信联系，一方面接收主机的控制命令，另一方面也把运行参数上传给主机。每次开机后，主机发出查询指令，等待本机回应，如果在一定时间内没有得到本机回应，主机就报通信超时故障。本机未向主机发出回应信号，说明本机CPU没工作或程序丢失，检查的重点是先检查CPU的供电电路，见 4 结束语№21C⁃S型自动络筒机当前在国内得到较广泛使用，随着使用年限的延长，络筒机电气方面的故障开始显现，对维修保养人员的要求日益提高。只有从原理上弄清，才能更好进行相关维修和保养。根据PCB实物可以绘制出络筒电机驱动电路板的电气原理图，通过分析各部分的工作原理，可对常见故障提出维修建议和思路。一些成功维修的实例说明，依靠自身的技术力量，对国外设备的线路板故障进行芯片级维修是可行的。 |
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