缝纫机用伺服系统的检修
随着伺服变频技术的成熟，现在的电脑缝纫机已从电子离合器方式向伺服变频调速方式过渡。伺服变频控制系统的易控性和节能效果明显，也是设备生产企业主推的发展方向。伺服变频系统属于技术含量较高的机电一体化产品，在使用和检修时将有别于传统方法。现就笔者个人的工作经验，谈谈对伺服变频控制系统的工作原理及其常见故障的检修。
变频调速的基本原理
变频调速技术在上世纪80年代初问世，经过20 多年的发展，现已成为一门比较成熟技术。其产品也经几次大的更新换代，从最初的模拟型发展到现在的智能集中型，控制方式也越来越智能化。但在变频调速系统中，其主电路及变频变压控制电路还是有一定的相似之处，基于这点来简要分析。
一、主电路基本结构如图1所示，可大致分成两部分：交直和直交
交直部分，电源经（VD1~VD6）组成的三相不可控整流桥的交流全波整流成直流。因整流后输出的电压是脉动的直流电压，必须加以滤波，大容量的滤波电容器（C1~C2）的作用除了滤除整流后的电压纹波外，还起到储能的作用，以消除整流电路与逆变电路之间的相互干扰。由于大容量电容器在接入电源电压前两端的电压为零，故在合上电源的瞬间电容器的充电电流是很大的，过大的冲击电流可导致整流桥的损坏。为了保护整流桥须在电容滤波回路中串入限流电阻（R）和开关（S.W），限流电阻能将电容器的充电电流限制在允许的范围以内，而开关的作用是当电容器充电到一定程度时，开关接通把限流电阻短路掉。电源指示灯（LED）的作用除了显示电源是否接通外，还起到安全指示作用，即用于显示电容器是否放电完毕。
直交部分，由逆变管（V1~V6）组成的逆变桥，把整流后的直流电再转变成频率、电压都可调的交流电。这是实现变频的执行环节，也是一个变频器的核心部分。现常用的逆变管有IGBT、GTR、GTO及MOSFET等，一般逆变桥都做成模块形式。就是将性能相同的逆变管及各保护续流二极管等同封装于一器件中，模块化结构使电路简化紧凑及更加可靠，特别是较新型的智能型模块IPM，它将驱动及保护电路都集成在模块中，这样可更有效的保护逆变管及简化电路。
续流二极管（D1~D6）的作用除了给电动机的无功电流及再生电流返回直流电源提供“通道”外，还给同一桥臂的两个逆变管在交替导通和截止换相过程中提供“通道”。由电容器（C3~C8）、电阻器（R4~R9）及二极管（D7~D12）组成的缓冲电路起保护作用，当逆变管从导通状态切换成截止状态的关断瞬间，其集电极/发射极电压Vce将极为迅速地由近于0V上升至直流电压值Ud，这过高的电压增长率将导致逆变管的损坏，缓冲电路的作用即是降低逆变管在每次关断时的电压增长率。图1所示的缓冲电路的结构是为了使其有缓冲效果而又不致于电容器放电反而损坏逆变管而设计的，不同的变频器其缓冲电路的结构也不尽相同。制动电阻及制动单元，制动电阻用于消耗掉部分由电动机处于再生制动状态时所产生的再生能量，不让其全额地反馈到直流电路中，以保持直流电压在允许的范围内。制动单元用于控制制动电阻的放电电流Ib。
二、变频变压控制电路
在变频系统中，其控制电路涉及到很多专业性技术，由于能力有限不能详细地分析其技术结构，在此只是简要说明其实现变频的基本原理并着重分析其常见故障。
现在的变频器普遍使用的是脉宽调制法（SPWM），其原理是控制电路控制逆变器的各个逆变管的通断，使逆变器的输出波形为一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形，这些输出波形与正弦波等效。
如图2，把一个正弦半周波分作N等份，再把每一等份的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的矩形脉冲来代替，矩形脉冲的幅值不变，如图2所示各脉冲的中心同正弦波每一等份中心相重合。这样，由几个等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦的半周波等效，即称为SPWM波形，简述它的等效原则即“每一区的面积相等”。以上只是一个桥臂的正半周分析，逆变器的输出为三相，其负半周及其它两相同理。由此可得出，只要控制电路控制各相逆变管的通断频率即能得到频率可调的三相电压。SPWM的实现是一个复杂的过程，其实现方法分为模拟法与软件控制法。模拟法因电路结构复杂，要使用一系列的信号发生器和比较信号源等，现已较少使用。由于微型计算机的运用，现在普遍使用的是软件控制法，即利用微型机来实现SPWM控制，计算机的强大运算功能可大大简化电路结构，使其工作更为可靠。在变频系统中，其控制主板的故障率一般较低，主板结构紧凑，多为多层板和贴片元件，加上其是利用软件运算控制，就一般维修而言有较大难度，只要基本了解其工作原理即可，不必去深究其运算控制法。注意，处于控制电路和主电路的接口隔离驱动电路较易损坏。隔离驱动电路的功能是把控制板送来的控制信号放大成可驱动逆变管的驱动信号，经光耦（一般的变频器使用高速光耦作隔离电路）隔离驱动逆变管工作。由于跨接于主电路的高压回路中，如逆变电路发生故障而串入高压，将传致光耦烧损开路，从而保护控制电路。
三、伺服控制方式
现在的缝纫机用伺服变速系统使用的是闭环伺服控制方式，使用伺服电动机作执行动力源，即转子的机械运动受输入电信控制作快速反应的电动机，伺服闭环组合控制的特点在于反应快、定位准确、可控性强。实现方法即是控制电路与执行机构中存在反馈回路，控制电路将根据输入反馈信号的实时状态进行相应的操作。只有满足预先设定的条件后，控制电路才发送相应的操作指令，因而在检修时要建立一个概念，即“条件与执行”。由于这个特点，可利用它的可控性实现自动控制，比如可先设定几个条件，只要控制系统收到触发指令即可自动地完成各种操作，如中间环节有不能满足预先设定条件的话，系统将自动停机并提示相关信息用于检修。
常见故障检修
一、 电源部分
由于长期工作于高电流、高电压的环境中，电源部分的故障率是较高的，常见的有：
（一）上文主电路中的限流电阻开路，造成整机无反应，此电阻多为大功率小阻值，只须按相同规格更换即可；
（二）由于长期工作，大功率连接点发热产生虚焊，造成工作不稳定，解决该故障的方法是找到虚焊点补焊。但该故障具隐蔽性，要细致地查到真正的虚焊点，不然频繁的不稳定工作极易损坏其它电路；
（三）电容器性能变坏，造成工作不稳定，由于滤波电容器多为铝电解电容器，长期的工作会使其电解液干枯或泄漏，造成性能值漂移，从而造成整个电路工作不稳定。电容器工作于开关电源中，变换时要使用性能优良的电解电容器，并核对耐压值及容量。
二、 逆变器部分
常见的是逆变功率模块烧毁，造成开机有显示，进行操作时没反应并报错。一般情况下，功率模块烧毁后会导致隔离驱动电路损坏。所以当检查到功率模块已烧毁时，一定要详细地检查驱动电路，特别是隔离光耦。确认驱动电路完好后，才可替换功率模块，不然，换上模块后，试机的瞬间又将被烧毁。功率模块种类繁多，更换时要使用型号相同、各规定值相同的模块。
三、 输入部分
闭环伺服控制系统中，为了反馈信号给控制系统，在执行机构中不可避免地使用到传感器，而传感器又是机电一体化系统中较易发生故障的部位。因而，系统一般都设有传感器失效的出错提示和传感器测试程序，便于日常的检修。缝纫机用的伺服系统中，装置有传感器的部位大致有：①上针位；②下针位；③测速；④安全开关；⑤脚踏启动；⑥X、Y原点及压脚等。不同用途的机种，其传感器也不尽相同。一般有动作又需要定位的部位都装有传感器。常用的传感器为霍尔式和机电式。当传感器发生故障特征：开机初始化或启动时，即机器在寻找各点的正确位置时无法得到确认而处于失灵状态，约几秒钟后停止检测并显示故障代码。检修时依故障代码进行，直接可找到失效的传感器，再调用输入测试程序给予确认，再更换损坏的传感器。
检修注意事项
一、检修者必须有一定的电路维修基础和经验。
二、注意安全，变频系统的滤波电容放电较慢，一定要等指示灯灭后才进行。
三、伺服电机发生故障的几率很低，除非其三相位移传感器电路损坏。因该电机结构紧凑，所以一般不要拆卸电机主体。
