隨著伺服變頻技術的成熟，現在的電腦縫紉機已從電子離合器方式向伺服變頻調速方式過渡。伺服變頻控制系統的易控性和節能效果明顯，也是設備生產企業主推的發展方向。伺服變頻系統屬于技術含量較高的機電一體化產品，在使用和檢修時將有別于傳統方法。現就筆者個人的工作經驗，談談對伺服變頻控制系統的工作原理及其常見故障的檢修。

變頻調速的基本原理

　　變頻調速技術在上世紀80年代初問世，經過20 多年的發展，現已成為一門比較成熟技術。其產品也經幾次大的更新換代，從最初的模擬型發展到現在的智能集中型，控制方式也越來越智能化。但在變頻調速系統中，其主電路及變頻變壓控制電路還是有一定的相似之處，基于這點來簡要分析。

　　一、主電路基本結構如圖1所示，可大致分成兩部分：交直和直交   

　　交直部分，電源經（VD1~VD6）組成的三相不可控整流橋的交流全波整流成直流。因整流后輸出的電壓是脈動的直流電壓，必須加以濾波，大容量的濾波電容器（C1~C2）的作用除了濾除整流后的電壓紋波外，還起到儲能的作用，以消除整流電路與逆變電路之間的相互干擾。由于大容量電容器在接入電源電壓前兩端的電壓為零，故在合上電源的瞬間電容器的充電電流是很大的，過大的沖擊電流可導致整流橋的損壞。為了保護整流橋須在電容濾波回路中串入限流電阻（R）和開關（S.W），限流電阻能將電容器的充電電流限制在允許的范圍以內，而開關的作用是當電容器充電到一定程度時，開關接通把限流電阻短路掉。電源指示燈（LED）的作用除了顯示電源是否接通外，還起到安全指示作用，即用于顯示電容器是否放電完畢。

　　直交部分，由逆變管（V1~V6）組成的逆變橋，把整流后的直流電再轉變成頻率、電壓都可調的交流電。這是實現變頻的執行環節，也是一個變頻器的核心部分。現常用的逆變管有IGBT、GTR、GTO及MOSFET等，一般逆變橋都做成模塊形式。就是將性能相同的逆變管及各保護續流二極管等同封裝于一器件中，模塊化結構使電路簡化緊湊及更加可靠，特別是較新型的智能型模塊IPM，它將驅動及保護電路都集成在模塊中，這樣可更有效的保護逆變管及簡化電路。

　　續流二極管（D1~D6）的作用除了給電動機的無功電流及再生電流返回直流電源提供“通道”外，還給同一橋臂的兩個逆變管在交替導通和截止換相過程中提供“通道”。由電容器（C3~C8）、電阻器（R4~R9）及二極管（D7~D12）組成的緩沖電路起保護作用，當逆變管從導通狀態切換成截止狀態的關斷瞬間，其集電極/發射極電壓Vce將極為迅速地由近于0V上升至直流電壓值Ud，這過高的電壓增長率將導致逆變管的損壞，緩沖電路的作用即是降低逆變管在每次關斷時的電壓增長率。圖1所示的緩沖電路的結構是為了使其有緩沖效果而又不致于電容器放電反而損壞逆變管而設計的，不同的變頻器其緩沖電路的結構也不盡相同。制動電阻及制動單元，制動電阻用于消耗掉部分由電動機處于再生制動狀態時所產生的再生能量，不讓其全額地反饋到直流電路中，以保持直流電壓在允許的范圍內。制動單元用于控制制動電阻的放電電流Ib。

　　二、變頻變壓控制電路

　　在變頻系統中，其控制電路涉及到很多專業性技術，由于能力有限不能詳細地分析其技術結構，在此只是簡要說明其實現變頻的基本原理并著重分析其常見故障。

現在的變頻器普遍使用的是脈寬調制法（SPWM），其原理是控制電路控制逆變器的各個逆變管的通斷，使逆變器的輸出波形為一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形，這些輸出波形與正弦波等效。

　　如圖2，把一個正弦半周波分作N等份，再把每一等份的正弦曲線與橫軸所包圍的面積都用一個與此面積相等的矩形脈沖來代替，矩形脈沖的幅值不變，如圖2所示各脈沖的中心同正弦波每一等份中心相重合。這樣，由幾個等幅不等寬的矩形脈沖所組成的波形就與正弦的半周波等效，即稱為SPWM波形，簡述它的等效原則即“每一區的面積相等”。以上只是一個橋臂的正半周分析，逆變器的輸出為三相，其負半周及其它兩相同理。由此可得出，只要控制電路控制各相逆變管的通斷頻率即能得到頻率可調的三相電壓。SPWM的實現是一個復雜的過程，其實現方法分為模擬法與軟件控制法。模擬法因電路結構復雜，要使用一系列的信號發生器和比較信號源等，現已較少使用。由于微型計算機的運用，現在普遍使用的是軟件控制法，即利用微型機來實現SPWM控制，計算機的強大運算功能可大大簡化電路結構，使其工作更為可靠。在變頻系統中，其控制主板的故障率一般較低，主板結構緊湊，多為多層板和貼片元件，加上其是利用軟件運算控制，就一般維修而言有較大難度，只要基本了解其工作原理即可，不必去深究其運算控制法。注意，處于控制電路和主電路的接口隔離驅動電路較易損壞。隔離驅動電路的功能是把控制板送來的控制信號放大成可驅動逆變管的驅動信號，經光耦（一般的變頻器使用高速光耦作隔離電路）隔離驅動逆變管工作。由于跨接于主電路的高壓回路中，如逆變電路發生故障而串入高壓，將傳致光耦燒損開路，從而保護控制電路。

　　三、伺服控制方式

　　現在的縫紉機用伺服變速系統使用的是閉環伺服控制方式，使用伺服電動機作執行動力源，即轉子的機械運動受輸入電信控制作快速反應的電動機，伺服閉環組合控制的特點在于反應快、定位準確、可控性強。實現方法即是控制電路與執行機構中存在反饋回路，控制電路將根據輸入反饋信號的實時狀態進行相應的操作。只有滿足預先設定的條件后，控制電路才發送相應的操作指令，因而在檢修時要建立一個概念，即“條件與執行”。由于這個特點，可利用它的可控性實現自動控制，比如可先設定幾個條件，只要控制系統收到觸發指令即可自動地完成各種操作，如中間環節有不能滿足預先設定條件的話，系統將自動停機并提示相關信息用于檢修。

常見故障檢修

　　一、           電源部分

　　由于長期工作于高電流、高電壓的環境中，電源部分的故障率是較高的，常見的有：

　　（一）上文主電路中的限流電阻開路，造成整機無反應，此電阻多為大功率小阻值，只須按相同規格更換即可；

　　（二）由于長期工作，大功率連接點發熱產生虛焊，造成工作不穩定，解決該故障的方法是找到虛焊點補焊。但該故障具隱蔽性，要細致地查到真正的虛焊點，不然頻繁的不穩定工作極易損壞其它電路；

　　（三）電容器性能變壞，造成工作不穩定，由于濾波電容器多為鋁電解電容器，長期的工作會使其電解液干枯或泄漏，造成性能值漂移，從而造成整個電路工作不穩定。電容器工作于開關電源中，變換時要使用性能優良的電解電容器，并核對耐壓值及容量。

　　二、           逆變器部分

　　常見的是逆變功率模塊燒毀，造成開機有顯示，進行操作時沒反應并報錯。一般情況下，功率模塊燒毀后會導致隔離驅動電路損壞。所以當檢查到功率模塊已燒毀時，一定要詳細地檢查驅動電路，特別是隔離光耦。確認驅動電路完好后，才可替換功率模塊，不然，換上模塊后，試機的瞬間又將被燒毀。功率模塊種類繁多，更換時要使用型號相同、各規定值相同的模塊。

　　三、           輸入部分

　　閉環伺服控制系統中，為了反饋信號給控制系統，在執行機構中不可避免地使用到傳感器，而傳感器又是機電一體化系統中較易發生故障的部位。因而，系統一般都設有傳感器失效的出錯提示和傳感器測試程序，便于日常的檢修。縫紉機用的伺服系統中，裝置有傳感器的部位大致有：①上針位；②下針位；③測速；④安全開關；⑤腳踏啟動；⑥X、Y原點及壓腳等。不同用途的機種，其傳感器也不盡相同。一般有動作又需要定位的部位都裝有傳感器。常用的傳感器為霍爾式和機電式。當傳感器發生故障特征：開機初始化或啟動時，即機器在尋找各點的正確位置時無法得到確認而處于失靈狀態，約幾秒鐘后停止檢測并顯示故障代碼。檢修時依故障代碼進行，直接可找到失效的傳感器，再調用輸入測試程序給予確認，再更換損壞的傳感器。

檢修注意事項

　　一、檢修者必須有一定的電路維修基礎和經驗。

　　二、注意安全，變頻系統的濾波電容放電較慢，一定要等指示燈滅后才進行。

　　三、伺服電機發生故障的幾率很低，除非其三相位移傳感器電路損壞。因該電機結構緊湊，所以一般不要拆卸電機主體。