Sigma 1-13型離心機結構原理與維修

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tags: 離心機    時間:2014-03-11 18:37:20
Sigma 1-13型離心機結構原理與維修簡介
    Sigma 1-13型離心機結構原理與維修 郭  劍,馮雁峰,高艷艷,程 環 (軍事醫學科學院實驗儀器廠,北京 100850) [……
Sigma 1-13型離心機結構原理與維修正文
    

Sigma 1-13型離心機結構原理與維修

郭  劍,馮雁峰,高艷艷,程 環

(軍事醫學科學院實驗儀器廠,北京 100850)

[摘要] 介紹了sigma 1-13型離心機的電路結構和控制原理;列舉了三起故障排除實例;闡述了故障查找的思路;並就如何防範故障提出了建議。

[關鍵詞] 離心機;結構;原理;故障;維修;防範

Principle and Maintenance of Sigma 1-13 Centrifuge

GUO Jian, FENG Yan-feng, GAO Yan-yan,Cheng Huan

             (Experimental Instrument Plant, Academy of Military Medical Sciences, Beijing 100850, China)

Abstract The circuit structure and control principle of the sigma 1-13 centrifuge are introduced. Three troubleshooting examples are listed. The troubleshooting methods are described and suggestions on the failure prevention are put forward.

Key Words centrifuge;structure;principle;failure;maintenance;prevention

在醫學研究中,離心機是常用的實驗設備,sigma1-13型離心機採用無刷變頻電機,具有噪音小、升降速度快、結構緊湊、操作簡單等優點,是德國sigma品牌中體積最小的一款微型離心機,深受廣大科研人員喜愛。目前該款離心機已經停產,市場代替品是sigma1-14型。但該款離心機在我院實驗室中仍有相當數量。筆者在維修該款離心機的實踐中,對其結構原理、故障排除有了一定積累,在此與同行分享。

1 結構原理

如圖1所示,該款離心機工作原理如下:關閉蓋門以後,兩個微動開關閉合,220V交流電壓經過整流濾波以後形成310V直流電壓U+。同時CPU控制模塊通電工作,「Open」(開蓋)按鈕旁邊的「Cover」指示燈亮。按下「Start/Stop」按鈕啟動,「Cover」指示燈熄滅,「Start/Stop」旁的「Run」指示燈處於閃爍狀態,離心機電機在CPU模塊的控制下通過變頻模塊的驅動開始轉動,同時測速感測器反饋轉速信號,CPU模塊通過比較設定轉速和測量轉速,輸出合適的控制信號,使電機轉速穩定在所設轉速。

當離心時間到,或按下「Start/Stop」按鈕后,電機開始減速,如果減速過程中電機反饋的能量使直流電壓U+超過一定數值,則制動電路的比較器輸出控制信號使場效應管導通,過高的直流電壓在制動電阻上得以釋放,從而保護變頻電路[1]。當電機完全停止后,「Run」指示燈滅,「Cover」指示燈亮,此時按下「Open」按鈕,開蓋電磁閥動作,蓋門打開,同時兩個微動開關打開,整機電源關閉。

電機運行中如果電流過大,電流取樣電阻上的電壓就會升高,升高到一定值后,過流保護電路起作用,將信號反饋回CPU模塊,CPU模塊停止向變頻電路輸出控制信號,從而有效保護電路。

2 故障實例一

2.1 故障現象

開機后,關閉蓋門,「Cover」指示燈亮,按下「Open」按鈕,指示燈熄滅一下,又亮,開蓋電磁閥沒有動作。但電機能正常啟停。

圖1 sigma1-13型離心機控制原理示意圖

2.2 故障解決

檢查電路,是控制電磁閥的場效應管IRF830損壞,原因極有可能是異常電流衝擊所致。如圖2所示,更換新的場效應管IRF830后,故障解決。

圖2 開蓋電磁閥控制電路原理圖

3 故障實例二

3.1 故障現象

開蓋功能正常,按下「Start/Stop」按鈕后,電機轉速很慢,不能按照設置轉速正常運

轉。

3.2 故障查找

此類故障多屬於測速電路故障[2]。

如圖3所示,測速感測器UGN3177是鎖存型霍爾集成電路,當電機轉動時,磁環的「N」「S」極交替接近霍爾感測器,「OUTPUT」端輸出脈衝信號,其頻率與電機轉速成正比[3]。由於該感測器位於電機正下方,當離心腔內有液體漏入離心機內部時,很容易腐蝕該感測器及其引線。從而導致CPU模塊無法測量電機轉速,電機無法正常運轉。

更換新的UGN3177,故障解決。

3.3 故障防範

離心機使用完畢后,要取出轉頭,將腔體內雜物、積液等清理乾淨,否則日積月累,這些雜物掉落電機下部,極易腐蝕電機和測速感測器[4]。筆者維修時將測速感測器和接線端用硅膠塗抹封閉,有效防止漏液腐蝕。

圖3 測速感測器及其引線示意圖

4 故障實例三

4.1故障現象

開機,內部有打火聲音,發出燒焦糊味。

4.2 故障查找

打開機箱,發現有顆固定門鎖的螺釘掉在了電路板上變頻電路的場效應管之間,導致6個場效應管IRF830中的兩個損壞。

更換同型號的場效應管,測量電路板,沒有發現明顯損壞元器件。

重新開機,關閉蓋門,「Cover」指示燈亮,按下「Open」按鈕,指示燈熄滅一下,又亮,但開蓋電磁閥沒有動作。按下「Start/Stop」按鈕,電機也不能啟動。

4.3 故障分析

首先查找開蓋電磁閥無法動作的原因,參考圖2所示,測量兩個光電耦合器SFH6106-3 

和場效應管IRF830均正常。接通電源,在線測量發現+15V電源的測試點電壓為0。查看電路板,產生+15V電源的電路如圖4、圖5所示。測量+15V和信號地間的電阻,發現為短路。

此+15V電源主要為制動電路的比較器LM393、變頻電路的驅動部分供電。極有可能是變頻電路損壞時,附帶導致穩壓晶元TL431C或LM393擊穿短路。

圖4 +15V電源電路原理圖

採用逐個排除的故障查找思路,先焊下TL431C,測量+15V和信號地間的電阻仍為短路,再焊下LM393,測量電路板上短路狀態消失。測量LM393的4、8腳間的電阻為短路,說明該晶元已被擊穿。重新焊上TL431C,再次開機,測量+15V電源輸出正常,按下「Open」按鈕,電磁閥動作,蓋門打開,「Cover」指示燈滅。這樣就證明原來的TL431C沒有損壞。

換上新的LM393,重新關閉蓋門,按下「Start/Stop」按鈕,「Cover」指示燈滅,「Run」指示燈不亮,電機無法啟動,幾秒種后,「Cover」指示燈亮。分析,CPU模塊很可能接收到某種信息,處於保護狀態。

查看電路,CPU模塊與變頻電路之間通過7個光電耦合器SFH6345傳遞信號,其中6個SFH6345用於驅動變頻電路,1個用於傳遞過壓、過流保護信號。

圖5過壓和過流保護電路原理圖

如圖5所示,過壓保護電路工作原理是:當直流電壓U+超過一定值后,比較器LM393的7腳輸出高電平,場效應管IRF830導通,過高電壓通過制動電阻得以釋放。此時1腳輸出仍為低電平,光電耦合器SFH6345導通,CPU 模塊無須過壓保護。如果制動電路失效,電壓U+再度上升,導致LM393的1腳輸出為高電平,則SFH6345截止,CPU 模塊得到信號,中斷向變頻電路輸出信號,從而保護變頻電路。

過流保護電路工作原理是:當流過電機的電流超過一定限值時,電流取樣電阻R68兩端的電壓升高導致三極體V23導通,從而使SFH6345截止,CPU模塊啟動過流保護。

4.4 故障解決

待機狀態下,在線測量LM393的1腳電壓為0,光電耦合器應該導通,但測量SFH6345的5、6腳電壓為5V,說明此光電耦合器可能損壞。更換新的SFH6345后,試機,電機正常啟動,各項功能正常。

4.5 故障防範

此起故障只因一顆小螺絲釘的掉落引起了一連串的元器件損壞。因此儀器生產廠家在設計產品時,應該儘可能避免在電路板上方設計經常活動的部件,否則很容易造成緊固件鬆動后掉落在電路板上。由於空間所限無法避開時,可以考慮安裝擋板等隔離措施。

5 總結體會

(1) 目前,醫學研究實驗儀器用戶使用說明書里都沒有電路原理圖,甚至結構原理框圖也沒有。廠家維修一般都採用直接更換電路板的方式,收費昂貴。特別是一些進口儀器停產後,維修配件供應中斷,出故障以後,只能報廢,浪費了有限的科研經費。筆者在歷次維修中,注意不斷積累電路原理圖等資料,逐漸摸清了儀器的電路工作原理,採用「元件級維修」方式,讓實驗儀器「起死回生」,有效保障了科研工作的順利進行。

(2) 當儀器電路板上有很多器件連帶損壞時,要首先搞清楚電路板各功能模塊的工作原理和控制流程,採用「先易后難」、「順藤摸瓜」的原則,一步一步排除故障。最後將故障實例三的排除思路總結為以下圖6,以供參考。

圖6 故障實例三查找思路框圖

 [參考文獻]

[1] 張燕賓.小孫學變頻[M].北京:中國電力出版社,2010:105-119.

[2] 趙曉光.eppendorf 5415C離心機常見故障檢修及器件替代[J].醫療衛生裝備,1997,6:39-40.

[3] 譚建成.電機控制專用集成電路[M].北京:機械工業出版社,1997:355-357.

[4] 陳宏軍,張華.醫療設備的維修與保養工作[J].醫療衛生裝備,2011,32(8):96-98.

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