Sigma 1-13型離心機(jī)結(jié)構(gòu)原理與維修

郭  劍，馮雁峰，高艷艷，程 環(huán)

（軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院實(shí)驗(yàn)儀器廠，北京 100850）

[摘要] 介紹了sigma 1-13型離心機(jī)的電路結(jié)構(gòu)和控制原理；列舉了三起故障排除實(shí)例；闡述了故障查找的思路；并就如何防范故障提出了建議。

[關(guān)鍵詞] 離心機(jī)；結(jié)構(gòu)；原理；故障；維修；防范

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(yī)學(xué)研究中，離心機(jī)是常用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，sigma1-13型離心機(jī)采用無(wú)刷變頻電機(jī)，具有噪音小、升降速度快、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是德國(guó)sigma品牌中體積最小的一款微型離心機(jī)，深受廣大科研人員喜愛(ài)。目前該款離心機(jī)已經(jīng)停產(chǎn)，市場(chǎng)代替品是sigma1-14型。但該款離心機(jī)在我院實(shí)驗(yàn)室中仍有相當(dāng)數(shù)量。筆者在維修該款離心機(jī)的實(shí)踐中，對(duì)其結(jié)構(gòu)原理、故障排除有了一定積累，在此與同行分享。

1 結(jié)構(gòu)原理

如圖1所示，該款離心機(jī)工作原理如下：關(guān)閉蓋門(mén)以后，兩個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)閉合，220V交流電壓經(jīng)過(guò)整流濾波以后形成310V直流電壓U+。同時(shí)CPU控制模塊通電工作，“Open”（開(kāi)蓋）按鈕旁邊的“Cover”指示燈亮。按下“Start/Stop”按鈕啟動(dòng)，“Cover”指示燈熄滅，“Start/Stop”旁的“Run”指示燈處于閃爍狀態(tài)，離心機(jī)電機(jī)在CPU模塊的控制下通過(guò)變頻模塊的驅(qū)動(dòng)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)測(cè)速傳感器反饋轉(zhuǎn)速信號(hào)，CPU模塊通過(guò)比較設(shè)定轉(zhuǎn)速和測(cè)量轉(zhuǎn)速，輸出合適的控制信號(hào)，使電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在所設(shè)轉(zhuǎn)速。

當(dāng)離心時(shí)間到，或按下“Start/Stop”按鈕后，電機(jī)開(kāi)始減速，如果減速過(guò)程中電機(jī)反饋的能量使直流電壓U+超過(guò)一定數(shù)值，則制動(dòng)電路的比較器輸出控制信號(hào)使場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，過(guò)高的直流電壓在制動(dòng)電阻上得以釋放，從而保護(hù)變頻電路[1]。當(dāng)電機(jī)完全停止后，“Run”指示燈滅，“Cover”指示燈亮，此時(shí)按下“Open”按鈕，開(kāi)蓋電磁閥動(dòng)作，蓋門(mén)打開(kāi)，同時(shí)兩個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)，整機(jī)電源關(guān)閉。

電機(jī)運(yùn)行中如果電流過(guò)大，電流取樣電阻上的電壓就會(huì)升高，升高到一定值后，過(guò)流保護(hù)電路起作用，將信號(hào)反饋回CPU模塊，CPU模塊停止向變頻電路輸出控制信號(hào)，從而有效保護(hù)電路。

2 故障實(shí)例一

2.1 故障現(xiàn)象

開(kāi)機(jī)后，關(guān)閉蓋門(mén)，“Cover”指示燈亮，按下“Open”按鈕，指示燈熄滅一下，又亮，開(kāi)蓋電磁閥沒(méi)有動(dòng)作。但電機(jī)能正常啟停。

圖1 sigma1-13型離心機(jī)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(chǎng)效應(yīng)管IRF830損壞，原因極有可能是異常電流沖擊所致。如圖2所示，更換新的場(chǎng)效應(yīng)管IRF830后，故障解決。

圖2 開(kāi)蓋電磁閥控制電路原理圖

3 故障實(shí)例二

3.1 故障現(xiàn)象

開(kāi)蓋功能正常，按下“Start/Stop”按鈕后，電機(jī)轉(zhuǎn)速很慢，不能按照設(shè)置轉(zhuǎn)速正常運(yùn)

轉(zhuǎn)。

3.2 故障查找

此類(lèi)故障多屬于測(cè)速電路故障[2]。

如圖3所示，測(cè)速傳感器UGN3177是鎖存型霍爾集成電路，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁環(huán)的“N”“S”極交替接近霍爾傳感器，“OUTPUT”端輸出脈沖信號(hào)，其頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比[3]。由于該傳感器位于電機(jī)正下方，當(dāng)離心腔內(nèi)有液體漏入離心機(jī)內(nèi)部時(shí)，很容易腐蝕該傳感器及其引線。從而導(dǎo)致CPU模塊無(wú)法測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

更換新的UGN3177，故障解決。

3.3 故障防范

離心機(jī)使用完畢后，要取出轉(zhuǎn)頭，將腔體內(nèi)雜物、積液等清理干凈，否則日積月累，這些雜物掉落電機(jī)下部，極易腐蝕電機(jī)和測(cè)速傳感器[4]。筆者維修時(shí)將測(cè)速傳感器和接線端用硅膠涂抹封閉，有效防止漏液腐蝕。

圖3 測(cè)速傳感器及其引線示意圖

4 故障實(shí)例三

4.1故障現(xiàn)象

開(kāi)機(jī)，內(nèi)部有打火聲音，發(fā)出燒焦糊味。

4.2 故障查找

打開(kāi)機(jī)箱，發(fā)現(xiàn)有顆固定門(mén)鎖的螺釘?shù)粼诹穗娐钒迳献冾l電路的場(chǎng)效應(yīng)管之間，導(dǎo)致6個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管IRF830中的兩個(gè)損壞。

更換同型號(hào)的場(chǎng)效應(yīng)管，測(cè)量電路板，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯損壞元器件。

重新開(kāi)機(jī)，關(guān)閉蓋門(mén)，“Cover”指示燈亮，按下“Open”按鈕，指示燈熄滅一下，又亮，但開(kāi)蓋電磁閥沒(méi)有動(dòng)作。按下“Start/Stop”按鈕，電機(jī)也不能啟動(dòng)。

4.3 故障分析

首先查找開(kāi)蓋電磁閥無(wú)法動(dòng)作的原因，參考圖2所示，測(cè)量?jī)蓚�(gè)光電耦合器SFH6106-3 

和場(chǎng)效應(yīng)管IRF830均正常。接通電源，在線測(cè)量發(fā)現(xiàn)+15V電源的測(cè)試點(diǎn)電壓為0。查看電路板，產(chǎn)生+15V電源的電路如圖4、圖5所示。測(cè)量+15V和信號(hào)地間的電阻，發(fā)現(xiàn)為短路。

此+15V電源主要為制動(dòng)電路的比較器LM393、變頻電路的驅(qū)動(dòng)部分供電。極有可能是變頻電路損壞時(shí)，附帶導(dǎo)致穩(wěn)壓芯片TL431C或LM393擊穿短路。

圖4 +15V電源電路原理圖

采用逐個(gè)排除的故障查找思路，先焊下TL431C，測(cè)量+15V和信號(hào)地間的電阻仍為短路，再焊下LM393,測(cè)量電路板上短路狀態(tài)消失。測(cè)量LM393的4、8腳間的電阻為短路，說(shuō)明該芯片已被擊穿。重新焊上TL431C，再次開(kāi)機(jī)，測(cè)量+15V電源輸出正常，按下“Open”按鈕，電磁閥動(dòng)作，蓋門(mén)打開(kāi)，“Cover”指示燈滅。這樣就證明原來(lái)的TL431C沒(méi)有損壞。

換上新的LM393，重新關(guān)閉蓋門(mén)，按下“Start/Stop”按鈕，“Cover”指示燈滅，“Run”指示燈不亮，電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)，幾秒種后，“Cover”指示燈亮。分析，CPU模塊很可能接收到某種信息，處于保護(hù)狀態(tài)。

查看電路，CPU模塊與變頻電路之間通過(guò)7個(gè)光電耦合器SFH6345傳遞信號(hào)，其中6個(gè)SFH6345用于驅(qū)動(dòng)變頻電路，1個(gè)用于傳遞過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)信號(hào)。

圖5過(guò)壓和過(guò)流保護(hù)電路原理圖

如圖5所示，過(guò)壓保護(hù)電路工作原理是：當(dāng)直流電壓U+超過(guò)一定值后，比較器LM393的7腳輸出高電平，場(chǎng)效應(yīng)管IRF830導(dǎo)通，過(guò)高電壓通過(guò)制動(dòng)電阻得以釋放。此時(shí)1腳輸出仍為低電平，光電耦合器SFH6345導(dǎo)通，CPU 模塊無(wú)須過(guò)壓保護(hù)。如果制動(dòng)電路失效，電壓U+再度上升，導(dǎo)致LM393的1腳輸出為高電平，則SFH6345截止，CPU 模塊得到信號(hào)，中斷向變頻電路輸出信號(hào)，從而保護(hù)變頻電路。

過(guò)流保護(hù)電路工作原理是：當(dāng)流過(guò)電機(jī)的電流超過(guò)一定限值時(shí)，電流取樣電阻R68兩端的電壓升高導(dǎo)致三極管V23導(dǎo)通，從而使SFH6345截止，CPU模塊啟動(dòng)過(guò)流保護(hù)。

4.4 故障解決

待機(jī)狀態(tài)下，在線測(cè)量LM393的1腳電壓為0，光電耦合器應(yīng)該導(dǎo)通，但測(cè)量SFH6345的5、6腳電壓為5V，說(shuō)明此光電耦合器可能損壞。更換新的SFH6345后，試機(jī)，電機(jī)正常啟動(dòng)，各項(xiàng)功能正常。

4.5 故障防范

此起故障只因一顆小螺絲釘?shù)牡袈湟�起了一連串的元器件損壞。因此儀器生產(chǎn)廠家在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)該盡可能避免在電路板上方設(shè)計(jì)經(jīng)�；顒�(dòng)的部件，否則很容易造成緊固件松動(dòng)后掉落在電路板上。由于空間所限無(wú)法避開(kāi)時(shí)，可以考慮安裝擋板等隔離措施。

5 總結(jié)體會(huì)

（1） 目前，醫(yī)學(xué)研究實(shí)驗(yàn)儀器用戶使用說(shuō)明書(shū)里都沒(méi)有電路原理圖，甚至結(jié)構(gòu)原理框圖也沒(méi)有。廠家維修一般都采用直接更換電路板的方式，收費(fèi)昂貴。特別是一些進(jìn)口儀器停產(chǎn)后，維修配件供應(yīng)中斷，出故障以后，只能報(bào)廢，浪費(fèi)了有限的科研經(jīng)費(fèi)。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，采用“元件級(jí)維修”方式，讓實(shí)驗(yàn)儀器“起死回生”，有效保障了科研工作的順利進(jìn)行。

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

圖6 故障實(shí)例三查找思路框圖

 [參考文獻(xiàn)]

[1] 張燕賓.小孫學(xué)變頻[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010：105-119.

[2] 趙曉光.eppendorf 5415C離心機(jī)常見(jiàn)故障檢修及器件替代[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,1997,6:39-40.

[3] 譚建成.電機(jī)控制專(zhuān)用集成電路[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1997:355-357.

[4] 陳宏軍,張華.醫(yī)療設(shè)備的維修與保養(yǎng)工作[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2011,32(8):96-98.