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

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

本文介紹了Sigma 1-13型離心機(jī)的電路結(jié)構(gòu)和控制原理，列舉了三個(gè)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。

離心機(jī)；結(jié)構(gòu)原理；故障維修

0 前言

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)，深受廣大科研人員喜愛。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，與同行分享如下。

1 結(jié)構(gòu)原理

離心機(jī)工作原理，見圖1。關(guān)閉蓋門以后，兩個(gè)微動(dòng)開關(guān)閉合，220 V交流電壓經(jīng)過整流濾波以后，形成310 V直流電壓“（U+）”。同時(shí)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(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模塊的控制下通過變頻模塊的驅(qū)動(dòng)開始轉(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)開始減速，如果減速過程中電機(jī)反饋的能量使U+超過一定數(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，開蓋電磁閥動(dòng)作，蓋門打開，同時(shí)兩個(gè)微動(dòng)開關(guān)打開，整機(jī)電源關(guān)閉。

電機(jī)運(yùn)行中如果電流過大，電流取樣電阻上的電壓就會(huì)升高，升高到一定值后，過流保護(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)，從而有效保地護(hù)電路。

2 故障實(shí)例

2.1 故障一

2.1.1 故障現(xiàn)象

開機(jī)后，關(guān)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(dòng)作。但電機(jī)能正常啟停。

2.1.2 故障排除

檢查電路，發(fā)現(xiàn)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。開蓋電磁閥控制電路原理圖，見圖2。更換新的場(chǎng)效應(yīng)管IRF830后，故障解決。

2.2 故障二

2.2.1 故障現(xiàn)象

開蓋功能正常，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)。

2.2.2 故障排除

此類故障多屬于測(cè)速電路故障[2]。

測(cè)速傳感器及其引線示意圖，見圖3。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模塊無法測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。更換新的UGN3177，故障解決。

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，否則雜物掉落電機(jī)下部，極易腐蝕電機(jī)和測(cè)速傳感器[4-5]。筆者維修時(shí)將測(cè)速傳感器和接線端用硅膠涂抹封閉，可有效防止漏液腐蝕。

2.3 故障三

2.3.1 故障現(xiàn)象

開機(jī)過程中，內(nèi)部有打火聲音，發(fā)出焦糊味。

2.3.2 故障排除

打開機(jī)箱，發(fā)現(xiàn)有顆固定門鎖的螺釘?shù)粼诹穗娐钒迮c變頻電路的場(chǎng)效應(yīng)管之間，導(dǎo)致6個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管IRF830中的2個(gè)損壞。更換同型號(hào)的場(chǎng)效應(yīng)管，重新開機(jī)，關(guān)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(dòng)作。按下“Start/Stop”按鈕，電機(jī)也不能啟動(dòng)。

首先查找開蓋電磁閥無法動(dòng)作的原因（參考圖2），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)+15 V電源的測(cè)試點(diǎn)電壓為0。+15 V電源的電路，見圖4。查看電路板，測(cè)量+15 V和信號(hào)地間的電阻，發(fā)現(xiàn)為短路。此+15 V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)，導(dǎo)致穩(wěn)壓芯片TL431C或LM393擊穿短路。

采用逐個(gè)排除故障的思路，先焊下TL431C，測(cè)量+15 V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，說明該芯片已被擊穿。重新焊上TL431C，再次開機(jī)，測(cè)量+15 V電源輸出正常，按下“Open”按鈕，電磁閥動(dòng)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(guān)閉蓋門，按下“Start/Stop”按鈕，“Cover”指示燈滅，“Run”指示燈不亮，電機(jī)無法啟動(dòng)，幾秒種后，“Cover”指示燈亮。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)用于傳遞過壓、過流保護(hù)信號(hào)。

過壓和過濾保護(hù)電路工作原理，見圖5。當(dāng)U+超過一定值后，比較器LM393的7腳輸出高電平，場(chǎng)效應(yīng)管IRF830導(dǎo)通，過高電壓通過制動(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模塊無須過壓保護(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。當(dāng)流過電機(jī)的電流超過一定限值時(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)過流保護(hù)。

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5 V，說明此光電耦合器可能損壞。更換新的SFH6345后，電機(jī)正常啟動(dòng)，各項(xiàng)功能正常。

此故障只因一顆小螺絲釘?shù)牡袈湟鹆艘贿B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。由于空間所限無法避開時(shí)，可以考慮安裝擋板等隔離措施。

3 總結(jié)

目前，醫(yī)學(xué)研究實(shí)驗(yàn)儀器用戶使用說明書里都沒有電路原理圖，甚至結(jié)構(gòu)原理框圖也沒有。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)了科研經(jīng)費(fèi)。筆者在歷次維修中，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，有效地保障了科研工作的順利進(jìn)行。

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，逐步排除故障。最后總結(jié)故障實(shí)例三的排除思路（圖6），以供參考。

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

[4] 錢國(guó)華.實(shí)驗(yàn)室樣品前處理系統(tǒng)的研制與開發(fā)[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備,2011,26(3):37-39.

[5] 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.

Principle and Maintenance of Sigma 1-13 Centrifugal Machine

GUO Jian, FENG Yan-feng, GAO Yan-yan, Cheng Huan
Experimental Instrument Plant, Academy of Military Medical Sciences, Beijing 100850, China

TH789

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.09.049

1674-1633(2012)09-0150-03

2012-04-06

郭劍，工程師，主要從事醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器質(zhì)量控制、計(jì)量與維修等工作。

作者郵箱：guojian162@hotmail.com