Sigma 1-13型離心機結構原理與維修

郭  劍，馮雁峰，高艷艷，程 環(huán)

（軍事醫(yī)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；并就如何防范故障提出了建議。

[關鍵詞] 離心機；結構；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)學研究中，離心機是常用的實驗設備，sigma1-13型離心機采用無刷變頻電機，具有噪音小、升降速度快、結構緊湊、操作簡單等優(yōu)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：關閉蓋門以后，兩個微動開關閉合，220V交流電壓經過整流濾波以后形成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”指示燈處于閃爍狀態(tài)，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，同時測速傳感器反饋轉速信號，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(wěn)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(xiàn)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沖擊所致。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(xiàn)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

此類故障多屬于測速電路故障[2]。

如圖3所示，測速傳感器UGN3177是鎖存型霍爾集成電路，當電機轉動時，磁環(huán)的“N”“S”極交替接近霍爾傳感器，“OUTPUT”端輸出脈沖信號，其頻率與電機轉速成正比[3]。由于該傳感器位于電機正下方，當離心腔內有液體漏入離心機內部時，很容易腐蝕該傳感器及其引線。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 故障防范

離心機使用完畢后，要取出轉頭，將腔體內雜物、積液等清理干凈，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傳感器[4]。筆者維修時將測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 測速傳感器及其引線示意圖

4 故障實例三

4.1故障現(xiàn)象

開機，內部有打火聲音，發(fā)出燒焦糊味。

4.2 故障查找

打開機箱，發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)+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(fā)現(xiàn)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(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(tài)消失。測量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，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，處于保護狀態(tài)。

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用于驅動變頻電路，1個用于傳遞過壓、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管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(tài)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 故障防范

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，應該盡可能避免在電路板上方設計經�；顒拥牟考�，否則很容易造成緊固件松動后掉落在電路板上。由于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(yī)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。廠家維修一般都采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后，維修配件供應中斷，出故障以后，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，采用“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，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(yī)療衛(wèi)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(yè)出版社,1997:355-357.

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