| Главная » Статьи » Схемы » Прикладная электроника |
Устройство и ремонт ультразвуковой стиральной машины "Ультратон МС-2000"
| Хотя эффективность малогабаритных ультразвуковых стиральных машин (УЗСМ) вызывает определенные сомнения, все же они находят своего потребителя, эксплуатируются, а значит, иногда выходят из строя. К сожалению, информации об устрой-стве и электрических схемах этих бытовых приборов в литературе и даже в Интернете очень мало, что создает определенные трудности, если УЗСМ приходится ремонтировать самостоятельно. Предлагаемая статья частично решает эту проблему. Начнем с физических основ функционирования УЗСМ. Периодические колебания стенок погруженного в жидкость излучателя ультразвука приводят в движение соприкасающиеся с ними ее частицы. В результате в жидкости образуются движущиеся со скоростью звука в направлении от излучателя зоны повышенного и пониженного давления. Там, где давление понижено, микроскопические пузырьки растворенного в жидкости воздуха увеличиваются в диаметре, на поверхности ткани, но и в капиллярных каналах внутри нее. Несмотря на сравнительно небольшую мощность ультразвуковых колебаний, создаваемых УЗСМ, образование пузырьков в жидкости можно наблюдать воочию. Подогрейте до 50...60 °С небольшое количество (0,5...0,7 л) обычной водопроводной воды и налейте ее в двухлитровую пластиковую бутылку с обрезанной верхней частью. Излучатель УЗСМ поместите на дно бутылки. При включеном питании  Рис.1 а в зонах сжатия — уменьшаются. Если амплитуда колебаний давления достаточно велика, силы, воздействующие на поверхность пузырьков, превышают силу поверхностного натяжения, и только что образовавшиеся пузырьки "схлопы-ваются", порождая ударные волны, способные разрушать попадающие под их воздействие твердые частицы. Это явление называют кавитацией. Возникая непреднамеренно, она бывает вредной, разрушая, например, лопасти гребных винтов. Однако кавитация, создаваемая искусственно с помощью ультразвука, эффективно очищает от загрязнений поверхность различных материалов. Частота ультразвука в промышленных моющих установках обычно лежит в диапазоне 20...800 кГц, а его удельная мощность—не менее 1 Вт/см3. При стирке тканей доводить процесс до кавитации нет необходимости, более того, ее следует избегать, чтобы не разрушить волокна ткани. Но даже в результате докавитационной пульсации воздушных микропузырьков эффективность стирки повышается, поскольку моющая жидкость "работает" не только УЗСМ образующиеся над излучателем микропузырьки объединяются в хорошо видимые скопления, разбегающиеся от него по замысловатым траекториям. Это может служить признаком работоспособности прибора. Другой способ проверки УЗСМ — с помощью специально изготовленного индикатора ультразвука [1]. Используя такой прибор, можно убедиться, в частности, что возбужденный в жидкости ультразвук практически не выходит за пределы сосуда, отражаясь от его стенок и от границы раздела воздух—жидкость. Исправность УЗСМ можно оценить и косвенно по потребляемому от питающей сети току. У проверенной автором вполне исправной УЗСМ "Ультратон МС-2000" этот ток находился в интервале 25...30 мА, что при напряжении 220 В соответствует потребляемой мощности около 5 Вт. Довольно далеко от указанных в паспорте "не более 15 Вт", хотя формальное соответствие документации налицо. В отсутствие генерации потребляемый ток еще в несколько раз меньше. Выпускаемые различными фирмами УЗСМ весьма просты по схеме, однако схемы эти найти очень сложно, так как сами изготовители их не распространяют и не прикладывают к продаваемым изделиям. Для того чтобы устранить самые простые неисправности, не прибегая к услугам сервисных центров, радиолюбителям приходится самостоятельно составлять схему отказавшего прибора, "расшифровывая" рисунок печатных проводников на его плате. Составленная таким образом схема одной из УЗСМ уже была опубликована [2]. Несколько более сложная схема УЗСМ "Ультратон МС-2000" изображена на рис. 1. Учтите, что позиционные обозначения ее элементов могут не соответствовать заводским, поскольку на исследованной автором печатной плате они отсутствуют. Основной элемент устройства — генератор импульсов с полумостовым выходом на микросхеме IR53HD420, подробное описание которой можно найти в [3], а упрощенная схема внутреннего устройства изображена на рис. 2. Эта гибридная микросхема предназначена для применения в маломощных двухтактных импульсных преобразователях и представляет собой известную микросхему IR2153 для "электронных балластов", дополненную выходными полевыми транзисторами и диодом с малым временем восста-  Рис. 2 новления обратного сопротивления, назначение которого будет пояснено далее. Максимальное напряжение питания транзисторного полумоста — 500 В; со-противление каналов сток—исток полевых транзисторов в открытом состоянии — 3 Ом; максимальный средний ток стока этих транзисторов при температуре корпуса 85 °С — 0,5 А; максимальная частота коммутации — 1 МГц; максимальная рассеиваемая мощность — 2 Вт; время восстановления обратного сопротивления диода — 50 нс. Сетевое напряжение через токоогра-ничивающие резисторы R1R2 и фильтр L1С1С2 поступает на диодный мост VD1. Выпрямленное, пульсирующее с частотой 100 Гц напряжение, пройдя через плавкую вставку FU1, используется для питания устройства. Через 1...2 с после включения прибора в сеть напряжение на конденсаторе С3 достигает 9 В и микросхема DD1 начинает работать. Напряжение ее питания в установившемся режиме (12...13 В) ограничено внутренним стабилитроном. При указанных на схеме номиналах элементов цепи C4R3R4 частота выходных импульсов микросхемы — около 20,5 кГц (точное значение устанавливают подстроенным резистором R4). При поочередном включении коммутирующих транзисторов потенциал точки соединения истока "верхнего" транзистора VT1' и стока "нижнего" транзистора VT2' становится приблизительно равным либо поданному на сток транзистора VT1' напряжению +310 В, либо нулю. При этом напряжение между затвором и истоком транзистора VT1' должно изменяться от 0 до +12 В. Для того чтобы обеспечить такой режим, напряжение на выводе 6 микросхемы IR53HD420, питающее каскад, формирующий импульсы на затворе транзистора VT1', должно изменяться синхронно с потенциалом истока этого транзистора. Такой режим достигается подключением конденсатора С5 (см. рис. 1) между выводами 6 и 7 микросхемы. Когда транзистор VT2' открыт, этот конденсатор заряжается через диод VD1' и через открытый транзистор до напряжения приблизительно 12 В. При переключении транзисторов напряжение на выводах 6 и 7 растет и диод VD1' закрывается, но энергия, запасенная в конденсаторе, продолжает питать каскад, управляющий транзистором VT1'. В зарубежной литературе такой способ организации питания каскада, управляющего транзистором в верхнем плече полумоста, называют "charge pump" — зарядовый насос. К выходу микросхемы IR53HD420 через разделительный конденсатор С6 подключена первичная обмотка трансформатора Т1. Его вторичная обмотка нагружена пьезокерамическим излучателем ультразвука BQ1. Светодиод HL1, включаясь через 1...2 с после подачи на УЗСМ сетевого напряжения, сигнализирует о нормальной работе микросхемы DD1. Конечно, он будет светиться и при обрывах в обмотках трансформатора Т1 или при неисправном излучателе BQ1, но такая индикация все-таки лучше, чем простой контроль наличия сетевого напряжения. Осциллограмма напряжения на выходе микросхемы показана на рис. 3. Флуктуация вершин импульсов — следствие питания выходных полевых транзисторов микросхемы практически не-сглаженным, пульсирующим с частотой 100 Гц напряжением. После разделительного конденсатора напряжение теряет постоянную составляющую и на обмотке I трансформатора Т1 приобретает форму, показанную на рис. 4. На обмотке II трансформатора Т1 и на излучателе BQ1, благодаря резонансным свойствам последнего, напряжение почти синусоидально (рис. 5). Обратите внимание на значительную амплитуду этого напряжения. А ведь оно действует и в кабеле, соединяющем излучатель с генераторной частью УЗСМ. Создавае-мые им наводки могут заметно исказить показания чувствительных акустических приборов, используемых для измерения интенсивности ультразвука, не говоря уж о возможности электротравмы при нарушении изоляции кабеля.  Рис3, Рис 4, Низкочастотную модуляцию излучаемого УЗСМ ультразвука легко устранить или уменьшить, подключив параллельно конденсатору С7 еще один емкостью 10 и более микрофарад. Одновременно возрастет и средняя мощность колебаний. Экспериментальная проверка показывает, что дополнительный нагрев микросхемы DD1 и трансформатора Т1 при этом практически неощутим. Почему же этого не делают? Основное назначение низкочастотной модуляции излучаемого УЗСМ ультразвука заключается, по мнению автора, отнюдь не в облегчении теплового режима коммутирующих транзисторов или в снижении температуры магнитопровода. Необходимость модуляции обусловлена известным физическим явлением, называемым интерференцией волн. В объеме жидкости, находящейся в тазу при стирке, возникают стоячие ультразвуковые волны — результат интерференции прямых волн с отраженными от поверхности раздела "вода—воздух" и от стенок таза. В результате при постоянной частоте ультразвуковых колебаний неминуемо образуются "мертвые зоны", где интенсивность ультразвука минимальна. Модуляция способствует "размыванию" таких зон, поскольку фаза приходящих в них ультразвуковых колебаний разной частоты, образующихся в результате модуляции, различна и их сложение уже не дает нулевого результата. Признаки неисправности Возможные причины Светодиод HL1 не светится, напряжение питания микросхемы DD1 отсутствует Сгорела вставка FU1 Обрыв резисторов R1, R2 или R5 Обрыв в дросселе L1 Поврежден мост VD1 Светодиод HL1 не светится, напряжение питания микросхемы DD1 занижено Обрыв, замыкание или потеря емкости конденсатора С3 Светодиод HL1 не светится, напряжение питания микросхемы DD1 в норме Обрыв резистора R3 Нарушен контакт в подстроенном резисторе R4 Обрыв конденсатора С4 Обрыв или потеря емкости конденсатора С5 Отказ микросхемы DA1 Светодиод HL1 светится, напряжение питания микросхемы DD1 в норме, пузырьки в воде отсутствуют Обрыв конденсатора С6 Обрыв в одной из обмоток трансформатора Т1 Обрыв в кабеле, соединяющем трансформатор T1 с излучателем BQ1 Неисправен излучатель BQ1 "Ушла" частота генератора микросхемы DD1 Светодиод HL1 не светится, напряжение питания микросхемы DD1 в норме, в воде видны пузырьки Поврежден светодиод HL1 Обрыв резистора R6 В заключение привожу таблицу неисправностей УЗСМ "Ультратон МС-2000" и их возможных причин. Работоспособность прибора восстанавливают заменой отказавшего элемента. Частоту внутреннего генератора микросхемы DD1 регулируют подстроенным резистором R4 по максимуму напряжения на излучателе BQ1. Автор надеется, что изложенный материал поможет радиолюбителям в самостоятельном ремонте УЗСМ. При этом не следует забывать о наличии в устройстве гальванической связи его элементов с сетью, а также переменного напряжения амплитудой более 600 В, что представляет большую опасность для человеческого организма. ЛИТЕРАТУРА 1. Косенко С. Ультразвуковой индикатор. — Радио, 2006, № 12, с. 37—39. 2. Сакевич Н. Ремонт ультразвуковой стиральной машинки "Ретона". — Радио, 2006, № 6, с. 44. 3. Self-oscillating Half Bridge IR53H(D)420. — <http://www.irf.com/product-lnfo/ datasheets/da ta/ir53h420. pdf >. | |
| Просмотров: 13034 | Комментарии: 94 | Рейтинг: 4.5/2 |
| Всего комментариев: 43 | 1 2 3 4 5 » | ||||||||||
| |||||||||||
| 1-10 11-20 21-30 31-40 41-43 | |||||||||||
