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主题:【第八届原创】粗心大意酿恶果,Waters 510泵烧电路板故障检修

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sc360xp
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Waters 510输液泵是Waters公司早期非常经典的泵,经久耐用,有不少的单位还在继续使用中。
一台送来检修的510泵,1A总保险已烧断。为了看看情况,手里没有1A的保险管,用了一根看起来粗细差不多的铜丝接上试机,开机后,电机发出“嘎嘎嘎”响声,约3秒钟仪器内部冒出青烟,有电器元件烧焦味道,紧急关电源停机。
一、故障原因初步分析
根据开机后电机“嘎嘎嘎”响、烧总保险管、机内有烧焦味道的现象,说明故障可能与电源、电机、电机驱动电路、泵机械系统阻力大(最严重情况是卡死)有关,这些地方发生故障都有可能造成电流过大。
二、拆机检查相关部件
这是510泵,拆下电气控制箱面板上四颗螺栓:

松开泵箱盖板前固定螺丝:

松开泵箱盖板后固定螺丝:

打开泵箱:

高压泵是由步进电机驱动,松开电气控制箱接地线:

采用四相步进电机,电气参数为直流1.7V、4.7A:

取出电气控制箱:



看见电路板上有烧焦的地方:

近看电路板烧焦的地方,一段铜箔已烧断,另一段铜箔表面绝缘漆烧焦:

拨开5只塑料卡扣,从机箱上取下主电路板:

电路板元件功能区分布:

这是步进电机电源的两只整流双二极管CR18、CR19(型号都是R716E),一只整流电路电流保护三极管Q11(型号2N5881),都安装在散热器上:

散热器的侧面还安装有6只发热较大的管子:

这是步进电机的四只达林顿驱动管(型号TIP122),F1是电机直流电源保险管(8A,好的):

三、综合分析,确定故障根源
根据电路板烧毁处附近的电子元件分析,烧毁处是给步进电机供电的直流电源线路。按照实物,绘制出步进电机电源部分电路图如下:

从电路图看,泵电机电源电路由一组21V次级绕组,两只双整流二极管(CR18、CR19),滤波电容C21、C22构成桥式整流电路;由集成电路LM324N(图上编号U1)、R49(电流取样电阻)、R8、Q1、VR1、R48、Q11等元件构成电流保护电路。
结合电路图分析故障:仪器总电源保险管(1A)烧断,但主板上的电机直流电源电路保险管F1(8A)没有烧断,电机及机械转动系统没有明显的阻塞,步进电机驱动脉冲发生电路没有故障,而主板上被烧断的铜箔处于电机电源整流回路(电路图中红线)。故障发生在保险管F1之前的电路中,只能说明是整流管回路故障引起的从散热器上安装的步进电机四只达林顿驱动管(型号TIP122)管脚有动焊的痕迹看,以前维修过,没问题就焊回去了,但整流管回路的双整流二极管(CR18、CR19)没有动焊痕迹,可见以前维修时,没有检查到这个问题。

步进电机四只驱动管管脚,有以前动过焊的痕迹,用万用表检查这四只驱动管,没问题:


用电热吸锡器对整流回路的CR19、CR18、Q11、Q1等元件脱焊:

取下的元件,从左到右CR19、CR18、Q11、Q1:

用万用表检查取下的元件,CR19的一个PN结已经短路损坏,其余元件正常:

用万用表对电路中稳压二极管VR1进行检查,发现VR1(起电压钳位作用)内部短路损坏,使整流电路的电流保护失去功能。

部分通电情况下,检查集成电路U1(LM348N,电流保护功能):将电路板接通电源变压器次级插头,其余电路板上的插头不接,通电,对U1进行检查,无问题。
故障主要原因分析:泵电机电源电路中的个别整流二极管质量不好,热负荷性能差,加上仪器在运行中,可能电机负荷(电流)有时较大,而电路的电流保护功能失效,加重了整流二极管负担,致使损坏。二极管热击穿损坏,直接使整流硅桥短路。试机时,临时用细铜丝代替保险丝,其熔断电流高于原保险管规格,不能及时切断电源,造成线路板铜箔烧毁。
四、修复电路板、更换损坏的电子元件

修复损坏的电路板铜箔,补焊线路:

损坏的稳压二极管VR1,型号1N5256B,30V/4.2mA/500mW;损坏的整流元件CR19,型号R716E,15A/600V,是双二极管整流器件,构成桥式整流,这种封装的整流二极管市面上没有卖的,用一只电磁炉电源中使用的整流硅桥替代CR18、CR19。
在电子市场买的电磁炉硅桥(25A/800V,3元1只)和30V/500mW稳压二极管(1元1只):

取下CR18、CR19,换上新整流硅桥后的图片(还未旋上两侧固定螺帽):

换上的新稳压二极管VR1:

给机器做一下清洁,装还原,开机正常,泵的速度也可调:

维修后语:当仪器出现烧保险管故障,一般属于比较严重的故障,不要自行更换大规格保险管,避免故障扩大,应送专业机构或人士维修。本次检修观察故障时,用看起来粗细差不多的铜丝代替保险丝接入,造成电路板铜箔被烧断,犯了粗心大意错误。另一方面,坏事变好事,又使故障根源暴露出来,缩短了检查时间,万幸没造成更严重损失,今后切记,对高档仪器故障维修大意不得。
该帖子作者被版主 又又199030 积分, 2经验,加分理由:第八届原创大赛积分奖励
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神人,修这个仪器,现在它在哪服役呢?
我们原来有,都处理掉了
一片枫叶
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我也有一台waters 510 泵都成这样了,是否还有坼的必要呢?有时只想扯开看看
xiangfei06
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惊现牛魔王!!!!!!!!!!!!!!!!!
sc360xp
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原文由 老多_小多(emoc98311) 发表:
神人,修这个仪器,现在它在哪服役呢?
我们原来有,都处理掉了
以前药厂的化验室作出口产品检验,后来给车间作中间体检验用,很耐用。两台510泵很容易连接作梯度。
sc360xp
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原文由 一片枫叶(v2960432) 发表:
我也有一台waters 510 泵都成这样了,是否还有坼的必要呢?有时只想扯开看看

从外观看,已经缺件,不知道内部是否完整。如果缺件多,没必要修复。拆开看看,了解知识很有益。不要拆坏了,做备件用或处理给需要的人。
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2015/8/5 22:20:30 Last edit by sc360xp
夕阳
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此文维修过程介绍的的详细,逻辑性强,是一篇不错的维修经验。但是我有两点不同的意见:
(1)当遇到仪器频频烧损保险丝的故障时,千万不能用铜丝替代,尽管线径一致但铜丝没有保险作用,如果强行使用铜丝,会进一步加大电路板的损坏程度。
(2)楼主更换了2N5881晶体管的替代品后,散热是如何实施的?从照片来看,似乎没有加任何散热装置,如此今后难保该器件不会再坏。
该帖子作者被版主 老多_小多5 积分, 2经验,加分理由:参与讨论
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2015/8/6 11:18:39 Last edit by anping
老多_小多
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原文由 sc360xp(sc360xp) 发表:
以前药厂的化验室作出口产品检验,后来给车间作中间体检验用,很耐用。两台510泵很容易连接作梯度。


连接做梯度?
不是手动调流速吗?
能做到?