高低溫試驗箱低溫失控故障分析及解決

涂偉 吳德乾

摘要：針對WDJ-5040高低溫試驗箱經(jīng)過長期使用，在一次試驗過程中出現(xiàn)低溫度試驗溫度回升，無法滿足低溫試驗要求這一故障，結(jié)合試驗箱工作原理與故障現(xiàn)象分析了大致原因、依據(jù)分析結(jié)論對試驗箱進(jìn)行了檢查，最終發(fā)現(xiàn)固態(tài)繼電器輸出端損壞導(dǎo)致該故障，更換了故障元件，設(shè)備功能恢復(fù)正常，滿足溫度試驗要求。

關(guān)鍵詞：固態(tài)繼電器;擊穿;PID

1.引言

WDJ-5040高低溫試驗箱是四零一所大型產(chǎn)品的溫度試驗設(shè)備，該試驗箱在長期的使用過程中控溫準(zhǔn)確，運(yùn)行可靠，多年來在發(fā)動機(jī)溫度試驗過程中起著重要作用。但在2010年7月的一次低溫-40℃試驗中，出現(xiàn)了-30℃時溫度不再繼續(xù)下降且略有回升現(xiàn)象，室領(lǐng)導(dǎo)組織了溫度試驗技術(shù)人員對該設(shè)備進(jìn)行故障排查。節(jié)約了維修資金及按時完成了發(fā)動機(jī)試驗任務(wù)。

2.故障現(xiàn)象

2010年7月19日，該試驗箱對發(fā)動機(jī)進(jìn)行低溫試驗，晚7時左右，計算機(jī)上測得的溫度為-30℃左右不再下降，且隨著時間的延長，試驗箱的溫度緩慢上升。觀察兩壓縮機(jī)組均處于工作狀態(tài)，且高溫級、低溫級的排氣壓力、吸氣壓力均在正常范圍內(nèi)，壓縮機(jī)機(jī)頭回霜情況正常，打開照明，通過試驗箱門的玻璃窗口觀察，試驗箱內(nèi)并沒結(jié)出霜花，風(fēng)道的出入口也沒接太多霜。

3.試驗箱組成及控溫原理

3.1試驗箱組成

該試驗箱由加熱系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)及箱體組成。

加熱系統(tǒng)由電加熱器等組成;

制冷系統(tǒng)由高溫級壓縮機(jī)制冷機(jī)組、低溫級壓縮機(jī)制冷機(jī)組、冷凝器、蒸發(fā)器制冷管路系統(tǒng)、冷量調(diào)節(jié)電磁閥等組成;

循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)由風(fēng)機(jī)、風(fēng)道等組成;

控制系統(tǒng)由檢測傳感器、PLC、觸摸屏及相應(yīng)輸出的繼電器、接觸器等組成;

保護(hù)系統(tǒng)由故障故障檢測電路、模塊、PLC等組成;

箱體由鋼板、隔熱材料、門、觀察窗等組成。

3.2試驗箱的控制原理

通過觸摸屏設(shè)定目標(biāo)溫度值，設(shè)備運(yùn)行后檢測出安裝在風(fēng)道的傳感器檢測的溫度，PLC計算出兩者偏差，在利用PID算法根據(jù)偏差的大小、方向、變化的速率計算出輸出量，輸出量范圍為-100%—+100%。當(dāng)輸出量小于0時，制冷機(jī)組工作，且冷量調(diào)節(jié)閥按輸出量調(diào)節(jié)輸送到蒸發(fā)器的冷量，在循環(huán)風(fēng)的作用下將試驗箱內(nèi)的溫度控制在設(shè)定的溫度;當(dāng)輸出量大于0時，電加熱器工作，且固態(tài)繼電器按輸出量調(diào)節(jié)電加熱器產(chǎn)生的熱量， 在循環(huán)風(fēng)的作用下將試驗箱內(nèi)的溫度控制在設(shè)定的溫度。試驗箱控溫原理見圖1。

1：循環(huán)風(fēng)?? 2：冷量輸出?? 3：加熱量輸出?? 4：試驗箱體

圖1試驗箱控溫原理圖

4.低溫失控原因分析

由3.2試驗箱的控制原理可知，因?qū)Ξa(chǎn)品進(jìn)行的是低溫試驗，為了獲得低溫，溫度偏差為正偏差，PLC應(yīng)當(dāng)輸出一個小于0的輸出量即制冷機(jī)組工作才能使試驗箱獲得低溫，又因為試驗箱對加熱系統(tǒng)的控制及制冷系統(tǒng)的控制是相互獨(dú)立的，所以電加熱器應(yīng)當(dāng)停止?fàn)顟B(tài)。所以低溫失控應(yīng)當(dāng)為制冷系統(tǒng)出了問題。但是由2故障現(xiàn)象可知，制冷機(jī)組壓縮機(jī)機(jī)頭有少量的結(jié)霜，壓縮機(jī)吸排氣壓力處于正常，說明制冷系統(tǒng)工作正常，且通過門窗觀察試驗箱內(nèi)及風(fēng)道出入口并未結(jié)太多霜，根據(jù)經(jīng)驗可判斷，蒸發(fā)器也應(yīng)該沒結(jié)太多的霜，試驗箱內(nèi)溫度的回升并不是因為蒸發(fā)器結(jié)霜太厚導(dǎo)致的蒸發(fā)器換熱不良、及風(fēng)道堵塞影響風(fēng)的循環(huán)。試驗箱內(nèi)及風(fēng)道出入口結(jié)霜情況正常也說明了試驗箱的密封狀態(tài)良好。

由以上分析制冷系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)沒有問題，只有把思路轉(zhuǎn)向電加熱部分。由3.2試驗箱的控制原理可知，如果設(shè)備處于正常的運(yùn)行情況下，加熱系統(tǒng)為停止?fàn)顟B(tài)，但如果設(shè)備的某些元部件出現(xiàn)了故障，比如接觸器觸點(diǎn)粘連、固態(tài)繼電器輸出端擊穿短路，造成加熱系統(tǒng)錯誤的處于工作狀態(tài)，此時電加熱器產(chǎn)生的熱量抵消了一部分制冷量，因此出現(xiàn)低溫失控故障現(xiàn)象。

5.故障檢查

查看該試驗箱原理圖，該試驗箱的加熱系統(tǒng)與循環(huán)風(fēng)機(jī)均由一個接觸器控制，電加熱器的控制除了此接觸器控制外還受斷路器、固態(tài)繼電器的控制，斷路器處于平時為閉合通的狀態(tài)。試驗箱運(yùn)行時，風(fēng)機(jī)工作，固態(tài)繼電器輸出部分的電源端得電，由4低溫失控原因分析可知，設(shè)備運(yùn)行時，固態(tài)繼電器輸出部分的電源端得電后，在固態(tài)繼電器擊穿損壞的情況下即使固態(tài)繼電器的控制端沒得到控制信號，也能將電能加至電加熱器。所以可查固態(tài)繼電器是否擊穿，用鉗形表卡電流，有一組加熱器有電流，設(shè)備斷電測量相應(yīng)的固態(tài)繼電器輸出端子確已擊穿。對該固態(tài)繼電器進(jìn)行了更換。對該試驗箱試運(yùn)行，低溫控溫恢復(fù)正常。

6.結(jié)論與建議

該試驗箱此次出現(xiàn)的低溫失控是由于固態(tài)繼電器輸出端擊穿損壞引起電加熱器錯誤工作造成。

建議：溫度試驗涉及電氣控制理論、壓縮機(jī)機(jī)械原理、制冷劑、循環(huán)風(fēng)流體力學(xué)各方面知識，只有平時有針對性的學(xué)習(xí)，再結(jié)合平時的維修經(jīng)驗，才能解決好以后溫度試驗過程中出現(xiàn)的各種問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]天宇公司W(wǎng)DJ/5040試驗箱電氣圖紙

作者簡介：

涂偉（1976—），男，四川省綿陽市三臺縣人，漢族，現(xiàn)職稱：工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：溫度試驗。