基于毛細(xì)作用原理的電子膨脹閥線圈氣孔研究與控制

張新富 李文濤 付志輝 劉繼續(xù) 張武杰

摘 要：根據(jù)冷媒流向，制熱時(shí)，線圈在節(jié)流后存在冷凝水凝聚和結(jié)霜。如果線圈有氣孔，在水分毛細(xì)作用下，水分滲入線圈內(nèi)部，伴隨空調(diào)除霜切換，水分相態(tài)不斷變化，將會(huì)產(chǎn)生“凍融侵蝕”效應(yīng)。

關(guān)鍵詞：空調(diào);電子膨脹閥線圈;毛細(xì)作用;短路

中圖分類號(hào)：U469.72文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2019）29-0081-03

Research and Control of Air Hole of Electronic Expansion Valve Coil

Based on Capillary Action Principle

ZHANG Xinfu LI Wentao FU Zhihui LIU Jixu ZHANG Wujie

（Geli Electric （Zhengzhou） Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450001）

Abstract： According to the flow direction of refrigerant， there is condensation and frosting in the coil after throttling during heating. If there are pores in the coil， under the action of water capillarity， water infiltrates into the coil， and with the defrosting switch of air conditioner， the water phase state changes constantly， which will produce the "freeze-thaw erosion" effect.

Keywords： air conditioner;electronic expansion valve coil;capillary action;short circuit

2018年3月，格力電器售后反饋多單電子膨脹閥線圈故障，往年電子膨脹閥線圈故障僅占電子膨脹閥類型故障的5%左右，而2018年的安裝機(jī)故障中，線圈故障占50%左右。在反饋電子膨脹閥線圈失效故障中，60%以上故障導(dǎo)致控制器2003芯片同時(shí)失效，或者線圈故障反饋同時(shí)存在空調(diào)報(bào)通信故障異常。電子膨脹閥線圈燒壞舊件反饋廠家分析整改，廠家反饋電子膨脹閥線圈工作電壓為12VDC，沒有異常電壓通入的情況下，無法造成此程度（線圈局部燒熔）上的售后異常[1]。電子膨脹閥線圈開裂和主板芯片燒壞如圖1所示。

1 失效模式確定

統(tǒng)計(jì)2017年1月至2018年3月裝機(jī)線圈故障（排除電子膨脹閥不調(diào)節(jié)異常），35機(jī)型A故障數(shù)和故障率最為突出。

對(duì)電子膨脹閥線圈故障進(jìn)行月份占比統(tǒng)計(jì)，問題集中在冬季制熱時(shí)出現(xiàn)異常，如表1所示。

電子膨脹閥線圈與控制器連帶失效的故障存在冬季突出的情況?？紤]控制器和電子膨脹閥線圈的通用性，初步確定該問題由三個(gè)原因引起：控制器在工作中存在較大電壓和電流傳入的情況;電子膨脹閥線圈本身存在缺陷，繞組與外殼短路，引起控制器失效，線圈初始狀態(tài)下繞組與外殼短路，線圈使用一段時(shí)間后出現(xiàn)不良，可靠性較差;制熱模式情況下，電子膨脹閥線圈存在容易失效的環(huán)境[2-4]。

2 失效分析

2.1 大電流對(duì)線圈影響確認(rèn)

對(duì)線圈進(jìn)行浪涌試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)電流在4 000A以下，未對(duì)線圈造成失效。對(duì)控制器輸出信號(hào)檢查，不存在2A以上異常電流波峰（整流二極管峰值電流為2A左右）。實(shí)際燒壞控制器主要在2003芯片電路損壞，整流電路正常，排除控制器異常電流對(duì)線圈造成的影響。電子膨脹閥線圈浪涌試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

2.2 售后失效線圈過程檢驗(yàn)確認(rèn)

采用故障電子膨脹閥線圈（繞組與外殼短路），在綜合耐壓測試工序測試，設(shè)備反饋耐壓故障;在過程測試環(huán)節(jié)驗(yàn)證，機(jī)臺(tái)直接跳電，二次測試出現(xiàn)控制器2003芯片燒壞。這說明過程測試環(huán)節(jié)可以對(duì)線圈初始狀態(tài)下接地不良故障有效控制，排除線圈初始狀態(tài)下不良，結(jié)合售后故障出現(xiàn)時(shí)間（10d以上），可確定電子膨脹閥故障為使用一定時(shí)間后出現(xiàn)異常。

2.3 空調(diào)使用環(huán)境確認(rèn)

對(duì)比35機(jī)型A、35機(jī)型B、32機(jī)型C三種機(jī)型壓縮機(jī)回氣管在不同環(huán)境下的結(jié)霜情況，在制冷情況下，壓縮機(jī)回氣管均不會(huì)結(jié)露，在制熱情況下，壓縮機(jī)回氣管均會(huì)結(jié)露，同時(shí)只有35機(jī)型A出現(xiàn)膨脹閥閥體結(jié)霜，結(jié)合售后反饋機(jī)型排查，線圈損壞的3款機(jī)型制熱運(yùn)行時(shí)間均為31min左右就會(huì)出現(xiàn)化霜;其余兩款機(jī)型制熱運(yùn)行46min才會(huì)出現(xiàn)化霜，具體測試情況如下。

2.3.1 35機(jī)型A測試電子膨脹閥結(jié)霜情況。外側(cè)工況2℃相對(duì)濕度為83.9%，30℃制熱，C管結(jié)霜，膨脹閥閥體結(jié)霜;運(yùn)行31min，化霜3min;外側(cè)工況3℃相對(duì)濕度為83.9%，30℃制熱，C管結(jié)霜，膨脹閥閥體輕微霜;外側(cè)工況4℃相對(duì)濕度為83.9%，30℃制熱，C管結(jié)霜，膨脹閥閥體輕微霜;在2/1℃工況下運(yùn)行3個(gè)周期，拆電子膨脹閥線圈查看，線圈內(nèi)沿有少量的冰霜。機(jī)型A在制熱管路結(jié)霜情況如圖2所示，化霜結(jié)束后閥體表面結(jié)霜融化情況如圖3所示。

2.3.2 35機(jī)型B系列試驗(yàn)。制冷情況下，C管不會(huì)結(jié)露，制熱情況下，C管結(jié)露、結(jié)霜嚴(yán)重，隔音棉在吸氣管處有冷凝水，具體情況如下。一是高溫制熱工況（外側(cè)7/6℃，相對(duì)濕度86.8%），C管結(jié)露比較嚴(yán)重，電子膨脹閥閥體有輕微結(jié)露現(xiàn)象，線圈表面干爽，吸氣管結(jié)露嚴(yán)重，并打濕隔音棉吸氣口周圍處;二是低溫制熱工況（外側(cè)2/1℃，相對(duì)濕度83.9%，P2），C管結(jié)霜嚴(yán)重，電子膨脹閥閥體有結(jié)露現(xiàn)象，線圈表面干爽，吸氣管表面同樣結(jié)霜，化霜過程中C管上的霜、冰均全部化完，運(yùn)行49min，化霜6min;三是測試35機(jī)型B過程中，測試3臺(tái)，有1臺(tái)C管的冷凝水（開機(jī)1h）直接跌落在電子膨脹閥線圈上，同時(shí)打濕膨脹閥旁邊隔音棉，C管走管一致性差，不可控。機(jī)型B制熱管路結(jié)霜情況如圖4所示。

2.3.3 32機(jī)型C低溫制熱測試。壓縮機(jī)回氣管結(jié)霜，膨脹閥及其連接管無結(jié)霜情況，包裹阻尼塊無明顯結(jié)露現(xiàn)象;運(yùn)行46min，化霜7min。

從以上3種機(jī)型看，只有35機(jī)型A在制熱過程中出現(xiàn)膨脹閥閥體及其前后連接管結(jié)霜，其余兩款無結(jié)霜現(xiàn)象;從化霜周期看，35機(jī)型A制熱運(yùn)行31min出現(xiàn)化霜，其余兩款機(jī)型均為運(yùn)行46min、49min出現(xiàn)化霜;同時(shí)排查26其他機(jī)型、32/35機(jī)型A，其制熱運(yùn)行時(shí)間均為31min左右就會(huì)出現(xiàn)化霜，應(yīng)為同一控制邏輯導(dǎo)致;電子膨脹閥線圈失效符合之前推測，電子膨脹閥線圈內(nèi)沿結(jié)霜、冰過程中，冷凝水膨脹致使線圈薄弱處受損水汽進(jìn)入線圈，導(dǎo)致有關(guān)故障。

2.4 售后故障件干態(tài)和浸水狀態(tài)對(duì)比確認(rèn)

對(duì)售后舊件進(jìn)行高溫烘烤后絕緣耐壓測試：泄漏電流0.049mA，絕緣電阻41MΩ;對(duì)舊件浸水后測試，泄漏電流為29.9mA。數(shù)據(jù)可以說明，電子膨脹閥線圈繞組與外殼金屬部分沒有直接接觸，封裝材料存在縫隙，水分滲入后，與外殼形成導(dǎo)通連接。對(duì)故障件進(jìn)行解剖檢查，線圈引出線封裝位置存在較為明顯氣孔，并存在打火情況，如圖5所示。

3 失效機(jī)理確認(rèn)

根據(jù)外機(jī)電子膨脹閥組件冷媒走向，在空調(diào)制熱運(yùn)行的過程中，空調(diào)運(yùn)行一段時(shí)間后，電子膨脹閥表面產(chǎn)生冷凝水，在室外溫度較低的情況下，電子膨脹閥與線圈中間冷凝水結(jié)霜。當(dāng)線圈封裝材料存在孔洞時(shí)，水分會(huì)滲入毛細(xì)孔洞，隨著水分相態(tài)的不斷變化，封裝材料孔洞不斷增大，水分滲入加劇，直至冷凝水與線圈帶電繞組接觸，導(dǎo)致線圈繞組間短路和繞組與外殼短路，外機(jī)主板2003芯片持續(xù)通過較大電流，導(dǎo)致芯片發(fā)熱燒壞。

4 故障復(fù)現(xiàn)

4.1 線圈物料隨機(jī)測試

對(duì)廠家A和廠家B來貨43000344系列線圈物料隨機(jī)各抽10件進(jìn)行水煮和冷凍循環(huán)試驗(yàn)，試驗(yàn)48h后，有1件A廠家線圈出現(xiàn)匝間短路，同時(shí)對(duì)地短路。對(duì)故障件接空調(diào)整機(jī)模擬，在整機(jī)接通電源瞬間，實(shí)驗(yàn)室漏電保護(hù)開關(guān)跳閘。

4.2 通信故障驗(yàn)證

將故障電子膨脹閥線圈接入內(nèi)機(jī)主板掃風(fēng)電機(jī)電路（2003芯片電路），在掃風(fēng)信號(hào)工作過程中，出現(xiàn)顯示屏閃異常，測試7812穩(wěn)壓塊輸出電壓，在工作過程中，電壓下降2VDC左右。將線圈接入整機(jī)，取消整機(jī)接地。空調(diào)在開機(jī)后報(bào)E6故障，說明在線圈在進(jìn)水后，在不接地情況下，內(nèi)部繞組匝間短路，拉低通信電壓，影響內(nèi)外機(jī)通信。

4.3 線圈解剖檢查

對(duì)水煮試驗(yàn)樣品進(jìn)行解剖檢查，線圈內(nèi)部鐵殼存在水膜情況，在引出線側(cè)封裝材料內(nèi)部存在較多密集氣孔情況。

5 結(jié)論

通過對(duì)售后故障件、來貨物料水煮試驗(yàn)故障復(fù)現(xiàn)和解剖，筆者確定線圈本體存在氣孔缺陷，如果線圈工作環(huán)境無阻尼塊等防護(hù)，空氣中的水分冷凝、凝固在線圈表面，頻繁的空調(diào)除霜導(dǎo)致電子膨脹閥線圈與閥體間水分不斷融化與結(jié)冰。不斷相變的水分引起線圈塑封材料的侵蝕，導(dǎo)致線圈密封失效，連帶引起控制器故障。本研究確定實(shí)施以下整改控制措施：對(duì)電子膨脹閥線圈注塑模具調(diào)整，在注塑體積較大的引出線位置增加兩個(gè)注料孔和兩個(gè)排氣孔，減少氣孔產(chǎn)生;為加速線圈本體毛細(xì)滲透，對(duì)電子膨脹閥線圈成品進(jìn)行水煮試驗(yàn)驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)：

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