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        Merak空調(diào)控制板不制冷機理分析

        2018-11-16 06:55:34邱明奎陳亞亮鐘錦昌
        城市軌道交通研究 2018年11期
        關(guān)鍵詞:故障信號

        王 歡 邱明奎 陳亞亮 鐘錦昌

        (廣州地鐵集團有限公司運營事業(yè)總部運營一中心, 510308, 廣州//第一作者, 工程師)

        列車空調(diào)控制板是空調(diào)系統(tǒng)的核心部件。近年來,廣州地鐵8號線A2型車空調(diào)控制板故障逐漸增多,主要表現(xiàn)在空調(diào)不制冷。通過對空調(diào)控制板內(nèi)部構(gòu)造及控制原理的深入分析,以及對控制板電子元器件的檢測,查找最小元器件故障,采取更換元器件方法解決控制板故障,節(jié)約了備件采購成本。

        1 空調(diào)故障統(tǒng)計分析

        本文對2014年1月至2016年12月間廣州地

        鐵8號線A2型車空調(diào)系統(tǒng)故障進行統(tǒng)計分析,如圖1~3所示。2014年1月至2016年12月,廣州地鐵8號線A2型車空調(diào)系統(tǒng)故障總計為805次,故障總數(shù)呈現(xiàn)前兩年逐年上升最近一年下降趨勢。主要原因為采用新的檢修模式使得檢修更為細致、合理,故前期檢修過程中發(fā)現(xiàn)的故障有所增加,隨著檢修的更加到位,后期故障有所減少。

        圖1 空調(diào)系統(tǒng)故障總數(shù)對比

        圖2 空調(diào)系統(tǒng)故障走勢

        圖3 空調(diào)系統(tǒng)故障分類占比統(tǒng)計

        從圖3可知,A2型車空調(diào)系統(tǒng)故障以空調(diào)控制板故障、空調(diào)機組冷卻回路壓力故障、供風調(diào)節(jié)器故障為主。其中:空調(diào)控制板故障占比最大,為28%;冷卻回路壓力故障占比次之,為24%。空調(diào)控制板故障主要表現(xiàn)為悶熱不制冷,冷卻回路壓力故障主要為制冷劑不足。

        2 空調(diào)控制板溫度控制原理分析

        2.1 空調(diào)環(huán)境溫度采集

        廣州地鐵8號線A2型車每個空調(diào)機組有4個傳感器,分別為送風口溫度傳感器(2個)、回風溫度傳感器(1個)、新風溫度傳感器(1個)。4個電流型溫度傳感器均為熱電阻溫度傳感器,傳感器信號經(jīng)過采樣電阻及調(diào)理電路后輸入到控制板芯片中采樣。溫度采集電路如圖4所示。

        圖4 溫度采集電路

        以送風口溫度U1-1為例,傳感器信號經(jīng)過控制板公母插頭X13-8C及P2-16C,該電路為溫度采樣所需調(diào)理電路,即P2-16C為電流輸入口,通過電容C54進行濾波處理,穩(wěn)定輸入電流信號,并通過電阻R48濾除部分高頻信號。X13-18a及P2-16e為溫度采集負極。在外界無電流輸入時,由于R56(3.9 kΩ)和R48(0)電阻分壓,U22-9的端口電壓為1.49 V;當外部輸入電流增大時,通過U22-9的輸入電壓將增大,由此可以推算出其輸入電流的大小,從而將電流信號轉(zhuǎn)換為所需測量的溫度信號。

        2.2 穩(wěn)壓電源模塊電路分析

        控制板首先由110 V電源電路(見圖5)經(jīng)變壓器及電流型反激式開關(guān)電源SG1526,將電源轉(zhuǎn)換為+12 V及+5 V直流電壓??刂瓢鍦囟刃盘柌杉娫礊楦呔?5 V,由芯片LT1121轉(zhuǎn)換而成。

        LT1121為+5V轉(zhuǎn)高精度+5V的低壓差線性穩(wěn)壓器(見圖6)。其中:1腳為電源輸出引腳,8腳為電源輸入引腳,SHDN為芯片掉電模式控制腳(低電平有效),2腳為電源反饋調(diào)節(jié)引腳。該電路的具體功能為:通過外部輸入的+V2經(jīng)過穩(wěn)壓電路輸出+5V_VCC高精度電源。

        2.3 溫度信號模塊電路分析

        由溫度傳感器采集到的溫度信號經(jīng)U22-9后進行濾波,通過芯片MC14051B通道選擇輸出不同溫度。

        圖5 110V電源電路

        MC14051B為模擬多路復用器,是以數(shù)字控制的模擬開關(guān)。其控制引腳見表1。其中,INH為片選引腳,A/B/C為通道選擇,X0~X3為溫度選擇。當CPU給出低電平時,光耦導通,MC14051B通過CPU控制U3、U4、U5開斷,輸出不同的三位二進制碼,選擇不同引腳接通。

        圖6 穩(wěn)壓電路

        表1 MC14051B芯片控制引腳

        空調(diào)控制板正常工作時,芯片MC14051B的A、B、C控制腳的電平如圖7。通過監(jiān)測得出,A、B、C三個控制腳的周期為3 s,電平依次為000、100、010、110、001,共5組數(shù)據(jù),每組控制數(shù)據(jù)采集0.6 s。5組數(shù)據(jù)中,前4組數(shù)據(jù)依次控制采集芯片MC14051B的X0、X1、X2、X3腳數(shù)據(jù),對應采集空調(diào)機組的4個溫度傳感器數(shù)據(jù);第5組數(shù)據(jù)為空位。

        圖7 MC14051B電平波形

        圖8所示為溫度信號模塊電路,MC14051B接收端按照一定的時間頻率,將多路電壓信號通過時間分頻器轉(zhuǎn)換為多路不等周期時鐘輸出信號,作為后端多路選擇器的控制信號。后端運用光耦HCPL7800及高速隔離放大器LMC6482AIM分別對多路選擇器的控制信號和采樣電壓模擬信號進行隔離保護。此電壓信號經(jīng)過U22-16進入空調(diào)控制板CPU,CPU根據(jù)采集到的溫度調(diào)整制冷模式,實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)功能。

        圖8 溫度信號模塊電路

        3 空調(diào)控制板不制冷原因分析

        廣州地鐵8號線A2型車空調(diào)控制板故障時,會運用測試臺對其進行檢測。檢測發(fā)現(xiàn),空調(diào)控制板故障導致不制冷時,用空調(diào)軟件檢測,會報“ACC fault”故障。

        根據(jù)空調(diào)溫度采集原理以及對故障板件的檢測維修,發(fā)現(xiàn)由空調(diào)控制板導致的不制冷故障通常為低壓差線性穩(wěn)壓器LT1121或光耦 HCPL7800失效。

        3.1 低壓差線性穩(wěn)壓器LT1121失效分析

        LT1121芯片的主要作用是輸出穩(wěn)定電壓,但在測量不制冷空調(diào)控制板的LT1121芯片時,發(fā)現(xiàn)輸入端有電壓,輸出端無電壓。因此,穩(wěn)壓電路失效,將導致空調(diào)控制板不制冷。

        3.2 光耦HCPL7800失效分析

        光耦是由發(fā)光元器件及接收器件封裝在一起組成。在光耦輸入端施加一定電信號,發(fā)光元件發(fā)出可見光或紅外線,接收器件接收光照后產(chǎn)生光電流,經(jīng)輸出端輸出,實現(xiàn)“電-光-電”的轉(zhuǎn)換。光耦通過光進行輸入端和輸出端的耦合,具有單向傳輸、抗電磁干擾、響應速度快、無觸點接觸,以及輸入、輸出端之間高度電絕緣的特點。

        將空調(diào)控制板溫度采集輸入點接入不同阻值的電阻,即輸入不同電壓,輸出不同溫度。用示波器檢測光耦輸出端,通過波形判斷光耦是否失效。

        正常情況下,光耦輸入不同電壓時,光耦輸出端是4條不同的輸出波形(見圖9)。檢測不制冷的空調(diào)控制板時,若光耦故障,輸入不同的電壓,輸出均為一條直線(見圖10)。因此,光耦失效,將采集不到實際溫度值,從而導致空調(diào)控制板不制冷。

        4 結(jié)語

        本文對廣州地鐵A2型車Merak空調(diào)不制冷故障進行探討,對由空調(diào)控制板元器件失效導致的不制冷原理進行深入分析,以便通過更換失效的最小元器件恢復板件控制功能,節(jié)約備件采購成本。同時,也為同類控制板件的疑難攻關(guān)拓寬思路。

        圖9 正常光耦輸出

        圖10 異常光耦輸出

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