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    坡莫合金鐵芯:電路板磁性元件檢修詳解

    發布時間:2019-10-29 16:28:27


    電路板中與“磁性”相關的元件,包括坡莫合金鐵芯電感線圈、變壓器、電磁繼電器、接觸器、霍爾傳感器等。本文由金鑫磁材為大家講解一下電路板磁性元件的檢修方法。

    1) 電感線圈

    電感線圈是將導線一圈一圈繞在絕緣骨架上,絕緣骨架可以是空心、鐵芯或磁芯。在工控電路板的應用中,最常見到的是做開關電源中的濾波或儲能用途。電感各種外觀。電感量的單位是亨利,簡稱亨,用字母H表示,另有毫亨(mH),微亨(uH),納亨(nH),它們的關系是:

    1H = 1000mH   1mH = 1000uH  1uH = 1000nH

    電感線圈使用直接標注法,22uH,100表示10uH,4R7表示4.7uH,R10表示0.1uH,22n表示22nH;另有些電感使用色環標注法,其電感量和色環電阻的表示法相同,如色環棕、黑、棕、銀表示電感量100uH ±10%

    有一類電感用于吸收超高頻率(50MHZ以上)的干擾,這類電感叫做磁珠。還有一類常用電感叫做共模電感,也叫共模扼流圈,它是由兩個相同的繞組繞制在一個鐵氧體磁芯坡莫合金鐵芯上引出的4個接線端器件,每一組線圈都串聯在電路里,如果有差模信號,則信號通過兩個線圈產生的磁通互相抵消,則線圈對差模信號沒有阻礙作用,而當有共模信號時,兩個線圈產生的磁通是加強的,線圈對信號阻礙作用加強,這種阻礙作用是雙向的,既可以阻礙前級干擾信號串入后級,也可以阻礙后級干擾信號串入前級。

    工業電路板維修中,電感線圈屬于不易損壞的元件,偶見因腐蝕斷路,電流過大燒斷及線圈匝間短路的情況。開路損壞可用萬用表電阻檔測出。電感量可以用電感量測試儀測出,推薦使用數字電橋測試電感。因為大多數電源電路儲能電感工作在較高頻率,都在10kHz以上,所以使用電橋測試時頻率選擇10kHz,測試除了關注電感量以外,重點關注D值,正常D值應小于0.1,D值大于0.2則判定有線圈匝間短路。

    2)變壓器

    變壓器是利用電磁感應原理改變電壓的裝置,工控電路板常見的變壓器是使用鐵芯的工頻變壓器和使用鐵氧體磁芯(坡莫合金鐵芯)的開關變壓器。

    理想變壓器的基本特點是:輸入輸出交流電壓的比值與輸入輸出線圈的匝數比值相同,因而理論上可以對交流電壓進行任意的升壓或降壓的變換。

    硅鋼片鐵芯的變壓器,一般用于50~400HZ的工頻場合。硅鋼片鐵芯的磁通密度大,雖然疊加的硅鋼片之間有絕緣漆絕緣,但單片硅鋼片內還是存在渦流損耗,高頻場合不適用此類鐵芯。

    鐵氧體磁芯電阻率比金屬、合金磁性材料大得多,因而渦流損耗很小,用鐵氧體磁芯制作的變壓器用于比較高頻的場合如開關電源的儲能電感和開關變壓器。

    另外有不同的新型變壓器鐵芯磁芯材料出現,如坡莫合金和非晶納米晶材料等,這些材料可兼顧磁導率和渦流損耗。

    變壓器失效檢測方法

    變壓器的損壞常見有線圈燒斷開路或內部過熱燒壞線圈絕緣造成線圈匝間短路。線圈開路比較好判斷,量一下電阻即可,而匝間短路判斷起來就麻煩一些,因為線圈本身電阻就小,不好通過電阻測試來分辨。

    一般來說,有內部匝間嚴重短路的變壓器,發熱量較大,會將變壓器線圈的包覆材料烤焦并有或多或少的焦糊味。這種情況通過觀察變壓器外觀可以明顯分辨出來。

    有些變壓器內部匝間短路,從外觀上看不那么明顯,經常維修開關電源的朋友可能會有這樣的經歷,就是檢測甚至更換了開關電源部分除了變壓器以外幾乎所有懷疑的元件包括坡莫合金鐵芯,電源還沒有修好,最后才懷疑開關變壓器損壞。如果有一種方法一開始就能檢測變壓器損壞,豈不省事?其實這是完全可以的,檢測的儀器還是數字電橋。方法是,將數字電橋置于10KHZ測試電感損耗D值狀態,在線測試就可以,不必拆下變壓器,電橋信號電壓選擇0.3V,測試變壓器主繞組線圈的D值,正常的變壓器D值應<0.1,如果D值>0.2則判斷變壓器損壞。

    除了開關變壓器,數字電橋判斷其它類型的變壓器是否損壞也是適用的,但要注意選擇頻率時采用跟變壓器實際工作頻率接近的頻率。

    3)電磁繼電器和接觸器

    電磁繼電器和接觸器是利用電磁線圈產生的電磁力配合彈簧和機械杠桿來控制觸點的通斷的一類器件,通常繼電器有密閉的封裝空間,盡量減少外接不良環境對觸點的影響,相對接觸器,它所控制的觸點電流較小;接觸器的觸點電流較大。另有干簧繼電器,其原理和電磁繼電器大同小異,只是觸點電流相對更小,觸點密封,不受塵埃、潮氣及有害氣體污染,響應速度和可靠性也大大提高。

    繼電器和接觸器的常見故障是觸點接觸電阻大、觸點燒死、觸點閉合時開路,測試時可以通過給線圈施加額定電壓,檢測觸點的導通和閉合情況,線圈通電和不通電兩種情況都要檢測。可以使用萬用表的歐姆檔測量觸點導通時的電阻,如無異常,基本接近0Ω,如果10Ω以上,則視為故障。如果觸點可見,應急維修可將觸點的燒蝕氧化部分挫掉,露出金屬光澤,繼電器或接觸器可重新投入使用,為保險起見,建議更換新件為好

    繼電器線圈通電后,能量傳至線圈,吸合銜鐵,而斷電后,如果不加任何措施,在由通電到斷電轉換過程中,線圈的電磁能量勢必在線圈兩端產生很高的自感電動勢,會有很高電壓,可能損壞其它元件,所以要在線圈上反向并聯一個二極管,提供線圈電磁能量的釋放回路。在線測試繼電器的好壞時,可以根據二極管的方向,給二極管端施加一個反向的線圈額定電壓來檢測,而不必取下繼電器檢測坡莫合金鐵芯

    變頻器和伺服驅動器等大電流的場合,很多電流檢測需要用到霍爾傳感器,霍爾電流傳感器的工作原理是基于霍爾效應。給一塊導電薄片在x方向通以一定電流,在z方向磁場垂直穿過薄片,那么導電薄片內電子在向負極運動過程中受到洛倫茲力作用,便向y+方向集聚,使得y+方向一端帶負電,y-方向一端帶正電,如果將兩端電壓VH引出測量,其大小與電流I及磁感應強度B成正比,如果電流I恒定,那么VH的大小就直接反應了磁感應強度B的大小,所以只要測量VH就可以可知B大小。

    霍爾電流傳感器的原理,穿心導線產生與電流成正比的圓周方向的磁場,該磁場垂直穿過鐵芯中間的霍爾傳感器,傳感器感應的霍爾電壓Vh與導線被測電流成正比,這樣就可以非接觸式地測量被測導線電流了。

    實際的霍爾傳感器,傳感器有3根線,兩根正負電源線,一根電流引出線,電流引出線M和0V之間接串聯取樣電阻,流過取樣電阻的電流方向和大小與穿過傳感器導線電流的大小和方向成正比,所以取樣坡莫合金鐵芯電阻兩端的電壓大小和正負就反應了導線電流的大小和方向。

    霍爾電流傳感器的檢測方法

    電流傳感器損壞比較常見,最便捷的測試方法是通電后測試輸出端對0V的電壓,如果穿芯導線沒有電流,傳感器信號輸出端電壓應該是0V,如果測得電壓偏移±1V以上,則判斷霍爾電流傳感器坡莫合金鐵芯有問題。

    某些霍爾傳感器坡莫合金鐵芯是接入單電源的,則對應穿心導線無電流時,信號輸出電壓為電源電壓的一半,如接入5V電壓,輸出電壓為2.5V。


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