|
СХЕМЫ---->
СХЕМЫ БЫТОВОЙ ТЕХНИКИ статьи № 1-50---->
СХЕМЫ БЫТОВОЙ ТЕХНИКИ статьи № 51-100---->
СХЕМЫ БЫТОВОЙ ТЕХНИКИ статьи №101-150
Устройство и ремонт ультразвуковой стиральной машины "Ультратон МС-2000"
С. КОСЕНКО, г. Воронеж
Хотя эффективность малогабаритных ультразвуковых стиральных машин (УЗСМ) вызывает определенные сомнения, все же они находят своего потребителя, эксплуатируются, а значит, иногда выходят из строя. К сожалению, информации об устройстве и электрических схемах этих бытовых приборов в литературе и даже в Интернете очень мало, что создает определенные трудности, если УЗСМ приходится ремонтировать самостоятельно. Предлагаемая статья частично решает эту проблему.
Начнем с физических основ функционирования УЗСМ. Периодические колебания стенок погруженного в жидкость излучателя ультразвука приводят в движение соприкасающиеся с ними ее частицы. В результате в жидкости образуются движущиеся со скоростью звука в направлении от излучателя зоны повышенного и пониженного давления. Там, где давление понижено, микроскопические пузырьки растворенного в жидкости воздуха увеличиваются в диаметре, а в зонах сжатия — уменьшаются. Если амплитуда колебаний давления достаточно велика, силы, воздействующие на поверхность пузырьков, превышают силу поверхностного натяжения, и только что образовавшиеся пузырьки "схлопываются", порождая ударные волны, способные разрушать попадающие под их воздействие твердые частицы.
Это явление называют кавитацией. Возникая непреднамеренно, она бывает вредной, разрушая, например, лопасти гребных винтов. Однако кавитация, создаваемая искусственно с помощью ультразвука, эффективно очищает от загрязнений поверхность различных материалов. Частота ультразвука в промышленных моющих установках обычно лежит в диапазоне 20...800 кГц, а его удельная мощность — не менее 1 Вт/см3.
При стирке тканей доводить процесс до кавитации нет необходимости, более того, ее следует избегать, чтобы не разрушить волокна ткани. Но даже в результате докавитационной пульсации воздушных микропузырьков эффективность стирки повышается, поскольку моющая жидкость "работает" не только на поверхности ткани, но и в капиллярных каналах внутри нее.
Несмотря на сравнительно небольшую мощность ультразвуковых колебаний, создаваемых УЗСМ, образование пузырьков в жидкости можно наблюдать воочию. Подогрейте до 50...60°С небольшое количество (0,5...0,7 л) обычной водопроводной воды и налейте ее в двухлитровую пластиковую бутылку с обрезанной верхней частью. Излучатель УЗСМ поместите на дно бутылки. При включеном питании
УЗСМ образующиеся над излучателем микропузырьки объединяются в хорошо видимые скопления, разбегающиеся от него по замысловатым траекториям. Это может служить признаком работоспособности прибора.
Другой способ проверки УЗСМ — с помощью специально изготовленного индикатора ультразвука [1]. Используя такой прибор, можно убедиться, в частности, что возбужденный в жидкости ультразвук практически не выходит за пределы сосуда, отражаясь от его стенок и от границы раздела воздух—жидкость.
Исправность УЗСМ можно оценить и косвенно по потребляемому от питающей сети току. У проверенной автором вполне исправной УЗСМ "Ультратон МС-2000" этот ток находился в интервале 25...30 мА, что при напряжении 220 В соответствует потребляемой мощности около 5 Вт. Довольно далеко от указанных в паспорте "не более 15 Вт", хотя формальное соответствие документации налицо. В отсутствие генерации потребляемый ток еще в несколько раз меньше.
Выпускаемые различными фирмами УЗСМ весьма просты по схеме, однако схемы эти найти очень сложно, так как сами изготовители их не распространяют и не прикладывают к продаваемым изделиям. Для того чтобы устранить самые простые неисправности, не прибегая к услугам сервисных центров, радиолюбителям приходится самостоятельно составлять схему отказавшего прибора, "расшифровывая" рисунок печатных проводников на его плате.
Составленная таким образом схема одной из УЗСМ уже была опубликована [2]. Несколько более сложная схема УЗСМ "Ультратон МС-2000" изображена на рис. 1. Учтите, что позиционные обозначения ее элементов могут не соответствовать заводским, поскольку на исследованной автором печатной плате они отсутствуют.
Основной элемент устройства — генератор импульсов с полумостовым выходом на микросхеме IR53HD420, подробное описание которой можно найти в [3], а упрощенная схема внутреннего устройства изображена на рис. 2. Эта гибридная микросхема предназначена для применения в маломощных двухтактных импульсных преобразователях и представляет собой известную микросхему IR2153 для "электронных балластов", дополненную выходными полевыми транзисторами и диодом с малым временем восстановления обратного сопротивления, назначение которого будет пояснено далее.
Максимальное напряжение питания транзисторного полумоста — 500 В; сопротивление каналов сток—исток полевых транзисторов в открытом состоянии — 3 Ом; максимальный средний ток стока этих транзисторов при температуре корпуса 85 °С — 0,5 А; максимальная частота коммутации — 1 МГц; максимальная рассеиваемая мощность — 2 Вт; время восстановления обратного сопротивления диода — 50 нс.
Сетевое напряжение через токоограничивающие резисторы R1R2 и фильтр L1C1C2 поступает на диодный мост VD1. Выпрямленное, пульсирующее с частотой 100 Гц напряжение, пройдя через плавкую вставку FU1, используется для питания устройства. Через 1...2с после включения прибора в сеть напряжение на конденсаторе СЗ достигает 9 В и микросхема DD1 начинает работать. Напряжение ее питания в установившемся режиме (12... 13 В) ограничено внутренним стабилитроном. При указанных на схеме номиналах элементов цепи C4R3R4 частота выходных импульсов микросхемы — около 20,5 кГц (точное значение устанавливают подстроечным резистором R4).
При поочередном включении коммутирующих транзисторов потенциал точки соединения истока "верхнего" транзистора VT1' и стока "нижнего" транзистора VT2' становится приблизительно равным либо поданному на сток транзистора VT1 напряжению +310 В, либо нулю. При этом напряжение между затвором и истоком транзистора VT1' должно изменяться от 0 до +12 В. Для того чтобы обеспечить такой режим, напряжение на выводе 6 микросхемы IR53HD420, питающее каскад, формирующий импульсы на затворе транзистора VT1, должно изменяться синхронно с потенциалом истока этого транзистора. Такой режим достигается подключением конденсатора С5 (см. рис. 1) между выводами 6 и 7 микросхемы. Когда транзистор VT2' открыт, этот конденсатор заряжается через диод VD1' и через открытый транзистор до напряжения приблизительно 12 В. При переключении транзисторов напряжение на выводах 6 и 7 растет и диод VD1' закрывается, но энергия, запасенная в конденсаторе, продолжает питать каскад, управляющий транзистором VT1". В зарубежной литературе такой способ организации питания каскада, управляющего транзистором в верхнем плече полумоста, называют "charge pump" — зарядовый насос.
К выходу микросхемы IR53HD420 через разделительный конденсатор С6 подключена первичная обмотка трансформатора Т1. Его вторичная обмотка нагружена пьезокерамическим излучателем ультразвука BQ1.
Светодиод HL1, включаясь через 1...2 с после подачи на УЗСМ сетевого напряжения, сигнализирует о нормальной работе микросхемы DD1. Конечно, он будет светиться и при обрывах в обмотках трансформатора Т1 или при неисправном излучателе BQ1, но такая индикация все-таки лучше, чем простой контроль наличия сетевого напряжения.
Осциллограмма напряжения на выходе микросхемы показана на рис. 3. Флуктуация вершин импульсов — следствие питания выходных полевых транзисторов микросхемы практически несглаженным, пульсирующим с частотой 100 Гц напряжением. После разделительного конденсатора напряжение теряет постоянную составляющую и на обмотке I трансформатора Т1 приобретает форму, показанную на рис. 4.
На обмотке II трансформатора Т1 и на излучателе BQ1, благодаря резонансным свойствам последнего, напряжение почти синусоидально (рис. 5). Обратите внимание на значительную амплитуду этого напряжения. А ведь оно действует и в кабеле, соединяющем излучатель с генераторной частью УЗСМ. Создавае мые им наводки могут заметно исказить показания чувствительных акустических приборов, используемых для измерения интенсивности ультразвука, не говоря уж о возможности электротравмы при нарушении изоляции кабеля.
Низкочастотную модуляцию излучаемого УЗСМ ультразвука легко устранить или уменьшить, подключив параллельно конденсатору С7 еще один емкостью 10 и более микрофарад. Одновременно возрастет и средняя мощность колебаний. Экспериментальная проверка показывает, что дополнительный нагрев микросхемы DD1 и трансформатора Т1 при этом практически неощутим. Почему же этого не делают?
Основное назначение низкочастотной модуляции излучаемого УЗСМ ультразвука заключается, по мнению автора, отнюдь не в облегчении теплового режима коммутирующих транзисторов или в снижении температуры магнитопровода. Необходимость модуляции обусловлена известным физическим явлением, называемым интерференцией волн. В объеме жидкости, находящейся в тазу при стирке, возникают стоячие ультразвуковые волны — результат интерференции прямых волн с отраженными от поверхности раздела "вода—воздух" и от стенок таза. В результате при постоянной частоте ультразвуковых колебаний неминуемо образуются "мертвые зоны", где интенсивность ультразвука минимальна. Модуляция способствует "размыванию" таких зон, поскольку фаза приходящих в них ультразвуковых колебаний разной частоты, образующихся в результате модуляции, различна и их сложение уже не дает нулевого результата.
В заключение привожу таблицу неисправностей УЗСМ "Ультратон МС-2000" и их возможных причин. Работоспособность прибора восстанавливают заменой отказавшего элемента. Частоту внутреннего генератора микросхемы DD1 регулируют подстроечным резистором R4 по максимуму напряжения на излучателе BQ1.
Автор надеется, что изложенный материал поможет радиолюбителям в самостоятельном ремонте УЗСМ. При этом не следует забывать о наличии в устройстве гальванической связи его элементов с сетью, а также переменного напряжения амплитудой более 600 В, что представляет большую опасность для человеческого организма.
ЛИТЕРАТУРА
1. Косенко С. Ультразвуковой индикатор. — Радио, 2006, № 12,с.37—39.
2. Сакевич Н. Ремонт ультразвуковой стиральной машинки "Ретона". — Радио, 2006, № 6, с. 44.
3. Self-oscillating Half Bridge IR53H(D)420. — .
От редакции. Для проявления описанного автором эффекта "размывания" мертвых зон необходимо, чтобы разность хода интерферирующих волн была сравнима с четвертью длины волны модулирующей частоты (для 100 Гц — приблизительно 4 м в воде). Вряд ли это возможно при стирке в небольшом тазу.
Редактор - А. Долгий, графика — А. Долгий
|
