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坡莫合金铁芯:电路板磁性元件检修详解

发布时间:2019-10-29 16:28:27


电路板中与“磁性”相关的元件,包括坡莫合金铁芯电感线圈、变压器、电磁继电器、接触器、霍尔传感器等。本文由金鑫磁材为大家讲解一下电路板磁性元件的检修方法。

1) 电感线圈

电感线圈是将导线一圈一圈绕在绝缘骨架上,绝缘骨架可以是空心、铁芯或磁芯。在工控电路板的应用中,最常见到的是做开关电源中的滤波或储能用途。电感各种外观。电感量的单位是亨利,简称亨,用字母H表示,另有毫亨(mH),微亨(uH),纳亨(nH),它们的关系是:

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

电感线圈使用直接标注法,22uH,100表示10uH,4R7表示4.7uH,R10表示0.1uH,22n表示22nH;另有些电感使用色环标注法,其电感量和色环电阻的表示法相同,如色环棕、黑、棕、银表示电感量100uH ±10%

有一类电感用于吸收超高频率(50MHZ以上)的干扰,这类电感叫做磁珠。还有一类常用电感叫做共模电感,也叫共模扼流圈,它是由两个相同的绕组绕制在一个铁氧体磁芯坡莫合金铁芯上引出的4个接线端器件,每一组线圈都串联在电路里,如果有差模信号,则信号通过两个线圈产生的磁通互相抵消,则线圈对差模信号没有阻碍作用,而当有共模信号时,两个线圈产生的磁通是加强的,线圈对信号阻碍作用加强,这种阻碍作用是双向的,既可以阻碍前级干扰信号串入后级,也可以阻碍后级干扰信号串入前级。

工业电路板维修中,电感线圈属于不易损坏的元件,偶见因腐蚀断路,电流过大烧断及线圈匝间短路的情况。开路损坏可用万用表电阻档测出。电感量可以用电感量测试仪测出,推荐使用数字电桥测试电感。因为大多数电源电路储能电感工作在较高频率,都在10kHz以上,所以使用电桥测试时频率选择10kHz,测试除了关注电感量以外,重点关注D值,正常D值应小于0.1,D值大于0.2则判定有线圈匝间短路。

2)变压器

变压器是利用电磁感应原理改变电压的装置,工控电路板常见的变压器是使用铁芯的工频变压器和使用铁氧体磁芯(坡莫合金铁芯)的开关变压器。

理想变压器的基本特点是:输入输出交流电压的比值与输入输出线圈的匝数比值相同,因而理论上可以对交流电压进行任意的升压或降压的变换。

硅钢片铁芯的变压器,一般用于50~400HZ的工频场合。硅钢片铁芯的磁通密度大,虽然叠加的硅钢片之间有绝缘漆绝缘,但单片硅钢片内还是存在涡流损耗,高频场合不适用此类铁芯。

铁氧体磁芯电阻率比金属、合金磁性材料大得多,因而涡流损耗很小,用铁氧体磁芯制作的变压器用于比较高频的场合如开关电源的储能电感和开关变压器。

另外有不同的新型变压器铁芯磁芯材料出现,如坡莫合金和非晶纳米晶材料等,这些材料可兼顾磁导率和涡流损耗。

变压器失效检测方法

变压器的损坏常见有线圈烧断开路或内部过热烧坏线圈绝缘造成线圈匝间短路。线圈开路比较好判断,量一下电阻即可,而匝间短路判断起来就麻烦一些,因为线圈本身电阻就小,不好通过电阻测试来分辨。

一般来说,有内部匝间严重短路的变压器,发热量较大,会将变压器线圈的包覆材料烤焦并有或多或少的焦糊味。这种情况通过观察变压器外观可以明显分辨出来。

有些变压器内部匝间短路,从外观上看不那么明显,经常维修开关电源的朋友可能会有这样的经历,就是检测甚至更换了开关电源部分除了变压器以外几乎所有怀疑的元件包括坡莫合金铁芯,电源还没有修好,最后才怀疑开关变压器损坏。如果有一种方法一开始就能检测变压器损坏,岂不省事?其实这是完全可以的,检测的仪器还是数字电桥。方法是,将数字电桥置于10KHZ测试电感损耗D值状态,在线测试就可以,不必拆下变压器,电桥信号电压选择0.3V,测试变压器主绕组线圈的D值,正常的变压器D值应<0.1,如果D值>0.2则判断变压器损坏。

除了开关变压器,数字电桥判断其它类型的变压器是否损坏也是适用的,但要注意选择频率时采用跟变压器实际工作频率接近的频率。

3)电磁继电器和接触器

电磁继电器和接触器是利用电磁线圈产生的电磁力配合弹簧和机械杠杆来控制触点的通断的一类器件,通常继电器有密闭的封装空间,尽量减少外接不良环境对触点的影响,相对接触器,它所控制的触点电流较小;接触器的触点电流较大。另有干簧继电器,其原理和电磁继电器大同小异,只是触点电流相对更小,触点密封,不受尘埃、潮气及有害气体污染,响应速度和可靠性也大大提高。

继电器和接触器的常见故障是触点接触电阻大、触点烧死、触点闭合时开路,测试时可以通过给线圈施加额定电压,检测触点的导通和闭合情况,线圈通电和不通电两种情况都要检测。可以使用万用表的欧姆档测量触点导通时的电阻,如无异常,基本接近0Ω,如果10Ω以上,则视为故障。如果触点可见,应急维修可将触点的烧蚀氧化部分挫掉,露出金属光泽,继电器或接触器可重新投入使用,为保险起见,建议更换新件为好

继电器线圈通电后,能量传至线圈,吸合衔铁,而断电后,如果不加任何措施,在由通电到断电转换过程中,线圈的电磁能量势必在线圈两端产生很高的自感电动势,会有很高电压,可能损坏其它元件,所以要在线圈上反向并联一个二极管,提供线圈电磁能量的释放回路。在线测试继电器的好坏时,可以根据二极管的方向,给二极管端施加一个反向的线圈额定电压来检测,而不必取下继电器检测坡莫合金铁芯

变频器和伺服驱动器等大电流的场合,很多电流检测需要用到霍尔传感器,霍尔电流传感器的工作原理是基于霍尔效应。给一块导电薄片在x方向通以一定电流,在z方向磁场垂直穿过薄片,那么导电薄片内电子在向负极运动过程中受到洛伦兹力作用,便向y+方向集聚,使得y+方向一端带负电,y-方向一端带正电,如果将两端电压VH引出测量,其大小与电流I及磁感应强度B成正比,如果电流I恒定,那么VH的大小就直接反应了磁感应强度B的大小,所以只要测量VH就可以可知B大小。

霍尔电流传感器的原理,穿心导线产生与电流成正比的圆周方向的磁场,该磁场垂直穿过铁芯中间的霍尔传感器,传感器感应的霍尔电压Vh与导线被测电流成正比,这样就可以非接触式地测量被测导线电流了。

实际的霍尔传感器,传感器有3根线,两根正负电源线,一根电流引出线,电流引出线M和0V之间接串联取样电阻,流过取样电阻的电流方向和大小与穿过传感器导线电流的大小和方向成正比,所以取样坡莫合金铁芯电阻两端的电压大小和正负就反应了导线电流的大小和方向。

霍尔电流传感器的检测方法

电流传感器损坏比较常见,最便捷的测试方法是通电后测试输出端对0V的电压,如果穿芯导线没有电流,传感器信号输出端电压应该是0V,如果测得电压偏移±1V以上,则判断霍尔电流传感器坡莫合金铁芯有问题。

某些霍尔传感器坡莫合金铁芯是接入单电源的,则对应穿心导线无电流时,信号输出电压为电源电压的一半,如接入5V电压,输出电压为2.5V。


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