Analiza działania bloku zasilania modułu trójfazowego pralki Ariston / Indesit

Niektóre pralki Ariston / Indesit były wyposażone w bezszczotkowe, asynchroniczne klatkowe indukcyjne silniki trójfazowe. Silnik taki jest zdecydowanie lepszy od silnika z komutatorem, stosowanego od około 15 lat w pralkach. Podstawowe zalety takiego napędu:

• cichsza praca z uwagi na brak ślizgania się szczotek po komutatorze

• brak strat komutacji - nie ma tarcia

• brak zużywających się szczotek

• brak pyłu węglowego, który jest przyczyną zwarć w instalacji i uszkadzania elektroniki po kilku latach

• większe możliwości sterowania silnikiem przy niższych obrotach - możliwość bardzo wolnego obracania bębna

• lepsze własności dynamiczne silnika trójfazowego w zakresie niskich prędkości - możliwość utrzymywania bardzo stałych, niskich obrotów mimo znacznych zmian obciążenia spowodowanego opadającym wsadem w pralce

• możliwość wykonania szybkiego zatrzymania bębna i nawrotu, co w silniku komutatorowym skutkowałoby łukiem na komutatorze

Wada takiego układu to bardziej skomplikowany układ sterownia takim silnikiem, tranzystory muszą być kluczowane z częstotliwością kilkunastu kiloherców zogdne ze ściśle określonym algorytmem. Do załaczania i wyłączania tranzystorów IGBT zgodnie z przyjetym algorytmem służy specjalizowany mikrokontroler sterujący silnikiem. Warto zwrócić uwagę, że z racji niezbędnej mocy obliczeniowej a także niezawodności mikrokontroler sterujący pralką nie steruje samym silnikiem. Zagadnienia te sa szczegółowo omówione w każdym podręczniku energoelektroniki tak więc odsyłam do lektury. Jeśli chodzi o praktyczną realizację algorytmu sterowania takim falownikiem, firma STM udostępnia na swojej stronie dość obszerną dokumentacje wraz z bibliotekami które znacznie ułatwiają samodzielne oprogramowanie procesora sygnałowego.

Napęd tego typu nie jest niczym nadzwyczajnym, przyszłość napędów regulowanych należy do silników asynchronicznych z falownikami, zarówno przy małych mocach jak i przy mocach dużych (np. trakcja elektryczna). Jest to najnowocześniejszy i najbardziej przyjazny środowisku sposób sterowania silnikiem, ciągle jest on doskonalony oraz popularyzowany. Warto zauważyć, że na chwilę obecną nie wymyślono nic lepszego. Tak jak do muzeum zabytków techniki odeszły pralki z bezszczotkowymi silnikamii dwubiegowymi, które nie umożliwiału prawidłowego rozłożenia wsadu oraz kontrolę drgań bębna (np. PS 663 Bio, Wiatka), tak tylko kwestią czasu jest odejście silników komutatorowych. Cena takiego modułu - około 450zł w serwisie Ariston / Indesit jest nawet niższa niż modułów z klasycznym silnikiem komutatorowym do pralek innych marek, co dowodzi, że nie ma tu nic szczególnie kosztownego, co byłoby przeszkodą w popularyzacji tego napędu do pralek z niższej półki.

Charakterystycznym elementem tego modułu jest duży radiator z sześcioma tranzystorami mocy oraz duży element przypominajcy do złudzenia transformator sieciowy.

 

Rysunek powyżej przedstawia widok mostka trójfazowego składającego się z sześciu tranzystorów mocy IGBT. Tranzystory te przytwierdzone są do radiatora umieszczonego na module pralki. Trudność w ich sterowaniu polega na tym, aby na wyjściu mostka w poszczególnych fazach uzyskać prąd o sinusoidalnym kształcie oraz aby w żadnej chwili nie załączyć tranzystorów leżących nad sobą, co spowodowałoby zwarcie i zniszczenie mostka. Tylko prąd o sinusoidalnym kształcie zapewnia prawidłową pracę silnika asynchronicznego i rozwijanie przez niego wysokich momentów rozruchowych przy niskiej prędkości obrotowej.

Blok zasilania tego modułu, choć w sumie stosunkowo prosty w budowie i działaniu, przysparza wiele kłopotu początkującym serwisantom, dlatego postanowiłem opisać wyniki mojej analizy jego działania. Oczywiście nie jest to wyczerpujące, gdyż analiza była prowadzona pod kątem konkretnej naprawy, mam nadzieję, że komuś pomoże to naprawic moduł tego typu.

Poważnym utrudnieniem podczas analizy działania tego modułu jest fakt, iż jest on wykonany w technice druku dwustronnego, dlatego istnieje konieczność zdemontowania wielu elementów, aby prześledzić druk i zrozumieć w praktyce dość prostą zasadę działania. Wylutowywanie elementów montowanych w tulejkach przelotowych wymaga nieco cierpliwości i wprawy.

Moduł składa się z dwóch zasilaczy. Pierwszy z nich, oparty o układ TNY264PN produkcji Power Integrations dostarcza wszystkich napięć niezbędnych do poprawnej pracy elektroniki, zarówno dla obu procesorów jak i dla driverów falownika. Zasilacz ten, z wyjątkiem obwodu zasilanego ze złącza J5 nie jest izolowany galwanicznie. Sterownik ten jest bardzo popularny,a co za tym idzie, dość łatwo osiągalny.

Zasilacz drugi składa się z mostka prostowniczego D6, kondensatora C46, dławika L2 (który skądinąd wygląda jak transformator, którym oczywiście nie jest), przekaźnika K2,termistora dostarczającego napięcia 310V do falownika zbudowanego w oparciu o mostek trójfazowy z sześciu tranzystorów IGBT sterowanych przez specjalizowane drivery IR2106 produkcji International Rectifiers. W obwód prądu przemiennego wtrącony jest termistor ograniczający prąd ładowania elektrolitu sieciowego dużej pojemności.

Naprawę martwego modułu należy rozpocząć od zalutowania złącza wyłącznika blokady J4 oraz podania napięcia sieciowego na złącze J2. Moduł przygotowany do naprawy przedstawia fotografia poniżej.

Wówczas prawie wszystkie obwody modułu otrzymują napięcie sieciowe tak więc można prowadzić pomiary. Na elektrolicie sieciowym C60 powinno być napięcie około 310V, brak sugeruje przerwę w obwodzie zasilania lub niezalutowane złacze blokady. Ponieważ zasilanie do przetwornicy jest doprowadzone dość złożoną drogą, prześledzenie wymaga poświęcenia jej dłuższej chwili.

Zasilanie elektrolitu sieciowego C5 odbywa się poprzez mostek D6, dławik L2, dławik L1, przekaźnik K2, termistor oraz zalutowane styki blokady, tak wiec dopiero po włączeniu pralki zostanie on naładowany. W stanie bezprądowym przekaźnik podaje napięcie na falownik.

Zasilacz jest załączany poprzez zabezpieczenie termiczne silnika, włączone pomiędzy piny złącza J9, tak więc niemożliwe jest pojawienie się napięcia 310V przy module odłączonym od instalacji pralki. Podczas naprawy zasilacza falownika odpowiednie piny należy zalutować.

 

Przede wszystkim, zgodnie z instrukcją serwisową pralki, napięcie sieciowe powinno sie pojawić po zamknięciu drzwi na zasilaniu elektrozaworów poboru wody. Sa to piny 2,3, 6 złącza J11. Zawory są zasilane przez triaki Q11, Q12 i Q13. Triaki te, jak to ma miejsce we wszystkich współczesnych pralkach są sterowane bez izolacji galawanicznej poprzez procesor główny, także w razie zwarcia może dojśc do uszkodzenia procesora. Rozważania dlaczego jakiekolwiek zwarcie powoduje uszkodzenie triaka oraz elementów współpracujących, a także dlaczego producenci nie stosują żadnych bezpieczników może będa kiedyś tematem kolejnego artykułu - jest to bardzo interesujące zagadnienie z zakresu energoelektroniki.

Fotografia obok przedstawia fragment z przetwornicą modułu trójfazowej pralki Ariston, częściowo zdemontowanego, aby zaobserwować prowadzenie ścieżek. Pod elektrolitem sieciowym widać prowadzenie ścieżki do sterownika przetwornicy. Aby ułatwić kontrolę przetwornicy, na fotografii są opisane prawidłowe napięcia w czasie pracy na poszczególnych kondensatorach elektrolitycznych.

Brak napięcia na w/w pinach sugeruje uszkodzone styki blokady, ew. upalony laminat. Następnym krokiem jest pomiar napięcia stałego na C60. Powinno być około 310V. Brak wskazuje na uszkodzony R141 lub ścieżkę od J11 do R141, ew diod e przez którą kondensator ten jest ładowany (prostownik jednopołówkowy).

Jeśli napięcie jest, należy skontrolować napięcia wyjściowe przetwornicy. Brak napięć dowodzi, że przetwornica nie pracuje. Jeśli pomiędzy pinami D i S TNY264 panuje napięcie ok 300V należy podejrzewać uszkodzenie samego sterownika przetwornicy, aby podjąć decyzję, należy zapoznać się z dokumentacją sterownika TNY264 aby znależć przyczynę braku startu.

Powyższa fotografia przedstawia uszkodzoną przetwornice opisywanego modułu. Prawdopodobną przyczyną uszkodzenia podaną przez klienta było zalanie. Widać wyraźnie bez żadnych badań że układ TNY264P jest uszkodzony (wypalenie nad literką K) i na pewno trzeba go wymienić bez żadnych dodatkowych badań samego układu. Po powiększezniu uszkodzenie widoczne jest jeszcze bardziej. Konieczne jest natomiast dokładne oczyszczenie płyty, aby usunąć pozostałości, które spowodowały zwarcie, aby sytuacja się nie powtórzyła.

Komunikacja pomiędzy panelem sterującym a modułem głównym odbywa się poprzez magistralę I2C, do której podłączona jest również pamięć konfiguracyjna EEPROM. Jeśli procesor znajdujący się na płycie wyświetlacza nie jest w stanie się skomunikować z modułem głównym zostanie zwrócony błąd F12. W razie braku odpowiedzi z układu EEPROM pojawi się F09. W praktyce, F12 zgłoszony zostanie gdy procesor główny nie żyje, nie otrzymuje zasilania lub w linii SDA lub SCL jest przerwa lub zwarcie. W celu zdiagnozowania tej usterki należy zmierzyć rezystancje pomiędzy SDA i SCL a masą oraz linią 5V. Jeśli jest w granicach kilku kiloomów, należy sprawdzić ciągłość tych linii od procesora na panelu sterującym do procesora głównego oraz ukłądu EEPROM.

Na płycie znajduje się też drugi procesor, sterujący falownikiem napięcia silnika. Procesor ten jest zasilany napięciem 3.3V dlatego ze względu na różnicę napieć, sterowanie odbywa się poprzez trzy optotriaki SFH6156-2. Sterowanie to jednak nie ma nic wspólnego z magistralą I2C pomiędzy EEPROM, procesorem głównym i procesorem na panelu.

F09 zostanie zwrócony gdy nie żyje sam EEPROM tzn. nie odpowiada na rozkazy posyłane przez I2C ale nie powoduje zwarcia I2C lub w razie błędnej zawartości - w razie uszkodzenia wsadu.

Największą trudnością podczas naprawy tego modułu jest uszkodzenie zawartości pamięci konfiguracyjnej EEPROM, co w tych pralkach niestety zdarza się czasem samoistnie. Synalizowane są wówczas różne błędy, których nie da się usunąć w żaden sposób kontrolując elementy z tabeli w instrucji serwisowej np. moduł sygnalizuje F04, a NTC oraz wiązka jest dokładnie sprawdzona i działa. Konstruktor tych modułów przewidział konfigurację tych pralek na dwa sposoby. Pierwszy polega na podłączeniu palmtopa lub karty SMART do złacza diagnostycznego modułu i dokonanie konfiguracji. Na chwilę obecną nie posiadam informacji o możliwościach zdobycia w/w sprzętu ani oprogramowania poza serwisem autoryzowanym, którym dałoby sie połączyć z modułem od tych pralek. Druga możliwość to zakup prekonfigurowanej pamięci EEPROM w serwisie. Jej koszt nie jest wysoki, jednak trudność w prawidłowym jej doborze - te same modele miały kilka wersji wsadów powoduje błędy oraz kłopotliwe oczekiwanie, a także zmusza do kilkakrotnego diagnozowania pralki. Natomiast nowy moduł zakupiony w serwisie pamięci EEPROM nie posiada lub posiada pamięć nie zaprogramowaną. Jego zawartość jest o tyle istotna, że ustawienia konfiguracyjne dotyczą współpracy pomiędzy modułem użytkownika, na którym podobnie jak na module, znajduje sie mikrokontroler. Konfigurowanie modułu za pomocą wsadu EEPROM umożliwia producentowi stosowanie małej liczby modułów, a poszczególne modele różnią sie tylko wsadem ww. pamięci.

Inni producenci również stosują przypisywanie modułów do konkretnych modeli za pomocą pamieci konfiguracyjnej, ale pralki te mają ustalone procedury konfiguracyjne dostępne w trybie serwisowym.

Niniejszy opis napisałem korzystając z insrukcji serwisowej pralki Ariston AMD 129 PL

---