В статье описывается методика поиска неисправностей степлера типа J-102А, а также приводится его электрическая схема.
Однажды мне принесли в ремонт электрический строительный степлер марки J-102A. Устройство уже побывало в руках неизвестных ремонтников, поскольку «родную» кнопку включения уже заменили (рис.1) на концевой включатель марки МП1101ЛУХЛЗ 10А (у которого используются только нормально разомкнутые контакты), а так же имелись следы пайки на плате и электродах тиристора.
Рис. 1
По информации пользователей, устройство работало хаотически — то работает, то не работает, причём картина ещё изменялась и от температуры окружающей среды.
Поверка на принудительный изгиб провода, по которому на степлер поступает напряжение питания из сети 220 В/50 Гц, позволила определить обрыв одного из проводников Исправление обрыва не привело к восстановлению работоспособности степлера, однако указало на наиболее вероятную первопричину его выхода из строя.
Поскольку силовая часть степлера — соленоид L1 и его подвижный сердечник, выполняющий функцию бойка, являются источниками достаточно мощных ударных механических колебаний, для увеличения надёжности печатная плата степлера с СМД деталями была покрыта изготовителем достаточно толстым слоем компаунда, по прочности примерно равного прочности пластифицированной эпоксидной смолы.
Чтобы добраться до деталей и печатных дорожек, пришлось нагревать плату горячим воздухом от монтажного фена, и затем механически удалять всё это покрытие. После снятия компаунда с ремонтируемой печатной платы оказалось, что некоторых радиокомпонентах отсутствовала маркировка.
Пришлось копать «глубже», и срисовывать с имеющейся печатной платы схему, а так же разбираться с алгоритмом её работы. Электрическая схема степлера приведена на рис.2, эскиз печатной платы на рис.З.
Рис. 2
Первичный осмотр электрических соединений степлера показал, что тиристор VS1 выполняет одновременно две функции — он служит однополупериодным выпрямителем для соленоида L1 и, одновременно, управляемым силовым ключом.
Рис. 3
Поэтому проверку я начал с простой замены тиристора VS1 типа ВТ151 500R на известно исправные тиристоры КУ202Н, Т122-32-8, а затем и на новый тиристор ВТ151 500R. Замена ничего не дала — степлер делал один — два удара, а потом по непонятным причинам переставал реагировать на нажатие концевого включателя.
После этого я перешёл к поузловому поиску неисправности, для чего в цепь его анода вместо соленоида L1 временно была включена цепочка из 3 лампочек накаливания КМ60 (60 В 50 мА). Степлер был подключён к сети. Свечение лампочек не наблюдалось, что могло говорить о закрытом (или оборванном?) проводящем переходе тиристора VS1 Для проверки работоспособности тиристора VS1 его управляющий электрод был отсоединён от схемы управления
степлера. После чего была собрана испытательная схема, которая приведена на рис.4. Работа схемы очевидна и заключается в подаче с анода испытываемого тиристора VS1 в цепь его управляющего электрода положительного открывающего напряжения через вспомогательную цепочку VD1R1SB1.
Рис. 4
Степлер был присоединен к сети. При замыкании контактов концевого выключателя SB1 (рис.4) лампочки HL1- HL3 светились. При размыкании контактов концевого выключателя SB1 (рис.4) лампочки HL1-HL3 переставали светиться. Отсюда следовало, что тиристор VS1 типа ВТ151 500R, как силовой элемент, исправен, а так же то, что он имеет ток удержания больше 50 мА. Теперь стало очевидным. что неисправны элементы схемы управления тиристором VS1.
После проверки цепочка
VD1R1SB1 была отключена от схемы рис.4, цепь управляющего электрода восстановлена, а лампочки HL1-HL3, которые на время испытаний тиристора VS1 были включены в его анодную цепь вместо соленоида L1, для продолжения дальнейших (безударных) испытаний степлера были временно оставлены.
На первом этапе проверки компонентов схемы управления были измерены значения напряжений на электродах активных и пассивных элементов.
Значение напряжений на обкладках конденсаторов СЗ (1 В) и С4 (1,3 В) (см. рис.2) которые измерены при помощи мультиметра типа АРРА 82, были неустойчивыми. Конденсаторы СЗ и С4 были отсоединены из схемы, и подверглись дополнительной инструментальной проверке на соответствие значению ёмкости маркировке на корпусе, и наличие утечки при помощи омметра и измерителя ёмкости мультиметра.
У конденсатора СЗ маркировка имелась, а его сопротивление (в обе стороны) равнялось 2 кОм, что однозначно определяло его неисправность. Конденсатор СЗ был удалён с платы и заменён конденсатором типа К57-17 2,2 мкФ 160 В.
Эта замена к восстановлению работоспособности степлера так же не привела, хотя напряжение на конденсаторе СЗ при разомкнутых контактах концевого выключателя SB1 увеличилось до 3 В, и показания вольтметра мультиметра всё так же были не устойчивыми.
Конденсатор С4 не имел нанесённой маркировки, его измеренная ёмкость равнялась 0,25 мкФ, утечка отсутствовала, поэтому на данном этапе проверки он не заменялся, и не удалялся с платы Ёмкости конденсаторов С1, С2, С5 соответствовали маркировке, при поведении измерений их ёмкости без отсоединения их из платы.
Омметром были проверены активные элементы схемы, а именно переходы транзисторов VT1-VT3, что указывало на их предполагаемую исправность. Физическая замена транзисторов VT1-VT3 на заведомо исправные транзисторы типа 1АМосI и BS547 так же не дала положительного результата.
Как видно из рис.2. в схеме управлении тиристором VS1 имеются четыре маломощных однополупериодных выпрямителя с ограничивающими ток через них резисторами R2VD1, R7VD3, R8VD4, R10VD5:
- пульсирующее положительное напряжение с цепочки R2VD1 используется для формирования управляющих синхроимпульсов с частотой 25 Гц и амплитудой, равной напряжению стабилизации стабилитрона VD2;
- положительное напряжение с цепочки R7VD3 используется для заряда включающего тиристор VS1 конденсатора СЗ;
- положительного напряжение с цепочки R8VD4, и отрицательное напряжение с цепочки R10VD5 используется для формирования сигнала управления тиристором VS1 от контактов концевого выключателя SB1;
- откалиброванное по амплитуде (около 11 В) сетевые синхроимпульсы управления поступают на делитель напряжения на резисторах R3R4, а с него — на базу транзистора VT.
К базе транзистора VT1 так же подключён коллектор транзистора VT3. Транзистор VT3, управляется по базе напряжением с выпрямителей на диодах VD4 и VD5, полярность которого зависит от положения контактов кнопки SB1.
Известно, что в таких схемах тиристор VS1 переходит в проводящее состояние только тогда, когда положительное напряжение на его аноде, синхронизировано с положительным импульсом управления, который поступает на его управляющий электрод.
При замыкании контактов концевого выключателя SB1 тиристор VS1 открывается, и на обмотку соленоида L1 на время положительного полупериода питающей сети поступает напряжение. Сердечник соленоида L1 приходит в движение, и происходит рабочий удар по скрепке. При появлении на аноде тиристора VS1 отрицательного напряжения тиристор закрывается, и ток через соленоид прекращается.
Если контакты концевого выключателя SB1 в это время замкнуты, то второго удара не происходит, поскольку конденсатор СЗ разряжен Если контакты концевого выключателя SB1 в это время разомкнуты, ситуация не изменяется, поскольку транзисторы VT1 и VT2 закрыты, а конденсатор СЗ находится в процессе заряда.
Очевидно, что второй удар может быть тогда и только тогда, когда контакты концевого выключателя SV1 сначала размыкаются, а только потом — замыкаются.
Дребезг контактов кнопки SB1 и другие возможные быстротекущие переходные процессы подавляются в схеме достаточно хорошо благодаря наличию цепей (R7C3, R8R10C4) с достаточно большими постоянными времени заряда и разряда (R9C4).
Исходя из опыта работы с тиристорами, был сделан вывод, что значения напряжения (3 В) на конденсаторе СЗ явно недостаточно для переключения тиристора VS1.
Для проверки возможного влияния утечек транзисторов VT1 и VT2 на значение напряжения на конденсаторе СЗ транзисторы VT1 и VT2 были удалены с платы. Степлер был включен сеть 220 В/50 Гц. Напряжение на конденсаторе СЗ повысилось до 6 В. Степлер был отключён от сети, а в плату был запаян транзистор VT2. После включения в сеть напряжение на конденсаторе СЗ не изменилось, что означало отсутствие существенного влияния сопротивления закрытого
VT2 на значение напряжения на конденсаторе СЗ. После этого в плату был установлен транзистор VT1. Напряжение на конденсаторе СЗ понизилось до 3 В.
Для выяснения, что же в итоге влияет на понижение напряжения на конденсаторе СЗ — значение сопротивления перехода э-к транзистора VT1, или помеха (некоторое положительное напряжение на базе относительно эмиттера, которое его приоткрывает) по цепи его управления, его база была кратковременно отсоединена от платы. Напряжение на конденсаторе СЗ увеличилось до 6 В.
Такой результат однозначно определял исправность транзистора VT1, а так же то, что транзистор VT3 не полностью открывается. Поскольку управление транзистором VT3 осуществляется поступлением в цепь его базы напряжения с конденсатора С4 (в статике и в динамике) состоянием контактов концевого выключателя SB1 на данный момент, стало очевидно, что уровня напряжения на имеющейся ёмкости конденсатора С4 (0,25 мкФ) не хватает для обеспечения достаточного открывания перехода э-к-транзистора VT3 и как результат, нормальной работы всей цепи управления. Поэтому конденсатор С4 был удалён с платы, и заменён на новый, заведомо исправный конденсатор ёмкостью 1 мкФ.
После такой замены и включения степлера в сеть каждое замыкание контактов концевого включателя SB1 приводило к вспышке ламп накаливания HL1-HL3. После размыкания контактов концевого выключателя возникновения повторной вспышки лампочек не наблюдалось.
Контрольные лампочки были отсоединены, а соленоид L1 присоединён к схеме степлера. После этого была проведена послеремонтная механическая сборка корпуса и окончательная проверка. Степлер заработал нормально.
Детали
Транзисторы VT1,VT2,VT3 можно заменить на любые кремниевые СМД транзисторы с напряжением э-к от 10 В и выше, например, SK2, BS547 — 847 (UK-Э max = 45 В, UK-б max = 50 В, Р = 350 мВт) или 1АМосI.
SMD конденсатор СЗ обязательно должен быть с малой утечкой, танталовый, для ремонта такой можно «добыть» с материнских плат от неисправных ПК.
Индуктивность соленоида L1, измеренная при помощи измерителя иммитанса Е7 -15 равна 19 мГн, диаметр провода обмотки — 0,5 мм.
Рекомендации
Для надежной и долговременной работы степлера, при замене конденсатора СЗ всё же лучше установить не оксидный конденсатор (например, типа К73-17). Дело в том, что конденсаторы такого типа «легко» переносит длительную работу в цикле заряд — полный разряд, и не требуют формовки, что возможно после длительной паузы в использовании инструмента, а так же работе при низких температурах Этого нельзя сказать об оксидных конденсаторах, к которым относятся, в том числе, и использованные производителем в схеме степлера SMD танталовые конденсаторы.
То, что при такой замене конденсатор СЗ будет явно больших габаритов, не проблема — его можно без труда установить внутри корпуса степлера, зафиксировав клеем.
Автор: Сергей Ёлкин, г. Житомир
