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基于毛细作用原理的电子膨胀阀线圈气孔研究与控制

范文

张新富李文涛付志辉刘继续张武杰

摘要：根据冷媒流向，制热时，线圈在节流后存在冷凝水凝聚和结霜。如果线圈有气孔，在水分毛细作用下，水分渗入线圈内部，伴随空调除霜切换，水分相态不断变化，将会产生“冻融侵蚀”效应。

关键词：空调;电子膨胀阀线圈;毛细作用;短路

中图分类号：U469.72文献标识码：A文章编号：1003-5168（2019）29-0081-03

Research and Control of Air Hole of Electronic Expansion Valve Coil

Based on Capillary Action Principle

ZHANG Xinfu LI Wentao FU Zhihui LIU Jixu ZHANG Wujie

（Geli Electric （Zhengzhou） Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450001）

Abstract： According to the flow direction of refrigerant， there is condensation and frosting in the coil after throttling during heating. If there are pores in the coil， under the action of water capillarity， water infiltrates into the coil， and with the defrosting switch of air conditioner， the water phase state changes constantly， which will produce the "freeze-thaw erosion" effect.

Keywords： air conditioner;electronic expansion valve coil;capillary action;short circuit

2018年3月，格力電器售后反馈多单电子膨胀阀线圈故障，往年电子膨胀阀线圈故障仅占电子膨胀阀类型故障的5%左右，而2018年的安装机故障中，线圈故障占50%左右。在反馈电子膨胀阀线圈失效故障中，60%以上故障导致控制器2003芯片同时失效，或者线圈故障反馈同时存在空调报通信故障异常。电子膨胀阀线圈烧坏旧件反馈厂家分析整改，厂家反馈电子膨胀阀线圈工作电压为12VDC，没有异常电压通入的情况下，无法造成此程度（线圈局部烧熔）上的售后异常[1]。电子膨胀阀线圈开裂和主板芯片烧坏如图1所示。

1 失效模式确定

统计2017年1月至2018年3月装机线圈故障（排除电子膨胀阀不调节异常），35机型A故障数和故障率最为突出。

对电子膨胀阀线圈故障进行月份占比统计，问题集中在冬季制热时出现异常，如表1所示。

电子膨胀阀线圈与控制器连带失效的故障存在冬季突出的情况。考虑控制器和电子膨胀阀线圈的通用性，初步确定该问题由三个原因引起：控制器在工作中存在较大电压和电流传入的情况;电子膨胀阀线圈本身存在缺陷，绕组与外壳短路，引起控制器失效，线圈初始状态下绕组与外壳短路，线圈使用一段时间后出现不良，可靠性较差;制热模式情况下，电子膨胀阀线圈存在容易失效的环境[2-4]。

2 失效分析

2.1 大电流对线圈影响确认

对线圈进行浪涌试验验证，试验电流在4 000A以下，未对线圈造成失效。对控制器输出信号检查，不存在2A以上异常电流波峰（整流二极管峰值电流为2A左右）。实际烧坏控制器主要在2003芯片电路损坏，整流电路正常，排除控制器异常电流对线圈造成的影响。电子膨胀阀线圈浪涌试验结果如表2所示。

2.2 售后失效线圈过程检验确认

采用故障电子膨胀阀线圈（绕组与外壳短路），在综合耐压测试工序测试，设备反馈耐压故障;在过程测试环节验证，机台直接跳电，二次测试出现控制器2003芯片烧坏。这说明过程测试环节可以对线圈初始状态下接地不良故障有效控制，排除线圈初始状态下不良，结合售后故障出现时间（10d以上），可确定电子膨胀阀故障为使用一定时间后出现异常。

2.3 空调使用环境确认

对比35机型A、35机型B、32机型C三种机型压缩机回气管在不同环境下的结霜情况，在制冷情况下，压缩机回气管均不会结露，在制热情况下，压缩机回气管均会结露，同时只有35机型A出现膨胀阀阀体结霜，结合售后反馈机型排查，线圈损坏的3款机型制热运行时间均为31min左右就会出现化霜;其余两款机型制热运行46min才会出现化霜，具体测试情况如下。

2.3.1 35机型A测试电子膨胀阀结霜情况。外侧工况2℃相对湿度为83.9%，30℃制热，C管结霜，膨胀阀阀体结霜;运行31min，化霜3min;外侧工况3℃相对湿度为83.9%，30℃制热，C管结霜，膨胀阀阀体轻微霜;外侧工况4℃相对湿度为83.9%，30℃制热，C管结霜，膨胀阀阀体轻微霜;在2/1℃工况下运行3个周期，拆电子膨胀阀线圈查看，线圈内沿有少量的冰霜。机型A在制热管路结霜情况如图2所示，化霜结束后阀体表面结霜融化情况如图3所示。

2.3.2 35机型B系列试验。制冷情况下，C管不会结露，制热情况下，C管结露、结霜严重，隔音棉在吸气管处有冷凝水，具体情况如下。一是高温制热工况（外侧7/6℃，相对湿度86.8%），C管结露比较严重，电子膨胀阀阀体有轻微结露现象，线圈表面干爽，吸气管结露严重，并打湿隔音棉吸气口周围处;二是低温制热工况（外侧2/1℃，相对湿度83.9%，P2），C管结霜严重，电子膨胀阀阀体有结露现象，线圈表面干爽，吸气管表面同样结霜，化霜过程中C管上的霜、冰均全部化完，运行49min，化霜6min;三是测试35机型B过程中，测试3台，有1台C管的冷凝水（开机1h）直接跌落在电子膨胀阀线圈上，同时打湿膨胀阀旁边隔音棉，C管走管一致性差，不可控。机型B制热管路结霜情况如图4所示。

2.3.3 32机型C低温制热测试。压缩机回气管结霜，膨胀阀及其连接管无结霜情况，包裹阻尼块无明显结露现象;运行46min，化霜7min。

从以上3种机型看，只有35机型A在制热过程中出现膨胀阀阀体及其前后连接管结霜，其余两款无结霜现象;从化霜周期看，35机型A制热运行31min出现化霜，其余两款机型均为运行46min、49min出现化霜;同时排查26其他机型、32/35机型A，其制热运行时间均为31min左右就会出现化霜，应为同一控制逻辑导致;电子膨胀阀线圈失效符合之前推测，电子膨胀阀线圈内沿结霜、冰过程中，冷凝水膨胀致使线圈薄弱处受损水汽进入线圈，导致有关故障。

2.4 售后故障件干态和浸水状态对比确认

对售后旧件进行高温烘烤后绝缘耐压测试：泄漏电流0.049mA，绝缘电阻41MΩ;对旧件浸水后测试，泄漏电流为29.9mA。数据可以说明，电子膨胀阀线圈绕组与外壳金属部分没有直接接触，封装材料存在缝隙，水分渗入后，与外殼形成导通连接。对故障件进行解剖检查，线圈引出线封装位置存在较为明显气孔，并存在打火情况，如图5所示。

3 失效机理确认

根据外机电子膨胀阀组件冷媒走向，在空调制热运行的过程中，空调运行一段时间后，电子膨胀阀表面产生冷凝水，在室外温度较低的情况下，电子膨胀阀与线圈中间冷凝水结霜。当线圈封装材料存在孔洞时，水分会渗入毛细孔洞，随着水分相态的不断变化，封装材料孔洞不断增大，水分渗入加剧，直至冷凝水与线圈带电绕组接触，导致线圈绕组间短路和绕组与外壳短路，外机主板2003芯片持续通过较大电流，导致芯片发热烧坏。

4 故障复现

4.1 线圈物料随机测试

对厂家A和厂家B来货43000344系列线圈物料随机各抽10件进行水煮和冷冻循环试验，试验48h后，有1件A厂家线圈出现匝间短路，同时对地短路。对故障件接空调整机模拟，在整机接通电源瞬间，实验室漏电保护开关跳闸。

4.2 通信故障验证

将故障电子膨胀阀线圈接入内机主板扫风电机电路（2003芯片电路），在扫风信号工作过程中，出现显示屏闪异常，测试7812稳压块输出电压，在工作过程中，电压下降2VDC左右。将线圈接入整机，取消整机接地。空调在开机后报E6故障，说明在线圈在进水后，在不接地情况下，内部绕组匝间短路，拉低通信电压，影响内外机通信。

4.3 线圈解剖检查

对水煮试验样品进行解剖检查，线圈内部铁壳存在水膜情况，在引出线侧封装材料内部存在较多密集气孔情况。

5 结论

通过对售后故障件、来货物料水煮试验故障复现和解剖，笔者确定线圈本体存在气孔缺陷，如果线圈工作环境无阻尼块等防护，空气中的水分冷凝、凝固在线圈表面，频繁的空调除霜导致电子膨胀阀线圈与阀体间水分不断融化与结冰。不断相变的水分引起线圈塑封材料的侵蚀，导致线圈密封失效，连带引起控制器故障。本研究确定实施以下整改控制措施：对电子膨胀阀线圈注塑模具调整，在注塑体积较大的引出线位置增加两个注料孔和两个排气孔，减少气孔产生;为加速线圈本体毛细渗透，对电子膨胀阀线圈成品进行水煮试验验证。

参考文献：

[1]叶荣.空调系统中电子膨胀阀的控制及应用[J].制冷与空调，2012（6）：122-127.

[2]岳孝方，陈汝东.制冷技术与应用[M].上海：同济大学出版社，1992.

[3]王兴天.注塑成型技术[M].北京：化学工业出版社，1991.

[4]刘建林.微力无边：神奇的毛细和浸润现象[M].北京：清华大学出版社，2016.

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