基于毛细作用原理的电子膨胀阀线圈气孔研究与控制

2019年10月

河南科技

HenanScienceandTechnology

工业技术

基于毛细作用原理的电子膨胀阀线圈气孔研究与控制

张新富李文涛付志辉刘继续张武杰

（格力电器（郑州）有限公司，河南

郑州450001）

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

ResearchandControlofAirHoleofElectronicExpansionValveCoilBasedonCapillaryActionPrinciple

ZHANGXinfu

（GeliElectric(Zhengzhou)Co.,Ltd.，ZhengzhouHenan450001）

LIWentaoFUZhihuiLIUJixuZHANGWujie

Abstract:Accordingtotheflowdirectionofrefrigerant,thereiscondensationandfrostinginthecoilafterthrottlingduringheating.Ifthereareporesinthecoil,undertheactionofwatercapillarity,waterinfiltratesintothecoil,andwiththedefrostingswitchofairconditioner,thewaterphasestatechangesconstantly,whichwillproducethe\"freeze-thawerosion\"effect.

Keywords:airconditioner；electronicexpansionvalvecoil；capillaryaction；shortcircuit2018年3月，格力电器售后反馈多单电子膨胀阀线

1

失效模式确定

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。

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。

表1各月份电子膨胀阀线圈故障占比

报修月份

1234567891011总计12

故障数182227015787511021

故障占比/%

18222601578751

1001

图1电子膨胀阀线圈开裂和主板芯片烧坏

收稿日期：2019-09-04

作者简介：张新富（1981—），男，大专，工程师，研究方向：家电失效分析。

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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

第29期

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

对线圈进行浪涌试验验证，大电流对线圈影响确认

试验电流在4000A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。

表2

电子膨胀阀线圈浪涌试验情况

正负极夹持位置

试验电流/A

试验时间

设备量程试验结果1000～5000上升8μs，下降20μs

脉冲波0～15ｋA未见异常

卡扣与公共端

15000上升8μs，下降20μs

脉冲波0～绕组与骨架

15kA之间炸开50～1002ms方波0～阻值未见异

200A常150～200

2ms

方波0～阻值升高，200A放置后恢复

500～4000上升8μs，下降20μs

脉冲波0～未见爆炸异

公共端15kA

常与其他端子

正负极与端子连接处分别冒火花，

5000

上升8μs，下降20μs

脉冲波0～线圈未烧15kA

毁；试验后检测绝缘电阻与电气强度不合格

2.2采用故障电子膨胀阀线圈售后失效线圈过程检验确认（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

对比35空调使用环境确认

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才会出现化霜，左右就会出现化霜；具体测试情况如下。

其余两款机型制热运行46min况2℃2.3.1

相对湿度为35机型83.9%A测试电子膨胀阀结霜情况。外侧工

，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%4℃，30℃微霜；相对湿度为制热，在2/1℃工况下运行83.9%C管结霜，，30℃3制热，膨胀阀阀体轻微霜；个周期，C管结霜，拆电子膨胀阀线圈查膨胀阀阀体轻

外侧工况看，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。

图2机型A在制热管路结霜情况

2.3.2

35图3

机型化霜结束后阀体表面结霜融化

结露，制热情况下，BC系列试验。制冷情况下，管结露、结霜严重，隔音棉在吸气C管不会

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

第29期

基于毛细作用原理的电子膨胀阀线圈气孔研究与控制

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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图机型4

机型C低温制热测试。压缩机回气管结

B制热管路结霜情况

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

对售后旧件进行高温烘烤后绝缘耐压测试：售后故障件干态和浸水状态对比确认

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，与外壳形成导通连接。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。

打火烧熔

气孔

引出线

气孔

引出线

图5线圈引出线位置有明显气孔，并有打火痕迹

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

对厂家线圈物料随机测试

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空调整机模拟，厂家线圈出现匝间短路，在整机接通电源瞬间，同时对地短路。对故障件接实验室漏电保护开

关跳闸。

4.2

将故障电子膨胀阀线圈接入内机主板扫风电机电路通信故障验证

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

对水煮试验样品进行解剖检查，线圈解剖检查

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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