关于电子膨胀阀误动作故障的研究

范毓峰

（珠海格力电器股份有限公司 广东珠海 519070）

关于电子膨胀阀误动作故障的研究

范毓峰

（珠海格力电器股份有限公司 广东珠海 519070）

电子膨胀阀作为空调制冷的关键零部件，其故障对产品性能有重大影响，生产过程及售后反馈的误动作是电子膨胀阀常见故障，本文结合实际生产制造工艺的经验分析电子膨胀阀误动作失效故障、失效机理和预防措施。

电子膨胀阀；焊接；保护气体；控制逻辑；流量调节

1 引言

电子膨胀阀是一种根据电子设定程序，控制施加于膨胀阀上的电压或电流，从而控制阀针的动作实现阀口流通面积改变达到流量自动调节目的的节流器件，属涉及空调整机性能的关键零部件。在变频系统中，正常工作条件下采用电子膨胀阀的变频空调系统性能平均比采用毛细管的高近10%[1]。在国内，大型电子膨胀阀的应用已经有很长的历史，由于电子膨胀阀的优点，并且随着电子膨胀阀成本的下降，开始有小型电子膨胀阀应用于小型制冷设备，如果在生产过程中的焊接、装配等工艺没有做到最好的匹配和防护，将会导致不同的故障出现，并且基本上所有的问题都会在电子膨胀阀本体上得到体现，主要包括：泄漏、噪音、误动作、失步等故障。

2 电子膨胀阀结构及机理

电子膨胀阀的结构如图1所示，图中阀针会根据永磁步进电机的励磁方式上下移动，改变阀针和阀体之间的间隙，即节流口的大小，从而起到节流并控制制冷剂流量的作用。由于电子膨胀阀不能按照控制器的要求正常运行到预定开度称为误动作[2]，电子膨胀阀机械部分卡死和接线错误以及其他一些电气故障都有可能引起阀门的误动作。本文主要电子膨胀阀误动作的主要故障进行分析，研究失效原因，并从各质量管理环节源头提出管控的措施、建议。

3 电子膨胀阀误动作故障的分析研究

通过查阅资料、现场观察、试验验证、头脑风暴法等方法，从多方面进行分析和研究，得出电子膨胀阀误动作故障主要有以下几方面影响因素：

3.1 电子膨胀阀误动作故障原因一：阀体变形

经解剖售后返回的不良品发现，其内部的顶

针与塑料阀座出现粘连现象，从而导致阀体不能自由打开关闭，电子膨胀阀卡死无法动作，如图2所示。前期的研究表明，阀座变形主要原因是是受外界高温影响,经现场排查在生产过程导致高温变形有以下两个方面因素：

图1 电子膨胀阀的结构

图2 阀体变形

图3 电子膨胀阀磁场原理图

图4 正常和异常的磁极对比

（1）阀体直接受热：电子膨胀阀的阀体在管路焊接时被焊接火焰灼伤，导致阀座受热变形，在电子膨胀阀的规格书中已明确适用环境温度：-30℃～60℃，目前在生产过程中已采用泡水、包湿布等方式有效的隔离和防护，经现场确认在实际生产中均采用有效的防护措施。

（2）阀体间接受热：某型号的电子膨胀阀规格书中规定适用流体温度：-30℃～70 ℃，电子膨胀阀的阀座是由聚苯硫醚组成的，资料研究表明：聚苯硫醚变形临界温度为120℃，目前电子膨胀阀的焊接采用充氮防护工艺，由于铜管内外压差影响，氮气在流经焊点加热处会被铜管传热，流经阀座后可能会存在灼伤阀座隐患。

3.2 电子膨胀阀误动作故障原因二：磁极异常

电子膨胀阀磁体按照要求进行充磁，此时磁体会带有相对应的磁极分布，当线圈按照正常通电（开阀顺序:A→AB→B→BA→A→AB→B→AB）会有一个极爪磁极的变化运动，转子会受到对应的磁力产生转动（如图3所示）。阀针会根据线圈的改变，改变阀针和阀体之间的间隙，即节流口的大小，从而起到节流并控制制冷剂流量的作用。而磁极异常会导致磁体受到的磁力发生变化，当转子在某个位置应该受力达到平衡而出现磁力异常造成电子膨胀阀无法动作现象。

通过理论分析，针对生产过程发现某电子膨胀阀异常的问题，对正常和异常的阀体解剖并进行了表磁测试，情况如图4。

从图4中曲线看出，合格的转子表面磁场分布均匀，误差＜5%。不合格的转子表面磁场分布不均，误差为16.6%，导致上述表面磁场分布不均匀，部分型号的磁体材料采用铁氧体材料，磁体在生产过程中有近距离接触过强磁铁，强磁铁破坏了转子的磁极分布。

3.3 电子膨胀阀误动作故障原因三：系统脏堵

由于磁体与外壳间的间隙很小，有杂质异物进入磁体与外壳间隙会使得转子转动的阻力增大，出现卡死无法动作的问题，异物进行系统有以下几个方面原因：

（1）厂内管路焊接环节，如果没有进行有效的充氮保护，使得焊接过程中铜管氧化产生氧化皮，整机运行时随着系统冷媒流动进入到电子膨胀阀内，卡死电子膨胀阀。

（2）追溯整个系统，压缩机磨损产生的铁屑随着系统流入到电子膨胀阀处，导致电子膨胀阀卡死。

（3）制冷剂及其他制冷系统零部件的有杂质和异物，在系统运作时随着制冷剂的流动到电

子膨胀阀内，卡死电子膨胀阀。

3.4 电子膨胀阀误动作故障原因四：电气连接故障

电子膨胀阀是与控制器一起使用的，电子膨胀阀的接线关系到电子膨胀阀的控制方式以及运行方式，电子膨胀阀的最终动作是通过控制器根据温度传感器和压力传感器数据计算过热度，然后根据逻辑计算向电子膨胀阀发出相应的开度脉冲。所以接线故障会引起电子膨胀阀各种误动作，从而导致电子膨胀阀不能开启或运行不到位等情况出现。

通过对电子膨胀阀接线和控制的分析可以更深入地了解电子膨胀阀出现此类故障后的解决办法。

4 关于电子膨胀阀误动作故障的预防措施

对于阀体直接受热，目前在生产过程中已采用泡水、包湿布等方式有效的隔离和防护，经现场确认在实际生产中均采用有效的防护措施，对于电子膨胀的的直接受热可有效的避免和防范，对于间接受热，对不同规格的电子膨胀阀需采取不同的充氮方式，为了验证方式的可行性，特制定了以下试验验证方案：

试验目的：验证生产过程中不同的充氮方式气体流经电子膨胀阀内部温度；

试验对象：某规格型号的电子膨胀阀5件；

试验准备：测温仪1台、充氮焊接的装置一套；

试验步骤：使用温度探头装入阀体内部采用阻尼块封口，然后分别采用不同的充氮方式进行焊接，通过测量小孔温度，以判定气体流经阀座与阀体内部温度，并通过测温仪测定并记录（如图5所示），某电子膨胀阀组件测温对比数据如表1。

通过表1数据说明：该电子膨胀阀采用直充氮工艺时平均测量温度达到了125.9℃，已经超过了聚苯硫醚变形120℃的临界温度，直充氮方式容易灼伤阀座变形，采用预充和间歇式充氮可以改善氮气流经阀体内部温度的温度。

因此在实际生产过程中需通过理论分析并重新组织生产验证，细化电子膨胀阀的充氮焊接工艺方法，对不同规格的电子膨胀阀采用直充氮、预充氮、间歇式充氮等工艺方法，对工艺方法和标准等进行修订和完善。

表1 不同充氮方式温度对比表（℃）

图5 测温仪显示温度

图6 强磁铁限位固定

生产装配实际过程中在一些情况下需要使用磁铁用于力矩工具加磁、粘贴标识、开闭电磁阀等可移动磁体，由于不清楚磁铁对电子膨胀阀的危害，导致磁铁碰触到了电子膨胀阀导致电子膨胀阀磁极异常，因此生产过程中需要对强磁材料需要生产过程中的严格控制。如必须使用磁铁工装可考虑将磁铁工装进行线边固定（如图6所示），防止磁体直接接触阀体。

目前电子膨胀阀磁体材料使用较为广泛，有树脂、钕铁硼、铁氧体、稀土等材料，其中部分材料易受强磁性影响重新极化，因此需进一步对电子膨胀阀磁体材料进行选型研究，从磁体可靠性、磁极分布状态、生产工艺控制等方面进行深入分析形成相关标准，以便在产品开发、检验、生产等环节应用和提前预防控制。

电子膨胀阀作为高精密元器件，其节流口非常小，制冷系统中的一些杂质、焊接产生的氧化皮等都会导致电子膨胀阀发生堵死故障，因此在生产过程中需要保证系统内部清洁度，注意机组安装环境和使用环境，另外在制冷系统的设计上，使用电子膨胀阀的系统建议在入口处安装干燥过滤器。

电子膨胀阀的最终动作是通过控制器根据温度传感器和压力传感器数据计算过热度，然后根据逻辑计算向电子膨胀阀发出相应的开度脉冲。所有电子系统所有可能产生的普通故障在这个系统上都有可能产生，比如接线松动、电源不稳定、电磁干扰等都可能造成电子膨胀阀控制失控产生误动作，通过对电子系统的分析可以更深入地了解电子膨胀阀出现此类故障后的解决办法。

[1] 邵双全，石文星，李先庭等.《电子膨胀阀与毛细管在变频空调系统中的性能分析》[J]．流体机械,2001.29

[2] 徐健南等.《塑料材料》.北京.中国轻工业出版社.1999

Research of electronic expansion valve failure

FAN Yufeng
(GREE Electric Appliances, Inc. of Zhuhai Zhuhai 519070)

Electronic expansion valve as a important refrigeration components, if it is failure will be badly effect the capability of the production, error action is the frequently questions in process and the customer feedback. This paper analyzes the reasons of the electronic expansion valve, and gives a solution of avoiding invalid.

Electronic expansion valve; Welding; Shielding gas; Control logic; Flow regulation