Naprawa czajnika Philips HD 4686

Tym razem zlecenie od rodziny i naprawa w "terenie"... Jak ja nie lubię napraw bez swobodnego dostępu do części i narzędzi! Nie wiadomo co się uszkodziło, a ja wcześniej nie widziałem tego urządzenia i nic nie wiem o jego budowie. Jakie są potrzebne narzędzia do jego rozłożenia: krzyżak? torx? imbus? młotek? Jakie części na wymianę zabrać? Po prostu zagadka... hydro-elektro-zagadka... Do tego co ja wiem o naprawie czajnika? Grzałkę mogę wymienić...
Wolę też takie rzeczy robić w moim mini warsztacie. Tak samo nie lubię ograniczać naprawy do "naprawy właściwej" - że tak to ujmę -  tylko lubię dotrzeć do przyczyny awarii i spróbować zrobić tak, by awaria się nie powtórzyła.
No nic - koniec marudzenia :-)

Czajnik nie gotował wody. Podgrzewał ją do około 80 stopni Celsiusza i się wyłączał. By dostać się do elektroniki nim sterującej wystarczy rozkręcić samą górę czajnika. Nie ma potrzeby dotykania dołu czajnika - jeśli tylko znajdujące sie w podstawie zabezpieczenia termiczne są sprawne.

Czajnik ma niesamowicie skomplikowana budowę mechaniczną. Wymagał skomplikowanych form odlewniczych i w ogóle jest taki jakiś pokręcony... Do tego cała masa śrubek (zapewne ze stali nierdzewnej). Ciekawe, kto wymyślił coś takiego i kto to wdrożył do produkcji. Na pewno można było wykonać go w mniej skomplikowany sposób, a co za tym idzie w sposób tańszy w produkcji. Przerost formy nad treścią...

Funkcjami czajnika steruje mikrokontroler Holtek HT46F49E zasilany zasilaczem beztransformatorowym. Ten typ zasilacza nie jest dużo tańszy od zastosowania małego transformatora, a często powoduje problemy. Z drugiej strony jeśli zasilacz beztransformatory jest o cent tańszy, to jeden cent razy miliony czajników... :-)
Wracając do marudzenia: do naprawy urządzenia opartego o mikrokontroler to już zdecydowanie przydało by się wyposażenie warsztatu elektronika, a nie kilka rzeczy zapakowanych w plecak. Dobrze, że doświadczenie podpowiedziało co zabrać, a i tak musiałem posiłkować się multitool'em z samochodu :-)

Na początek sprawdziłem grzałkę, a jak to zrobić można przeczytać tu:

Jak sprawdzić grzałkę od czajnika lub pralki?

Problemem okazał się kondensator w zasilaczu - tak jak to sugerowały informacje w internecie. Naprawa ograniczyła się do wymiany kondensatora na nowy.

Dlaczego kondensator uległ awarii?
Trochę teorii: Kondensatory foliowe, w porównaniu do kondensatorów elektrolitycznych, są bardziej odporne na temperaturę i mają większą obciążalność prądową. Napięcie szczytowe jest od 1.2 do 1.6 razy większe od napięcia znamionowego. Kondensatory foliowe mają też zdolność do samoregeneracji, co powoduje, że raczej nie przestają pracować nagle, tylko stopniowo zmniejsza się ich pojemność. I to jest odpowiedź na pytanie o przyczynę awarii, zasilacz po prostu stracił moc, co powodowało nieprawidłową prace sterownika. Pomiar pojemności kondensatora (0,038uF) jednoznacznie wskazał na potrzebę jego wymiany.

Dlaczego tak się stało?
Spotkałem się z informacją w materiałach reklamowych producenta kondensatorów, że użycie kondensatora X2 w zasilaczu beztransformatorowym w ciągu 24mc będzie skutkować spadkiem pojemności kondensatora dochodzącym nawet do 90% pojemności pierwotnej. Utrata pojemności ma następować w wyniku z jonizacji powietrza zgromadzonego wewnątrz kondensatora. Na metalizowanej foli kondensatora pojawia „efekt koronowy”, który uszkadza warstwę metalizacji na folii. Różnica potencjałów pomiędzy dwiema warstwami metalizowanej folii wytwarza mikro łuk, który nie uszkadza folii kondensatora, ale powoduje stopienie się warstwy metalizacji.W wyniku takiego zjawiska powstaje „dziura” – brak metalizacji na warstwie folii kondensatora, a w konsekwencji spadek pojemności kondensatora. Podobno efekt koronowy występuję w kondensatorach foliowych praktycznie wszystkich producentów. Dotychczasowym rozwiązaniem problemu utrzymania pojemności kondensatora było stosowanie kondensatorów połączonych szeregowo.
Może tak się faktycznie dzieje, ale kondensator X2 pracujący w zasilaczu beztransformatorowym pracuje z połową napięcia sieci (napięcie szczytowe) - szczególnie, jeśli współpracuje z rezystorem rozładowującym -, a przecież jest przeznaczony do bezpośredniego włączenia pomiędzy linie L i  N (napięcie międzyszczytowe). Kondensatory X2 są powszechnie stosowane i bardzo rzadko sprawiają problemy. Żaden z moich filtrów sieci elektrycznej, które używam już ponad 7 lat nie utracił pojemności kondensatorów (specjalnie sprawdziłem). Kondensatory X2 są badane napięciem (zgodnie z normą VDE 0565 T.3):
- Kondensator ceramiczny i foliowy -> 4.3 * napięcie pracy.
- Kondensator foliowy metalizowany samoregenerujący się -> 2.15 * napięcie pracy.
Są tez producenci, którzy testują kondensatory X2 np.: napięciem 1500Vac i 2200Vdc - szczegóły są podawane w notach katalogowych (właśnie taka informacja jest podana dla kondensatorów, które używam).

Inną możliwością są przepięcia, które uszkodziły kondensator. Mogły pochodzić od włączania i wyłączania grzałki czajnika lub mogły pochodzić z sieci elektrycznej. Ilość informacji w Internecie o awariach tego czajnika może świadczyć tym, że problem leży w jego konstrukcji:
www.elektroda.pl/rtvforum/topic2795747.html
ykhokhlov.livejournal.com/1094.html

W Rosi mają fantastyczne wydawnictwa i strony poświęcone naprawie urządzeń AGD, oczywiście włącznie z najnowszymi. Np.: Remont i Serwis 

Grzałka załączana jest przekaźnikiem, a różnice w czasie zadziałania przekaźnika, jak i czas jego zadziałania, wyklucza (prawidłowe) sterowanie grzałką polegającą na załączeniu jej w zerze natężenia (i w tym przypadku napięcia) - to jest oczywiste. Zrealizowano więc rodzaj sterowania grupowego (wynika to z konstrukcji), na szczęście nie fazowego :-), ale bez detekcji zera.
Zwykły czajnik włączany jest kilka-kilkadziesiąt razy w ciągu dnia (i nie posiada elektroniki czułej na przepięcia). Naprawiany czajnik potrafi utrzymać zadaną temperaturę i ilość włączeń grzałki zależna jest od kilku czynników, jak np.: od ustalonej przez producenta histerezy. Zapewne by utrzymać np.: temperaturę 40 stopni Celsiusza, przy niewielkiej ilości wody (czyli małym akumulatorze ciepła), sterowanie czajnika musi grzałkę o mocy 2kW włączać dosyć często, na krótkie okresy czasu. I zapewne to stopniowo degradowało pojemność kondensatora: indukcyjność sieci elektrycznej odpowiadała na nagły spadek napięcia (zależny też od jakości instalacji elektrycznej w mieszkaniu) podczas załączania grzałki. Ciekawe, ile z tych przepięć przedostało się do sieci energetycznej i jak to wpłynęło na inne urządzenia? Kolejny raz potwierdza się potrzeba stosowania odpowiednich zabezpieczeń w sieci elektrycznej, skoro markowy sprzęt może powodować problemy.
Zabezpieczenie przeciwprzepięciowe - wstęp.
Zabezpieczenie przeciwprzepięciowe - odgromnik klasy D - końcowe zabezpieczenie
W moim domowym mini serwisie sprawdził bym jeszcze indukcyjność i pojemność grzałki - powinna być powinna być pomijalne mała, ale sprawdzić zawsze warto, szczególnie, że prąd przez nią płynący wynosi około 10A.

Zastanawiam się też nad mocą użytego zasilacza beztransformatorowego. Maksymalny prąd uzyskiwany z zastosowanego kondensatora 0,47uF waha sie w granicach od 20mA przy 190V do 27mA przy 230V (przy prostowniku dwupołówkowym).Skoro moc zasilacza pokrywa zapotrzebowanie przekaźnika (20mA przy 18V), to przy 230V na pracę mikrokontrolera  pozostaje 7mA przy napieciu 230V i 0A przy zasilaniu 190V. Co prawda napięcie sieci nie powinno spaść wg. norm poniżej 207V, jednak teoretycznie brakuje rezerwy mocy zasilacza, co może też wpływać na warunki pracy uszkodzonego kondensatora.

Jakie napięcie w "gniazdku" mieści się w normie?

Praktycznie jednak, czajnik pracował podgrzewając wodę do 80 stopni Celsjusza przy pojemności zmierzonej kondensatora wynoszącej 0,037uF.

Jeszcze takie spostrzeżenie: ten czajnik pobiera "prąd" z sieci nawet jak nie podgrzewa lub nie gotuje wody. Można go porównać do urządzenia pracującego w trybie stand-by: www.wylaczstandby.pl

Gdybym miał ten czajnik w warsztacie to dołożył bym podstawową wersję gasika, czyli dwójnik RC, oraz dwa warystory. Gasik dobrał bym na oscyloskopie. Dwa warystory dlatego, ponieważ ulegają degradacji, a jak widać ilość przepięć jest duża.
Koszt ww. elementów wyniósł by w detalu od 0.5 do 2Euro (w zależności od dobranych elementów) i pozwolił by użytkować czajnik dłużej niż jeden rok po okresie gwarancji...
Rozpocząłem dokładniej badać te przepięcia co opisałem tu:

Przepięcia w sieci energetycznej 230V - czy elementy wykonawcze sterujące grzałką należy zabezpieczyć?
(warto zwrócić uwagę na bardzo ważny parametr przepięcia, czyli szybkość narastania uchwyconych impulsów)

Czajnik obecnie kosztuje 220zł - nie jest to zawrotna suma, szczególnie rozłożona na 3 lata użytkowania czajnika. Tylko, czy gdyby ktoś zobaczył 200zł leżące na przysłowiowej ulicy, to czy przeszedł by obok obojętnie? Gdyby tak ten czajnik pracował zamiast trzech lat, np.: lat 6? Lub 9?
Jeśli urządzenia będą sie psuć po 3-4 latach używania to co zrobić z odpadami? Plastikami? Może 80% materiału, teoretycznie, wg. producenta da się odzyskać. Tylko co z nieodnawialnym paliwem potrzebnym do przewiezienia tego "złomu"? Co z energią (i zanieczyszczeniami powstałymi przy produkcji energii) potrzebną do przetworzenia odpadów? I co z pozostałymi 20% materiału? Co z paliwem potrzebnym do transportu nowych produktów, a co za tym idzie materiałów i części nowego produktu? Dla mnie to nie jest problem ekologii, tylko logiki. Takie działanie jest nielogiczne, głupie.
Czajnik przed awarią działał 3 lata. Mój czajnik, też Philips'a, działa już kilkanaście lat i dopóki nie będę musiał, nie wymienię go na inny.

 Widok czajnika od strony zdemontowanej rączki.

Elektronika sterująca czajnikiem. Biała kostka to uszkodzony kondensator. 0,47uF MKP X2.

 Mikrokontroler HT46F49E: 8-bit, od 4 do 12MHz, 4xA/D 9bit, PWM 8bit, ISP, timer 8bit., RAM 128 x8bit, program 4Kx15, EEPROM 256x8.

Komputer stosowany w misjach Gemini (tak, ten od lądowania na księżycu):

- 42 tysiące operacji na sekundę (zegar sprzętowy 2MHz, ale zegar maszynowy i możliwości procesora zapewniały tylko 20 sumowań na milisekundę)

- pamieć operacyjna 4kB (2k słów 16bitowych)

- pamieć stała 72kB(programy) + 32kB(system)

 Przekaźnik sterujący grzałką. Jak widać przekaźnik 10A - czyli bez żadnego zapasu mocy przy zastosowanej grzałce...

Moduł chroniący elektronikę wsuwa się w odpowiednie wcięcia w obudowie. 

Podstawa czajnika. Nie ma potrzeby jej odkręcania by dostać się do modułu sterującego, chociaż ta maskownica skrywa pokręcony mechanizm zabezpieczenia termicznego.

Powiązane tematy:

Jakie napięcie w "gniazdku" mieści się w normie?

Bezprzewodowy licznik energii elektrycznej OWL -rozpakowanie (unboxing)

Skrzynka elektryczna z bezpiecznikami i zabezpieczeniami antyprzepięciowymi

Zabezpieczenie przeciwprzepięciowe - wstęp.

Centrum Zarządzania Światem - zasilanie
Filtry sieci energetycznej

Separator galwaniczny dla TV, radia i Internetu w sieci TV kablowej

Oświetlenie LED w kuchni
Modernizacja oświetlenia głównego w dużym pokoju i przedpokoju
Pulsowanie (migotanie) różnych źródeł światła: świetlówki kompaktowe (CFL), żarówki, lampy LED, itp.
Nowe, inteligentne liczniki energii elektrycznej

Spadek napięcia w zależności od długości przewodu (przedłużacza)
Oznaczenia wyłączników różnicowoprądowych (RCD), oraz jaki wyłącznik zastosować do obwodów zasilających komputery

Jak zmierzyć prąd upływu (Leakage Current Test)
Pomiar impedancji pętli zwarcia metodą spadku napięcia (metodą techniczną)

Update: 2014.09.25
Create:  2014.07.29