SIGMA离心机的基本结构原理及故障维修

4-16KS是德国SIGMA生产的可控低温离心机，广泛用于DNA或RNA提取制备、 PCR的扩增以及各种分离作业。其体积小，操作简 便，可以更换多种离心头，同时具备制冷控温功能， 在同类型设备中应用较为突出。

1   SIGMA离心机的基本原理

SIGMA4-16KS离心机使用直流变频电机， 通过转子直接带动离心头转动，最大转速可达13000 rpm，最大离心加速度16060 g。该机器具有转头自 动识别，  电子检测不平衡的功能，同时该机配备制冷 系统，采用氟利昂制冷，温度在- 10~40 ℃可控[2] 。 电子系统方面采用单片机控制，能够存储最近操作设 置，单片机自动根据测量得到的转速和温度，实时控 制电机和制冷设备的运转，  从而精确的控制转速和温 度[3] 。该机的速度检测系统是由一个光电传感器提取 信号传给CPU板(位于电机底部的一块小板，上面包 括一对光耦合)。原理为：发光二极管发光，通过电机 中轴的凹槽，照射到光电耦合接收二极管上。

正常情况下开机启动，机器将会进入自检状态自动通电检测各个模块，在伴 有2声滴滴声响后，表明通过自 检，机器可以正常使用。如果 机器自检发现问题，将会在前 面板显示自检的问题代号，例 如“E-12。

2 故障维修案例

2.1 故障案例一

(1)故障现象。离心机盖子 无法打开，按开盖按键无反应。

(2)故障分析与解决。出 现此种故障，应在彻底断电情 况下依次做如下检修：

①检查 前面板及前面板与主板连接情 况，发现前面板按键失灵。故障是由于设备多年使用，造成前面板按键微动开关 损坏， 由于该机前面板按键采用微动开关按键，替换 比较方便，使用到一定年限后应全部替换。前面板与 主板连接由于松动或者氧化等也容易造成这种情况，使用电子清洁剂清理接口即可消除该故障；

②检查控 制锁合盖子的电器，将继电器与主板断开连接，通15 V直流电，检查开合情况。检测发现继电器开合不正 常，时有时无。从而判定该继电器不能正常工作。该 故障是由于继电器长期使用时污垢进入机械部件，  造 成开合不正常。更换继电器，  故障消失。同时应测量 主板供给该继电器的供电稳定情况。

2.2  故障案例二

(1)故障现象。离心机启动后不能正常运转，报错 “br”。

(2)故障分析与解决。出现该报错，应停止使用机 器，依次做如下检修：  ①检查供电，检测机器交流电 供电情况，发现电压不稳，联系供电部门，  解决供电 稳定状况后，重启机器，问题解决[6] ；②检查电机， 断开马达与主板各项连接，检查马达线圈电阻，手动 转动离心头，  检查是否有异响。经过检测，  发现电机 线圈电阻正常，但手动转动离心头后发现阻力过大， 转子运动不够流畅，更换该电机轴承，故障消除， 一般情况下，由于该型机器主板上带有过流检测电 路，电机不易烧毁。但由于长期使用，马达轴承年久 损坏，  应拆开马达同时更换上下轴承，为安全使用起 见，长期重度使用的机器5年更换一次轴承[7] ；③检查 主板，主板上有6个场效应管IGBT，每2只一组控制变 频电机一路电流大小，主板通过控制场效应管的导通 从而控制每一相供给电机的电流大小，IGBT的门驱动 电路通过光耦合隔离，驱动电源，  检测发现其中一对 IGBT完全损坏，更换损坏的场效应管IGBT，故障消除，电机正常运转。为了保证参数一致性和后续使用 的稳定性，任何一个IGBT损坏后都应该将IGBT全部6 个更换。IGBT的具体型号为BUZ385。

2.3  故障案例三

(1)故障现象。开机后或运行中显示“Lid”或 “OPEn”。

(2)故障分析与解决。出现该错误报警的原因及 解决方法如下：

①查看机器温度、周围温度和马达温 度，发现机器温度超出平时正常值，造成该故障的原 因是机器长时间工作所产生大量热量不能及时散出， 解决办法是清理机器内部灰尘，将机器放置于通风 良好处，避免长时间高强度使用，如果轴承损坏或磨 损，应该立即更换轴承；

②查看主板15 V供电，发现 供电故障，造成无法检测盖子开关状态和进行继电器 运动，  造成该故障的原因是稳压二极管被击穿，主板 上15 V电流是经过降压电阻和一个15 V稳压二极管提 供的，更换15 V稳压二极管和降压电阻恢复供电，机 器正常运转，同时采取措施稳定供电[8-9]。

2.4  故障案例四

(1)故障现象。离心机出现报错“E-04”。

(2)故障分析与解决。该报警直接与测温电路有关，由于离心机内壁上的PT100温度传感器失效导致 报警。检查温度传感器线路连接处电压是否为15 V。 如果电压正常，则直接更换温度传感器PT100，即可 解决该问题；  若电压不正常，  同故障案例三一样检测 15 V供电电路是否正常。

3   小结

SIGMA4-16KS离心机的维修重点应关注设备常用模 块，如制冷系统、变频电机及其控制系统，  以及开关 电源和稳压电源供电系统。实际维修中把握各个子系 统的工作特点和相互关系，利于解决各种问题。

离心机众多故障是因使用不当造成，如离心机所 处环境差，不通风，造成机器过热[13] 。因而在平时工 作中应当勤于维护，  勤于检查离心机环境工作状态， 对使用者进行相关培训，方能使设备处于良好的工作状态。