工程师第一定律:电器坏了,肯定是电容器问题

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  • 2020-08-25 00:33

作者听过一句至理名言,“电器坏了,总是电容器出问题!”。很多测试设备故障都是由于电解电容器干燥或者钽电容器失效造成的。碰巧作者的空调坏了,果然“又是电容器的错!”。自己动手换电容,省了一大笔钱,这感觉实在太美妙!

早在2006年,在德州仪器工作的我的朋友Alan Martin就有一句至理句言:“总是电容器出错!”。他发现很多测试设备出故障都是由于电解电容器干燥或者钽电容器失效造成的。

虽然Alan指的是电子产品,但我家最近突然坏掉的中央空调,再次印证了他的“总是电容器出错!”这句话。我去到房子侧面的压缩机,发现压缩机顶部的风扇不转了。我用一把面包刀转动风扇,它没有任何约束。我在YouTube上查找“交流风扇不工作”,一个视频说是启动/运行电容器的问题。还有其它几个视频是关于坏掉的启动/运行电容器的。我打开机器,果然,电容器胀起来了。这一看就是个麻烦事。

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图1:用于风扇和AC压缩机的电容器。因为压缩机在压力下启动负载较高,因此还有一个单独的黑色启动电容器。

压缩机发出可怕的噪音,就像在一个视频中看到的一样,我怀疑是缺乏冷却。我不喜欢黑色电容器法兰中的小芯片,它很旧了,已经用了16年。现在已经坏掉了一个电容器,下一个肯定是它。

图2:压缩机的破旧运行电容器坏了。

银色电容器标签上的产品型号已经模糊不清了,不过我很快就弄清这是一款5μF/25μF的GE电容器,部件号27L33,特灵零件号CPT00695。无论是Home Depot还是ACE都没有启动电容器卖。一个月前我找到一家提供空调维修服务的本地公司,遗憾的是他们没有相同的电容器。在eBay和亚马逊上也都找不到完全一样的。最后我找到了印第安纳州一个叫Shortys HAVC的网站。这个网站很好,有一模一样的电容器,还有图片。电容器价格便宜,且免费邮寄。尤其让我满意的是,他们接受PayPal支付,这样我就不用暴露信用卡号啦。我顺便把压缩机那个旧得不得了的黑色电容器也换了,特灵零件编号是CPT00091。新电容跟旧电容完全一样,不只是性能,尺寸和外观也不差分毫。它的端子上有一个泄漏电阻,剪断就好了,记得不要在屋里剪。

因为我们是工程师,所以我们知道,如果能找到完全一样的零部件,就不要考虑那些只是近似的部件啦。用于固定电容器的金属箍物理尺寸也要完全一样。

图3:我用管道胶带给电容器的电线做了标记。

可以看到我用管道胶带对电线进行了标记。我估摸如果下雨了会淋到它们,夏普油墨很容易从胶带上擦掉,因此用遮蔽胶带或许更好一些。整个过程中最好的体验是,我在感恩节星期六下午7:00给Shorty’s HVAC写邮件,15分钟就收到了Mike Short的回复。他说,如果我想在星期二收到电容器,他可以空运给我,但是如果用FedEx地面运输在星期三之前应该也能收到。虽然我对此表示怀疑,但免费总是诱人的!令我惊奇的是,电容器星期三上午10点就到了。我只花了十五分钟就装好了它们。

图4:空调冷凝器换上了新电容。

Ahhhhhhh又凉快了。谢天谢地,空调坏在11月份的佛罗里达,当时气温只有80华氏度。开始我真有点慌,要修好中央空调可不是简单的事!这给我上了很好的一课:在查找故障或维修电器期间不要着急!正是我为自己的小店买的一个便携空调设备,帮我度过了几天没有空调的日子。

图5:在中央空调维修的日子里,全靠这台便携空调应急。

这台应急便携空调真是发挥了大作用!它帮我消除了没有空调的恐慌,让我小小的办公室保持舒适凉爽,整个房子都干燥了。我认为生活在Mason Dixon线以南的每个人都应该在车库里放一台这样的便携空调设备,以备不时之需。这样的话,即便中央空调坏了,你也不用急着立马去买零部件。

你可能注意到了,在安装好的电容器图片中,右边有一个大的接触式继电器。它用于启动压缩机和风扇。经过16年的连续工作,接触处磨损相当严重。为它找出零件号也是一个难题。

图6:更换空调继电器更具挑战性。

我花了数小时才弄清这是一个Potter Brumfield继电器。网上有各种各样的“山寨”和“替代”品,但我只想从自己信得过的地方购买“货真价实”的继电器。好吧,Newark Element 14就是一个值得信赖的网站。那里有完全一样的部件,一个真正的泰科部件,而且有货。这个继电器在Newark上只卖13美元,而不是60美元。

这不禁让我有些小哀怨。不久前我刚付了一百美元给空调公司,我家的中央空调就是这家公司在1999年安装的。一个友好的年轻小伙走了过来,从阁楼上取下鼠笼式鼓风机,清理干净,然后重新装上。他拔掉排水管,检查制冷剂。但是你会认为检修一个已经用了16年的空调至少应当更换所有的电容器。现在我想知道那个小伙子取下的鼓风机里面是否有一个运行电容器。如果有的话,我想把它也换掉。

我之所以知道要更换电容器,是因为Alan Martin说了,“总是电容器出问题。”

我把空调故障电容器的事情告诉了Alan Martin。他回答:“由于泰克公司从来没有制造过空调,所以电容器的报价可能有点离谱。我不知道它使用的油浸电容是否容易破裂并引起火灾,不过一想到这种可能性,我就很庆幸我们这地儿不需要空调。电容器胀起来是很吓人的。你说你是用面包刀拧开风扇的,那么你就用错了刀。HVAC手册上说,应该用黄油刀,因为刀上的黄油可以润滑轴承,这是预防性维护的一部分”。

另一位朋友,国际神秘人士Martin DeLateur写信给我:“我的空调已经用了12年,空气压缩机的起动电容器也坏了。我在eBay上找到了完全一样的替代品,价格8美元。更换电容器之后,压缩机立即启动。由于测试良好,我没有费事去更换运行电容器。两个星期后,压缩机又坏了。我还没来得及管它,因为我已经买了两台新压缩机做后备。”靠自己的能力修好一个电器,还能省一大笔钱,实在是太有成就感啦。

EDN的读者朋友,你有没有过为了使电器正常工作而不得不与电机启动/运行电容器“奋战”的经历?

这一问题引起了中美工程师的共鸣。读完这篇文章,他们纷纷留言,分享自己的经历和观点。

美国工程师这么说:

@whitcwa

尽管一般都是电容的问题,但也有可能是继电器故障。有一年夏天我家的老Rheem中央空调坏了,我打开盖子,一眼就看出启动电容烧坏了。运行电容还是好的,于是我买了一个新的启动电容换掉旧的,安装好后我就自豪地宣布我已经把空调修好了。没想到,还不到一天时间,空调又不工作了。我想可能又是那个坏电容,稍后再换一个就行啦。没想到替换后还是没有撑几天,我这才意识到问题可能不在这里。启动继电器通过自耦变压器测试是好的,这是一个电压继电器,标称电压为330VAC,比电容要贵很多。我换上第三个电容,不断切换空调电源开关来监控启动周期,大约10个周期后,我听到咔嚓一声,启动继电器闭合上再也不断开啦。我凑近一点想仔细看看到底怎么回事,启动电容“砰”地一下爆了,外壳都炸飞了。幸好我的脸没被炸到。最后我替换第四个电容和一个新的电压继电器,才彻底解决问题。我可不喜欢这种断断续续的毛病。

@mattdem

我是16年前买的新房子,大约4年前我替换了空调原来的马达电容,替换后一直工作正常。也许空调厂家的原配电容是便宜货,而我替换的是质量更好的电容。

@gregi75

去年五一节我有一次类似的经历。我家那台15年的空调正好在五一节前的周六坏掉了,而接下来的周一会有客人来访。不必说,如果我要想换掉损坏的电容,就不得不额外支付假期周末的人工服务费。我们只好将客人安排到离我家2英里以外的儿子家中。我花了12美元从亚马逊上买了一个电容并换掉那个坏的。从此我就一直在车库里留一个备用电容。(FYI,文中显示的那个电容顶部的突起部分是一个安全机制,如果电容内部压力过大,它就会膨胀来断开内部连接,从而避免过热发生爆炸。我曾经遇到过爆炸的情况,那可不怎么好玩。)

@Elecmec

要想省钱,在求助维修人员之前最好先自己尝试看能不能搞定,我们那个地方维修人员上门一次就要160美元。我家的空调已经有22年的历史了,10年前它不制冷啦。我打开面板,发现一个电流接触器的上推连接器烧坏了,于是我用一个比较重的连接器替换掉烧坏的那个。这样问题就解决了。但是去年夏天同样的问题又出现了。这次是电流接触器的连接处烧坏了,于是我在触点附近用一个螺丝来固定连接处。我使用的是一种环形连接器,而不是常见的上推类型,就这样凑合了一个夏天。我打算今年春天将这个电流接触器连同电容一起替换,仔细检查电流接触器后我发现只有220V线的一边可以开关。这是一种单极接触器,一端直接跟110V电源相连。因此在打开控制面板之前,务必要断开空调附近的断流器电源。

@ salbayeng

我存放了一堆电容在家里,从3uF、10uF、20uF到40uF,各种容量的都有。大约每过2年,我就替换一个,而且总是用容量稍大点的电容来替换。制造商总是尽可能使用低容量的电容,比如马达运转所需的最低电容容量6.8uF,但是一旦容量下降到约5uf左右,就会有麻烦。如果用一个10uF 440v的电容替换掉6.8uF 250V容量的,保证你50年都不需要更换电容啦。

@ Peacefulruler

功率MOSFET因为频繁使用也会逐渐损耗,甚至失效。因此要留意你家墙上的电源插座和供电电压。我想如果你将MOSFET的栅极当做一个电容,也是可以的。

@no clever name

我一直认为油浸电容使用寿命更长一些,当我第三次替换的电容又坏了以后,我便预备了一些备用电容应急。当压缩机马达因为电容损坏而停止工作时,马达线圈就比较危险了。最终线圈或热过载会导致故障。每隔4年替换一个18美元的电容,而且只需30分钟就可以搞定,自己动手也不是很难的事。

@vandamme

油浸电容不像钽电解电容那样具有较好的寿命失效机制。除非它坏了或者泄露,否则我是不会换掉它的。本文中图2的小金属片不是什么大问题。如果你使用的替代件热性能不太好的话,它的使用寿命也不会很长。

@ Randolph Garrison

是的,电容是电路上比较容易损坏的器件,但我发现大部分故障都在人够得到电路的地方。

@ ShaneBK

我认为并非总是电容的问题,但电容的确会在使用一定时间后老化而失效,毕竟电容要一直承担这么繁重的任务 (电流和电压的波动)。

中国工程师这么说

@ 奇迹

我家那个30年的电风扇换个电容器后活了。

@a_cloud

去年我家的空气能热水器不能正常启动,叫维修人员上门检查后就发现是一个电容烧掉了。收了一百多换了一个电容,还收了五十块的上门服务费。下次如果再出现同样的故障,我自己先检查电容器是否坏了,空气能热水器的工作核心部件就是一个压缩机。

@苑齐鼎

电容器有个致命的弱点在绝缘老化,尤其是黑棒子电解电容。另外由于电容本身的特性常常承受瞬间的高电压,所以更容易造成击穿。

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