電路故障檢修APM 及半分法仿真測試

蔡文君，蔡 儆

（1 西安鐵路職業技術學院 陜西 西安710014；2 陜西科技大學 陜西 西安710021）

把學生培養成既有理論素養，更有實踐動手能力的應用型人才，是高職院校人才培養目標的定位。 電路故障是指電路連接完成通電時，整個電路或部分電路不能正常工作。 對于從事電類專業的高職院校學生必須能夠診斷和修理發生故障的電路[1]，因此電路故障檢修是電學學習中的一個重點，也是一個難點[2]。 通過簡單的例子來闡述電路故障檢修中的一種方法APM。

1 電路故障檢修APM

電路故障檢修APM 是將電路運行時的全面知識與邏輯思維相結合來解決電路故障的過程。 其包括三個步驟：分析、計劃和測量。

1.1 分析（Analyse）

對于一個電路的故障檢修，第一步是分析失敗的線索和直接表現出來的主要現象[3]。 分析可從確定某些問題的答案開始：

1)電路曾經正常運行嗎2)如果電路曾經正常運行過，那么在哪些情況下電路不能正常運行3) 不正常運行的直接表現出來的主要現象是什么4)不正常運行的可能原因是什么。

實際上電路故障的種類較多， 大部分是由于斷路或短路所造成的故障[4]。

1.1.1 電路的斷路故障

電路斷路產生的結果是電路不通。 直接表現出來的主要現象為：

1)用電器不工作；2)電流表無示數；3)電壓表與電路中的任一元件并聯，示數為零；4)電壓表與斷開的兩端聯接，示數接近電源電壓；5)斷開處一端能使測電筆氖管發光，另一端不能使其發光；6)斷電情況下，歐姆檔顯示讀數大。

1.1.2 電路的短路故障

電路短路產生的結果是電路仍通， 直接表現出來的主要現象為：

1)未短路的燈泡仍亮；2)被路短的燈泡不亮；3)電流表有示數；4)電壓表可能有示數（與電壓表并聯的電路無短路）；5)電壓表可能示數為零（與電壓表并聯的電路被短路）；6)短路處任意點均能或均不能使測電筆氖管發光；7)斷電情況下，歐姆檔顯示讀數小。

1.2 計劃（Plan）

分析線索之后，故障檢修的第二步是制定一個邏輯計劃。合理的計劃將會節約大量時間。 電路的工作原理是故障檢修計劃的一個先決條件。如果不能確定電路是如何工作的，就需要花些時間分析電路圖，了解電路工作原理。

例如：MF47 型指針式萬用表，表頭、電阻測量檔、電流測量檔、直流電壓測量檔和交流電壓測量檔幾個部分組成，如圖1 所示，指針式萬用表工作原理圖。 由工作原理可知，萬用表的等效表頭是其電路的核心， 其余各量程只不過是通過轉換開關并或串電阻等組成。

圖1 指針式萬用表基本測量原理圖Fig. 1 The basic measuring principle figure pointer multimeter

如果等效表頭部分出故障，則影響所有量程，而其余部分出故障只是影響個別量程。 所以對MF47 型萬用表的檢修，首先應確定是所有量程指示不對還是個別量程指示不對，從而確定故障范圍。 例如萬用表讀數不準，直接表現出來的主要現象是各量程和其它表測量相比均偏大或偏小，此故障在等效表頭部分。 除了檢查表頭故障外， 還應重點檢查和表頭并聯的R21電阻、WH1 電位器的阻值、C1電解電容、二極管D3 和D4 是否準確，接觸是否良好，有無虛焊等。 如圖2 萬用表表頭電路。

圖2 萬用表表頭電路Fig. 2 Multimeter circuit meter

此時，若能借助Mulitisim 仿真軟件仿真電路，且運用其“直流工作點分析”、“瞬態分析”和“交流分析”等方法，可得到一幅在不同測試點處適當標注電壓的圖表是非常有用的。 因為邏輯思考可能是故障檢修中最重要的， 但是僅僅通過思考是很難解決問題。

1.3 測量（Measure）

通過對測量點的仔細推理縮小發生故障的可能范圍。這些測量點通常決定了解決問題時選擇的方向， 或者會指出一個新的方向，偶爾可能是一個完全出乎意料的結果。

2 APM 舉例分析

在分析之前，直觀檢查電路故障是一個很好的辦法。 有時，燒焦的電阻、燒斷的燈絲、不牢固的導線或不牢固的連接可以很容易的觀察出來。但是，如果沒有開路的電阻或其他部分沒有明顯的損壞跡象，就使用APM 方法。

例如：8 盞裝飾燈串聯。 連接上電源后，燈不亮了。 前提是這個電路曾經正常工作過。 現在如何找出存在的問題?

2.1 分析過程

對于這種情形，可能考慮：

1)電路以前曾正常工作過，現在的問題可能是沒有電壓；2)可能是連接導線出了問題；3)可能是裝飾燈燒毀了，或連接處螺口松動

分析問題完后，可進行查找故障計劃

2.2 計劃過程

該過程分兩步：

1)先測量該處的電源電壓。 如果有電壓，則問題存在于這串裝飾燈中；如果沒有電壓，則需檢查房間配電箱的斷路器。在將斷路器復位前，還需考慮為什么斷路器會跳閘。

2)測量該串聯裝飾燈的電阻或者裝飾燈兩端的電壓。 選擇測量電阻還是電壓由測試的難易程度來決定。

2.3 測量過程

假設通過萬用表測量電源有電壓， 那么就可以排除沒有電壓造成裝飾燈不亮的可能性。現在串聯燈泡有電壓，但燈泡不亮，說明串聯電路中必有一處出現斷路故障。

選擇測量電阻還是電壓可以采用“半分法”：即將裝飾燈分為兩組，只需要測量每一半的裝飾燈，對于出現問題的這一組繼續分成兩組，測量其一半......而不需要測量每個裝飾燈。這種操作可少尋找斷路測量的工作量。

2.3.1 半分法測量電阻（串聯電路未接通電源）

發生斷路的裝飾燈的電阻應該是無窮大， 因而導致有故障點的那一半裝飾燈的電阻應該是無窮大。然后，在發生斷路的一半中再利用半分法，繼續測量，直到將斷路故障點找到。利用Mulitisim12，進行仿真測試，如圖3 所示。 假設第2 個裝飾燈螺口處沒擰緊。則顯示了采用半分法測量過程。測量5 次就可以找到故障點，否則一一測量就需要測量7 次。

圖3 半分法測量電阻（標號為萬用表測量順序）Fig. 3 Half of measuring the resistance method （Label for multimeter measuring order）

2.3.2 半分法測量電壓（串聯電路接通電源）

通過分析直接表現出來的主要現象：有電壓無電流，則判斷至少有一個裝飾燈斷路。 同時，由于串聯電路斷路，所有電源電壓都將加在斷路上。 這是因為斷路時，電路中無電流，裝飾燈無電壓，根據基爾霍夫定律[5]的推論：兩點間的電壓等于路徑上各電壓之和。 即：

利用Mulitisim12，進行仿真測試，如圖4 所示。 假設第2個裝飾燈螺口處沒擰緊。 則顯示了采用半分法測量過程。

圖4 半分法測量電壓（標號為萬用表測量順序）Fig. 4 Half of measuring the voltage method （Label for multimeter measuring order）

如果測量裝飾燈X1→X4 的電壓為電源電壓， 說明電路裝飾燈X1→X4 斷路，無需再進行步驟②測量裝飾燈X5→X8的電壓， 可直接進行步驟③。 測量裝飾燈X1→X2 的電壓是96 V，說明裝飾燈X1、X2 必有一處有故障。 測量其中任意裝飾燈電壓，若為96 V，說明此燈斷路；若為0 V，說明此燈良好，另一燈斷路，測量3 次就可以找到故障點。

3 結束語

電路出現故障在所難免， 關鍵在于能夠有效地采取好的方式方法定位故障發生的位置，科學地故障診斷法[7-8]APM，對故障進行分析、計劃和測量，則能解決這個問題，即使是電路故障檢修的復雜程度遠遠超過以上舉的例子。同時，由于要測量，常常需要修改邏輯計劃，所以有經驗的故障檢修員可以通過直接表現出來的主要現象和測量點聯系到可能的故障原因中來縮小搜尋范圍，將電路故障所帶來的損失降到最低，確保電路裝置能夠正常運行。 那么作為一名將從事電類工作的學生，則需多觀察、多動手、多思考、多總結，不斷進行實踐經驗積累，進而掌握電路故障檢修技能。

[1] 王耀軍. 王鵬云.電子電路故障檢測技術研究[J].電子測試，2010（2）:80-83 WANG Yao-jun.WANG Peng-yun.Study for the detecting technology of the faulty electronic circuit [J]. Electronic Test,2010（2）:80-83.

[2] 張燕玉.電氣控制電路檢修的一般方法[J].科技資訊,2012(29):124 ZHANG Yan-yu.General method of electrical control circuit overhaul[J].Technology Information,2012(29):124.

[3] 朱大奇. 電子設備故障診斷原理與實踐[M] .北京:電子工業出版社, 2004.

[4] 趙青梅. 電路故障的檢測方法[J]. 工業計量,2003(5):55-56.ZHAO Qing-mei.Fault detection circuit [J].Industrial Measurement,2003(5):55-56.

[5] 白乃平.電工基礎[M].2版.西安: 西安電子科技大學出版社,2005.

[6] 劉權.電力電子電路智能故障診斷技術研究[D]. 南京：南京航空航天大學，2007.

[7] 王瑞， 施偉鋒.小波變換在電網故障診斷中的應用[J].電子科技，2014（12）：128-130.WANG Rui，SHI Wei-feng.Application of wavelet transform in power grid fault diagnosis [J].Electronic Science and Technology，2014（12）：128-130.

[8] 李子清.某型電子信息系統模塊級故障診斷技術研究[J].現代電子技術，2013（20）：166-170.LI Zi -qing.Research on block -level fault diagnosis technology for a electronic information system [J].Modern Electronics Technique，2013（20）：166-170.