电路故障检修APM 及半分法仿真测试

蔡文君，蔡 儆

（1 西安铁路职业技术学院 陕西 西安710014；2 陕西科技大学 陕西 西安710021）

把学生培养成既有理论素养，更有实践动手能力的应用型人才，是高职院校人才培养目标的定位。 电路故障是指电路连接完成通电时，整个电路或部分电路不能正常工作。 对于从事电类专业的高职院校学生必须能够诊断和修理发生故障的电路[1]，因此电路故障检修是电学学习中的一个重点，也是一个难点[2]。 通过简单的例子来阐述电路故障检修中的一种方法APM。

1 电路故障检修APM

电路故障检修APM 是将电路运行时的全面知识与逻辑思维相结合来解决电路故障的过程。 其包括三个步骤：分析、计划和测量。

1.1 分析（Analyse）

对于一个电路的故障检修，第一步是分析失败的线索和直接表现出来的主要现象[3]。 分析可从确定某些问题的答案开始：

1)电路曾经正常运行吗2)如果电路曾经正常运行过，那么在哪些情况下电路不能正常运行3) 不正常运行的直接表现出来的主要现象是什么4)不正常运行的可能原因是什么。

实际上电路故障的种类较多， 大部分是由于断路或短路所造成的故障[4]。

1.1.1 电路的断路故障

电路断路产生的结果是电路不通。 直接表现出来的主要现象为：

1)用电器不工作；2)电流表无示数；3)电压表与电路中的任一元件并联，示数为零；4)电压表与断开的两端联接，示数接近电源电压；5)断开处一端能使测电笔氖管发光，另一端不能使其发光；6)断电情况下，欧姆档显示读数大。

1.1.2 电路的短路故障

电路短路产生的结果是电路仍通， 直接表现出来的主要现象为：

1)未短路的灯泡仍亮；2)被路短的灯泡不亮；3)电流表有示数；4)电压表可能有示数（与电压表并联的电路无短路）；5)电压表可能示数为零（与电压表并联的电路被短路）；6)短路处任意点均能或均不能使测电笔氖管发光；7)断电情况下，欧姆档显示读数小。

1.2 计划（Plan）

分析线索之后，故障检修的第二步是制定一个逻辑计划。合理的计划将会节约大量时间。 电路的工作原理是故障检修计划的一个先决条件。如果不能确定电路是如何工作的，就需要花些时间分析电路图，了解电路工作原理。

例如：MF47 型指针式万用表，表头、电阻测量档、电流测量档、直流电压测量档和交流电压测量档几个部分组成，如图1 所示，指针式万用表工作原理图。 由工作原理可知，万用表的等效表头是其电路的核心， 其余各量程只不过是通过转换开关并或串电阻等组成。

图1 指针式万用表基本测量原理图Fig. 1 The basic measuring principle figure pointer multimeter

如果等效表头部分出故障，则影响所有量程，而其余部分出故障只是影响个别量程。 所以对MF47 型万用表的检修，首先应确定是所有量程指示不对还是个别量程指示不对，从而确定故障范围。 例如万用表读数不准，直接表现出来的主要现象是各量程和其它表测量相比均偏大或偏小，此故障在等效表头部分。 除了检查表头故障外， 还应重点检查和表头并联的R21电阻、WH1 电位器的阻值、C1电解电容、二极管D3 和D4 是否准确，接触是否良好，有无虚焊等。 如图2 万用表表头电路。

图2 万用表表头电路Fig. 2 Multimeter circuit meter

此时，若能借助Mulitisim 仿真软件仿真电路，且运用其“直流工作点分析”、“瞬态分析”和“交流分析”等方法，可得到一幅在不同测试点处适当标注电压的图表是非常有用的。 因为逻辑思考可能是故障检修中最重要的， 但是仅仅通过思考是很难解决问题。

1.3 测量（Measure）

通过对测量点的仔细推理缩小发生故障的可能范围。这些测量点通常决定了解决问题时选择的方向， 或者会指出一个新的方向，偶尔可能是一个完全出乎意料的结果。

2 APM 举例分析

在分析之前，直观检查电路故障是一个很好的办法。 有时，烧焦的电阻、烧断的灯丝、不牢固的导线或不牢固的连接可以很容易的观察出来。但是，如果没有开路的电阻或其他部分没有明显的损坏迹象，就使用APM 方法。

例如：8 盏装饰灯串联。 连接上电源后，灯不亮了。 前提是这个电路曾经正常工作过。 现在如何找出存在的问题?

2.1 分析过程

对于这种情形，可能考虑：

1)电路以前曾正常工作过，现在的问题可能是没有电压；2)可能是连接导线出了问题；3)可能是装饰灯烧毁了，或连接处螺口松动

分析问题完后，可进行查找故障计划

2.2 计划过程

该过程分两步：

1)先测量该处的电源电压。 如果有电压，则问题存在于这串装饰灯中；如果没有电压，则需检查房间配电箱的断路器。在将断路器复位前，还需考虑为什么断路器会跳闸。

2)测量该串联装饰灯的电阻或者装饰灯两端的电压。 选择测量电阻还是电压由测试的难易程度来决定。

2.3 测量过程

假设通过万用表测量电源有电压， 那么就可以排除没有电压造成装饰灯不亮的可能性。现在串联灯泡有电压，但灯泡不亮，说明串联电路中必有一处出现断路故障。

选择测量电阻还是电压可以采用“半分法”：即将装饰灯分为两组，只需要测量每一半的装饰灯，对于出现问题的这一组继续分成两组，测量其一半......而不需要测量每个装饰灯。这种操作可少寻找断路测量的工作量。

2.3.1 半分法测量电阻（串联电路未接通电源）

发生断路的装饰灯的电阻应该是无穷大， 因而导致有故障点的那一半装饰灯的电阻应该是无穷大。然后，在发生断路的一半中再利用半分法，继续测量，直到将断路故障点找到。利用Mulitisim12，进行仿真测试，如图3 所示。 假设第2 个装饰灯螺口处没拧紧。则显示了采用半分法测量过程。测量5 次就可以找到故障点，否则一一测量就需要测量7 次。

图3 半分法测量电阻（标号为万用表测量顺序）Fig. 3 Half of measuring the resistance method （Label for multimeter measuring order）

2.3.2 半分法测量电压（串联电路接通电源）

通过分析直接表现出来的主要现象：有电压无电流，则判断至少有一个装饰灯断路。 同时，由于串联电路断路，所有电源电压都将加在断路上。 这是因为断路时，电路中无电流，装饰灯无电压，根据基尔霍夫定律[5]的推论：两点间的电压等于路径上各电压之和。 即：

利用Mulitisim12，进行仿真测试，如图4 所示。 假设第2个装饰灯螺口处没拧紧。 则显示了采用半分法测量过程。

图4 半分法测量电压（标号为万用表测量顺序）Fig. 4 Half of measuring the voltage method （Label for multimeter measuring order）

如果测量装饰灯X1→X4 的电压为电源电压， 说明电路装饰灯X1→X4 断路，无需再进行步骤②测量装饰灯X5→X8的电压， 可直接进行步骤③。 测量装饰灯X1→X2 的电压是96 V，说明装饰灯X1、X2 必有一处有故障。 测量其中任意装饰灯电压，若为96 V，说明此灯断路；若为0 V，说明此灯良好，另一灯断路，测量3 次就可以找到故障点。

3 结束语

电路出现故障在所难免， 关键在于能够有效地采取好的方式方法定位故障发生的位置，科学地故障诊断法[7-8]APM，对故障进行分析、计划和测量，则能解决这个问题，即使是电路故障检修的复杂程度远远超过以上举的例子。同时，由于要测量，常常需要修改逻辑计划，所以有经验的故障检修员可以通过直接表现出来的主要现象和测量点联系到可能的故障原因中来缩小搜寻范围，将电路故障所带来的损失降到最低，确保电路装置能够正常运行。 那么作为一名将从事电类工作的学生，则需多观察、多动手、多思考、多总结，不断进行实践经验积累，进而掌握电路故障检修技能。

[1] 王耀军. 王鹏云.电子电路故障检测技术研究[J].电子测试，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] 张燕玉.电气控制电路检修的一般方法[J].科技资讯,2012(29):124 ZHANG Yan-yu.General method of electrical control circuit overhaul[J].Technology Information,2012(29):124.

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[6] 刘权.电力电子电路智能故障诊断技术研究[D]. 南京：南京航空航天大学，2007.

[7] 王瑞， 施伟锋.小波变换在电网故障诊断中的应用[J].电子科技，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.

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