结合电路原理进行直流电路故障分析及检修的技术实践

结合电路原理进行直流电路故障分析及检修的技术实践
                          曾毅
(四川航天职业技术学院电子工程系  四川  成都  610100)

摘  要:本文针对串并联直流电路常见故障分析及检修的技术实践进行了探讨,希望通过本文能够帮助电子工程专业学生对问题所涉及的专业领域学识获得较为深刻的理解,逐步培养日后工作所需的技术技能。
关键词:直流电路  故障分析  技术实践  电子工程专业   

一、概述
电路原理这门课程在电路基本概念、电路理论和变换、直流电路分析、交流电路分析等领域进行了探讨,为电子工程专业的学生打下坚实的理论及电路分析基础,使其掌握电子工程领域就业的基本技能,为其后续职业发展奠定基础。
目前多数电路基础教材技术实践课程内容有待加强,尤其是针对电子电路常见故障进行分析及检修的技术实践课程内容较为匮乏,本文针对串并联直流电路常见故障分析及检修的技术实践进行了探讨,希望通过本文能够加强电子工程专业学生勤于思考,善于提出问题,动手解决问题的能力,对问题所涉及的专业领域学识获得较为深刻的理解。
二、串联直流电路故障分析及检修技术实践
1.电路开路故障
电路最常见的问题就是开路,如图1所示,一个灯泡烧毁,导致电流通路断开,电路中没有电流通过。
[attach]1475[/attach]
图1 串联直流电路开路故障
电路出现开路故障,总电阻为无穷大,电路中没有电流通过,根据基尔霍夫电压定律,开路的两端之间电压等于电源电压。基于这个原理,我们可以利用“电压测量半分法”进行故障检修。假设故障电路如图2所示。故障分析步骤如下:
a.测量分布在R1和R2上面的电压,读数为0V,说明被测电路没有开路;
b.测量分布在R3和R4上面的电压,读数为10V,说明被测电路存在开路故障;
c.测量分布在R3上面的电压,读数为10V,说明被测电路存在开路故障;
d.断开电源,用万用表欧姆档检查R3的接线是否存在开路问题;
e.如果接线正常,说明电阻R3已经损坏,表现为开路状态。
[attach]1476[/attach]
2.电路短路故障
如果串联直流电路出现短路故障,串联电阻一部分被旁路(所有电流通过短路线),总电阻减小,总电流增大。故障电路示意见图3。
[attach]1477[/attach]
元件的短路远少于开路,但是短路故障检修更为困难,而且电路中一部分短路会导致另一部分电路由于电流过大而过热,最终也发生开路或短路故障。
电路出现短路故障,短路的两端之间电压为0V,其它负载两端之间电压增大。我们也可以利用“电压测量半分法”进行故障检修。假设故障电路如图4所示,四个电阻阻值相等。故障分析步骤如下:
a.测量分布在R1和R2上面的电压,读数为6.67V,比正常电压值5V高,说明被测电路没有短路;
b.测量分布在R3和R4上面的电压,读数为3.33V,比正常电压值5V低,说明被测电路存在短路故障;
c.测量分布在R3上面的电压,读数为3.33V,说明分布在R4上面的电压为0V,可以确定R4存在短路故障。
[attach]1495[/attach]
三、并联直流电路故障分析及检修技术实践
1.电路开路故障
当并联电路的一个支路开路时,总电阻增加,总电流减小,减小值等于开路支路中原有的电流值,由于端电压不变,其它支路电流保持不变。并联电路开路故障示意图见图5。
[attach]1479[/attach]
2.测量电流确定开路支路
并联电路的支路开路,总电流减小,减小值等于开路支路中原有的电流值,由于端电压不变,其它支路电流保持不变。通过测量并联电路总电流,以及较少的理论计算,可以确定开路支路。故障分析示意图见图6。
[attach]1480[/attach]
图6  并联电路开路故障分析
故障分析步骤为:
a.已知端电压和支路电阻,通过理论分析,确定总电流IT和支路电流I1  、I2 ;
[attach]1481[/attach]
b.如果测量得到总电流为589.3mA , 如图6(a)所示,可以判断电路正常;
c.如果测量得到总电流为89.3mA , 如图6(b)所示,可以判断R2开路;
d.如果测量得到总电流为500mA , 如图6(c)所示,可以判断R1开路。

3.测量电阻确定开路支路
如果并联电路可以从电压源或其他电路中断开,可以通过测量总电阻来确定开路支路。分析步骤如下:
a.已知各个支路电阻,可以计算总电导;
[attach]1482[/attach]
b.将并联电路从电压源或其他电路中断开,利用欧姆表测量总电阻,并计算对用的总电导;
[attach]1484[/attach]
c.将第一步计算的总电导减去第二部得到的总电导,其值的倒数即为开路支路的电阻值。
[attach]1485[/attach]
4.电路短路故障
当并联电路中一条支路短路时,总电阻接近为零,总电流急剧增大,或导致其它支路电阻烧坏、保险丝熔断或断路器断开等故障。由于难以将短路支路分离出来,这个故障问题分析较为困难复杂,没有成熟有效的分析方法,本文对此不做论述。
四、串并联直流电路故障分析及检修技术实践
1.典型故障
开路和短路是电路中的典型问题,如果电阻烧毁,将造成电路开路,焊点虚焊、电线烧毁,或者是接触不良,都可能引起开路问题。绝缘层上多余的焊锡、导线的绝缘层损坏等经常会使电路短路。
更进一步,可以这样理解部分开路和部分短路,部分开路就是电路电阻值远远大于正常值,但没有达到无穷大(即开路);部分短路就是电路电阻值远远小于正常值,但没有达到0(即短路)。
下过典型案例来说明串并联直流电路故障分析方法。
2.案例1
电路电压测量结果见图7,分析电路是否存在故障。
[attach]1486[/attach]
分析步骤如下:
a.通过理论分析,计算电压表测量点理论电压值V2‖3 ;
[attach]1487[/attach]
b.V2‖3理论值是4.22V,电压表测量值为9.6V,高于正常值,说明电阻R2、R3应该存在开路故障;
c.假设是R2开路,那么通过理论分析可以得到R3的端电压;
[attach]1488[/attach]
d.R3的端电压正好等于测量值9.6V,因此R2可能开路;
e.断开电源,用万用表检查R2周围的连接点、导线,电阻为无穷大处为开路点;
f.如果没有开路点;取下电阻R2,测量R2电阻值,确定其是否损坏开路。
3.案例2
电路电压测量结果见图8,分析电路是否存在故障。
[attach]1489[/attach]
分析步骤如下:
a.R1两端的电压都为24V,说明R2电压降为0V,没有电流通过R2,分析说明电路中要么R2开路,要么R1短路;
b.断开电源,使用万用表测量R1阻值,电阻为0即为短路;
c.假设R1没有短路故障,那么可能是R2存在开路故障,经理论分析,如果R2开路,R2的端电压应该为24V;
d.测量R2的端电压确实为24V,证明R2开路。示意图见图9。
[attach]1490[/attach]
4.案例4
电路电压测量结果见图10,分析电路是否存在故障。
[attach]1491[/attach]
图10  串并联电路故障分析案例3
分析步骤如下:
a.理论分析,计算R3的端电压值;
[attach]1492[/attach]
b.电压表A的读数正常,说明R1、R2和R3的连线没有故障。
c.理论分析,计算R5的端电压值;
[attach]1493[/attach]
d.实际测量值为6.65V,低于理论计算值13.8V,逻辑分析如下,如果R4开路,电压表读数应该为0V;如果R4短路,电压表读数应该为24V;说明R4没有故障;
e.由于电压测量值低于理论值,说明R5、R6、R7存在短路故障,导致测量点B和地之间的电阻值降低,因而导致测量电压值低于理论值;
f.假设为R7短路,计算测量点B电压值;
[attach]1494[/attach]
g.B点电压计算值等于测量值;证明推测正确,R7存在短路故障。
五、小结
任何职业训练都要付出刻苦的努力,电子工程也不例外。学习知识最好的方法是阅读、思考和操作。本文提到的直流电路故障分析方法,通过提出问题、解决问题的学习方法,帮助学生对问题所涉及的专业领域学识获得较为深刻的理解,逐步培养日后工作所需的技术技能。
参考文献:
[1] 丰田利夫.设备现场诊断的开展方法[M].北京:机械工业出版社,1985.
[2] 黄彩玲.直流串激电动机在电机车上的应用[J].煤炭技术,2008,(2).