复杂电气设备从控制系统到执行系统,种类繁多,既有强电部分,又有弱电部分,还有强弱电混合部分。从系统大类方面来说,有电气控制设备、电力电子设备、电机拖动设备等,每种大类设备的故障表现千差万别。因此,对应的电气设备排故的思路及手段完全不同。根据多年来故障分析,总结出了一些规律,为较快地排除复杂电气设备的故障提供了一个比较系统的方法。
广义的复杂电气设备排故分析与诊断方法包括按整个电路图从整体到局部模块对设备及电路逐级分析排查和从故障现象诊断着手, 对故障点接线或局部电路进行逆向测绘,形成局部图纸,进行分析排故。
一、按整个设备电路图从整体到局部模块逐级排查,要求技术人员掌握整台设备所有图纸的原理细节,熟悉设备各单元的电路原理。这种方法要求技术人员熟知所有大类电气设备电路及模拟电路的电路原理及常用模电数电集成块功能原理及引脚,按照设备的电路原理图进行顺向分析。
当接触到一台外观有异常现象的故障电气设备时,应先观察其各功能块电路的外观,有无元件发热勺烧的痕迹及异味,再断电触摸电机、变压器、控制器的外壳有无发烫过热。如发现电路元件有勺烧的痕迹及异味或设备有发烫过热现象等突显问题,可推定有两种可能:一种是设备损坏是受环境或外界其他因素影响或是在非正常状态下如过载运行所引起,这种属于直观性的故障现象;另一种是由相关电路处于不正常的工作状态所引起,对于这类电气设备故障就应围绕这突显的故障现象从图纸找出故障点的电流电压相关传递路径进行在线测量,把测量值与电路原理图物理量的计算值比对分析,直至找到故障元件,并对不正常状态的元件参数进行调整或更换合适参数的元件。
当接触到一台外观没有异常故障现象的电气设备时,往往就难以下手。这就要求技术人员熟悉各大类强弱电的电路原理图,对图纸进行全面分析并进行测量,先易后难,抓住以下要点:首先测量工作电源的电压是否正常,各功能模块输出电压是否正常,振荡电路输出是否有波形,对于有带PLC的电气设备要按动有关按纽看PLC输入指示灯是否亮。对于带传感器的设备电路应在传感器头部处加信号看其指示灯是否亮。经检查如都正常后,就进入电路原理图测量分析。检查测量的次序是:先上电测试,查看设备的外壳是否带电,外壳温升是否处正常范围,如正常,再断电测量有关元件及线路。断电测量主要是测元器件本身通断状态,是否短路、断路,或容量、阻值、电感量是否在正常范内;测量时先测共用电路,,后测分支电路;先测弱电电路后测强电电路;先测外围电路后测核心电路;先检查简单电路后检查复杂电路。电路状态检查,应先开机检查设备冷态运行,再对设备作热态运行检查。具体分类如下:
1、对于变压器、交流电焊机等电机拖动设备,重点在线测量从冷态转向热态时温升状态及每相负载电流增加量,如电流增加明显,那么三相线圈绝缘性能已明显下降,严重时会导致相间击穿或相对外壳击穿。也可在设备热态后断电测量其三相之间或相对地的绝缘电阻值,其值不应小于2兆欧。过热的原因是绝缘老化,通风不良或轴承损坏及转子擦铁。对于变压器、交流电焊机还要注意初次级线圈绝缘电阻的测量。
2、对强电主电路及控制电路,首先在通电状态下用电压法测量,其次在断电状态下采用中点电阻法测量。再次对于疑难杂症,要关注线路接线或间距是否规范,若线路接线不规范,会造成难以排查的强电场放电短路故障,导致熔丝烧断,开关跳闸。此故障如不排除,多次重复会导致相关线路绝缘的老化。
3、对于弱电设备,电解电容的漏电和电阻的阻值远超正常范围都会引起相关放大单元工作点偏移,甚至不能正常工件;在与电源相接的电感两端的放电二极管损坏,会导致同级半导体元件损坏,稳压管的参数变化会引起同级相关元件的工作点偏移。对于模电数电集成块故障的排除可用同型号的集成块替代的方法解决。因此,弱电故障排除的方法主要是从关键元件入手,通过“观、摸、测”的方法找出故障元件。
4、对于电力电子设备,要从主电路、给定模块电路、触发及放大电路模块分头诊断。对于有速度环、电流环的模块要注意以下模块调整是否合适:调节器调零、正负限幅值的调整、电流反馈系数的整定、转速反馈系数的整定等环节。整台设备检查方法是一看同步脉冲,二测给定输出,三量整流输出。主电路整流桥晶闸管损坏要关注是否误用普通的同规格熔丝代替快速熔丝而造成,导致因瞬间过电流烧坏晶闸管,这种可能性居多。
二、逆向测绘电路的方法,是从局部故障模块或电路到设备整体进行分析。很多厂家的设备不提供图纸,在保修期以外,用户维修很困难。设备维修只能从局部故障点分析开始,因此设备维护人员应具备电气控制、电力电子设备、电机拖动设备、供配电设备及数电模电基本电路的各种维护经验,通晓以上各大类设备的电路原理及集成块的引脚排列及功能,分析的切入点是表现出故障的元件或模块。大多数情况下,发生故障的原因并不是故障的元件或模块本身的有问题,而是其他相关电路参数及元件的性能变化所引起。在没有设备原理图的情况下,对于传统强电类机电控制电路及设备,采用按现场接线测绘,画出电路原理图;对于弱电控制部分的单双面印刷电路板,是按电路板测绘画出电路原理图。对于不同大类的设备所测出电路原理图,其元器件排布一定要按设备类别的要求进行。
测绘电路形成标准电路图必须经过反复多次才能完成,根据需要由局部到整体进行。每一次测绘过程就是一次电路的分析过程,就是对目标故障点的排查过程;每一次测绘过程就是对画出的局部电路图进行一次范围扩展过程,就是使电路图更复杂化的过程;每一次测绘过程就是对电路图进行一次规范化的过程,就是使绘出的电路图更便于后续分析的标准化过程。当电路图测绘到比较复杂或范围大的时候,可以按功能、位置、电压等级进行模块化。对于每个模块,应该标明入口、出口并标以符号,以便后面的分析、汇总。再按测量出的局部电路图进行顺向分析,使用万能表、示波器进行静态及动态测量,当故障点找到后可停止测绘。如果找出的故障点是一个电子电气元件,且更换了后又损坏,那么查出的故障点仅仅是几个关联故障点的一个,那么测绘范围应进一步扩大,直至找出所有关联的故障点,问题才算得到全部解决。
实际电路测绘成电路原理图,应遵循有关国标。对于机电电气拖动及控制电路图,应该横向排列,从左到右依次是:电源开关及保护电路、主电路、控制电路、照明及信号电路;对于弱电模块电路,应横向排列,顺序是:微弱信号单元在左、较强信号单元居中或右、功率放大单元在最右侧。电源以电位表示,多电源应标明正负,每个单元的电路以三极管、晶闸管、场效管等大元件为中心而展开,各单元之间的跨接不必连线,应以箭头—> 、>— 并加圆圈, 圆圈内加阿拉伯数字一 一对应表示;对于强弱混合的电力电子调速电路:给定模块电路画在上方,触发及放大电路模块居中,主整流模块画在下方,同轴发电机G电动机M系统及测速发电机均用虚线连接,同一模块信号或电流走向应从左到右;对于供配电设备的电路就比较简单,一次结线图是进出线垂直向下,进线在上,出线在下方,以尖头为导向,上进下出,一进多出,母线横向连接于各路出线之间。
总之,对于刚从事电气设备的维护人员,因阅历和经验的限制,应按从整体到局部的方法,对照图纸对复杂电气设备进行测量分析排故,所用时间要多一点;对有丰富阅历和经验的设备维护人员可用第二种逆向测绘的方法进行分析排故,以节约排故的时间。