常见电气设备故障的诊断与维修

机电设备的电气控制系统一般是以低压电器作为系统的电气元件，以电动机作为系统的动力源，因此，机电设备的电气故障主要发生在这两类电器设备上。此外，在数控机床等自动化程度较高的机电设备中，可编程控制器故障也是引起设备故障停机的重要原因。本节将对以上故障的维修诊断方法进行介绍。

8.3.1　低压电器常见故障与维修

低压电器是指在低压（1 200 V及以下）供电网络中，能够依据操作信号和外界现场信号的要求，自动或手动地改变电路的状况和参数，用以实现对电路或被控对象的控制、保护、测量、指示、调节和转换等的电气器械，它是构成低压控制电路的最基本元件。常用的低压电器有：保护类低压控制电器，如熔断器、漏电保护器等；控制类电器，如接触器、继电器、电磁阀和电磁抱闸等；主令电器，如万能转换开关、按钮、行程开关等。

（1）接触器

接触器是一种用来自动地接通或断开大电流电路的电器。它可以频繁地接通或切断交直流电路，并可实现远距离控制，按照所控制电路的种类，接触器可分为交流接触器和直流接触器两大类。

1）交流接触器

交流接触器是利用电磁吸力及弹簧反作用力配合动作使触头闭合与断开的一种电器，在机电设备控制电路中一般用它来接通或断开电动机的电源和控制电路的电源。接触器主要由触头系统和电磁系统组成。触头系统包括主触头和辅助触头，电磁系统包括电磁线圈、动铁芯、静铁芯和反作用弹簧等。

交流接触器电磁系统典型的吸合形式如图8.13所示。电磁吸合的基本过程是：电磁线圈不通电时，弹簧的反作用力或动铁芯的自身质量使主触头保持断开位置。当电磁线圈接入额定电压时，电磁吸力克服弹簧的反作用力将动铁芯吸向静铁芯，带动主触头闭合，辅助触头也随之动作。

图8.13　电磁系统的典型吸合形式

交流接触器的故障一般发生在线圈回路、机械部分和接触部分等处。当故障发生后，应依照先易后难的原则，先查线圈，后查电源和机械部分，最后进行调整、研磨等，避免盲目拆卸。

①线圈故障

线圈故障可分为过热烧毁和断线。线圈烧毁的原因很多，例如，电源电压过高，超过额定电压的110%；电源电压过低，低于额定值的85%；两者都有可能烧毁接触器线圈。这是因为接触器衔铁吸合不上，线圈回路电抗值较小，电流过大所造成的。此外，电源频率与额定值不符、机械部分卡阻致使衔铁不能吸合、铁芯极面不平造成吸合磁隙过大，在环境方面如通风不良、过分潮湿、环境温度过高等原因，都会引起这种故障。线圈断线故障一般由线圈过热烧毁引起，也可能由外力损伤引起。

针对不同的故障原因，应采取不同的对策。如果是线圈不良故障，更换同型号线圈即可，如铁芯有污物或极面不平，可视情况清理极面或更换铁芯。

②接触器触头熔焊

a.频繁启动设备，主触头频繁地受启动电流冲击，或者触头长时间通过过负载电流，均能造成触头过热或熔焊。前者，应合理操作，避免频繁启动，或者选择合乎操作频率及通电持续率的接触器；后者，则应减少拖动设备的负载，使设备在额定状态下运行，或者根据设备的工作电流重新选择合适的接触器。

如果被控对象是三相电动机，则应检查三相触头是否同步。如果不同步，三相电机启动时短时间内属于缺相运动，导致启动电流过大，应进行调整。

b.负载侧有短路点。吸合时短路电流通过主触头，造成触头熔焊，此时应检查短路点位置，排除短路故障。

c.触头接触压力不正常。因接触器吸合不可靠或振动会造成触头压力太小，使触头接触电阻增大，引起触头严重发热。调整触头压力时，可用纸条法检查压力的大小，方法是取一条比触头稍宽一点的纸条放在触头之间，交流接触器闭合时，若纸条很容易抽出，则说明触头压力不足；若将纸条拉断，则说明压力过大。小容量交流接触器稍用力能将纸条拉出并且纸条完好，大容量电器用力能拉出纸条但有破损，则认为触头压力合适。

d.触头表面严重氧化及灼伤，使接触电阻增大，引起触头熔焊。触头上有氧化层时，如果是银的氧化物，则不必除去；如是铜的氧化物，应用小刀轻轻刮去。如有污垢，可用抹布醮汽油或四氯化碳将其清洗干净；触头烧灼或有毛刺时，应用小刀或整形锉整修触头表面，整修时不必将触头整修得十分光滑，因为过分光滑反而会使触头接触表面面积减小。另外，不要用砂纸修整触头表面，以免金刚砂嵌入触头，影响触头的接触。触头如有熔焊，必须查清原因，修理时更换触头。

③接触器通电后不能吸合或吸合后断开

当发生交流接触器通电后不能吸合的故障时，应首先测试电磁线圈两端是否有额定电压。若无电压，说明故障发生在控制回路，应根据具体电路检查处理；若有电压但低于线圈额定电压，使电磁线圈通电后产生的电磁力不足以克服弹簧的反作用力，则须更换线圈或改接电路；若有额定电压，则更大的可能是线圈本身开路，可用万用表欧姆挡测量；若接线螺丝松脱应紧固，线圈断线则应更换。

另外，接触器运动部位的机械机构及动触头发生卡阻或转轴生锈、歪斜等，都有可能造成接触器线圈通电后不能吸合或吸合不正常。前者，可对机械连接机构进行修整，修整灭弧罩，调整触头与灭弧罩的位置，消除两者的摩擦；后者，应进行拆检，清洗转轴及支承杆，必要时调换配件。组装时应装正，保持转轴转动灵活。

接触器吸合一下又断开，通常是由于接触器自锁回路中的辅助触头接触不良，使电路自锁环节失去作用。整修动合辅助触头，保证良好的接触即可消除故障。

④接触器吸合不正常

接触器吸合不正常是指接触器吸合过于缓慢、触头不能完全闭合、铁芯吸合不紧、铁芯发出异常噪声等不正常现象。接触器吸合不正常时，可从以下三个方面检查原因，并根据检查结果作出相应的处理。

a.控制电路电源电压低于85%额定值，电磁线圈通电后所产生的电磁吸力较弱，不能将动铁芯迅速吸向静铁芯，造成接触器吸合过于缓慢或吸合不紧。此时应检查控制电路的电源电压，并设法调整至额定工作电压。

b.弹簧压力不适当会造成接触器吸合不正常。弹簧的反作用力过强，会造成吸合过于缓慢；触头弹簧压力超程过大，会使铁芯不能完全闭合；触头的弹簧压力与释放压力过大，也会造成触头不能完全闭合。此时，应对弹簧的压力作相应的调整，必要时进行更换，即可消除以上故障。

c.铁芯极面经过长期频繁碰撞，沿叠片厚度方向向外扩张且不平整，或者短路环断裂，造成铁芯发出异常响声。前者，可用锉刀整修，必要时更换铁芯；后者，应更换同样尺寸的短路环。

⑤接触器线圈断电后铁芯不能释放

这种故障危害极大，使设备运行失控，甚至造成设备毁坏，必须严加防范。其可能原因如下：

a.接触器铁芯极面受撞击变形，“山”字形铁芯中间磁极面上的间隙逐渐消失，致使线圈断电后铁芯产生较大的剩磁，从而将动铁芯吸附在静铁芯上，使交流接触器断电后不能释放。处理时可锉平、修整铁芯接触面，保证铁芯中间磁极接触面有不大于0.15～0.2 mm的间隙，然后将“山”字形铁芯接触面放在平面磨床上精磨光滑，并使铁芯中间磁极面低于两边磁极面的0.15～0.2 mm，可有效地避免这种故障。

b.铁芯极面上油污和尘屑过多，或者动触头弹簧压力过小，也会造成交流接触器线圈断电后铁芯不能释放。前者，清除油污即可；后者，可调整弹簧压力，必要时更换新弹簧。

c.接触器触头熔焊也会造成交流接触器线圈断电后铁芯不能释放，可参阅前述方法进行排除。

d.安装不符合要求或新接触器铁芯表面防锈油未清除也会出现这种故障。若是安装不符合要求，可重新安装，应使倾斜度不超过5°，若是铁芯表面防锈油粘连，则揩净油即可。

2）直流接触器

直流接触器按其使用场合可分为一般工业用直流接触器、牵引用直流接触器和高电感直流接触器。一般工业用直流接触器常在机床等机电设备中，用于控制各类直流电动机。直流接触器的基本结构如图8.14所示。直流接触器的常见故障与交流接触器基本相同，可对照上述交流接触器故障状况进行分析。

例8.3　一台CZQ-100/20直流接触器，吸合正常，释放缓慢、无力。

图8.14　直流接触器的基本结构图
1—磁吹线圈；2—灭弧罩；3，8—静触头；4，7—动触头；5—线圈；6—弹簧

分析：释放无力的原因有：①触头压力（也即触头反力）过小；②触头轻度熔焊；③机械可动部分被卡住；④反力弹簧失去弹性，或反力过小；⑤铁芯极面有污物，使铁芯活动不灵活；⑥非磁性垫片被磨薄或脱落，造成克服不了剩磁力而不易释放。

检修：①检查触头压力，未发现明显异常情况，触头无熔焊；②将直流接触器拆开，检查铁芯极面，表面干净。仔细检查，若发现非磁性片明显变薄，更换同型号铜片，故障排除。

（2）继电器

继电器主要作用是对电气电路或电气装置进行控制、保护、调节以及信号传递，它的触头容量较小，常在5 A或5 A以下，因而继电器不能用来切断负载，这也就是继电器与接触器的主要区别。根据输入信号的不同，继电器可分为根据温度信号动作的温度继电器、根据电流信号动作的电流继电器、根据压力信号动作的压力继电器、根据速度信号动作的速度继电器等多种类型。下面介绍几种常用继电器的故障诊断与维修方法。

图8.15　JR15系列热继电器结构图
1—外壳；2—主双金属片；3—发热元件；4—导板；5—补偿双金属片；6—常闭静触头；7—常开静触头；8—再扣调节螺钉；9—动触头；10—再扣弹簧；11—再扣按钮；12—再扣按钮复合弹簧；13—整定电流调节凸轮；14—支持件；15—弹簧；16—推杆

1）热继电器

电动机在实际运行中，常遇到过载情况。若过载电流不大，过载时间也较短，电动机绕组温升不超过允许值，这种过载是允许的。若过载电流过大或时间过长，会使绕组温升超过容许值，造成绕组绝缘损坏，缩短电动机的使用年限，严重时甚至会使电动机的绕组烧毁。为了充分发挥电动机的过载能力，保证电动机的正常启动及运转，防止电动机绕组因过热而烧毁，通常采用热继电器作为电动机的过载保护。

常用的热继电器（温度继电器）是双金属片式。如图8.15所示为JR15系列热继电器结构，它主要由双金属片、电阻丝（发热元件）和触点组成。使用时，发热元件串接到电动机主电路中，常闭触头在控制电路中与接触器线圈串联。电动机过载时，发热元件3温度升高（超过正常运行温度），使双金属片2弯曲，推动导板4，导板推动温度补偿双金属片5，将推力传至推杆16，使热继电器常闭触头6断开，切断电动机的控制电路，主电路断开。若要使电动机再次启动，需经过一定的时间，待双金属片冷却后，按下手动复位按钮11，使触头复位（由7回到6）。调节螺钉8也能使继电器动作后不自动复位，而必须按动复位按钮才能使触点复位。

修理方法如下：

①热继电器接入主电路或控制电路不通

A.热元件烧断或热元件进出线头脱焊会造成热继电器接入主电路后不通，该故障排除可用万用表进行通路测量，也可打开热继电器的盖子进行外观检查，但不得随意卸下热元件。对于烧断的热元件需要更换同规格的元件，对脱焊的线头则应重新焊牢。

B.整定电流调节凸轮（或调节螺钉）转到不合适位置上，致使常闭触头断开；或者由于常闭触头烧坏，以及再扣弹簧或支持杆弹簧弹性消失，使常闭触头不能接触，造成热继电器接入后控制电路不通。前者，可打开热继电器的盖子，观察调节凸轮动作机构，并将其调整到合适的位置上；后者，则需要更换触头及相关的弹簧。

C.热继电器的主电路或控制电路中接线螺钉未拧紧，运行日久松脱，也会造成主电路或控制电路不通，检查接线螺钉拧紧即可。

②热继电器误动作

热继电器误动作是指电动机未过载，继电器就动作的现象。

A.由于热继电器所保护的电动机启动频繁，热元件频繁受到启动电流的冲击；或者电动机启动时间太长，热元件较长时间通过启动电流，这两种情况均会造成热继电器误动作。前者，应限制电动机的频繁启动，或改用半导体热敏电阻温度继电器；后者，则可按电动机启动时间的要求，从控制电路上采取措施，在启动过程中短接热继电器，启动运行后再接入。

B.热继电器电流调节刻度有误差（偏小）会造成误动作，此时应按下面的方法合理调整：将调节电流凸轮调向大电流方向，然后启动设备，待设备正常运转1 h后，将调节电流凸轮向小电流方向缓缓调节，直至热继电器动作，然后再将调节凸轮向大电流方向作适当旋转。

C.电动机负载剧增，致使过大的电流通过热元件，或者热继电器调整部件松动，致使热元件整定电流偏小，造成热继电器误动作。前者，应排除电动机负载剧增的故障；后者，则可拆开热继电器的盖板，检查动作机构及部件并加以紧固，重新进行调整。

D.热继电器安装所处的环境温度与电动机所处的环境温度相差太大；或者连接导线太细，接线端接触不良，致使接点发热，使热继电器误动作。前者，应加强热继电器安装处的通风散热，使运行环境温度符合要求；后者，则需合理选择导线，并保证良好的接触。

③电动机已烧毁而热继电器尚未动作

这种情况的可能原因有：

A.热继电器调节刻度有误差（偏大），或者调整部件松动引起整定电流偏大，当电动机过负载运行时，负载电流虽能使发热元件温度升高，双金属片弯曲，但不足以推动导板和温度补偿双金属片，使电动机长时间过负载运行而烧毁。处理方法与热继电器调节刻度误差（偏小）故障处理相同。

B.动作机构卡死，导板脱出；或者由于热元件通过短路电流，双金属片产生永久性变形，电动机过载时继电器无法动作，使电动机烧毁。处理时，应打开热继电器盖子，检查动作机构，重新放入导板，按动复位按钮数次，查看其机构动作是否灵活。若为双金属片永久变形，则应更换。

C.热继电器经检修后，由于疏忽将双金属片安装反了；或双金属片发热元件用错，致使电流通过热元件后双金属片不能推动导板，电动机过负载运行烧毁而热继电器不动作。处理时，应检查双金属片的安装方向，或更换合适的双金属片及发热元件。热继电器更换双金属片及发热元件后，应进行保护性的校验与调整。其电路如图8.16所示，校验步骤如下：

a.合上开关QS，指示灯HL亮。

b.将整定值调节凸轮置于额定值处，然后调节变压器输出电压，使热元件通过的电流升至额定值，1 h内热继电器不动作，则应调节凸轮向整定值大的方向移动。

c.将电流升至1.2倍额定电流，热继电器应在20 min内动作，指示灯HL熄灭。若20 min内不动作，则应将调节凸轮向整定值小的方向移动。

d.将电流降至零，待热继电器复位并冷却后，再调升电流至6倍额定值，分断开关QS随即合上，其动作时间应大于5 s。

④电动机本体故障造成电动机烧毁而热继电器尚未动作

热继电器在安装时，应注意出线的连接导线粗细要适宜。如导线过细，轴向导热差，热继电器可能提前动作；反之，连接导线太粗，轴向导热快，热继电器可能滞后动作。一般规定：额定电流为10 A的热继电器，宜选用2.5 mm2的单股塑料铜芯线；额定电流为20 A的热继电器，宜选用4 mm2的单股塑料铜芯线；额定电流为60 A的热继电器，宜选用16 mm2的多股塑料铜芯线。

2）时间继电器

时间继电器是一种利用电磁原理或机械动作原理来延时触头闭合或分断的自动控制电器。它的种类很多，有电磁式、电动式、空气阻尼式（又称“气囊式”）及晶体管式等。电动式时间继电器的延时精确度高，延时时间较长（由几s到72 h），但价格较贵；电磁式时间继电器的结构简单，价格也较便宜，但延时较短（0.3～0.6 s），且只能用于直流电路和断电延时场合，体积和质量均较大；空气阻尼时间继电器的结构简单，延时范围较长（0.4～180 s），缺点是延时准确度较低。

常用的JS7-A系列时间继电器，利用空气通过小孔节流的原理获得延时动作。根据触头的延时特点，它可分为通电延时（如JS7-1A和JS7-2A）与断电延时（如JS7-3A和JS7-4A）两种。 JS7-A系列时间继电器的结构如图8.17所示。时间继电器常见的故障及修理方法见表8.9。

图8.16　热继电器保护特性校验接线图

图8.17　JS7-A系列时间继电器
1—调节螺丝；2—推板；3—推杆；4—宝塔弹簧；5—线圈；6—反力弹簧；7—衔铁；8—铁芯；9—弹簧片；10—瞬时触头；11—杠杆；12—延时触头

表8.9　时间继电器常见的故障及修理方法

3）速度继电器

速度继电器又称反接制动继电器，它的作用是与接触器配合实现对电动机的制动。速度继电器由三个主要部分组成：定子、转子和触点。速度继电器原理如图8.18所示。

图8.18　感应式速度继电器结构原理图
1—支架；2，6—轴；3—短路绕组；4—定子；5—转子；7—轴承；8—顶块；9，12—动合触头；10，11—动断触头

速度继电器的转子是一块永久磁铁，它与被控制的电机轴连接在一起；定子固定在支架上，由硅钢片叠成，并装有笼型的短路绕组。当轴转动时，转子随转轴一起旋转，在转子周围的磁隙中产生旋转磁场，使笼型绕组中感应出电流，转子转速越高，这一电流就越大。感应电流产生的磁场与旋转磁场相互作用，使定子受到一个与转子转向同方向的转矩，转速越高，转矩越大。

转子不转动时，定子在定子柄重力的作用下，停在中心稳定位置；转子转动后，定子受到转矩作用，将产生与转子同向的转动。转子转速越高，定子受到的同向力矩越大，转动的角度也越大。定子的转动带动支架，使反面的胶木摆杆发生偏转，转到一定的角度后，常闭触头断开，常开触头闭合。当轴上的转速接近零（小于100 r/min）时，胶木摆杆恢复原来状态，触头也随之复原。

常用速度继电器为JY1系列和JF20系列。 JY1系列能以3 600 r/min的转速可靠工作，在JF20系列中，JF20-1型适用于转速为300～1 000 r/min的情况，JF20-2型适用于转速为1 000～3 600 r/min的情况，一般120 r/min即复位。

速度继电器常见的故障及排除方法见表8.10。

表8.10　速度继电器常见的故障及排除方法

（3）熔断器

熔断器是用来进行短路或过载保护的器件，它串接在被保护电路中。当通过熔断器的电流大于一定值时，它能依靠自身产生的热量使特制的低熔点金属（熔体）熔化而自动分断电路。其基本组成部分由熔丝或熔片、隔热物、底座等组成，如图8.19所示。熔断器的常见故障及排除方法如下：

图8.19　低电压熔断器的结构图

①熔断器熔体误熔断

熔断器熔体在短路电流下熔断是正常的，但有时会在额定电流运行状态下熔断，这种情况称为误熔断。

产生误熔断的可能原因有：

a.熔断器的动、静触头（RC1型）、触片与插座（RM10型）、熔体与底座（RL1、RTO和RSO型）接触不良引起过热，使熔体熔断。因此，更换熔体时应对接触部位进行修整，保证上述部位接触良好。

b.熔体氧化腐蚀或安装时有机械损伤，使熔体的截面变小，造成熔体误熔断。因此更换熔体时应细心操作，避免损伤。

c.熔断器四周介质温度与被保护对象周围介质温度相差太大，造成熔体的误熔断。此时，应加强通风，使熔断器运行环境温度与被保护设备相接近。

根据熔体熔断后的情况，可以判断熔体熔断是短路电流造成的，还是长期过负载造成的，从而找出故障原因。

过负载时，因其电流比短路电流小得多，因而熔体发热时间较长，熔体的小截面处热量积聚较多，故多在小截面处熔断，而且熔断的部位较短。

短路时，由于短路电流比过负载电流大得多，所以，熔体熔断较快，熔断的部位较长，甚至熔体的大截面部位会被全部烧光；另外，由于短路时产生的热量大、时间快，在熔体中段产生的最高温升点来不及将热量传至两端。因此，熔体是在中间部位熔断的。

通电时的冲击电流会使熔丝在金属帽附近某一端熔断。

快速熔断器熔体的熔断与普通熔断器不同。快速熔断器过负载时发热量没有明显增加。因此，对熔体温升影响较大的是两端导线与熔体连接处的接触电阻，熔体上最高温升点在熔体两端，故往往在两端连接处熔断。

玻璃管密封型熔断器熔体熔断的特点是：长时间通过近似额定电流时，熔丝往往于中间部位熔断，但不伸长，熔丝汽化后附在玻璃管壁上；当有1.6倍左右额定电流反复通过和断开时，熔丝往往于某一端熔断并伸长；当有2～3倍额定电流反复通过和断开时，熔丝于中间部位熔断并气化，但无附着现象。

②熔体未熔断，但电路不通

这类故障的发生，通常是由熔体两端接触不良所致。对于RM、RTO型的熔断器，应检查熔体插刀与夹座的接触情况，调小开口触片的距离，使其与插刀紧密接触；对于RC1型熔断器，则应检查其熔丝连接情况，并旋紧熔丝连接端的连接螺钉；对于RL1型熔断器，应检查其螺帽盖是否拧紧，未拧紧的予以拧紧。

（4）主令电器

主令电器包括按钮、行程开关、主令控制器等，它是依靠电路的通断来控制其他电器的动作，以“发布”电气控制的命令。利用主令电器可以实现人对控制电路的操作和顺序控制。各主令电器的常见故障及维修方法如下。

1）按钮

按钮是一种靠外力操作接通或分断电流的电气元件，它不能直接用来控制电气设备，只能用来发出“指令”。图8.20为按钮的结构原理图。按钮在正常情况下，静触头1—2由动触桥5使其闭合，而静触头3—4分断；当按下按钮时，静触头1—2分断，静触头3—4由动触桥5接通。由于在按钮正常情况下，静触头1—2接通，3—4不通，而按钮动作时，静触头1—2分断，3—4接通，故称静触头1—2为动断触头，静触头3—4为动合触头。按钮常见故障及排除方法有：

图8.20　常用按钮结构原理图
1，2，3，4—静触头；5—动触桥

①按启动按钮时有麻电感觉

a.按钮防护金属外壳与带电的连接导线有接触，通过检查按钮内部导线连接情况，清除碰壳即可。

b.在金属切削机床上，由于铁屑或金属粉末钻进按钮帽的缝隙间，使其与导电部分形成通路，产生麻电感觉。排除故障的方法是：经常清扫，或在按钮上护罩一层塑料薄膜，避免金属屑钻入。

②按停止按钮时不能断开电路

通常由于停止按钮动断触头已形成了非正常的短路，无论按或不按停止按钮，触头间都成为通路，自然不能断开电路。非正常的短路，由以下两个方面的原因造成：

a.金属屑或油污短接了动断触头，清扫除去即可。

b.按钮盒胶木烧焦碳化，动断触头短路。此时，应更换按钮，若一时无备用品或为应付生产急需，可用小刀刮除碳化部分，经测量短路消除后可暂时投入运行，待停机后调换新按钮。

③按停止按钮后再按启动按钮，被控电器不动作

通常由于停止按钮的复位弹簧损坏，以致在按停止按钮后，其动断触头不复位，处于常开状态，使控制回路失电，该故障调换复位弹簧即可消除。另外，启动按钮动合触头氧化，接触不良，也可能会造成故障的发生。应清扫、打磨动、静触头，使其接触良好。

2）行程开关

行程开关又称位置开关或限位开关，其触头的操作不是用手直接操作，而是利用机械设备某些运动部件的碰撞完成操作的。因此，行程开关是一种将行程信号转换为电信号的开关元件，广泛应用于顺序控制器及运动方向、行程、定位、限位以及安全等自控系统中。各类行程开关的分类及特点见表8.11。

表8.11　行程开关的分类及特点

如图8.21所示，按钮式行程开关的动作过程同按钮一样，所以动作简单，维修容易，但不宜用于移动速度低于0.4 m/min的场合，否则会因为分断过于缓慢而烧损行程开关的触头。

如图8.22所示，滚轮式开关工作原理是当撞块向左撞击滚轮1时，上下转臂绕支点以逆时针方向转动，滑轮6自左至右地滚动，压迫横板10，待滚过横板10的转轴时，横板在压缩弹簧11的作用下突然转动，使触头瞬间切换。 5为复位弹簧，撞块离开后带动触头复位。

图8.21　按钮式行程开关结构示意图
1—推杆；2—弹簧；3—动断触头；4—动合触头

图8.22　滚轮式行程开关结构示意图
1—滚轮；2—上转臂；3—盘形弹簧；4—下转臂；5—复位弹簧；6—滑轮；7—压板；8—动断触头；9—动合触头；10—横板；11—压缩弹簧

如图8.23所示，单断点微动开关与按钮式行程开关相比具有行程短的优点。双断点微动开关内加装了弯曲的弹簧铜片2，使得推杆1在很小的范围内移动时，都可使触头因弹片的翻转而改变状态。

图8.23　微动开关结构示意图

行程开关常见的故障如下：

①碰撞行程开关，设备运行不受控这种故障的危害极大，它使行程开关起不到行程和限位控制的作用，会造成人身伤亡和设备损坏等事故。该故障可从以下三个方面着手检查：

a.触头接触不良是正常运行中常见的故障原因，应定期检查和清洁行程开关，维护其触头的良好接触。

b.行程开关或撞块本身安装位置不当；或者由于运行碰撞次数过多，行程开关、撞块的固定螺钉松动而移位，造成了即使碰撞行程开关滚轮（或触柱），也不能有效地推动触头到位或离位的现象。此时，应调整行程开关或撞铁位置，并紧固好固定螺钉。

c.触头连接线松脱检查并紧固松脱的连接线。

②行程开关复位后，动断触头不闭合。发生此故障后，应及时拆卸行程开关，从以下三个方面的可能性着手检查：

a.动断触头复位弹簧弹力减退或被杂物卡住，可更换弹簧或去除杂物。

b.动断触头偏斜或脱落。触头偏斜或脱落通常是由于行程开关与撞块安装位置太近，以致碰撞时推力太大造成的。因此，排除这类故障时，要注意适当调整行程开关的安装位置。

c.杠杆已偏转，但触头不动作。故障的发生通常是由于行程开关安装位置太低造成的，可采取在行程开关底面加垫板或提高安装位置的方法消除故障。

此外，行程开关内机械卡阻也会造成故障的发生。需检查清扫，重新装配调整，并对活动支点部位滴微量机油，使其动作灵活，消除机械卡阻。

8.3.2　电动机常见故障与维修

电动机是工农业生产中使用最多、使用面最广的动力驱动机械，其中，三相交流异步电动机由于其具有结构简单、制造方便、运行可靠、价格低廉等一系列优点，因此，在工厂电力拖动中得到广泛应用。三相交流异步电动机分为笼式和绕线式两种。笼式异步电动机启动线路简单，运行可靠，易于维修保养；绕线式异步电动机启动电流小，启动转矩大，适用于负载较重的设备。笼式异步电动机的结构如图8.24所示。

图8.24　笼式异步电动机结构图
1—轴承盖；2—端盖；3—接线盒；4—定子铁芯；5—转轴；6—轴承；7—机座；8—定子绕组；9—鼠笼转子；10—风叶；11—风罩；12—硅钢叠片；13—鼠笼条

三相异步电动机的故障一般可分为电气故障和机械故障两大类。电气故障包括定子绕组、转子绕组、电刷等故障，机械故障包括轴承、风扇、机壳、端盖、转轴及联轴结构等故障。正确判断电动机发生故障的原因是一项复杂细致的工作，因为在电动机运行时，不同的原因可以产生很相似的故障现象，这给分析、判断和查找故障原因带来较大困难。因此，维修人员应熟悉三相异步电动机常见故障的特点和诊断方法，以便快速排除故障。

（1）常见故障现象及原因

表8.12列出了电动机常见故障现象及原因。

表8.12　电动机常见故障现象及原因

续表

续表

（2）三相异步电动机常用维修技术

1）电动机的拆装

在检查、清洗、修理电动机内部或换润滑油、轴承时，均需将电动机拆开。下面介绍三相笼型转子异步电动机的拆卸工艺。

①拆卸前的准备

a.准备各种拆卸工具，清洁现场。在线头、轴承盖、螺钉和端盖等部件上做好记号。

b.拆卸电源线和保护接地线。拧下地脚螺母，将电动机移至解体现场。

②拆卸

a.拆卸皮带轮。将皮带轮上的固定螺栓或销松脱，用拉具将皮带轮慢慢拉出来。

b.拆下电动机尾部风罩和尾部扇叶。拆下前后轴承外盖，松开两侧端盖紧固螺栓，使端盖与机壳分离。

c.抽出转子。在抽出转子前，应在转子下面气隙和绕组端部垫上厚纸板，以免碰伤铁芯和绕组。小型电动机的转子可以直接用手抽出，大型电动机需用起重设备吊出。

d.拆下前后轴盖和轴承内盖。

③装配

a.装配电动机前应彻底清扫定子、转子间表面的尘垢。

b.装配端盖时，先要查看轴承是否清洁，并加入适量的润滑脂。端盖的固定螺栓应均匀地交替拧紧。在装配过程中，应保持各零部件的清洁，正确将原先拆下的零件原封不动地装回。

2）定子绕组的局部修理工艺

电动机定子三相绕组出现故障的可能性最大，其局部故障表现为：绕组绝缘电阻下降、绕组接地、绕组断路和绕组相间或绕组匝间短路等，出现故障后，一般可通过局部修理将其修复。

①绕组绝缘电阻下降的检修

绕组绝缘电阻下降的直接原因，除一部分是绝缘老化外，主要是受潮引起的，通常采用干燥处理即可修复。干燥绕组的方法很多，但本质是相同的，就是对绕组加热，使潮气随热气流移动和散发出去。常用的干燥方法有烘房干燥法、热风干燥法、灯泡干燥法等。

②绕组接地故障的检修

所谓接地，指绕组与机壳直接接通，俗称“碰壳”。造成绕组接地故障的原因很多，如电动机运行中因发热、振动、受潮使绝缘性能劣化，在绕组通电时被击穿；或因定子与转子相擦，使铁芯过热，烧伤槽楔和槽绝缘；或因绕组端部过长，与端盖相碰撞。绕组接地时，电动机启动不正常，机壳带电，接地点产生电弧，局部过热，并很快发展成为短路，烧断熔断器甚至烧坏电动机绕组。

绕组接地故障的检查方法很多，这里介绍用兆欧表检测的方法。对于500 V以下的电动机，可采用500 V的兆欧表；对于500～3 000 V的电动机，可采用l 000 V的兆欧表；对于3 000 V以上的电动机，可采用2 500 V的兆欧表。测量方法：测量前，应先校验兆欧表，然后正确接线，将“L”接线柱接至主绕组的一端，“E”接线柱接至电动机外壳上无绝缘漆的部位，最后转动手柄至额定转速，指针稳定后所指的数值即为被测绕组的对地绝缘电阻。若指针指到零，则表示绕组接地。若指针摇摆不定，则说明绝缘已被击穿，只不过尚存有某个电阻值而已。

③绕组短路故障的检修

定子绕组的短路分为相间短路和匝间短路两种。造成绕组短路故障的原因：通常是由于电动机电流过大、电源电压偏高或波动太大、机械力损伤、绝缘老化等。绕组发生短路后，使各相绕组串联匝数不等、磁场分布不匀，造成电动机运行时振动加剧、噪声增大、温升偏高甚至被烧毁。

图8.25　用短路侦察器检查绕组短路
1—被测线圈；2—短路侦察器；3—薄钢片

绕组短路检查方法有短路侦察器法和电阻比值法两种。用短路侦察器检查的方法如图8.25所示。短路侦察器接交流电源，其端面紧贴槽齿，并沿圆周方向移动，当遇上短路线圈时，薄钢片因受交变磁场的作用而微微振动，并有轻微的“吱吱”声。用短路侦察器检查短路需对电动机进行解体，而应用电阻比值法，则无须对电动机进行解体，其具体步骤如下：

a.测量电动机绕组任意两相间的电阻值，设为R1。

b.测量电动机绕组任意短接的两相与第三相相间的电阻值，设为R2。

c.求出比值系数C，其值为C=R1/R2。电动机为星形连接时，CY =0.75。电动机为三角形连接时，C△=0.5。若C值小于CY（或C△）值，则说明定子绕组有短路。

3）三相绕组接线错误诊断

三相绕组首尾故障检查接线如图8.26所示，其方法有如下三种。

①用万用表分出每相绕组的两个出线端，然后将三相绕组按图8.26（b）连接，用手转动电动机的转子，若万用表（置于毫安挡）指针不动，说明三相绕组首尾的连接正确；若万用表指针动了，则说明三相绕组的首尾有一相反了，应逐相对调后重新试验，直到万用表指针不动为止。

②按图8.26（c）接线，万用表置毫安挡。开关S接通的瞬间，若万用表指针正向偏转，说明接电池正极的一端与接万用表负极的一端是同名端；如果指针反向偏转，则接电池正极的一端与接万用表正极的一端是同名端。做好标记后，再将万用表接到第三相的两个出线端试验。这样便可区分各相绕组的首和尾。

③用万用表分出每相绕组的两个出线端，先假设每相绕组的首尾，并按图8.26（d）接线。将一相绕组接通12 V低压交流电，另两相绕组串联起来接36 V灯泡，如果灯泡发亮，说明相连两相绕组首尾的假设是正确的；若灯泡不亮，则说明相连两相绕组不是首尾相连。因此，这两相绕组的首尾便确定了，然后用同样的方法判断第三相。

图8.26　三相绕组首尾故障的检查方法

4）聚氨酯胶和耐磨胶修复电动机零部件的方法

①用聚氨酯胶修复电动机端盖裂缝

a.钻“止缝孔”。用汽油清除裂缝周围的污垢，并在裂缝线的始末端点上钻“止缝孔”各1个，不要钻透，留壁厚约1 mm以防胶液漏出。

b.开出“U”形斜面。用凿子沿裂缝开出约135°的斜面，至“止缝孔”为止，斜面深度以端盖厚度的60%为宜。

c.清洁“U”形斜面的黏结面。先用酒精湿润棉花粗擦黏结面（沿“U”形斜面的周围，宽度各为25 mm为宜）2～3次，再用丙酮润湿脱脂棉签，彻底清擦黏结面，越清洁越好。

d.选胶选用101甲、乙两组聚氨酯胶，体积比为甲∶乙=2∶1。

e.调胶与涂胶在玻璃器皿中彻底拌匀，沿着“U”形斜面倒满黏结剂，与端盖表面平齐，用油漆刮刀加力擀平、压实、压紧。

f.固化用灯泡或电吹风加热，用水银温度计进行监视，将温度控制在100 ℃，2 h后就能完成固化。

g.修整黏结面的表面先用锉刀后用砂布，将高出端盖表面的黏结剂锉去砂平。

在被黏结的固化“U”形斜面上粘贴3层玻璃布，可以起到补强作用。具体做法是：将细薄玻璃布剪成35 mm×80 mm的长方形条3块放进烘箱里，将温度控制在180 ℃，1 h后除去表层蜡状物，使织物具有良好的浸渍胶液的能力；将处理过的玻璃布浸渍在胶液中（也可将胶液倒在玻璃布上），用油漆刮刀来回刮涂几次，使之完全被胶液浸透，然后把涂有胶液的玻璃布贴在“U”形斜面上，用油漆刮刀来回擀平、压实；继续粘贴3层，再用一面涂有硅油的铝板紧贴在玻璃布上，使之处于一定压力之下，以使黏结强度更高。

②用耐磨胶修复电动机端盖止口面

a.清洁端盖止口与机座止口。当磨损的止口面氧化锈蚀时，可先用细钢丝刷将止口面刷除干净，然后再用400号水砂纸擦光，直到止口面呈现金属光泽为止。用汽油润湿棉团，先在两止口面上粗擦2～3遍，再用丙酮精擦1次，直至彻底清洁为止，然后晾干待粘。

b.测量端盖止口与机座止口的配合公差值。在端盖止口和机座止口清洁处理后，用游标卡尺测量机座止口内径和端盖止口外径，以确定刮涂胶泥的厚度。

c.调胶。将AR-4耐磨胶黏剂甲、乙两组分别按体积比1∶1置于干燥清洁的玻璃器皿中调匀。

d.涂胶用塑料铲将胶涂在端盖止口和机座止口面上，来回涂刮2～3遍，尽量使涂胶均匀一致，不得漏涂，并需在30 min内涂完，要使止口尺寸大于配合尺寸1 mm。黏结场所应清洁干燥，避免尘土、油污，否则将严重影响黏结质量。

e.固化在室温固化24 h后，按技术标准将内外止口分别加工至配合尺寸，即可进行组装。

③耐磨胶修复端盖轴承孔

端盖轴承孔磨损会造成轴承与端盖轴孔的松动，应用耐磨胶黏结修复，与传统的机械修理方法相比，省工节料，性能良好。具体修复方法如下：

a.车圆端盖轴承孔，其表面粗糙度Ra值为60 μm或40 μm，使表面凹凸适宜，为黏合创造条件。控制轴承孔与轴承外径的配合间隙为0.5 mm。

b.清洁端盖轴承孔黏结面。先用布蘸酒精粗擦3遍，后用丙酮进行仔细精擦，将污垢彻底清除为止。

c.涂刷耐磨胶黏剂。将AR-5耐磨胶黏剂按甲∶乙两组体积比1∶1从软管中挤出，置于干燥清洁的镀锌钢板上调匀，用塑料铲将胶黏剂在0.5 h内涂于端盖轴承孔位置上，其厚度在1 mm以上，力求均匀一致。

d.固化和车削。在室温下固化24 h后，按公差要求车端盖轴承孔达到配合尺寸。

8.3.3　PLC常见故障与维修

目前，采用可编程控制器（PLC）进行运行控制的机电设备越来越多。 PLC实质上是一种专用计算机，它的结构形式与计算机相同，由中央处理单元CPU、存储器、输入/输出（I/O）模块及编程器等组成。有资料表明，PLC控制系统中发生故障的比例为：CPU及存储器占5%，I/O模块占15%，传感器和开关占45%，执行装置占30%，接线等其他方面占5%。由此可见，PLC常见故障分为功能性故障和硬件部分故障两大类，且硬件部分故障占80%以上。

PLC硬件部分包括外围线路、电源模块、I/O模块等，其中外围线路由现场输入信号（如按钮开关、选择开关、行程开关及其一些传感器输出的开关量、中间继电器输出触点或经模数转换的模拟量等）和现场输出信号（如电磁阀、继电器、接触器、电热器、电变换器和电机等），以及一些导线、接线端子及接线盒等组成。硬件部分常见故障有：

（1）元器件损伤

在控制系统回路中一旦发生元器件损伤，PLC控制系统就会自动停止工作，因此，应尽快查清故障元件并予以更换。一般维修中只需更换同样的元器件即可，但是实际中，常常发生短时间无法找到同样元器件的情况，此时，应采用元器件替换法，将损坏的元器件替换下来，以减少设备的故障停机时间，进行元器件替换时，应按照以下原则操作。

1）电阻器的替换

在数字电路中，通常对电阻阻值范围的要求不高，替换的电阻器只要满足额定功率的要求即可，一般采用较多的是金属膜电阻。但是，在振荡、定时、分压等电路中，应采用精密电阻，以使电阻值与元器件精度相适应。

2）电容器的替换

进行电容器替换时，首先应考虑电容的标称容量和耐压，而电容介质材料对替换并无太大影响。在振荡、定时、带通滤波等电路的电容器替换时，应严格遵守同等容量电容器替换这一原则；在其余电路中，对电容容量的要求均不高，可采用相近容量的电容替换。滤波电容的容量要求更宽一些。电解电容的替换，要注意耐压正、负极性。

3）半导体元器件的替换

半导体元器件一般应尽量选择同一型号的产品进行替换。若不能满足这一要求时，可通过器件手册查找元器件的主要参数，选择替代品。替代品应满足下述四个条件：

①材料相同，即锗-锗，硅-硅替代；

②极性相同，即PNP-PNP，NPN-NPN替代；

③种类相同，即三极管—三极管、场管效应—场管效应替代；

④特性相同，即最大直流耗散功率Pcm应大于或等于原器件的Pcm，且应大于原器件的实际功耗Pc；最大允许直流电流Icm应大于原损坏件的Icm，且应大于实测电流Ic；在最高耐压方面，替代元器件的几个主要参数（如晶体管的UCBO，UCEO，UBEO等）应大于原器件；频率特性的主要参数（如ft或fab），应大于或等于原器件。

在进行半导体元器件的替代时，还应注意以下三点：

①半导体元器件较难拆卸，故拆卸时注意不要损坏相邻元器件。

②拆下的元器件要再次确认是否损坏，且应记录各电极的位置。

③由于同一型号元器件的性能相差较多，即使是同一厂家也不例外，因此，在以元器件手册为准选定替换件后，还应进行实测，以确定其性能是否符合要求。

4）集成电路的替换

①数字集成电路。由于数字集成电路已经标准化，因此只要系列、序号相同，各制造厂商的产品均可替换。在TTL电路中，当工作电压为+5 V时，各系列可互换，但在速度上一般以高代低。若以低代高时，应考虑能否满足线路要求。在CMOS电路中，应同时考虑速度和工作电压两个指标。

②模拟集成电路最好采用同一厂家、同一型号的器件予以替换。一般不同厂商制造的器件，在型号字头相同、序号相同时可以替换，有些器件虽然型号字头不同，但序号相同的也可替换。在寻找替换器件时，应根据器件手册提供的特性参数查找同类品和类似品。

（2）端子接线接触松动

外围线路中经PLC控制系统的控制柜或操作面板（台）到输入（输出）部件，往往需经接线端子或中间接线盒，由于使用中的振动等原因，接线或元器件接头易产生松动引起故障。这类故障排除的方法是使用万用表，借助系统原理图或逻辑梯形图进行维修。对一些重要部件端子接线，为保证连接可靠，可采用焊接方法。

（3）PLC功能性故障

1）PLC受干扰引起的故障

PLC受干扰将会影响系统信号，造成控制精度降低、PLC内部数据丢失、机器误动作，严重时可能发生人身设备事故。采取相应的技术措施，增强PLC系统抗干扰能力是很有必要的。

干扰有外部干扰和内部干扰。在现场环境中外部干扰是随机的，与系统结构无关，只能针对具体情况对干扰源加以限制；内部干扰与系统结构有关，通过精心设计系统线路或系统软件滤波等处理，可使干扰得到最大限度的抑制。 PLC生产现场的抗干扰技术措施，通常从接地保护、接线安排、屏蔽和抗噪声等四个方面着手考虑。

对供电系统中的强电设备，其外壳、柜体、框架、机座及操作手柄等金属构件必须保护接地；PLC内部电路包括CPU、存储器和其他接口共接数字地，外部电路包括A/D、D/A等共接模拟地，并用粗短的铜线将PLC底板与中央接地点星形连接防噪声干扰。 PLC非接地工作时，应将PLC的安装支架容性接地，以抑制电磁干扰。

在PLC系统中，导线主要有PLC和负载电源线，交流电压的数字量信号线，直流电压的数字量信号线，模拟量信号线等。根据接线的功能，其防干扰措施如下：

①电气柜内的接线安排

只有屏蔽的模拟量输入信号线才能与数字量信号线装在同一电缆槽；直流电压数字量信号线和模拟量信号线不能与交流电压线同在一电缆槽内，只有屏蔽的220 V电源线才能与信号线装在同一槽内；电气柜进出口的屏蔽一定要接地。

②电气柜外的接线安排

直流和交流电压的数字量信号线和模拟量信号线（要用屏蔽电缆）一定要各自用独立的电缆；信号线电缆可与电源电缆同装在一电缆槽内，但为改进抗噪性，建议将它们间隔10 cm。

③屏蔽

a.PLC机壳屏蔽。一般将机壳与电气柜浮空，在PLC机壳底板上加装一块等位屏蔽板，保护地与底板保持一点连接，使用铜导线，其截面积不少于10 mm2，以构成等位屏蔽板，有效地消除电磁场的干扰。

b.电缆屏蔽。一般对载送小信号（mV或μV）的模拟量信号线，要将其电气柜内电缆屏蔽体的一端连接到屏蔽母体；数字量信号线，屏蔽不超出屏蔽母体；对模拟量信号的屏蔽总线可绝缘，并将中央点连到参考电位或地；数字量信号线的电缆两端接地，可保证较好地排除高频干扰。

④抗噪声的措施

对处于强磁场（例如变压器）的部分进行金属屏蔽，电控柜内不采用荧光灯具照明。此外，PLC控制系统电源也应采用相应的抗干扰措施。因为PLC控制系统电源一般都是220 V市电，市电电网的瞬变过程是经常发生的，电源波动大的感性负载或晶闸管装置的切换，很容易造成电压缺口或毛刺，如直接供电给PLC及I/O模板，将引起不良后果。 PLC控制系统电源抗干扰的方法有采用隔离变压器、低通滤波器及应用频谱均衡法等三种。其中，隔离变压器是最常用的，因为PLC、I/O模板电源常用DC/24 V，须经隔离变压器降压，再经整流桥整流供给。

2）PLC周期性死机

PLC周期性死机的特征是：PLC每运行若干时间就出现死机，程序混乱，出现不同的中断故障显示，重新启动后又一切正常。现场实践认为，长时间的积灰是造成PLC周期性死机的最常见原因，应定期对PLC机架插槽接口处进行清扫。清扫时，可先用压缩空气或“皮老虎”将控制板上、各插槽中的灰尘吹净，再用95%酒精洗净插槽及控制板插头。清扫完毕后细心组装，恢复开机便能正常运行。

3）PLC程序丢失

PLC程序丢失通常是由于接地不良、接线有误、操作失误和干扰等几个方面的原因造成的。

①PLC主机及模块必须有良好的接地，通常采用的是主机外壳与开关柜外壳连接的接地方式，当出现接地不良时，应考虑改用多股铜芯线，采用从主机接地端子直接与接地装置引线端连接的接地方式，确保良好的接地。此外，还应注意保证I/O模块24 V直流电源负极有良好的接地。

②主机电源接线端子相线必须接线正确，不然也会出现主机不能启动、时常出错或程序丢失的现象。

③为防止程序丢失，需准备好程序包，一个完好的程序需提前打入程序包，以备急需。

④使用编程器查找故障时，应将锁定开关置于垂直位置，拔出时可起到保护内存的功能。如果要断开PLC系统电源，则应先断开主机电源，然后再断开I/O模块电源；如果先断开I/O部分电源或I/O部分和主机电源同时断开，则会使断电处理时存入不正确的数据而造成程序混乱。

⑤由于干扰的原因造成PLC程序丢失，其处理方法可参照PLC受干扰引起故障的处理，尽可能地抑制和削弱干扰。