淺談機床電氣回路保護應(yīng)用

劉丹+杜鳳

摘 要：本文對機床的電氣回路保護要具有哪些技術(shù)條件以及實施方法做了簡單的介紹，基本可以對機床的電氣回路保護技術(shù)方面的問題給出一些指導(dǎo)和建議。希望可以找到一個定量的、最合理的方式，從而在不斷提升工作效率和質(zhì)量的同時不斷加強機床的電路安全性。而且我們相信不斷加強標準的應(yīng)用，是機床研發(fā)者們不斷進行技術(shù)創(chuàng)新的途徑之一。

關(guān)鍵詞：電氣回路；保護技術(shù)；聯(lián)結(jié)回路

機床電氣控制電路的設(shè)計，主要注重功能的實現(xiàn)，即優(yōu)先完成生產(chǎn)機械和生產(chǎn)工藝對控制的要求，然后完善控制電路的安全要求，使設(shè)計電路簡單和運行可靠，并能使得設(shè)計成本最低化。而對電路的次生故障考慮相對較少，如果不對此類故障加以研究，注意避免，此類故障也能產(chǎn)生嚴重后果。在電氣控制電路中，由于設(shè)計上的缺陷，可能會導(dǎo)致電氣回路的出現(xiàn)。電氣回路在正常情況下一般不會出現(xiàn)，在電路出現(xiàn)故障時才出現(xiàn)的特殊的閉合電路。電氣回路可能使電氣設(shè)備處在不正常運行狀態(tài)，給正常運行操作提供錯誤的信息，給故障處理帶來困難，甚至再次產(chǎn)生故障和事故，所以必須加以高度重視。

一、機床電氣回路相關(guān)技術(shù)條件

目前，對于最常見的數(shù)控機床，它的電氣設(shè)備通常由六部分組成，包括數(shù)控單元、人員和設(shè)備的操作單元、測量系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、可編程邏輯控制系統(tǒng)、必備的機床電氣回路和電柜等。其中，動力電路、控制電路、保護聯(lián)結(jié)電路又是機床電氣回路中最常見的三種。動力電路和控制電路，顧名思義它的設(shè)計功能主要是為了滿足機床的基本電氣輸送及控制，具體為機床電氣設(shè)備的配電、加電、斷電和電力緊急控制等。其主要組成要素有控制器件、保護器件、連接器、線纜和耗能器件。這些器件分別用來保護原件和線路、連接各原件、發(fā)出各種指令等。當電路出現(xiàn)短路或過載現(xiàn)象時，電氣回路各器件將依照設(shè)計標準協(xié)同工作，自動切斷電力輸出。為了防止間接接觸產(chǎn)生電擊而連接在一起的保護導(dǎo)線稱之為保護聯(lián)結(jié)電路，而與此相關(guān)聯(lián)的功能聯(lián)結(jié)電路，是為了有效避免因電磁干擾引起的系統(tǒng)非正常運行而連接在一起的保護導(dǎo)線。兩者的保護導(dǎo)線可獨立排布，在電源引入端的保護接地排位置，可選擇連接或不連接（有外部功能接地導(dǎo)體）在一起。其主要由電氣外殼裝置、用于固定原件的地板、保護接地匯流排和起保護作用的地線等組成。為了滿足接地連續(xù)性，確保安全，保護聯(lián)結(jié)電路通常都是依據(jù)GB5226.1標準，設(shè)計為樹形（即Y形）排布連接。

二、機床電氣回路保護應(yīng)用

首先在以動力電路或控制電路為構(gòu)成要素的各種機床電氣回路，動力電路和控制電路主要為兩種功能的電氣回路提供保護，即為配電傳輸電能的電氣回路和為實現(xiàn)功能通斷、急停控制的電氣回路。在電氣回路保護過程中，如果發(fā)生過載或過流狀況，保護器件可切斷電路，保護能耗器件和電氣回路，以避免危險發(fā)生，確保回路導(dǎo)線和能耗器件不損傷。另外，保護聯(lián)結(jié)電路的主要功能是為了確保人和設(shè)備的安全，以及保護設(shè)備的電磁兼容性。在設(shè)計過程中，必須要滿足保護連接的連續(xù)性和保護導(dǎo)體的截面積要求，才能夠達到保護聯(lián)結(jié)電路的設(shè)計目的。

（一）過載保護

過載保護原理可簡單表述如下：假設(shè)電路允許的最小通過電流為Imin，最大電流為Imax，保護的器件電流為I，I2表示在規(guī)定時間范圍內(nèi)，保護器件有效工作的最小電流，那么我們可得出公式Imax≤I≤Imin1）I2≤1.45Imin 2）值得注意的是，多種因素都會對電流產(chǎn)生一定的影響，如溫度、多芯電纜、機床設(shè)備的安裝密度等，因此要想機床設(shè)備正常工作，必須要確保通過保護器件的電流大于最小電流，并在大于最大電流時執(zhí)行保護。

（二）過流保護

過流保護公式可參考如下：T=（K*S/I）?3）

其中，T表示切斷負載電路所需時間；K表示絕緣銅導(dǎo)線系數(shù)；S表示導(dǎo)線的截面積；I表示短路時電流大小。通過以上三個公式我們可以清楚的看出，動力和控制電路在設(shè)計中首先考慮的是機床器件的額定電流和線路負載電流，之后確定機床中使用導(dǎo)體線纜的橫截面積。當截容量達到1.45倍時是安全臨界點，超過這個臨界點時就會比較危險，要確保安全，必須在規(guī)定時間內(nèi)通過。在達到Imax之前必須切斷電源。2.3聯(lián)結(jié)電路在選擇保護導(dǎo)線時，我們通常要考慮整個設(shè)備供電線路的規(guī)格，最常見的材料是選擇銅和鋁。如果這兩種材料仍不能滿足電流負荷，一般就要采取其他措施，如增加附加保護導(dǎo)線。下表為保護導(dǎo)體（銅）的最小截面積參考值：

（三）操作方式

通過實踐證明，首先要計算出機床的電氣回路在負載條件下，負載電流的大小。根據(jù)負載電流從而得到保護器件的電流I，I必須要滿足以上的三個公式。然后確定器件保護種類，根據(jù)機床設(shè)備的實際狀況，計算相應(yīng)參數(shù)。在此基礎(chǔ)上判斷公式2）是否成立，當此公式不成立時，可通過兩種途徑進行彌補，一是增大導(dǎo)體規(guī)格，另外還可調(diào)低細分額定值，之后再確定機床的導(dǎo)線保護器件是否同時滿足公式1）和公式2）。最后可根據(jù)公式3）來計算時間，通常將時間控制在五秒之內(nèi)。當時間大于五秒時，就要根據(jù)保護器的具體類型對短路類型進行判斷。

三、結(jié)束語

在我國的裝備制造業(yè)，機床電氣設(shè)備技術(shù)必須遵循 GB5226.1 相關(guān)標準，它囊括了機械電氣安全、機械電氣設(shè) 備、通用技術(shù)條件等多項標準規(guī)范。電氣回路是最容易被 忽視的隱患，一旦出現(xiàn)故障輕則導(dǎo)致機床設(shè)備停止運行，重則引起電擊、火災(zāi)等重大事故，甚至造成人員傷亡和財 產(chǎn)損失。所以在實際的機床電氣設(shè)備生產(chǎn)過程中，必須明 確機床的電氣回路相關(guān)技術(shù)條件，以正確的方法運行設(shè) 備，保證機床的整體安全穩(wěn)定性。機床電氣回路保護問題一直是行業(yè)內(nèi)最常見也最容易被忽視的技術(shù)問題。本文通過重點介紹機床電氣回路保護所需的技術(shù)條件以及實施方法，基本對此類問題做出一些指導(dǎo)和建議。機床電氣回路保護問題涉及安全生產(chǎn)，應(yīng)引起行業(yè)內(nèi)的廣泛重視。機床研發(fā)者應(yīng)依據(jù)GB5226.1等標準，不斷進行技術(shù)創(chuàng)新和突破。

參考文獻：

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