淺談機(jī)床電氣回路保護(hù)應(yīng)用

楚健宇

摘要：本文首先介紹了電氣回路的概念，通過對(duì)機(jī)床電氣回路技術(shù)條件和操作方法的探討，結(jié)合機(jī)床的相關(guān)實(shí)際情況，了解了機(jī)床電氣回路保護(hù)的應(yīng)用原理。對(duì)常見的機(jī)床電氣回路保護(hù)問題給出指導(dǎo)和建議。

關(guān)鍵詞：電氣回路；機(jī)床；保護(hù)

嚴(yán)重的機(jī)床電氣回路故障，例如電路出現(xiàn)的短路或過載現(xiàn)象，通常會(huì)引發(fā)重大事故，如火災(zāi)、電擊及設(shè)備失效，甚至還可能造成人員傷亡。因此，在機(jī)床的實(shí)際使用過程中，必須要明確電氣回路是如何實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床進(jìn)行安全保護(hù)的。

1.機(jī)床電氣回路相關(guān)技術(shù)條件

1.1硬件條件

目前，對(duì)于最常見的數(shù)控機(jī)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(cè)量系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、可編程邏輯控制系統(tǒng)、必備的機(jī)床電氣回路和電柜等。其中，動(dòng)力電路、控制電路、保護(hù)聯(lián)結(jié)電路又是機(jī)床電氣回路中最常見的三種。

動(dòng)力電路和控制電路，顧名思義它的設(shè)計(jì)功能主要是為了滿足機(jī)床的基本電氣輸送及控制，具體為機(jī)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(hù)器件、連接器、線纜和耗能器件。這些器件分別用來保護(hù)原件和線路、連接各原件、發(fā)出各種指令等。當(dāng)電路出現(xiàn)短路或過載現(xiàn)象時(shí)，電氣回路各器件將依照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)同工作，自動(dòng)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(hù)導(dǎo)線稱之為保護(hù)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(yùn)行而連接在一起的保護(hù)導(dǎo)線。兩者的保護(hù)導(dǎo)線可獨(dú)立排布，在電源引入端的保護(hù)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(hù)接地匯流排和起保護(hù)作用的地線等組成。為了滿足接地連續(xù)性，確保安全，保護(hù)聯(lián)結(jié)電路通常都是依據(jù)GB5226.1標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)為樹形（即Y形）排布連接。

1.2電氣回路設(shè)計(jì)的說明和理解

首先在以動(dòng)力電路或控制電路為構(gòu)成要素的各種機(jī)床電氣回路，動(dòng)力電路和控制電路主要為兩種功能的電氣回路提供保護(hù)，即為配電傳輸電能的電氣回路和為實(shí)現(xiàn)功能通斷、急停控制的電氣回路。在電氣回路保護(hù)過程中，如果發(fā)生過載或過流狀況，保護(hù)器件可切斷電路，保護(hù)能耗器件和電氣回路，以避免危險(xiǎn)發(fā)生，確保回路導(dǎo)線和能耗器件不損傷。

另外，保護(hù)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(hù)設(shè)備的電磁兼容性。在設(shè)計(jì)過程中，必須要滿足保護(hù)連接的連續(xù)性和保護(hù)導(dǎo)體的截面積要求，才能夠達(dá)到保護(hù)聯(lián)結(jié)電路的設(shè)計(jì)目的。

2.機(jī)床電氣回路保護(hù)應(yīng)用

2.1 過載保護(hù)

過載保護(hù)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(hù)的器件電流為I，I2表示在規(guī)定時(shí)間范圍內(nèi)，保護(hù)器件有效工作的最小電流，那么我們可得出公式

值得注意的是，多種因素都會(huì)對(duì)電流產(chǎn)生一定的影響，如溫度、多芯電纜、機(jī)床設(shè)備的安裝密度等，因此要想機(jī)床設(shè)備正常工作，必須要確保通過保護(hù)器件的電流大于最小電流，并在大于最大電流時(shí)執(zhí)行保護(hù)。

2.2 過流保護(hù)

過流保護(hù)公式可參考如下：

其中，T表示切斷負(fù)載電路所需時(shí)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(shí)電流大小。

通過以上三個(gè)公式我們可以清楚的看出，動(dòng)力和控制電路在設(shè)計(jì)中首先考慮的是機(jī)床器件的額定電流和線路負(fù)載電流，之后確定機(jī)床中使用導(dǎo)體線纜的橫截面積。當(dāng)截容量達(dá)到1.45倍時(shí)是安全臨界點(diǎn)，超過這個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)就會(huì)比較危險(xiǎn)，要確保安全，必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)通過。在達(dá)到Imax之前必須切斷電源。

2.3 聯(lián)結(jié)電路

在選擇保護(hù)導(dǎo)線時(shí)，我們通常要考慮整個(gè)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(fù)荷，一般就要采取其他措施，如增加附加保護(hù)導(dǎo)線。下表為保護(hù)導(dǎo)體（銅）的最小截面積參考值：

2.4操作方式

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

3.結(jié)束語

機(jī)床電氣回路保護(hù)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(diǎn)介紹機(jī)床電氣回路保護(hù)所需的技術(shù)條件以及實(shí)施方法，基本對(duì)此類問題做出一些指導(dǎo)和建議。機(jī)床電氣回路保護(hù)問題涉及安全生產(chǎn)，應(yīng)引起行業(yè)內(nèi)的廣泛重視。機(jī)床研發(fā)者應(yīng)依據(jù)GB5226.1等標(biāo)準(zhǔn)，不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和突破。

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