淺談機床電氣回路保護應用

楚健宇

摘要：本文首先介紹了電氣回路的概念，通過對機床電氣回路技術(shù)條件和操作方法的探討，結(jié)合機床的相關(guān)實際情況，了解了機床電氣回路保護的應用原理。對常見的機床電氣回路保護問題給出指導和建議。

關(guān)鍵詞：電氣回路；機床；保護

嚴重的機床電氣回路故障，例如電路出現(xiàn)的短路或過載現(xiàn)象，通常會引發(fā)重大事故，如火災、電擊及設備失效，甚至還可能造成人員傷亡。因此，在機床的實際使用過程中，必須要明確電氣回路是如何實現(xiàn)對機床進行安全保護的。

1.機床電氣回路相關(guān)技術(shù)條件

1.1硬件條件

目前，對于最常見的數(shù)控機床，它的電氣設備通常由六部分組成，包括數(shù)控單元、人員和設備的操作單元、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線。兩者的保護導線可獨立排布，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，設計為樹形（即Y形）排布連接。

1.2電氣回路設計的說明和理解

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?？刂频碾姎饣芈贰Ｔ陔姎饣芈繁Ｗo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?；芈穼Ь€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備的安全，以及保護設備的電磁兼容性。在設計過程中，必須要滿足保護連接的連續(xù)性和保護導體的截面積要求，才能夠達到保護聯(lián)結(jié)電路的設計目的。

2.機床電氣回路保護應用

2.1 過載保護

過載保護原理可簡單表述如下：

假設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

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、機床設備的安裝密度等，因此要想機床設備正常工作，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。

2.2 過流保護

過流保護公式可參考如下：

其中，T表示切斷負載電路所需時間；K表示絕緣銅導線系數(shù)；S表示導線的截面積；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

在選擇保護導線時，我們通常要考慮整個設備供電線路的規(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，如增加附加保護導線。下表為保護導體（銅）的最小截面積參考值：

2.4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)機床設備的實際狀況，計算相應參數(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。

3.結(jié)束語

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和建議。機床電氣回路保護問題涉及安全生產(chǎn)，應引起行業(yè)內(nèi)的廣泛重視。機床研發(fā)者應依據(jù)GB5226.1等標準，不斷進行技術(shù)創(chuàng)新和突破。

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