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1、第5章 数控机床的电气故障分析 第5章 数控机床的电气故障分析 5.1 数控机床电器类别及其作用数控机床电器类别及其作用5.2 熔断器熔断机理与故障分析熔断器熔断机理与故障分析5.3 开关失效与实例分析开关失效与实例分析5.4 空气断路器故障现象及其成因空气断路器故障现象及其成因5.5 接触器常见故障及其成因接触器常见故障及其成因5.6 继电器常见故障及其成因继电器常见故障及其成因5.7 执行电器执行电器(电磁抱闸制动、电磁阀与电磁抱闸制动、电磁阀与电磁离合器电磁离合器)故障、成因与实例分析故障、成因与实例分析5.8 机床电器的主要故障及其成因机床电器的主要故障及其成因第5章 数控机床的电气故
2、障分析 5.1 数控机床电器类别及其作用数控机床电器类别及其作用 机床侧的电器可分类为：配电电器、控制电器与执行电器。 所谓低压电器，一般定义为：交流电压1200 V、直流电压1500 V，在电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器。低压电器一般包括配电电器与控制电器。而执行电器是作为控制电路输出的负载。配电电器，包括了熔断器、断路器、接触器与继电器(过流继电器与热继电器)以及各类低压开关等。配电电器，主要用于低压配电电路(低压电网)或动力装置中，对电路和设备进行保护、通断、转换电源或转换负载作用。 第5章 数控机床的电气故障分析 配电电器，常在配电线路与用电设备中，用作保护电器。例如：在配电
3、线路中与可控硅元件交流侧采用的熔断器/保险丝、空气开关/断路器来作短路保护；配电线路中或电动机变压器的合闸开关时采用熔断器、空气开关作为过载保护；过电流脱扣器(常组合于断路器中)与过电流继电器的过电流保护；欠压脱口器的欠压和失压保护；以及在电动机断相保护中综合应用了热继电器、熔断器与漏电保护断路器等等。 第5章 数控机床的电气故障分析 控制电器，包括了控制电路中用作发布命令或控制程序的开关电器(电气传动控制中控制器、电动机启/停/正反转兼作过载保护的启动器)、电阻器与变阻器(不断开电路的情况下可以分级或平滑地改变电阻值)、操作电磁铁、中间继电器(速度继电器与时间继电器)等。执行电器，一般包括电
4、动机、电磁抱闸制动、电磁离合器与电磁阀等。执行电器还必须通过接触器或继电器的触头来通断它们的电源。 第5章 数控机床的电气故障分析 5.2 熔断器熔断机理与故障分析熔断器熔断机理与故障分析 熔断器(俗称“保险丝(保险丝管)”)，安装在单相断路器前，用作过载过流保护，以克服断路器可能的不动作，保证使用安全。它安装于开关电路的交流电源输入端，作过流保护。 FU第5章 数控机床的电气故障分析 1. 保险丝的保护作用 电动机的过载或频繁的启停动作瞬间会产生大幅感应电流窜入电网；或者其它大功率(例如可控硅击穿、线圈短路)负载短路产生大电流。熔断器能瞬间熔断以切断交流电源，保护了电路中的其它器件。所以，电
5、动机启停动作瞬间的停机故障，应当先查电源是否被切断，如是，而外电网正常的话，当查保险丝是否熔断。熔体材料、形状及尺寸不同，它们的保护特性与分断能力也不同。 第5章 数控机床的电气故障分析 交流电源无输出故障现象中，熔断器本身以及使用不当也可能成为故障成因：熔体安装时受损伤熔断器本身的质量问题。熔体允许电流规格太小熔断器规格选用不当。熔体两端或接线端接触不良；熔丝实际未断但电路不通熔断器安装不良或其夹座的接触不良故障。第5章 数控机床的电气故障分析 2. 熔丝熔断机理熔丝熔断机理 当过电流不太大时，熔丝熔断时间将增长，慢慢地熔断会使金属蒸汽增多，保险管内呈白雾状。当瞬间过电流极大时，熔丝的熔断点
6、必呈光亮的烧结点，管壁发黑所在电路中必定存在严重短路。第5章 数控机床的电气故障分析 在开关电路失电故障中，可以根据熔断的保险丝管情况来判断故障成因：管内呈白雾状：可能是半桥中的个别开关管不良或击穿(一般不易检查出来)造成的局部短路。管壁发黑：必定对应有高压滤波电容击穿或整流管击穿造成的严重短路故障。因此，根据熔断的保险管所呈现的状态，可判断过流电流的大小。 第5章 数控机床的电气故障分析 在开关电路失电故障中，可以根据熔断的保险丝管情况来判断故障成因：管内呈白雾状：可能是半桥中的个别开关管不良或击穿(一般不易检查出来)造成的局部短路。管壁发黑：必定对应有高压滤波电容击穿或整流管击穿造成的严重
7、短路故障。第5章 数控机床的电气故障分析 例5.2.1 两台德国CWK500加工中心托盘不能进行手动转动。修前技术准备 查阅电气图并根据其工作原理，画出相关控制动作流程图，如图5.2.1所示。 第5章 数控机床的电气故障分析 交流励磁回路6 A保险丝与断路器电磁抱闸接触器闭合电磁抱闸线圈得电闸松开托盘处自由状托盘电磁阀接触器闭合托盘线圈得电电磁阀动作托盘锁销松开托盘手动转动延时PLCE81084按下手动托盘松开按钮图5.2.1 手动托盘动作控制流程图 第5章 数控机床的电气故障分析 修前调查 无报警显示。电网电源正常。有多次保险丝熔断记录。这次更换保险丝后无效。据理析象 “手动”与PLC程序及
8、软件无关。初判故障类型：机械故障与电器器件故障。不能动，同“正输入”的指令信号与共同的励磁四路等有关。也和“负输入”的传动阻力与制动有关。故障大定位：励磁回路与托盘传动轴系统。 第5章 数控机床的电气故障分析 罗列成因 流程图中的每个环节都可能成为故障成因。 由故障记录，最可能的故障环节：励磁回路断路。确定步骤 观察检查法：查励磁回路断路器与保险丝查电磁阀托盘锁销。观察检查法 励磁回路中：6 A保险丝熔断。管壁发黑，表明存在严重短路故障。究其成因，查出电机内电磁抱闸线圈匝间短路，整流管烧坏。排除故障 换件。机床恢复正常。 第5章 数控机床的电气故障分析 根除故障真正成因 为避免在两台机床上的故
9、障重演，还必须寻找历次保险丝熔断的真正成因。观察操作者动作过程：按下手动托盘松开按钮托盘松开转动托盘装上工件夹紧工件完成其它工作后才卡紧托盘按钮。第5章 数控机床的电气故障分析 发现前几次保险丝熔断成因：操作不当。因为全过程电机电磁抱闸线圈一直处于通电状态，造成托盘电机内温升过高，电磁抱闸线圈绝缘层破坏而造成匝间短路。每次保险丝熔断后未查清成因又扩大了故障(逐渐扩大了短路范围。短路电流的增大，导致电机内整流电路中整流管烧坏)。更改操作方法：每次转动托盘到位后立即卡紧托盘，切断电磁抱闸线圈电源。彻底消除了故障隐患。 第5章 数控机床的电气故障分析 5.3 开关失效与实例分析开关失效与实例分析 表
10、表5.3.1 数控机床中的常见开关及其故障数控机床中的常见开关及其故障 名称 闸刀开关 负载开关 组合/转换 开关* 按钮开关 位置/行程/ 限位开关 符号 Q或S 机构特点 手动转动机构上的触刀与静插座 手动转动机构上触刀、静插座与保险丝组成 应外壳接地 手动转动机构上多个动触头与弹性的定触头组成 应外壳接地 静触头与装在复位弹性机构上的动触头组成(手动机构) 弹簧杠杆上的压轮为动触头，与静触头组成 第5章 数控机床的电气故障分析 常见故障 开关动作时的拉弧，烧损或氧化静插座，造成接触不良 熔丝熔断、接触/联接不良 触刀烧毁接触不良 机 构 锈 或 松动、手柄失灵 外壳接地不良与进线绝缘不良
11、而碰壳漏电 机构损坏、 磨损、 松动造成动作失效 触头弹性失效或尘污接触不良造成三触头不能同时接通/断开 久用污染形成导电层、 胶木烧焦，绝缘破坏，造成短路 按下启动按钮有触电感觉：导线与按钮防护金属外壳短路 停止按钮失灵：接线错误、线头松动 按下停止按钮，再按启动按钮，被控电器不动作：因复位弹簧失效导致动断触头间短路 机构失灵/损坏 /断线或离挡块太远 开关复位 但动断触头不能闭合(触头偏斜或脱落，触杆移位被卡或弹簧失效) 开关的杠 杆已偏转但触头不动(开关安装欠妥， 触头被卡) 可导致撞车 开关松动 与移位(外因) 注：* 另有万能转换开关(SA)主要用于控制线路的转换，电气测量仪表的转换
12、、配电设备的远距离控制。也可用于小容量电动机的启动、制动、换向及变速控制。 第5章 数控机床的电气故障分析 可见，开关失效的成因与故障现象： 触点接触不良、接线的连接不良或动断触头短路，造成电路不通或被控电器不动作。 机构不良(弹簧失效或卡住)与损坏、安装欠妥、松动或移位，造成开关不动作或者误动作。污染、接地不良与绝缘不良会造成漏电与开关短路。 第5章 数控机床的电气故障分析 开关是验收中不可缺少的项目，又是定期维修与更换的项目之一。 开关的机械寿命一般为500010000次。电寿命带负载的操作次数一般为5001000次。失效，就是指失去正常的功能。开关的失效，除了其本身质量与使用寿命问题外，
13、还有外部原因。 第5章 数控机床的电气故障分析 开关失效的外因触点的烧损与氧化、机构的使用寿命，是与使用的时间与频次有关的；环境的洁净与否关系到触头的污染、短路；开关动作的可靠性，是与安装位置是否到位、稳固可靠，接线是否稳固以及绝缘安全等有关的。第5章 数控机床的电气故障分析 例例5.3.1 SIMENS 820系统的匈牙力MKC500卧式加工中心，出现工作台不能移动现象，CRT上显示7020报警。修前技术准备 查知7020报警为工作台交换门错误。 故障特征：硬件故障的软件报警PLC报警。 查出工作台交换门为复合行程开关SQ35。 画出相关控制动作流程如下：交换门行程开关压合压合发讯PLC输出
14、指令工作台移动。 第5章 数控机床的电气故障分析 修前调查 检查行程开关SQ35未发现异常。据理析象 能报警，表面PLC装置主体是好的。由报警内容看，可判别故障类型：硬件故障。罗列成因 两个可能的故障点：PLC输入板或输出板相关接口电路故障或行程开关故障。先一般后特殊，最可能的故障是行程开关常见易出失效的器件。 第5章 数控机床的电气故障分析 确定步骤 充分利用自诊断：调用实时PLC的I/O接口信息表，采用接口分析法。 查资料：SQ35复合触头开关的地址位/标志位如下：E10.6 E10.7正常运行时接口信号状态：“1”(闭合)“0”(打开)诊断表实时接口信号状态：“0”“0”状态对比，判出故
15、障点：E10.6 未闭合。故障点测试 SQ35压合不良是E10.6接触不良。修复排除故障 用细砂纸擦去氧化膜，用酒精清理。故障排除。 第5章 数控机床的电气故障分析 例5.3.2 FANUC-BESK-7CM 系统JCS-018立式加工中心，主轴定向后ATC指示灯不亮，机械手无换刀动作，无任何报警显示。修前技术准备 除机械手不正常外，机床其它部分工作均正常，用人工换刀后机床也能正常工作。查机床连接图与相关部分梯形图。画出相关的控制示意图，如图5.3.1所示。 第5章 数控机床的电气故障分析 输入板OREND(机械手换刀动作机械手换刀指令ATC指示灯点亮主轴定向完成)ONZPZ(Z轴零点)ONI
16、NPI(刀库伺服定位正常)ONA75RLS机械手)ON75行程开关180RLS(机械手)ON180AUPLS(机械手向上)ON输出板PLC换刀条件已满足ATCP ON机械手已复原位AINI ON(回行程开关回行程开关图5.3.1 机械手换刀控制示意图 第5章 数控机床的电气故障分析 据理析象 机械手不动作需要查它的输入检查机械手是否得到PLC的换刀指令。必须同时满足换刀条件与机械手复位后，ATC指示灯才可点亮、PLC才下达换刀指令。满足两个条件的中间继电器处于ON的条件，使相应反馈接口信号必须到达(三个行程开关处于ON)。PLC无输出ATC指示灯不亮，表明这些反馈信号输入不正常。故障类型：硬件
17、故障。罗列成因 输出不正常先查输入。最可能故障是三个行程开关，是机械手常见易出故障的器件。 第5章 数控机床的电气故障分析 观察检查法 检查发现：A75RLS未到位压合。故障处理 调整该行程开关挡块位置，使其完全压合。故障排除。前面例3.5.1机械手不能自动换刀故障，故障确切成因也是位置开关移位所致。 第5章 数控机床的电气故障分析 5.4 空气断路器故障现象及其成因空气断路器故障现象及其成因 空气断路器，也称作空气开关、低压断路器与自动断路器。一般应用于启动不频繁的电路中。 断路器的作用：在主轴伺服配电系统、伺服配电系统中用作配电线路中过载和短路保护；用作可控硅电路交流侧的短路保护；用作启动
18、不频繁的电动机变压器的合闸开关等处。 第5章 数控机床的电气故障分析 一般QM型低压空气断路器，可以由主触头导电系统、灭弧系统、开关机构与一些脱扣器组成。这些脱扣器由于相关原因，将顶开“锁扣”从而压缩分断弹簧使主触头断开脱扣(见图5.4.1)。QF型是一种简单的空气断路器。它只有欠压与过流脱扣器，而不具有热脱扣(或热继电器)与分励脱扣器。而电流动作型的漏电保护断路器(如图5.4.2所示)，是一种采用了零电流互感器与漏电流脱扣线圈组成的漏电流脱扣器。 第5章 数控机床的电气故障分析 QM或QF第5章 数控机床的电气故障分析 锁扣过流脱扣 欠压脱扣分励脱扣双金属热脱扣分断弹簧主触头图5.4.1 低
19、压断路器的工作原理 第5章 数控机床的电气故障分析 开关本体零序电流互感器电动机漏电脱扣器线圈图5.4.2 电流动作型漏电保护断路器工作原理 第5章 数控机床的电气故障分析 由断路器的工作原理可知：导致断路器断路动作(主触头开启)的外部成因是：电源电压的欠压、无压、干扰(导致分励脱扣)、过流/过载/短路(导致过流脱扣)、异常温升(例通风不良导致热脱扣)、漏电等。 第5章 数控机床的电气故障分析 由图5.4.1可知，除了热脱扣是双金属热膨胀型(双金属热胀变形不同而产生弯曲张力克服了约束弹簧的弹性恢复力推动顶杆去完成“脱扣”动作)之外，一般脱扣器的脱口原理都是电磁铁原理：由励磁线圈通断电，得与失的
20、电磁力造成其内铁芯的磁化与失磁。电磁力(正作用力)的大小，与线圈阻抗有关；与铁芯与衔铁恰当的间隙、清洁的铁芯工作面以及完好的短路环有关(确保磁阻最小)。电磁力是在克服一定的弹簧弹性恢复力以及机构阻力的情况下去推动“脱扣”的。只是不同脱口器的励磁线圈接法不同：过流脱扣器的线圈是串接于电源回路，而欠压脱扣器是采用并接方式。分励脱扣器的线圈不接电源而是感应空间电磁场的感应位移电流。因此，导致断路器动作故障的内因，是断路器本身机构的失效：太大的机械阻力、阻抗与磁阻(例3.3.1的润滑系统断路器故障导致机床不能动作)。如果过流脱扣器是油阻尼式或钟表结构式的延时型脱扣器，那么还需要考虑油阻尼会增加延时时间
21、。 第5章 数控机床的电气故障分析 对照图5.4.1工作原理，来分析空气断路器的故障现象与成因，如表5.4.1所示。可见，空气断路器有关的故障，来自于其内因部件：触点、弹簧、线圈、传动机构失效与热元件的失效。断路器的失效故障，又与失修有密切关系。断路器必须定期地维修保养：定期检查断路器上的积尘与各种脱扣器的动作值，并给传动机构加润滑油。用久或分断短路电流后，灭弧室会破损，内璧和栅片上的金属颗粒和黑烟灰，灭弧功能丧失，将加剧触头烧损与氧化。因此，在出现过分断短路电流后，应该在切断一级电源的情况下，及时清理检查灭弧室，用砂纸修整烧毛的触头。 第5章 数控机床的电气故障分析 表表5.4.1 空气断路
22、器故障现象及其成因空气断路器故障现象及其成因 故 障 现 象 内 因 手动操作时不能闭合(不能接通与 不能启动故障) 欠压脱扣器线圈损坏 热脱扣的双金属片(热元件)尚未冷却复原。 脱扣后， 未给予足够的时间冷却 储能弹簧失效变形，导致闭合力减小弹簧 反作用弹簧力过大传动机构 锁键和搭钩因长期使用而磨损传动机构 触点接触不良主触头 动作延时过长 传动机构润滑不良、锈死、积尘造成阻力过大 锁键和搭钩因长期使用而磨损 弹簧断裂、生锈卡住或失效 不动作 欠压脱扣器不能分断欠压不报警现象 反力弹簧弹性失效、断裂或卡住 欠压脱扣器线圈损坏 第5章 数控机床的电气故障分析 电动机启动时， 立即分断。(一开机
23、过流报警) 调试后：电流脱扣器瞬时整定值太小 老机床：反力弹簧断裂或弹簧生锈卡住弹簧失效 闭合一定时间后 自动分断 调试或维修后、更换后：过流脱扣器延时整定值不符合要求 老机床：热元件老化 误动作 断路器温升过大 过热报警 触点阻抗太大造成热效应大而导致热脱扣： 触头表面过分磨损或接触不良 两个导电零件联接螺钉松动 噪声 欠压脱扣器噪声大 噪声只可能由常闭型的脱扣器产生。老机床中： 弹簧失效变硬不恢复 铁芯工作面有油污或短路环断裂 漏电 机壳带电 漏电保护断路器失效： 互感器线圈的触电氧化 接触不良 匝间短路 接地不良 第5章 数控机床的电气故障分析 漏电保护断路器必须在规定时间内动作，分断电
24、路。它的工作原理如图5.4.2所示。正常情况下：无论三相负载是否平衡，三相电流在零序电流互感器中产生的位移电流(感应电流)矢量和等于零。当发生漏电或触电事故时，矢量和就不等于零而产生感应电流，使漏电脱扣器动作推动脱扣机构，从而使开关分断线路。 第5章 数控机床的电气故障分析 注 意当触电电流回路线路过长时，线路分布电容增加，回路电流增大，人体触电危险就增加。(一般在400 V以下的低压线路中，引起心室颤动的触电电流作用与时间有关：3050 mA，通电数分钟才发生心颤动。一般规定采用电流时间积为：30 mAS。)第5章 数控机床的电气故障分析 5.5 接触器常见故障及其成因接触器常见故障及其成因
25、 线圈动合触头动断触头KMKMKMKM接触器可按触头系统分类：电磁接触器、气动接触器、液压接触器(及近几年推出的晶闸管组成的无触点接触器与真空接触器等)。接触器还可按它们的线圈分别要求直流或交流电源输入而分成直流接触器与交流接触器。 接触器，是在主电路、电动机、较大容量的控制电路中进行远距离频繁通断工作的器件。它的主要控制对象是电动机。第5章 数控机床的电气故障分析 无论交流或直流接触器，其主要组成中都具有：主触头、辅助触头、电磁铁、反力弹簧及机械触点机构等。因此，电磁接触器的结构类似于电磁式继电器(可以参考图5.6.2)。其工作原理：作为电磁铁的励磁线圈靠得电与失电使铁芯得失电磁力来吸放衔铁
26、。衔铁的吸放动作通过传动结构，通断触头的接触。直流接触器还具有灭弧室。直流接触器的主要故障是触头电磨损。另外，灭弧室工作不良会导致线圈与铁芯的温升。交流接触器除了触头电磨损外，还易出现：线圈易烧毁、电磁铁的分磁环易断裂、辅助触头不可靠以及断电后由于剩磁而不释放等故障。 第5章 数控机床的电气故障分析 表5.5.1 接触器的常见故障现象及其成因 成 因 机械 电磁铁 序号 故障 现象 电源电压 弹簧 机构 励磁线圈 铁芯 主 触头 负载 效应 操作 使用 1 主触点 不闭合 过低 锈住粘联、 反力弹簧 变硬 铁芯 机械 锈住 卡住 断线、线圈额定电压高于电源电压 铁芯极面有油污/尘埃、 气隙太大
27、 2 线圈断电 而铁芯 不释放 反力 弹簧 损坏 失效 机构 松动 脱落 移位 工作气隙减小导致 剩磁增大* 使用超过寿命 3 主触头 不释放 回路 电压 过低 触头 弹簧 压力 过小 熔焊、 烧结、金属颗粒凸起 负载侧 短路 频率过高*、 长期过载 第5章 数控机床的电气故障分析 4 电磁铁 噪声大 过低 触头 弹簧 压力 过大 同上 接线点 接触不良 铁芯 短路环 断裂 电磨损、*接触不良 5 线圈过热 或烧毁 过高 过低 匝间短路 操作频率过高 注： * 直流接触器，分断电路时拉弧大，易造成主触头电磨损。 * * 交流接触器的线圈易烧毁，并出现断电后由于剩磁而不释放、辅助触头不可靠，以及
28、电磁铁的分磁环易断裂。 * 操作频率，是指允许的操作次数/小时。目前有 300 次/h， 、600 次/h 和 200 次/h 等不同接触器。接触器的机械寿命很高，一般可达 1107次以上。而电气寿命，与负载大小和操作频率有关。触头闭合频率高，就会缩短使用寿命，并使线圈与铁芯温升。 第5章 数控机床的电气故障分析 可见，接触器常见主要故障：不闭合、不释放、噪声与温升。故障成因包括了外因(电源电压、操作使用与负载效应，以及维护不当)与内因(组件与机构的缺陷或失效)。由于接触器的主要控制对象是电动机，因而电动机的启/停/正/反转动作与接触器就有直接关系，在诊断中应该予以注意。尤其是频繁使用的老机床
29、或闲置很久的机床，必须注意接触器的检查与定期维修。 第5章 数控机床的电气故障分析 5.6 继电器常见故障及其成因继电器常见故障及其成因 继电器的种类很多，分类方法也有多种。按结构分类，有电磁式继电器、干式舌簧继电器、永磁铁继电器、磁保持继电器、磁电式继电器、双金属继电器等。按功能分类：有控制继电器(例如：中间继电器、时间继电器、速度继电器)和保护继电器(例如：热继电器、欠压继电器、过电流继电器)。 第5章 数控机床的电气故障分析 按响应信号分类：有交流继电器、脉冲继电器、电压继电器、电流继电器、逆流继电器、极化继电器、频率继电器、功率继电器、阻抗继电器、温度继电器、速度继电器、压力继电器、光
30、继电器、瓦斯继电器、声继电器、高频/高压继电器等。尽管继电器的类型众多，但是，所有种类的继电器都具有对特定物理量的外激励输入而阶跃响应输出的某种感应(感知)机构，以及能够输出开关量的通断执行机构(见图5.6.1)。上述按响应信号分类的各种继电器名称中的“定语”，就是表明了它可以感知的那种物理量。所以，继电器，是当输入激励量达到规定时，输出被控参量就发生预定的阶跃变化的一种自动电器。 第5章 数控机床的电气故障分析 图5.6.1 继电器的机构组成与输入/输出 第5章 数控机床的电气故障分析 因此，必须了解所使用的继电器的工作原理、所响应的激励源信号要求、引线方式、动作的时间范围等。 继电器的失效
31、：继电器在动作过程中，触点断开时腐蚀或粘结现象，以及触点闭合时传动压降超过规定水平，均为失效。 第5章 数控机床的电气故障分析 继电器对环境条件有要求：(1) 极限温度：不仅是环境温度区间，还包括温度循环、温度冲击等。(2) 有相对湿度要求。(3) 有低气压要求。(4) 有振动及冲击强度要求。振动频率范围分两级：10500 Hz与102000 Hz。冲击加速度分为6级：8 g、12 g、25 g、50 g、75 g、100 g。8 g用于地面固定设备中。12 g与25 g用于移动或半移动设备，如飞机与舰艇上。其它用于高速飞机、导弹、卫星与飞船上。 第5章 数控机床的电气故障分析 (5) 恒加速
32、度分为四级：10 g、25 g、50 g、100 g。(6) 不能有盐雾。(7) 不能有放射性辐射。(8) 防止霉菌侵蚀。从下面介绍的几种典型继电器中，将可以看到：继电器的主要故障现象也是不动作与误动作。因此，需要定期检查与维护。长期不用的机床，更需要检查继电器触头的氧化与腐蚀。 第5章 数控机床的电气故障分析 1. 电磁式继电器电磁式继电器 电磁式继电器的一般结构如图5.6.2所示，是由电磁铁(线圈、铁芯与极帽组成)、传动结构(轭铁、反力弹簧、衔铁的连杆与转动支点、簧片以及构架组成)、动/静触头构成的。电磁继电器的工作原理：额定的电压或电流输入励磁线圈通电，电磁铁感应磁化(电磁铁是感应机构，
33、作了阶跃响应)。执行机构发生动作：铁芯磁化的电磁力反抗弹簧弹性力，在一定的工作气隙中吸合衔铁，带动粘在其上的簧片；簧片上的动触头随之向下，与上面触头断开而与下触头接通，于是可以对外电路完成了一个“通”、“断”动作。 第5章 数控机床的电气故障分析 转动支点静触点极帽衔铁簧片轭铁反力弹簧工作气隙线圈构架铁芯动触点图5.6.2 电磁式继电器结构原理 第5章 数控机床的电气故障分析 继电器也分成直流继电器与交流继电器。它们的激励输入分别为直流或交流。交流继电器应用范围很广而具有不同的电压要求，例如，来自变压器电路的110V AC、220V AC、12V AC、24V AC、36V AC等等。直流继电
34、器也可有类似等级的直流电压。电磁式继电器又分成电压继电器与电流继电器。它们的励磁线圈分别是并接或串接于电源回路中，获得激励输入量分别是电压或电流。电压继电器，常用于欠压/失压保护以及制动和反转控制中。电流继电器，常用于过流、过载及短路保护，以及直流电动机磁场控制中或失磁/弱磁保护。 第5章 数控机床的电气故障分析 2. 中间继电器中间继电器 中间继电器，实质是一种电磁式继电器，在数控机床的控制系统中用得很多。以它们的通断来控制信号向控制元件的传递，控制各种电磁线圈的电源通断，并起欠压保护作用。由于它的触头容量较小，一般不能应用于主回路中。这类继电器外壳上往往有“复位”键，用作解除它的“自锁”。
35、所谓“自锁”，是在电源电压突然下降又回复时，中间继电器触点开断后不能自行再接触(线圈不能自行上电)的自我保护。所以，自锁现象的出现与电网不稳有关。 第5章 数控机床的电气故障分析 线圈动合触头 动断触头KAKAKA第5章 数控机床的电气故障分析 继电器一旦发生失控现象(不动作不能吸合或开断，或误动作不该动作时自行动作)，究其内因，就得从结构上讨论；究其外因(类似于表5.5接触器的常见故障及其成因)，主要是激励输入的额定电压是否满足要求。常见的电压型中间继电器要求较低的直流电压，如5V DC、12V DC、24V DC与36V DC等，一般来自于PLC输出板。因此，往往取决于PLC输入/输出板的
36、工作电压。 第5章 数控机床的电气故障分析 与接触器(工作于主电路或大电流高电压控制电路)不同，中间继电器所在的控制电路特点是电压较低与电流较小。因此，中间继电器不易出现触头的烧结与熔焊、线圈的烧毁(见例5.7.1)，机构的损坏与失效也较少。中间继电器多见的故障，是触头氧化或闲置引起的锈蚀导致接触不良、线圈的断路与短路、线圈接线点的连接与接触不良等。中间继电器，往往可具有多对触头。从而可同时控制几个电路。在常用触头及机构故障时，往往可以利用冗余的触头副来代替，而不必更换整个继电器。在PLC的I/O板上往往有多个相同的中间继电器回路可互相替代(见例6.4.5)。这在现场维修中是十分便利的。另外，
37、中间继电器无其它要求，只要零压可靠释放即可。 第5章 数控机床的电气故障分析 3. 过电流继电器过电流继电器 线圈动合触头 动断触头KOCIKOCKOC过电流继电器过电流继电器用于用于重载或频繁启动重载或频繁启动场合，对场合，对主电路、主电路、直流直流电动机或绕线转子的异步电动机，电动机或绕线转子的异步电动机，作作过载和短路保护过载和短路保护。 第5章 数控机床的电气故障分析 过电流的特点过电流短路电流。过电流动作时的强度值启动电流的1.2倍。过电流报警几率高于短路报警。第5章 数控机床的电气故障分析 过电流现象的成因1. 不正确的启动操作方法不当；频繁短时正反转启动或制动。2. 过大负载转矩
38、机械阻力过大。3. 交流电动机定子绕组串联的限流电阻损坏而不起作用。4. 一开机，就出现过流报警老机床断路器失修；调试后机床的电流脱扣器瞬时整定值太小等造成的断路器过流脱扣。第5章 数控机床的电气故障分析 关于短路与短路电流。单相短路发生在星型连接(Y型)中性点直接接地的电力系统中时，由于中性点接地电阻的存在，限制了单相接地短路电流。所以单相接地短路电流最小，而三相接地短路电流最大。过电流继电器的常见故障，与接触器类似。 第5章 数控机床的电气故障分析 需要需要注意注意：如果如果直流电动机磁场太弱直流电动机磁场太弱时，启动电流会很时，启动电流会很大大发生发生过流而无报警过流而无报警(KOC不动
39、作不动作)，或者正在运行的直，或者正在运行的直流电机转速迅速升高，亦会出现流电机转速迅速升高，亦会出现飞车现象飞车现象KOC也不动作也不动作的情的情况况。系统发生系统发生单相接地短路单相接地短路故障时故障时(例如电动机因绝缘损坏而例如电动机因绝缘损坏而使某相碰壳使某相碰壳)，由于系统接地电阻与单相接地电阻是成并联而，由于系统接地电阻与单相接地电阻是成并联而有分流作用，所以因有分流作用，所以因接地电流不太大接地电流不太大而会导致而会导致过电流继电器过电流继电器不动作不动作。因此，在使用过电流继电器的同时，必须采用配有。因此，在使用过电流继电器的同时，必须采用配有熔断器的断路器熔断器的断路器(熔断
40、器必须装在断路器之前熔断器必须装在断路器之前)。漏电保护装置漏电保护装置也必不可少。也必不可少。系统金属壳必须与保护接地共点系统金属壳必须与保护接地共点。接地电阻接地电阻4 。 第5章 数控机床的电气故障分析 单相运行的成因熔断器一相熔断。电源线或电动机绕组一相断线。电源端子与电动机绕组引出线接触不良。刀开关/熔断器/断路器/接触器的一相触头接触不良。变压器原边或副边一相开路。第5章 数控机床的电气故障分析 4. 热继电器热继电器 热元件FR动断触头FR或TR热继电器一般用作交流电动机的过载保护。因为热继电器会因环境影响或使用不当而出现烧毁不动作或误动作。所以，它必须配合使用继电器、接触器或断
41、路器。热继电器的工作原理，是热元件受热温升形变而产生通断动作。 第5章 数控机床的电气故障分析 热元件受载电流的热效应：热量(电流电阻平方时间)。热效应产生足够的热量才能使热元件变形动作，由电流、电阻与时间等三个因素所决定： 当受载电流整定电流时，可在较短时间内动作提前动作。 当受载电流整定电流时，则需要较长时间才可动作滞后动作。 过载的电流较小或是局部短路时，必然滞后动作。 热元件的热惯性，也导致热继电器的一定程度的滞后动作。 环境温度过高，可以使热元件提前动作。因此，热继电器的常见故障还是不动作与误动作。其故障成因，可从控制输入、机构与参数、负载效应等几方面来分析。 第5章 数控机床的电气
42、故障分析 电动机已严重过载，则热继电器不动作的可能成因如下： 选用不当电动机的额定电流选得太大，造成受载电流过大。 使用不当整定电流调节太大滞后动作。 机构性能故障动作机构卡死、导板脱出等。 热元件烧毁或脱焊。可能成因是负载效应： 操作频率过高。 负载侧短路。 阻抗太大使电动机启动时间过长而导致过流。 第5章 数控机床的电气故障分析 控制电路不通，可能成因： 调试不当自动复位的热继电器中调节螺钉未调在自动复位位置上。 使用不当手动复位的热继电器在动作后未复位。 动断开关接触不良(例：触头表面污垢)。 弹性失效。热继电器误动作的可能成因，与热元件的温度不正常有关：热元件温度过低，动作滞后；温度早
43、达到，就提前动作。 第5章 数控机床的电气故障分析 环境温度过高，或受强烈的冲击振动误动作。 调试不当：整定电流太小。 使用不当：操作频率过高电流热效应大提前动作。 负载效应：阻抗过大(例接线不良)、电机启动时间过长大电流热效应提前动作。 维修不当维修后：联接导线过细导热性差提前动作；联接导线过粗滞后动作。 第5章 数控机床的电气故障分析 可见，热继电器的选用、安装、调试、维修与调整、环境的温度及其稳定性、操作(例如动作后的复位、操作频率的高低)以及负载效应(负载的短路、过流、阻抗过大使启动时间过长等)等都成为影响它动作的因素。由上述讨论可见，单独使用热继电器作为过载保护电器是不可靠的。热继电
44、器必须与其它的短路保护器(熔断器、接触器、断路器与漏电保护装置)一起使用。通常采用一种三相、自带断相保护的组合型的热继电器。 第5章 数控机床的电气故障分析 额定电流与整定电流的选择取决于电动机的额定电流及其电动机的特性：热元件额定电流应略大于电动机的额定电流。热元件的整定电流一般调整到等于电动机的额定电流。对于负载能力差的电动机，热元件的整定电流应调整到电动机的额定电流的0.60.8倍。对于启动时间较长、拖动冲击性负载或不允许停车的电动机，热元件的整定电流应调整到电动机的额定电流的1.11.15倍。第5章 数控机床的电气故障分析 5. 速度继电器速度继电器 n动合式KS(P)n动断式KS(P
45、)第5章 数控机床的电气故障分析 速度继电器是按被控电动机转速进行控制的继电器。速度继电器的转轴是与电动机同轴联接的，按照电动机转速(n)的大小来控制电路的接通或断开电源，常与接触器配合使用，主要用作电动机反接制动。速度继电器安装接线时，其正反向触头不可接错，否则就不能起到反向制动时的接通或断开反向电源的作用。在选用时应注意，它有额定工作转速与操作频率的要求。 第5章 数控机床的电气故障分析 在反接制动时，速度继电器的常见故障为： 不能制动器内胶木摆杆断裂、动合触头(氧化)接触不良、弹性动触头断裂或失去弹性等失效。制动不正常一般为弹性动触片调整不当。可调整螺钉向上，减小弹性。 第5章 数控机床
46、的电气故障分析 / 反接制动，是利用由电机转子切割反向旋转磁场而产生的转矩来制动的。具体做法：在切断正向三相电源后，立即将反向三相电源接入。当转子受来自反向磁场的制动转矩作用而转速快降至零时，又及时断开反向电源，以保证电机迅速制动又不至于反向转动。反接制动中转矩过大，对设备不利，会产生强烈的电弧，影响接触器寿命。/ 第5章 数控机床的电气故障分析 6. 时间继电器时间继电器 线圈动合触头动断触头KAKAKA延时闭合动合触头延时闭合动断触头或或延时断开动合触头延时断开动断触头或或第5章 数控机床的电气故障分析 时间继电器，是一种按时间进行控制的继电器。可以分成两类： 有刻度、延时时间可调的。 无
47、刻度、延时时间不可调的。/注意：不同继电器分别要求在接通或分断离合器电磁铁线圈电源时才可调节延时值。/时间继电器的常见故障，也是不动作与误动作。 第5章 数控机床的电气故障分析 它的失控主要表现在：延时特性的失控延时过长或过短。(1) 延时触头不动作，可能成因： 电源电压低于线圈额定电压(外因)。 电磁铁线圈断线(内因)。 棘爪无弹性不能刹住棘轮(内因)。 游丝断裂(内因)。 如是控制同步电动机，则也可能是电动机线圈断线(外因：负载开路)。触头接触不良或熔焊。 第5章 数控机床的电气故障分析 (2) 延时时间缩短或没有延时作用(相当于RC太小)，可能成因： 若是空气阻尼式的，一般是气室漏气。
48、若是电磁式的，一般为非磁性垫片磨损。(3) 延时时间变长(相当于时间常数RC太大)，可能成因： 若是空气阻尼式的，气室内有灰尘使气道堵塞。 若是电动式的，是传动机构润滑不良。 第5章 数控机床的电气故障分析 5.7 执行电器(电磁抱闸制动、电磁阀与电磁离合器)故障、成因与实例分析 1. 电磁抱闸制动电磁抱闸制动 第5章 数控机床的电气故障分析 电磁抱闸制动，经常用于数控机床的运动轴的制动中。图5.7.1所示的电磁制动控制线路可用来说明这种制动的工作原理。当按下启动键SB2后，经熔断器与热继电器，接触器KM1线圈先得电而使其触头闭合，电磁抱闸YB电磁铁线圈得电，衔铁被铁芯吸合，与衔铁连接的杠杆反
49、抗弹簧力而提起，使其上的闸瓦松开闸轮，完成制动释放。然后接触器KM2线圈得电，电动机M得电启动。反之，按下停止键SB1后，接触器KM1线圈失电使触头断开，KM2线圈失电，电动机断电；同时，电磁抱闸YB电磁铁线圈失电，铁芯失磁释放衔铁，反力弹簧力作用下杠杆带回闸瓦，抱住电机轴上的制动轮，完成抱闸动作(见图5.7.2)。 第5章 数控机床的电气故障分析 L1L2L3QSFU1KM2FU3KM1YBFRSB1SB2KM2KM1KM2KM1M3FRFU2图5.7.1 电磁制动控制线路 第5章 数控机床的电气故障分析 电磁铁衔铁抱闸制动轮电动机弹簧图5.7.2 电磁抱闸的结构 第5章 数控机床的电气故障
50、分析 可见，当出现轴不能启动故障时，应该考虑：制动没有释放。其可能外因是各励磁线圈的失电或欠压。其内因可能是各励磁线圈断路或短路、熔断器熔断、热继电器的失效误动作、接触器或按钮开关的失效不动作、机构锈死与弹簧失效使闸轮不可松开等等。反之，当轴不能制动或制动滞后等故障出现时，除考虑上述相关成因外，还需考虑闸瓦与闸轮磨损问题、有油污侵入或间隙过大等。另外，励磁线圈的短路故障还会引起系统掉电(见例4.1.5)。因此，修前现场调查中常规检查是十分重要的。 第5章 数控机床的电气故障分析 2. 电磁阀电磁阀 电磁阀，是一种改变液流方向来实现运动换向与通断油路的控制电器。在数控机床中，电磁阀广泛地应用于刀