一种模拟短路故障的安全电路的制作方法

[0001]
本实用新型属于电路故障模拟技术领域，具体是一种能在机床电路中模拟出短路故障的安全电路。


背景技术：

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x62w铣床是一种通用的多用途机床，其通过继电接触器电路实现电气控制，能够进行平面、斜面、螺旋面及成型表面的加工，在国民经济各行业中的许多部门得到广泛应用。铣床是以各类电动机为动力的传动装置与系统的对象以实现生产过程自动化的技术装置，电气系统是其主干部分。
[0003]
目前，在开展机床电路故障排除实践教学的过程中，设置的电路故障均为断路故障，其原理为在电路连接的线路某个位置点上设置手动开关或继电器常闭触点，当需要设置故障时，将开关断开或通过设置故障的控制电路令设故障继电器得电后切断常闭触点来实现电路的断路故障。然而在真正运行的设备电路中，常见的故障除了某个位置或多个位置虚接或断开造成电路某些功能缺失或不能启动的断路故障之外，还有产生极大危害的短路故障。短路故障常常因为其造成的短路电流远大于电路能承受的上限迅速导致电气火灾。电气安全人员在生产中往往是想方设法避免在电路中出现短路故障。而在电工职业标准中，短路故障更是禁止出现在电气工程人员所安装的电路之中。因此，检测并排除短路故障也是电气工程人员在完成电路安装之后、进行电路测试之前最常做的一项任务，是确保短路故障不会出现的最终措施。
[0004]
而现有技术中，还没有专用于机床电路的短路故障设置电路。


技术实现要素：

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本实用新型要解决的技术问题是，在确保操作人员与电路安全的前提下，提供一种能模拟短路故障的安全电路。
[0006]
本实用新型以如下技术方案解决上述技术问题：
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一种模拟短路故障的安全电路，包括plc控制器、空气开关、可调电阻和用于设置短路故障的设故继电器，所述plc控制器与设故继电器相连构成短路故障设置控制电路，用于实现自动设置故障的功能；所述空气开关作为整个铣床电路的总电源控制开关，所述可调电阻串接设故继电器的常开触点，将设故继电器和可调电阻的两端跨接于铣床电路中任意两个能形成短路故障的连接点；一旦设故继电器的常开触点接通，两个连接点之间即出现一个趋向0电阻的小阻值电阻，从而使控制铣床电路的空气开关自动跳闸，实现短路模拟。
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所述空气开关为三相空气开关，其额定电流为1a。
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所述可调电阻为3个功率2000w的可调电阻，可调阻值为1-1000欧姆。
[0010]
所述可调电阻的阻值优选为45欧姆。
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与现有技术相比，本实用新型能够实现如下的技术效果：
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1.为现有机床电气电路加装了一个能瞬时产生较大电流的短路故障模拟电路，使被加装的电路在上电后产生与短路相似的故障现象，电路中短路保护自动元件采取断电保护动作，从而模拟出短路现象。
[0013]
2.在短路故障模拟电路中设置了安全可靠的保护措施，抑制模拟故障过程中出现较大电流的危害，从而能够确保整个教学实训装置的安全。
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3.提供了一个多方可控的短路模拟电路启动系统，使短路故障模拟电路可靠可控，便于在机床电路故障排除教学实训过程中设置短路故障。
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总体而言，本实用新型以xw62铣床电气控制线路为载体，使用plc作为控制核心，在确保操作人员与电路安全的前提下，能在原机床电路上设置出短路故障，从而使短路故障检测与排除的实践教学项目得以开展与实施，以达到学生能在教学过程中学习到短路故障的检测方法和排除方法，为今后上岗的安全文明生产打下基础积累经验。
附图说明
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图1是本实用新型实施例所述的x62w铣床的电气原理图。
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图2是本实用新型所述的模拟短路故障电路的构成框图。
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图3是本实用新型所述的短路故障设置控制电路。
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图4是本实用新型所述的短路故障模拟电路。
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图5是本实用新型所述的短路故障设置控制电路的测试电路。
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图6是本实用新型所述的增加同步接触器的短路故障模拟电路。
具体实施方式
[0022]
下面将使用本领域技术人员向本领域其它的技术人员传达他们工作实质时所通常使用的术语来描述本方案的理念。然而，所述理念可体现为许多不同的形式，因而不应视为限于本方案中所述的实施例。提供具体的实施例是为了使本方案内容更详尽和完整，并且向本领域的技术人员完整传达其包括的范围。在不脱离本方案实施例范围的情况下，可以用多种多样的备选和/或等同实现方式替代所示出和描述的特定实施例。本实用新型旨在覆盖本方案论述的实施例的任何修改或变型。对于本领域的技术人员而言明显可以仅使用所描述的方案中的一些方面来实践备选实施例。本方案出于说明的目的，在实施例中描述了特定的部件设置，然而，本领域的技术人员在本方案披露的方案基础上，变更这些具体的部件也可以实践备选的实施例。在其它情况下，可能省略或简化了众所周知的特征，以便不使说明性的实施例难于理解。
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1.模拟短路故障电路设计
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本实用新型选用plc、设故继电器ka、小安数空气开关qf、大功率可调电阻r来实现电路设置短路故障功能。图1为现有x62w铣床的电气控制线路图，图2为模拟短路故障电路的构成框图。图3为短路故障设置控制电路，通过plc和设故继电器ka完成自动设置故障的功能。图4是本实用新型所述的短路故障模拟电路，选取图1所示201、101线号点两个位置，将图4中设故继电器ka和可调电阻r两端位置分别与两个线号点连接后，形成一个一旦设故继电器ka常开触点接通就能导致201、101线号点之间出现一个小阻值电阻，能够模拟短路时出现的0电阻，从而使控制机床电路的小安数空气开关qf自动跳闸。此时，由于空气开关
qf的自动跳闸，使得电路出现的较大电流对电路和元器件的损害不会持续太长时间，从而确保整个教学实训装置的安全。
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2.元器件的选型
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2.1小安数空气开关
[0027]
经市场调查，小安数三相空气开关的动作最小值为1a，其最大允许功率大约为400w，可选用该规格的空气开关作为短路故障模拟电路的总电源开关以及安全保护元件，本实施例中选用市售德力西dz47s系列空气开关，额定电流为1a。
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2.2中间继电器
[0029]
本实施例中间继电器选用的型号为rs-kxj-3z/c1，其触点耐压为ac250v，允许电流7a。
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2.3大功率可调电阻
[0031]
本实施例选用的可调电阻为3个2000w规格的小电阻元件，其电阻可调范围约为1-1000欧姆。
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3.电路测试
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为了在大功率可调电阻r上选取合适的电阻阻值，使电路模拟跳闸的时间尽量接近短路故障出现后瞬间跳闸的状态，本实用新型在短路故障设置电路上增加了一个与可调电阻r同步通断电的接触器km，并将其常开触点接到plc数字信号输入端，使其形成一个可以在plc内自动记录短路故障设置电路从通电到跳闸时间段的装置。该装置的电气原理图如图5和图6所示。
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同时，为了记录时间，本实用新型选用三菱fx3u系列中的10ms定时器来计时，用下降沿触发指令，在接触器km断电的瞬间，将定时器的时间值赋值到数据寄存器中。此时，数据寄存器中的数值除以100，即可得到通电的秒数。
[0035]
本实用新型实施例中通过将可调电阻调整至不同位置，并采取每个阻值试验3次的方式，来进行短路故障模拟测试并记录时间。由于电阻小电流大，空气开关反应时间太长容易损坏电路，所以最终确定反应时间为0.1秒时的阻值为最终阻值，此时既不会导致短时间内电流太大，也不会导致动作时间太久而使电路过热。实验记录下的结果如表1所示，最终选择阻值为45欧姆的电阻作为短路故障设置电路中的大功率电阻即可。
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表1在线电压380v下不同电阻值空气开关跳闸时间记录表
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4.安装与测试
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4.1xw62铣床电路安装
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在xw62铣床电路上的“201”和“101”两个线号点进行连接安装，同时在原电路的三相空气开关旁加装小安数空气开关。
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4.2安装短路模拟电路后的上机测试
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将设计好的短路故障设置安全电路加装在机床电路排故实训装置上，即可在该电路工作时模拟出一个能瞬时产生较大电流的短路故障情形，使电路出现类似短路时空气开关自动跳闸的现象。位于故障点的电流在短路故障设置电路运行时，设故继电器常开触点闭合，使三相电路将大功率电阻跨接在电路三相之间，此时该模拟故障点电流过大，导致小安数的空气开关因过载而发生跳闸。当空气开关断开之后，电路中三相短路故障虽未被移除，但因电路已经断电，故障点的电流消失，电流值下降为零，从而使电路在得到安全保护的情况下模拟出短路跳闸现象。
[0043]
通过上机测试，证明本实用新型能够顺利设置出短路故障，在plc进行随机设置故障后，如果设置出短路故障时，很短的时间内小安数空气开关就完成了跳闸动作，正确模拟出机床电路当前出现的短路故障。
[0044]
本实用新型完成了一款市场上尚未出现过的短路故障设置电路，通过安装、测试和上机运行，证明本实用新型能在确保安全的情况下，在机床电路上成功模拟出短路故障。此外，本实用新型所述的安全电路设计为另外加装的产品，具有较好的通用性，除了在铣床电路上应用之外，还可以加装到其他类型的机床电路上，使其同样具备设置短路故障的功能。

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