如何识读机床电气原理图

1.电气原理图样

根据机床的机械运动形式对电气控制系统的要求，采用国家统一规定的电气原理图形符号和文字符号，按照电气设备和电器的工作顺序，详细表示电路、设备或成套装置的全部基本组成和连接关系，而不考虑其实际位置的一种简图叫电气控制系统图。电气控制系统图能充分表达电气控制系统的组成、结构与工作原理，是电气线路安装、调试和维修的理论依据。

电气控制系统图由图形符号和文字符号组成，并按照GB／T 6988.1—2008《电气技术用文件的编制 第4部分》中的规定来绘制。图形符号表示电器设备的图形、标记或字符。这些图形符号必须采用国家标准来表示，如GB／T 728.7—2008《电气简图用图形符号 第7部分》、GB／T 4728.9—2008《电气简图用图形符号 第9部分》及GB／T 5465.11—2007《电气设备用图形符号基本原则》等。文字符号用于标明电气设备、装置和元器件的名称及电路的功能、状态和特征，分为基本文字符号和辅助文字符号。

电气控制系统图一般有电气原理图、电气布置图及电气安装接线图三种。

1）电气原理图

电气原理图是根据电气控制系统的工作原理绘制的。它采用电器元件展开的形式，利用图形符号和项目代号来表示电路中各元件导电部件和接线端子的连接关系。图9－2所示为某机床电气原理图。

图9-2　某机床电气原理图

（1）电气原理图的组成。

根据电路中电流的大小，电气原理图可分为主电路和控制电路。主电路是从电源到电动机或线路末端的电路，是强电流通过的电路。主电路一般由熔断器、接触器的主触头、热继电器的发热元件以及电动机等组成。控制电路是接触器线圈所在的电路，包括接触器的辅助触点、按钮、热继电器辅助触点等。辅助电路也是控制电路的一部分，包括照明电路、信号电路及保护电路等。

（2）绘制电气原理图的原则。

①图面区域的划分。为了方便阅读和检索电气原理图，常将原理图进行图面分区。横边从左到右用阿拉伯数字分别编号，竖边从上到下用英文字母区分，分区代号用该区域的字母和数字表示。通常情况下，竖边的字母可以省略，即只用数字表示。

原理图图面区域横向最上面的说明，如“主轴电动机”“冷却泵电动机”等表明对应区域下方元件的名称或电路的功能，以便于理解全电路的工作原理。

②符号位置索引。在较复杂的电气原理图中，对继电器、接触器线圈的文字符号下方要标注其触点位置索引，而在触点文字符号下方要标注其线圈位置索引。符号位置索引用图号、页次和图区编号的组号表示。索引代号的组成如下：

例如：“901／1·5”索引，表示电气元件的符号位置在图号为901的第1页第5区。如果该图号仅为1页，则可以省去页次，用“901／5”表示即可。

如果元件相关的各符号元素出现在同一图号的图样上，而该图号有几张图样，则索引代号可省去图号，用“1／5”“3／4”表示。当元件相关的各符号元素出现在只有一张图样的不同区域时，索引代号只用图区号表示，如图区C4中接触器主触点KM下面的4，即为最简略的索引代号，它指出接触器KM的线圈位置在本图区的第4区。

在电气原理图中，接触器或继电器线圈与触点的从属关系可用附图表示，即在原理图中相应线圈的下方给出触点的图形符号，并在其下面注明相应触点的索引代号；对未使用的触点用“×”表明。如图中接触器KM线圈下端，其触点的位置索引中，左栏为主触点所在的图区号，中栏为辅助常开触点所在的图区号，右栏为辅助常闭触点所在的图区号。

③原理图中要给出导线的线号，线号可根据电源的类型来设置。原理图采用电路编号法，即对电路中的各个接点用字母或数字编号。

主电路在电源开关的出线端按相序依次编号为U11、V11、W11，然后按从上至下、从左至右的顺序，每经过一个电气元件后，编号要递增，如U12、V12、W12，U13、V13、W13、…。辅助电路编号按“等电位”的原则从上至下、从左至右的顺序用数字依次编号，每经过一个电气元件后，编号要依次递增；控制电路编号的起始数字必须是1，其他辅助电路编号的起始数字依次递增100，如照明电路编号从101开始、指示电路编号从201开始等。

2）电气元件布置图

电气元件布置图主要是指用来表明各种电气设备在机械设备上和电气控制柜中的实际安装位置，采用简化的外形符号（如正方形、矩形、圆形等）而绘制的一种简图，为机械电气控制设备的制造、安装、维修提供必要的资料。它不表达各电气元件的具体结构、作用、接线情况以及工作原理，主要用于电气元件的布置和安装。图中各电气元件的文字符号必须与电路图和接线图的标注相一致。在实际中，电路图、接线图和布置图要结合起来使用。

机床电气元件布置图主要包括机床电气设备布置图、电气控制柜及配电盘电气元件布置图、操纵台电气设备布置图等。在绘制电气设备布置图时，所有能见到的以及需要表示清楚的电气设备，均用粗实线绘制出简单的外形轮廓；其机械部件的轮廓用双点画线表示；图样中要表示出元器件的安装位置、安装方式以及电线的走线路径。图9－3所示为某机床控制配电盘布置图。

图9-3　某机床控制配电盘布置图

3）电气安装接线图

电气安装接线图是为安装电气设备时进行配线或检查维修电气控制电路故障服务的，其根据电气设备与电气元件的实际位置和安装情况绘制，只用来表示电气设备和电气元件的位置、配线方式和接线方式，而不明显表示电气动作原理。绘制安装接线图应遵循以下原则：

（1）各电气元件用规定的图形符号、文字符号绘制，同一电气元件各部件必须画在一起，各电气元件的位置应与实际安装位置一致。

（2）不在同一控制柜或配电盘上的电气元件的电气连接，必须通过端子板进行转接，各电气元件的文字符号及端子板的编号应与原理图一致，并按原理图的接线进行连接。

（3）画导线时，应标明导线的规格、型号、根数和穿线管的尺寸，走向相同的多根导线可用单线表示。

图9－4所示为某机床电气安装接线图。

图9-4　某机床电气安装接线图

2.电气控制电路的分析方法及电气故障检修技巧

1）电气控制电路的分析方法

电气原理图的阅读分析方法最为重要，仔细阅读设备说明书，在了解电气控制系统总体结构、电动机和电气元件分布状况及控制要求的基础上才可以分析电气原理图。电气原理图的分析步骤如图9－5所示。

图9-5　电气原理图的分析步骤

（1）主电路分析。

从主电路入手，根据每台电动机或电磁阀等执行电路的控制要求去分析其控制内容。控制内容包括启动、制动、方向控制和调速等基本控制环节。

（2）控制电路分析。

根据主电路各电动机或电磁阀等执行电器的控制要求，逐一找出控制电路中的控制环节，利用前面学过的电动机控制基本环节的相关知识，按功能的不同划分成若干个局部控制电路来进行电路分析。

（3）辅助电路分析。(www.xing528.com)

辅助电路包括电源显示、工作状态显示、照明和故障报警等，它们大多是由控制电路中的电气元件来控制的，所以电路分析时，还要再对照控制电路进行分析。

（4）连锁与保护环节分析。

机床对于安全性和可靠性有很高的要求，为实现这些要求，除了合理地选择拖动和控制方案外，在控制电路中还设置了一系列的电气保护和必要的电气连锁。

（5）总体检查。

通过“化整为零”的方法，逐步分析了每一个局部电路的工作原理及各部分之间的控制关系后，还必须用“集零为整”的方法检查整个控制电路，看看是否有遗漏。特别要从整体角度进一步检查和理解各控制环节之间的联系，理解电路中每个元件所起的作用。

2）电气故障检修的一般步骤

（1）观察和调查故障现象：电气故障现象是多种多样的。例如，同一类故障可能有不同的故障现象，不同类故障可能有同种故障现象，这种故障现象的同一性和多样性给查找故障带来了困难。但是，故障现象是检修电气故障的基本依据，是电气故障检修的起点，因而要对故障现象进行仔细观察、分析，找出故障现象中最主要、最典型的方面，弄清故障发生的时间、地点和环境等。

（2）分析故障原因，初步确定故障范围，缩小故障部位：根据故障现象分析故障原因是电气故障检修的关键。分析的基础是电工电子基本理论，是对电气设备构造、原理、性能的充分理解，是电工电子基本理论与故障实际的结合。某一电气故障产生的原因可能很多，重要的是在众多原因中找出最主要的原因。

（3）确定故障的部位，判断故障点：确定故障部位是电气故障检修的最终目标和结果。确定故障部位可理解成确定设备的故障点，如短路点、损坏的元器件等，也可理解成确定某些运行参数的变异，如电压波动等。确定故障部位是在对故障现象进行周密考察和细致分析的基础上进行的。在这一过程中，往往要采用下面将要介绍的多种手段和方法。

在完成上述工作的过程中，实践经验的积累起着重要的作用。

3）电气故障检测的一般技巧

（1）熟悉电路原理，确定检修方案：当一台设备的电气系统发生故障时，不要急于动手拆卸，首先要了解该电气设备产生故障的现象、经过、范围、原因，熟悉该设备及电气系统的基本工作原理，分析各个具体电路，弄清电路中各级之间的相互联系以及信号在电路中的来龙去脉，结合实际经验，经过周密思考，确定一个科学的检修方案。

（2）先机损、后电路：电气设备都以电气—机械原理为基础，特别是机电一体化的先进设备，机械和电子在功能上有机配合，是一个整体的两个部分。往往机械部件出现故障会影响电气系统，许多电气部件的功能就不起作用。因此，不要被表面现象迷惑。电气系统出现故障并不全部都是电气本身问题，还有可能是由机械部件发生故障所造成的。因此，先检修机械系统所产生的故障，再排除电气部分的故障，往往会产生事半功倍的效果。

（3）先简单、后复杂：检修故障要先用最简单易行、自己最拿手的方法去处理，再采用复杂、精确的方法。排除故障时，先排除直观、显而易见、简单常见的故障，后排除难度较高、没有处理过的疑难故障。

（4）先检修通病，后攻疑难杂症：电气设备经常产生相同类型的故障，即“通病”。由于通病比较常见，积累的经验较丰富，因此可快速排除，这样就可以集中精力和时间排除比较少见、难度高、古怪的疑难杂症，简化步骤，缩小范围，提高检修速度。

（5）先外部调试、后内部处理：外部是指暴露在电气设备密封件外部的各种开关、按钮、插口及指示灯；内部是指在电气设备外壳或密封件内部的印制电路板、元器件及各种连接导线。先外部调试、后内部处理，就是在不拆卸电气设备的情况下，利用电气设备面板上的开关、旋钮和按钮等调试检查，缩小故障范围。首先排除外部部件引起的故障，再检修机内的故障，尽量避免不必要的拆卸。

（6）先不通电测量、后通电测试：首先在不通电的情况下对电气设备进行检修，然后再在通电情况下对电气设备进行检修。对许多发生故障的电气设备进行检修时，不能立即通电，否则会人为扩大故障范围，烧毁更多的元器件，造成不应有的损失。因此，在故障机通电前，先进行电阻测量，采取必要的措施后方能通电检修。

（7）先公用电路、后专用电路：任何电气系统的公用电路出故障，其能量、信息就无法传送、分配到各具体专用电路，专用电路的功能、性能就不起作用。如一个电气设备的电源出现故障，整个系统就无法正常运转，向各种专用电路传递的能量和信息就不可能实现。因此，遵循先公用电路、后专用电路的顺序，就能快速、准确地排除电气设备的故障。

3.变压器

1）变压器的结构

变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈（一次线圈）、次级线圈（二次线圈）和铁芯（磁芯）。常见的单相变压器如图9－6所示。

变压器输入电源的绕组叫作初级线圈，也叫作一次线圈。变压器输出电源的绕组叫作次级线圈，也叫二次线圈。

变压器的主要功能有电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离和稳压（磁饱和变压器）等。

2）变压器的工作原理

变压器的工作原理示意图如图9－7所示。

图9-6　单相变压器

图9-7　变压器的工作原理示意图

一次线圈、二次线圈的匝数分别为N1和N2。当变压器的一次线圈接上交流电压时，一次线圈中便有电流通过。电流在铁芯中产生闭合磁通Φ，磁通Φ随的变化而变化，从而在二次线圈中产生感应电动势。如果二次线圈接有负载，则在二次绕组和负载组成的回路中有负载电流产生。

变压器中一、二次线圈的电压之比为

变压器中一、二次线圈的电流之比为

变压器二次线圈上的阻抗等效示意图如图9－8所示。

图9-8　变压器二次线圈上的阻抗等效示意图

（a）负载运行电路；（b）折算到一次绕组的等效阻抗

二次线圈上的阻抗与一次线圈的等效阻抗之间的关系为

3）机床控制变压器

机床电路比较复杂，机床主电路电压为380 V，而控制电路、辅助电路、照明电路电压与主电路不同，需要机床控制变压器输出不同的电压。以CA6140型车床为例，主电路电压为380 V，控制电路电压为220 V，照明电路电压为36 V，指示电路电压为6 V。那么，以图9－9所示的控制变压器为例，输入电压有两种，0—2为220 V和0—3为380 V。根据不同的输出电压可选择不同的输出端口，如11—16输出电压为220 V，11—15输出电压为36 V，11—13输出电压为6 V。不同的控制变压器输入、输出端口有所不同，应认真阅读变压器铭牌上的端口标识。

图9-9　控制变压器