6.机床控制变压器容量的计算

控制变压器

《机械电气安全机械电气设备第1部分：通用技术条件》

9.1.1控制电路电源

控制电路由交流电源供电时，应使用有独立绕组的变压器将交流电源与控制电源隔离。

例子包括：

——参照IEC615582-2有独立绕组的控制变压器；

——参照IEC61558-2-16开关模式电源单元，配备有独立绕组的变压器；

——参照IEC61204-7低电压电源，配备有独立绕组的变压器。

如果使用几个变压器，这些变压器的绕组宜按使次级侧电压同相位的方式连接。

例外：对于用单一电动机起动器和不超过两个控制器件（如联锁装置、启/停控制台）的机械，不强制使用变压器或配有变压器的开关模式电源单元。

源自AC电源的DC控制电路连接到保护联结电路（见8.2.1)，它们应由AC控制电路变压器的单独绕组或其他控制电路变压器供电。

9.1.2控制电路电压

控制电压标称值应与控制电路的正确运行协调一致。

AC控制电路的标称电压不宜超过：

——230V，适用于标称频率50Hz的电路；

——277V,适用于标称频率60Hz的电路。

DC控制电路的标称电压不宜超过220V为宜。

根据标准，机械电气设备必须要安装使用变压器，其主要目的是保障人身安全，以及给电器元件提供多种电压等级的电源。在电子工业或工矿企业、机床和机械设备中，一般电路的控制电源、安全照明及指示灯的电源均采用隔离变压器，隔离变压器是指输入绕组与输出绕组带电气隔离的变压器，用于防止电击，抑制敏感设备中的电气噪声，或在两个不能连接的电路之间传输功率。

①变压器容量计算：

（公式1）

或（公式2）

或（公式3）

式中：S——变压器容量（VA）；

——二次侧各绕组电压有效值（V）；

——二次侧各绕组电流有效值（A）；

——二次侧各绕组功率有效值（W）。

变压器在传递功率过程中，本身存在着铁损和铜损，故一次容量比二次容量大。它们之间的关系式为：

式中——一次绕组；——二次绕组；——变压器效率。

总是小千1，变压器的容量越小，也越小，的数值见表。

二次容量

小于10

10～30

30～80

80～200

200～400

400以上

0.6

0.7

0.8

0.85

0.9

0.95

由于机床控制电路中，控制功能不尽相同，接触器、继电器、电磁阀、离合器、指示灯等元件不可能全部同时工作，不能简单的按照各元件功率相加，这样计算的变压器容量太大，不利于电柜电器安装与排线，势必造成容量过剩，也不符合经济实用原则。在实际工作，通常按照如下方式计算控制变压器容量。

②控制电器同时工作：

（公式4）

式中——变压器容量(VA);

——变压器容量的储备系数，一般取1.1～1.25；

——控制电路各电器吸持功率之和(W)。

适合简单、元件不多的电路。

③控制电器不同时工作：

（公式5）

式中——先吸合工作的电器保持功率之和（W）；

——所有同时工作的电器在起动时所需要的功率之和（W）；

——所有电磁铁在起动时所需要的功率之和（W）；

——系数，一般取0.7～1。

先吸合工作的电器是指机床接通电源开机状态时，就投入工作的电器元件。如，开机后，未加工状态时，照明、指示灯、润滑泵接触器、液压泵接触器、电磁阀的继电器、PLC、HMI等；

所有同时工作是指适主要功能动作运行时，按需要投入的电器元件。如，加工时，主轴电机接触器、工作台进给电机接触器、冷却泵接触器、排屑器接触器、控制电磁阀和离合器的继电器等。

适合元件较多，复杂电路的控制变压器容量计算。

【例】某机床的控制变压器选用为例，有如下元器件：

a.小型继电器型号HH52P，线圈DC24V，1W，22个，合计：22W；

b.交流接触器

型号3TF47，线圈AC110V，起动183VA，吸合17VA，6个，合计：102VA；

型号3TB44，线圈AC110V，起动69VA，吸合10VA，2个，合计：20VA；

型号3TB40，线圈AC110V，起动68VA，吸合7.8VA，5个，合计：39VA；

c.电磁阀线圈14个，每个功率35W，DC24V，合计：490W；

d.电磁离合器4个，每个功率50W，DC24V，合计：200W；

e.机床照明，2*40W，AC24，合计：80W；

一台，型号FX1N-60MR-001，AC220V，功率36W；

g.指示灯12个，每个约1W，，合计12W。

按照公式3计算：

P的总容量不考虑先后分别起动情况，其容量过大，不利于电柜安装和接线，也不经济。机床控制都是根据功能任务需求，分别起动，不可能全部起动，总体思路为按照主要功能动作运行时，按同时工作的元器件最大容量计算，可按公式5分别计算各二次侧绕组容量。

各电压等级绕组分别计算：

⑴AC6V——指示灯电源容量计算：P1=12*1=1.2×12W=14.4，取整15VA；

⑵AC24V——机床照明电源：P2=2×40=1.2×80W=96，取整100VA；

⑶AC28V——继电器、电磁阀、离合器电源：

电磁阀先工作6个：6×35=210；

继电器先工作11个：11×1=11W；

离合器先工作一个：1×50=50W。

合计：P3=1.2×（210+11+50）=325，取整350VA。

继电器、电磁阀、离合器同时工作时，只是动作的切换，没有新增加元件投入工作，如开机电磁阀就在夹紧状态，动作变化就是松开，实际还是一个元件工作，所以取值一样。

⑷AC110V——交流接触器电源：

先工作3个：P4=（1*17）+（2*7.8）=1.2×32.6≈40VA

同时工作4个：P5=（2*183）+（2*69）=1.2×504≈600VA

合计：40+600=640W

⑸AC220V——PLC电源：P6=1.2×36W=43W，取整50W。

注：各个绕组分别乘以安全系数1.2，便于后期计算。

按照公式5计算：

。

。

。

计算容量为690。为减小电器元件起动时，对电子元件产生干扰，把起动时冲击较大，容易产生干扰的元器件单独用一个变压器，则AC110V和AC28V用一个630，其他AC220V、AC24V、AC6V用一个160VA变压器。公式5能满足大多数使用要求，并能正常安全的运行。

参考资料：

1、《机床电路原理与维修》熊辜明等

2、《实用电工计算手册》第三版许宝发主编

3、《新编电工常用计算手册》周希章编

4、《电动机的起动、制动和调速》周希章周全等编著