Elektriske apparater til overvågning af belastninger, kræfter og momenter i metalskæremaskiner

Under driften af ​​automatiseret udstyr bliver det nødvendigt at kontrollere belastningen, det vil sige indsatsen og momenterne, der virker i elementerne i maskiner og maskiner. Dette forhindrer beskadigelse af individuelle dele eller uacceptabel overbelastning af elektriske motorer, giver dig mulighed for at vælge den optimale driftsform for maskiner, lave en statistisk analyse af driftsbetingelser osv.

Mekaniske belastningskontrolenheder

Meget ofte er laststyringsanordninger baseret på et mekanisk princip. Et elastisk element er inkluderet i maskinens kinematiske kæde, hvis deformation er proportional med den påførte belastning. Overskridelse af et bestemt belastningsniveau udløser en mikroswitch forbundet til det elastiske element via en kinematisk forbindelse. Belastningskontrolenheder med knast-, kugle- eller rullekoblinger er meget udbredt i værktøjsmaskinindustrien.De bruges i spændeanordninger, skruenøgler og andre tilfælde, hvor det elektriske drev fungerer på et hårdt stop.

Elektriske belastningskontrolanordninger

Tilstedeværelsen af ​​et følsomt elastisk element i den kinematiske kæde reducerer den samlede stivhed af det elektromekaniske drev og forværrer dets dynamiske egenskaber. Derfor forsøger de at få information om størrelsen af ​​belastningen (i dette tilfælde drejningsmomentet) gennem elektriske metoder ved at kontrollere strøm, effekt, slip, fasevinkel osv., der forbruges af drivmotoren.

I fig. 1 og viser et kredsløb til overvågning af strømbelastningen på induktionsmotorens stator. Spænding proportional med strøm I elektromotorens stator, fjernet fra sekundærviklingen af ​​strømtransformatoren TA, ensrettet og ført til en lavstrøm elektromagnetisk relæ K, hvis indstillede værdi justeres med potentiometer R2. En lavmodstandsmodstand R1 er påkrævet for at omgå transformatorens sekundære vikling, som skal fungere i kortslutningstilstand.

Figur 1. Skema til overvågning af belastningen af ​​den elektriske motor ved statorstrøm

For at styre statorstrømmen skal hurtigvirkende beskyttelsesstrømrelæer beskrevet i kap. 7. Statorstrømmen er relateret til motorakslens akselmoment ved en ulineær formafhængighed

hvor Azn — statorens nominelle strøm, Mn — nominelt drejningsmoment, βo =AzO/Azn-multiplikiteten af ​​tomgangsstrømmen.

Denne afhængighed er vist grafisk i fig. 1, b (kurve 1). Grafen viser, at ved lave belastninger ændres elmotorens statorstrøm meget lidt, og det er umuligt at justere belastningen i dette område.Derudover afhænger statorstrømmen ikke kun af drejningsmomentet, men også af netspændingen. Når netspændingen falder, ændres afhængighed 1(M) (kurve 2), hvilket introducerer en fejl i kredsløbets drift.

Statorstrømmen af ​​en elektrisk motor er den geometriske sum af tomgangsstrømmen og den reducerede rotorstrøm:

Når belastningen ændres, ændres strømmen I2 ' Tomgangsstrømmen er praktisk talt uafhængig af belastningen. For at øge følsomheden af ​​små belastningskontrolenheder er det derfor nødvendigt at kompensere for den ubelastede strøm, som for det meste er induktiv.

I laveffekt elektriske motorer er kondensatorgruppe C inkluderet i statorkredsløbet (stiplede linjer i fig. 1, a), som genererer en førende strøm. Som et resultat forbruger elmotoren fra netværket en strøm svarende til den reducerede rotorstrøm, og afhængigheden 1 (M) bliver næsten lineær (kurve 3 i fig. 1, b). En ulempe ved denne metode er den stærkere afhængighed af belastningsegenskaberne af fluktuationer i netværksspændingen.

I elektriske motorer med højere effekt bliver kondensatorbanken omfangsrig og dyr. I dette tilfælde er det mere hensigtsmæssigt at kompensere for tomgangsstrømmen i strømtransformatorens sekundære kredsløb (fig. 2).

Figur 2. Belastningskontrolrelæ med tomgangsstrømkompensation

Kredsløbet bruger en transformer, der har to primære viklinger: strøm W1 og spænding W2. En kondensator C er inkluderet i spændingsviklingskredsløbet, som skifter strømmens fase med 90° til ledningen.Transformatorens parametre er valgt således, at magnetiseringskraften af ​​viklingen W2 kompenserer for den komponent af magnetiseringskraften af ​​viklingen W1, som er relateret til den elektriske motors tomgangsstrøm. Som følge heraf er spændingen ved udgangen af ​​sekundærviklingen W3 proportional med rotorstrømmen og belastningsmomentet. Denne spænding ensrettes og påføres det elektromagnetiske relæ K.

I maskinstyringssystemer anvendes højfølsomme lastrelæer, som har en udtalt relæafhængighed af udgangsspændingen af ​​lastens drejningsmoment (fig. 3, b). Kredsløbet af et sådant relæ (fig. 3, a) har en strømtransformator TA og en spændingstransformator TV, hvis udgangsspænding er tændt i modsatte retninger.

Figur 3. Højfølsom belastningskontrolrelæ

Hvis tomgangsstrømmen kompenseres for eksempel af kondensatorbank C, er kredsløbets udgangsspænding

hvor Kta, Ktv- omregningsfaktorer for strøm- og spændingstransformatorer, U1 — spænding i motorfasen.

Ved at ændre Kta eller Ktv er det muligt at konfigurere kredsløbet, så for et givet moment Mav udgangsspændingen er minimum. Så vil enhver afvigelse af tilstanden fra den givne forårsage en skarp ændring U ud og udløse relæ K.

Lignende skemaer bruges til at kontrollere tidspunktet for kontakt mellem slibeskiven og emnet under overgangen fra den hurtige tilgang af slibehovedet til arbejdstilførslen.

Belastningsrelæer, baseret på styringen af ​​den strøm, der forbruges af den asynkrone elektriske motor fra netværket, fungerer mere præcist. Sådanne relæer har en lineær karakteristik, der ikke ændres ved udsving i netspændingen.

Spændingen proportional med strømforbruget opnås ved at multiplicere spændingen og strømmen af ​​induktionsmotorens stator. Til dette anvendes belastningsrelæer baseret på ikke-lineære elementer med kvadratiske volt-ampere karakteristik-kvadratorer. Princippet for driften af ​​sådanne relæer er baseret på identiteten (a + b)2 — (a — b)2 = 4ab.

Belastningsrelæet er vist i fig. 4.

Figur 4. Strømforbrugsrelæ

Strømtransformatoren TA belastet modstanden RT og spændingstransformatoren TV danner på sekundærviklingerne spændinger, der er proportionale med strøm- og fasespændingen af ​​den elektriske motor. Spændingstransformatoren har to sekundære viklinger, på hvilke der dannes lige store spændinger -Un og +Un, faseforskydning med 180°.

Summen og forskellen af ​​spændingerne ensrettes af et fasefølsomt kredsløb bestående af matchende transformatorer T1 og T2 og en diodebro og føres til kvadraterne A1 og A2 lavet efter princippet om lineær tilnærmelse.

Firkanterne indeholder modstande R1 — R4 og R5 — R8 og ventiler låst af referencespændingen taget fra divider R9, R10. Efterhånden som indgangsspændingen stiger, åbner ventilerne på skift, og nye modstande forbundet parallelt med modstande R1 eller R5 sættes i gang. Som et resultat heraf har firkantens strøm-spændingskarakteristik form som en parabel, som sikrer strømmens kvadratiske afhængighed af indgangsspændingen. Det elektromekaniske udgangsrelæ K er relateret til forskellen mellem strømmene i de to kvadrater. og i overensstemmelse med den grundlæggende identitet er strømmen i dens spole proportional med den strøm, der forbruges af den elektriske motor fra nettet.Med den korrekte indstilling af kvadranterne har effektrelæet en fejl på mindre end 2 %.

En særlig klasse er dannet af pulstidspulsrelæer med dobbeltmodulation, som bliver mere og mere almindelige. I sådanne relæer føres en spænding proportional med motorstrømmen til en pulsbreddemodulator, som genererer pulser, hvis varighed er proportional med den målte strøm: τ = K1Az ... Disse pulser føres til en amplitudemodulator styret af netspændingen .

Som et resultat viser amplituden af ​​pulserne sig at være proportional med spændingen på elektromotorens stator: Um = K2U. Gennemsnitsværdien af ​​spændingen efter dobbeltmodulation er proportional med strøm- og spændingsinduktionen: Ucf = fK1К2TU, hvor f er modulationsfrekvensen. Sådanne strømrelæer har en fejl på højst 1,5%.

En ændring i den mekaniske belastning på induktionsmotorakslen fører til en ændring i fasen af ​​statorstrømmen i forhold til netspændingen. Når belastningen øges, falder fasevinklen. Dette giver dig mulighed for at bygge et belastningsrelæ baseret på fasemetoden. I de fleste tilfælde reagerer relæer på cosinus- eller fasevinkelfaktoren. Ved deres egenskaber er sådanne relæer tæt på strømrelæer, men deres design er meget enklere.

Hvis vi udelukker kvadranterne A1 og A2 fra kredsløbet (se fig. 4) og de tilsvarende transformere T1 og T2 i det, erstattes med modstande, så vil spændingen mellem punkterne a og b være proportional med cosfi, som også ændres afhængigt af motorbelastningen. Det elektromekaniske relæ K, der er forbundet i punkterne a og b i kredsløbet, giver dig mulighed for at styre et givet niveau af belastning på den elektriske motor.Ulempen ved kredsløbsforenkling er den øgede fejl forbundet med en ændring i netspændingen.