Elektriske enheter for overvåking av belastninger, krefter og momenter i metallskjæremaskiner

Under driften av automatisert utstyr blir det nødvendig å kontrollere lasten, det vil si innsatsen og øyeblikkene som virker i elementene til maskiner og maskiner. Dette forhindrer skade på individuelle deler eller uakseptabel overbelastning av elektriske motorer, lar deg velge den optimale driftsmodusen for maskiner, foreta en statistisk analyse av driftsforhold, etc.

Mekaniske lastkontrollenheter

Svært ofte er lastkontrollenheter basert på et mekanisk prinsipp. Et elastisk element er inkludert i den kinematiske kjeden til maskinen, hvis deformasjon er proporsjonal med den påførte belastningen. Overskridelse av et visst belastningsnivå utløser en mikrobryter koblet til det elastiske elementet via en kinematisk kobling. Lastkontrollenheter med kam-, kule- eller rullekoblinger er mye brukt i maskinverktøyindustrien.De brukes i klemenheter, skiftenøkler og andre tilfeller der den elektriske stasjonen opererer på et hardt stopp.

Elektriske lastkontrollenheter

Tilstedeværelsen av et følsomt elastisk element i den kinematiske kjeden reduserer den generelle stivheten til den elektromekaniske driften og forverrer dens dynamiske egenskaper. Derfor prøver de å få informasjon om størrelsen på lasten (i dette tilfellet dreiemomentet) gjennom elektriske metoder ved å kontrollere strøm, effekt, slip, fasevinkel osv. som forbrukes av drivmotoren.

I fig. 1 og viser en krets for overvåking av strømbelastningen på induksjonsmotorens stator. Spenning proporsjonal med strøm I statoren til den elektriske motoren, fjernet fra sekundærviklingen til strømtransformatoren TA, rettet og matet til en lavstrøm elektromagnetisk relé K, hvis innstilte verdi justeres med potensiometer R2. En motstand R1 med lav motstand er nødvendig for å omgå sekundærviklingen til transformatoren, som må fungere i kortslutningsmodus.

Figur 1. Skjema for overvåking av belastningen til den elektriske motoren ved statorstrøm

For å styre statorstrømmen skal hurtigvirkende beskyttelsesstrømreléer beskrevet i kap. 7. Statorstrømmen er relatert til akselmomentet til motorakselen ved en ikke-lineær formavhengighet

hvor Azn — nominell strøm til statoren, Mn — nominell dreiemoment, βo =AzO/Azn-multiplisiteten av tomgangsstrømmen.

Denne avhengigheten er vist grafisk i fig. 1, b (kurve 1). Grafen viser at ved lav belastning endres statorstrømmen til den elektriske motoren veldig lite, og det er umulig å justere belastningen i dette området.I tillegg avhenger statorstrømmen ikke bare av dreiemomentet, men også av nettspenningen. Når nettspenningen synker, endres avhengighet 1(M) (kurve 2), noe som introduserer en feil i driften av kretsen.

Statorstrømmen til en elektrisk motor er den geometriske summen av tomgangsstrømmen og den reduserte rotorstrømmen:

Når belastningen endres, endres strømmen I2 ' Tomgangsstrømmen er praktisk talt uavhengig av belastningen. Derfor, for å øke følsomheten til små lastkontrollenheter, er det nødvendig å kompensere for tomgangsstrømmen, som for det meste er induktiv.

I elektriske motorer med lav effekt er kondensatorgruppe C inkludert i statorkretsen (stiplede linjer i fig. 1, a), som genererer en ledende strøm. Som et resultat forbruker den elektriske motoren fra nettverket en strøm lik den reduserte rotorstrøm, og avhengigheten 1 (M) blir nesten lineær (kurve 3 i fig. 1, b). En ulempe med denne metoden er den sterkere avhengigheten av lastkarakteristikkene av svingninger i nettverksspenningen.

I elektriske motorer med høyere effekt blir kondensatorbanken klumpete og dyr. I dette tilfellet er det mer hensiktsmessig å kompensere for tomgangsstrømmen i sekundærkretsen til strømtransformatoren (fig. 2).

Figur 2. Lastkontrollrelé med tomgangsstrømkompensering

Kretsen bruker en transformator som har to primærviklinger: strøm W1 og spenning W2. En kondensator C er inkludert i spenningsviklingskretsen, som skifter strømmens fase med 90° til ledningen.Parametrene til transformatoren er valgt slik at magnetiseringskraften til viklingen W2 kompenserer den komponenten av magnetiseringskraften til viklingen W1 som er relatert til den elektriske motorens tomgangsstrøm. Som et resultat er spenningen ved utgangen av sekundærviklingen W3 proporsjonal med rotorstrømmen og belastningsmomentet. Denne spenningen rettes opp og påføres det elektromagnetiske reléet K.

I maskinstyringssystemer brukes svært følsomme lastreléer, som har en uttalt reléavhengighet av utgangsspenningen på lastens dreiemoment (fig. 3, b). Kretsen til et slikt relé (fig. 3, a) har en strømtransformator TA og en spenningstransformator TV, hvis utgangsspenning er slått på i motsatte retninger.

Figur 3. Høysensitiv lastkontrollrelé

Hvis tomgangsstrømmen kompenseres for eksempel av kondensatorbank C, er utgangsspenningen til kretsen

hvor Kta, Ktv- omregningsfaktorer for strøm- og spenningstransformatorer, U1 — spenning i motorfasen.

Ved å endre Kta eller Ktv er det mulig å konfigurere kretsen slik at for et gitt moment Mav er utgangsspenningen minimum. Da vil ethvert avvik i modusen fra den gitte føre til en skarp endring U ut og utløse relé K.

Lignende skjemaer brukes til å kontrollere tidspunktet for kontakt mellom slipeskiven og arbeidsstykket under overgangen fra den raske tilnærmingen til slipehodet til arbeidsmatingen.

Belastningsreléer, basert på kontrollen av kraften som forbrukes av den asynkrone elektriske motoren fra nettverket, fungerer mer presist. Slike releer har en lineær karakteristikk som ikke endres med svingninger i nettspenningen.

Spenningen proporsjonal med strømforbruket oppnås ved å multiplisere spenningen og strømmen til statoren til induksjonsmotoren. For dette brukes lastreléer basert på ikke-lineære elementer med kvadratiske volt-ampere karakteristikk-kvadratorer. Prinsippet for drift av slike reléer er basert på identiteten (a + b)2 — (a — b)2 = 4ab.

Lastreléet er vist i fig. 4.

Figur 4. Strømforbruksrelé

Strømtransformatoren TA lastet på motstanden RT og spenningstransformatoren TV danner på sekundærviklingene spenninger proporsjonal med strøm- og fasespenningen til den elektriske motoren. Spenningstransformatoren har to sekundærviklinger som det dannes like spenninger -Un og +Un på, faseforskyvd med 180°.

Summen og differansen av spenningene korrigeres av en fasefølsom krets bestående av matchende transformatorer T1 og T2 og en diodebro, og mates til kvadraterne A1 og A2 laget i henhold til prinsippet om lineær tilnærming.

Firkantene inneholder motstander R1 — R4 og R5 — R8 og ventiler låst av referansespenningen hentet fra deler R9, R10. Når inngangsspenningen øker, åpnes ventilene etter tur og nye motstander koblet parallelt med motstandene R1 eller R5 settes i gang. Som et resultat har strømspenningskarakteristikken til firkanten formen av en parabel, som sikrer strømmens kvadratiske avhengighet av inngangsspenningen. Det elektromekaniske utgangsreléet K er relatert til forskjellen mellom strømmene til de to firkantene. og i samsvar med den grunnleggende identiteten er strømmen i spolen proporsjonal med strømmen som forbrukes av den elektriske motoren fra nettet.Med riktig innstilling av kvadrantene har effektreléet en feil på mindre enn 2 %.

En spesiell klasse dannes av pulstidspulsreléer med dobbel modulasjon, som blir mer og mer vanlig. I slike releer blir en spenning proporsjonal med motorstrømmen matet til en pulsbreddemodulator, som genererer pulser hvis varighet er proporsjonal med den målte strømmen: τ = K1Az ... Disse pulsene mates til en amplitudemodulator styrt av nettspenningen .

Som et resultat viser amplituden til pulsene seg å være proporsjonal med spenningen på statoren til den elektriske motoren: Um = K2U. Gjennomsnittsverdien av spenningen etter dobbel modulasjon er proporsjonal med strøm- og spenningsinduksjon: Ucf = fK1К2TU, hvor f er modulasjonsfrekvensen. Slike strømreleer har en feil på ikke mer enn 1,5 %.

En endring i den mekaniske belastningen på induksjonsmotorakselen fører til en endring i fasen av statorstrømmen i forhold til nettspenningen. Når belastningen øker, reduseres fasevinkelen. Dette lar deg bygge et lastrelé basert på fasemetoden. I de fleste tilfeller reagerer reléer på cosinus- eller fasevinkelfaktoren. På grunn av deres egenskaper er slike releer nær strømreleer, men deres design er mye enklere.

Hvis vi ekskluderer kvadrantene A1 og A2 fra kretsen (se fig. 4) og de tilsvarende transformatorene T1 og T2 i den, erstattes med motstander, så vil spenningen mellom punktene a og b være proporsjonal med cosfi, som også endres avhengig av motorbelastningen. Det elektromekaniske reléet K, koblet til punktene a og b i kretsen, lar deg kontrollere et gitt nivå av belastning på den elektriske motoren.Ulempen med kretsforenkling er den økte feilen forbundet med en endring i linjespenningen.