Elektriska apparater för övervakning av belastningar, krafter och moment i metallskärmaskiner

Under driften av automatiserad utrustning blir det nödvändigt att kontrollera lasten, det vill säga ansträngningarna och momenten som verkar i elementen i maskiner och maskiner. Detta förhindrar skador på enskilda delar eller oacceptabel överbelastning av elmotorer, gör att du kan välja det optimala driftsättet för maskiner, göra en statistisk analys av driftsförhållanden etc.

Mekaniska lastkontrollanordningar

Mycket ofta är lastkontrollanordningar baserade på en mekanisk princip. Ett elastiskt element ingår i maskinens kinematiska kedja, vars deformation är proportionell mot den applicerade belastningen. Överskridande av en viss belastningsnivå utlöser en mikrobrytare kopplad till det elastiska elementet via en kinematisk länk. Lastkontrollanordningar med kam-, kul- eller rullkopplingar används ofta inom verktygsmaskinindustrin.De används i klämanordningar, skiftnycklar och andra fall där den elektriska enheten arbetar på ett hårt stopp.

Elektriska lastkontrollanordningar

Närvaron av ett känsligt elastiskt element i den kinematiska kedjan minskar den totala styvheten hos den elektromekaniska drivningen och försämrar dess dynamiska egenskaper. Därför försöker de få information om belastningens storlek (i detta fall vridmomentet) genom elektriska metoder genom att kontrollera ström, effekt, slirning, fasvinkel etc. som förbrukas av drivmotorn.

I fig. 1 och visar en krets för övervakning av strömbelastningen på induktionsmotorns stator. Spänning proportionell mot ström I elmotorns stator, borttagen från sekundärlindningen på strömtransformatorn TA, likriktad och matad till en lågström elektromagnetiskt relä K, vars inställningsvärde justeras med potentiometer R2. Ett lågresistansmotstånd R1 krävs för att kringgå transformatorns sekundärlindning, som måste fungera i kortslutningsläge.

Figur 1. Schema för övervakning av belastningen på elmotorn med statorström

För att styra statorströmmen ska snabbverkande skyddsströmsreläer som beskrivs i kap. 7. Statorströmmen är relaterad till motoraxelns axelvridmoment genom ett olinjärt formberoende

där Azn — statorns märkström, Mn — märkt vridmoment, βo =AzO/Azn-mångfalden av tomgångsströmmen.

Detta beroende visas grafiskt i fig. 1, b (kurva 1). Grafen visar att vid låga belastningar ändras elmotorns statorström väldigt lite och det är omöjligt att justera belastningen i detta område.Dessutom beror statorströmmen inte bara på vridmomentet utan också på nätspänningen. När nätspänningen minskar ändras beroendet 1(M) (kurva 2), vilket introducerar ett fel i kretsens funktion.

Statorströmmen för en elmotor är den geometriska summan av tomgångsströmmen och den reducerade rotorströmmen:

När belastningen ändras ändras strömmen I2 ' Tomgångsströmmen är praktiskt taget oberoende av belastningen. För att öka känsligheten hos små belastningsstyrenheter är det därför nödvändigt att kompensera för tomgångsströmmen, som mestadels är induktiv.

I elmotorer med låg effekt ingår kondensatorgrupp C i statorkretsen (streckade linjer i fig. 1, a), som genererar en ledande ström. Som ett resultat förbrukar elmotorn från nätverket en ström som är lika med den reducerade rotorström, och beroendet 1 (M) blir nästan linjärt (kurva 3 i fig. 1, b). En nackdel med denna metod är det starkare beroendet av belastningsegenskaperna på fluktuationer i nätspänningen.

I elmotorer med högre effekt blir kondensatorbanken skrymmande och dyr. I detta fall är det mer ändamålsenligt att kompensera för tomgångsströmmen i strömtransformatorns sekundärkrets (fig. 2).

Figur 2. Lastkontrollrelä med tomgångsströmkompensation

Kretsen använder en transformator som har två primärlindningar: ström W1 och spänning W2. En kondensator C ingår i spänningslindningskretsen, som skiftar strömmens fas med 90° till tråden.Transformatorns parametrar är valda så att magnetiseringskraften hos lindningen W2 kompenserar den komponent av magnetiseringskraften hos lindningen W1 som är relaterad till den elektriska motorns tomgångsström. Som ett resultat är spänningen vid utgången av sekundärlindningen W3 proportionell mot rotorströmmen och belastningsmomentet. Denna spänning likriktas och appliceras på det elektromagnetiska reläet K.

I maskinstyrningssystem används mycket känsliga lastreläer, som har ett uttalat reläberoende av utspänningen på lastens vridmoment (fig. 3, b). Kretsen för ett sådant relä (fig. 3, a) har en strömtransformator TA och en spänningstransformator TV, vars utspänning är påslagen i motsatta riktningar.

Figur 3. Högkänsligt lastkontrollrelä

Om tomgångsströmmen kompenseras till exempel av kondensatorbank C, är kretsens utspänning

där Kta, Ktv- omvandlingsfaktorer för ström- och spänningstransformatorer, U1 — spänning i motorfasen.

Genom att ändra Kta eller Ktv är det möjligt att konfigurera kretsen så att för ett givet vridmoment Mav utspänningen är minimum. Då kommer varje avvikelse i läget från det givna att orsaka en skarp förändring U ut och trigga reläet K.

Liknande scheman används för att styra slipskivans kontaktögonblick med arbetsstycket under övergången från det snabba närmandet av sliphuvudet till arbetsmatningen.

Belastningsreläer, baserade på styrningen av den effekt som förbrukas av den asynkrona elmotorn från nätverket, fungerar mer exakt. Sådana reläer har en linjär karaktäristik som inte förändras med fluktuationer i nätspänningen.

Spänningen som är proportionell mot strömförbrukningen erhålls genom att multiplicera spänningen och strömmen för induktionsmotorns stator. För detta används belastningsreläer baserade på icke-linjära element med kvadratiska volt-ampere karakteristik-kvadratorer. Funktionsprincipen för sådana reläer är baserad på identiteten (a + b)2 — (a — b)2 = 4ab.

Lastreläet visas i fig. 4.

Figur 4. Strömförbrukningsrelä

Strömtransformatorn TA laddad på motståndet RT och spänningstransformatorn TV bildar på sekundärlindningarna spänningar som är proportionella mot ström- och fasspänningen hos elmotorn. Spänningstransformatorn har två sekundärlindningar på vilka lika spänningar -Un och +Un bildas, fasförskjutna med 180°.

Summan och skillnaden av spänningarna likriktas av en faskänslig krets bestående av matchande transformatorer T1 och T2 och en diodbrygga, och matas till kvadraterna A1 och A2 gjorda enligt principen om linjär approximation.

Fyrkanterna innehåller motstånden R1 — R4 och R5 — R8 och ventiler låsta av referensspänningen från delare R9, R10. När inspänningen ökar öppnas ventilerna i sin tur och nya motstånd kopplade parallellt med motstånden R1 eller R5 sätts i drift. Som ett resultat har fyrhörningens ström-spänningskarakteristik formen av en parabel, vilket säkerställer strömmens kvadratiska beroende av inspänningen. Det elektromekaniska utgångsreläet K är relaterat till skillnaden mellan strömmarna i de två kvadraterna. och i enlighet med den grundläggande identiteten är strömmen i dess spole proportionell mot den effekt som förbrukas av elmotorn från nätet.Med rätt inställning av kvadranter har effektreläet ett fel på mindre än 2 %.

En speciell klass bildas av pulstidspulsreläer med dubbelmodulering, som blir allt vanligare. I sådana reläer matas en spänning som är proportionell mot motorströmmen till en pulsbreddsmodulator, som genererar pulser vars varaktighet är proportionell mot den uppmätta strömmen: τ = K1Az ... Dessa pulser matas till en amplitudmodulator som styrs av nätspänningen .

Som ett resultat visar sig amplituden för pulserna vara proportionell mot spänningen på elmotorns stator: Um = K2U. Medelvärdet för spänningen efter dubbelmodulering är proportionell mot ström- och spänningsinduktion: Ucf = fK1К2TU, där f är moduleringsfrekvensen. Sådana effektreläer har ett fel på högst 1,5 %.

En förändring av den mekaniska belastningen på induktionsmotoraxeln leder till en förändring i fasen av statorströmmen i förhållande till nätspänningen. När belastningen ökar minskar fasvinkeln. Detta gör att du kan bygga ett lastrelä baserat på fasmetoden. I de flesta fall svarar reläer på cosinus- eller fasvinkelfaktorn. Genom sina egenskaper är sådana reläer nära kraftreläer, men deras design är mycket enklare.

Om vi ​​utesluter kvadranterna A1 och A2 från kretsen (se fig. 4) och motsvarande transformatorer T1 och T2 i den, ersätts med motstånd, så kommer spänningen mellan punkterna a och b att vara proportionell mot cosfi, som också ändras beroende på motorbelastningen. Det elektromekaniska reläet K, anslutet vid punkterna a och b i kretsen, låter dig styra en given nivå av belastning på elmotorn.Nackdelen med kretsförenkling är det ökade felet som är förknippat med en förändring i linjespänningen.