Električne naprave za nadzor obremenitev, sil in momentov pri strojih za rezanje kovin

Med delovanjem avtomatizirane opreme je potrebno nadzorovati obremenitev, to je napore in trenutke, ki delujejo v elementih strojev in strojev. To preprečuje poškodbe posameznih delov ali nesprejemljive preobremenitve elektromotorjev, omogoča izbiro optimalnega načina delovanja strojev, statistično analizo obratovalnih pogojev itd.

Mehanske naprave za nadzor obremenitve

Zelo pogosto naprave za nadzor obremenitve temeljijo na mehanskem principu. V kinematično verigo stroja je vključen elastični element, katerega deformacija je sorazmerna uporabljeni obremenitvi. Pri prekoračitvi določene stopnje obremenitve se sproži mikrostikalo, ki je preko kinematične povezave povezano z elastičnim elementom. Naprave za nadzor obremenitve z odmičnimi, krogličnimi ali valjčnimi sklopkami se pogosto uporabljajo v industriji obdelovalnih strojev.Uporabljajo se v vpenjalnih napravah, ključih in drugih primerih, kjer električni pogon deluje na trdo zaustavitev.

Naprave za nadzor električne obremenitve

Prisotnost občutljivega elastičnega elementa v kinematični verigi zmanjša skupno togost elektromehanskega pogona in poslabša njegove dinamične lastnosti. Zato poskušajo z električnimi metodami pridobiti informacije o velikosti obremenitve (v tem primeru navora) z nadzorom toka, moči, zdrsa, faznega kota itd., ki jih porabi pogonski motor.

Na sl. 1 in prikazuje vezje za nadzor trenutne obremenitve statorja indukcijskega motorja. Napetost sorazmerna s tokom I stator elektromotorja, odstranjen iz sekundarnega navitja tokovnega transformatorja TA, popravljen in napajan na nizek tok elektromagnetni rele K, katerega nastavljeno vrednost nastavljamo s potenciometrom R2. Za obhod sekundarnega navitja transformatorja, ki mora delovati v načinu kratkega stika, je potreben nizkouporni upor R1.

Slika 1. Shema za spremljanje obremenitve elektromotorja s statorskim tokom

Za krmiljenje statorskega toka se uporabljajo hitrodelujoči zaščitni tokovni releji, opisani v pogl. 7. Statorski tok je povezan z navorom gredi gredi motorja z nelinearno odvisnostjo oblike

kjer je Azn nazivni tok statorja, Mn nazivni navor, βo = AzO/Azn večkratnik toka prostega teka.

Ta odvisnost je grafično prikazana na sl. 1, b (krivulja 1). Iz grafa je razvidno, da se pri majhnih obremenitvah statorski tok elektromotorja spreminja zelo malo in je v tem območju nemogoče prilagoditi obremenitev.Poleg tega statorski tok ni odvisen samo od navora, ampak tudi od omrežne napetosti. Pri znižanju omrežne napetosti se odvisnost 1(M) spremeni (krivulja 2), kar vnaša napako v delovanje vezja.

Statorski tok elektromotorja je geometrijska vsota toka brez obremenitve in zmanjšanega toka rotorja:

Ko se obremenitev spremeni, se tok spremeni I2 ' Tok brez obremenitve je praktično neodvisen od obremenitve. Zato je za povečanje občutljivosti naprav za regulacijo majhne obremenitve potrebno kompenzirati tok brez obremenitve, ki je večinoma induktiven.

V elektromotorjih z majhno močjo je v statorskem vezju vključena kondenzatorska skupina C (črtkane črte na sliki 1, a), ki ustvarja vodilni tok.Posledično elektromotor porabi iz omrežja tok, ki je enak zmanjšanemu tok rotorja in odvisnost 1 (M) postane skoraj linearna (krivulja 3 na sliki 1, b). Ena od pomanjkljivosti te metode je močnejša odvisnost obremenitvenih karakteristik od nihanj omrežne napetosti.

Pri elektromotorjih z večjo močjo postane kondenzatorska baterija obsežna in draga. V tem primeru je smotrneje kompenzirati tok brez obremenitve v sekundarnem tokokrogu tokovnega transformatorja (slika 2).

Slika 2. Rele za nadzor obremenitve s kompenzacijo toka brez obremenitve

Vezje uporablja transformator, ki ima dve primarni navitji: tokovni W1 in napetostni W2. V tokokrog napetostnega navitja je vključen kondenzator C, ki premakne fazo toka za 90 ° na žico.Parametri transformatorja so izbrani tako, da sila magnetiziranja navitja W2 kompenzira tisto komponento sile magnetiziranja navitja W1, ki je povezana s tokom prostega teka elektromotorja. Posledično je napetost na izhodu sekundarnega navitja W3 sorazmerna s tokom rotorja in navorom obremenitve. Ta napetost se popravi in ​​dovede do elektromagnetnega releja K.

V sistemih za krmiljenje strojev se uporabljajo zelo občutljivi releji za obremenitev, ki imajo izrazito relejno odvisnost izhodne napetosti od navora obremenitve (slika 3, b). Vezje takega releja (slika 3, a) ima tokovni transformator TA in napetostni transformator TV, katerega izhodna napetost je vklopljena v nasprotnih smereh.

Slika 3. Rele za nadzor obremenitve z visoko občutljivostjo

Če se tok brez obremenitve kompenzira na primer s kondenzatorsko baterijo C, je izhodna napetost vezja

kjer Kta, Ktv- pretvorbeni faktorji tokovnih in napetostnih transformatorjev, U1 - napetost v fazi motorja.

S spreminjanjem Kta ali Ktv je mogoče konfigurirati vezje tako, da je za dani navor Mav izhodna napetost najmanjša. Potem bo vsako odstopanje načina od danega povzročilo ostro spremembo U izhod in sprožil rele K.

Podobne sheme se uporabljajo za nadzor trenutka stika brusilne plošče z obdelovancem med prehodom od hitrega pristopa brusilne glave do delovnega podajanja.

Releji obremenitve, ki temeljijo na nadzoru moči, ki jo porabi asinhroni elektromotor iz omrežja, delujejo natančneje. Takšni releji imajo linearno karakteristiko, ki se ne spreminja z nihanjem omrežne napetosti.

Napetost, ki je sorazmerna s porabo energije, dobimo z množenjem napetosti in toka statorja indukcijskega motorja. Za to se uporabljajo obremenitveni releji, ki temeljijo na nelinearnih elementih s kvadratnimi volt-amperskimi karakteristikami-kvadratorji. Načelo delovanja takih relejev temelji na istovetnosti (a + b)2 — (a — b)2 = 4ab.

Rele obremenitve je prikazan na sl. 4.

Slika 4. Rele za porabo energije

Tokovni transformator TA, naložen na upor RT in napetostni transformator TV, tvorita na sekundarnih navitjih napetosti, sorazmerne tokovni in fazni napetosti elektromotorja. Napetostni transformator ima dva sekundarna navitja, na katerih se tvorita enaki napetosti -Un in +Un, fazno premaknjeni za 180 °.

Vsoto in razliko napetosti popravlja fazno občutljivo vezje, sestavljeno iz ustreznih transformatorjev T1 in T2 ter diodnega mostička, in napajata na kvadratnika A1 in A2, izdelana po principu linearne aproksimacije.

Kvadratniki vsebujejo upore R1 — R4 in R5 — R8 ter ventile, zaklenjene z referenčno napetostjo, vzeto iz delilnikov R9, R10. Ko se vhodna napetost poveča, se ventili izmenično odprejo in začnejo delovati novi upori, povezani vzporedno z upori R1 ali R5. Zaradi tega ima tokovno-napetostna karakteristika štirikotnika obliko parabole, ki zagotavlja kvadratno odvisnost toka od vhodne napetosti.Izhodni elektromehanski rele K je povezan z razliko med tokovi obeh kvadratov, in v skladu z osnovno identiteto je tok v njegovi tuljavi sorazmeren moči, ki jo elektromotor porabi iz omrežja.Pri pravilni nastavitvi kvadrantov ima močnostni rele napako manjšo od 2%.

Poseben razred tvorijo impulzno-časovni impulzni releji z dvojno modulacijo, ki postajajo vse pogostejši. V takih relejih se napetost, ki je sorazmerna s tokom motorja, napaja na modulator širine impulza, ki ustvarja impulze, katerih trajanje je sorazmerno z izmerjenim tokom: τ = K1Az ... Ti impulzi se napajajo na amplitudni modulator, ki ga krmili omrežna napetost. .

Kot rezultat se izkaže, da je amplituda impulzov sorazmerna z napetostjo na statorju elektromotorja: Um = K2U. Povprečna vrednost napetosti po dvojni modulaciji je sorazmerna z indukcijo toka in napetosti: Ucf = fK1K2TU, kjer je f frekvenca modulacije. Takšni močnostni releji imajo napako največ 1,5%.

Sprememba mehanske obremenitve na gredi indukcijskega motorja povzroči spremembo faze toka statorja glede na omrežno napetost. Ko se obremenitev poveča, se fazni kot zmanjša. To vam omogoča, da zgradite obremenitveni rele na podlagi fazne metode. V večini primerov se releji odzivajo na faktor kosinusa ali faznega kota. Po svojih značilnostih so takšni releji blizu močnostnim relejem, vendar je njihova zasnova veliko enostavnejša.

Če iz vezja izključimo kvadranta A1 in A2 (glej sliko 4) in ustrezna transformatorja T1 in T2 v njem nadomestimo z upori, bo napetost med točkama a in b sorazmerna s cosfi, ki se prav tako spreminja glede na obremenitev motorja. Elektromehanski rele K, priključen na točkah a in b vezja, vam omogoča nadzor določene stopnje obremenitve elektromotorja.Pomanjkljivost poenostavitve vezja je povečana napaka, povezana s spremembo omrežne napetosti.