Електрически устройства за наблюдение на натоварвания, сили и моменти в металорежещите машини

По време на експлоатацията на автоматизирано оборудване става необходимо да се контролира натоварването, тоест усилията и моментите, действащи в елементите на машини и машини. Това предотвратява повреда на отделни части или недопустимо претоварване на електродвигатели, позволява ви да изберете оптималния режим на работа на машините, да направите статистически анализ на условията на работа и т.н.

Механични устройства за контрол на натоварването

Много често устройствата за контрол на натоварването се основават на механичен принцип. В кинематичната верига на машината е включен еластичен елемент, чиято деформация е пропорционална на приложеното натоварване. Превишаването на определено ниво на натоварване води до задействане на микропревключвател, свързан към еластичния елемент чрез кинематична връзка. В индустрията за металорежещи машини широко се използват устройства за контрол на натоварването с гърбични, сачмени или ролкови съединители. Те се използват в затягащи устройства, гаечни ключове и други случаи, когато електрическото задвижване работи на твърд ограничител.

Устройства за контрол на електрическото натоварване

Наличието на чувствителен еластичен елемент в кинематичната верига намалява общата твърдост на електромеханичното задвижване и влошава динамичните му характеристики. Следователно, те се опитват да получат информация за големината на товара (в този случай въртящия момент) чрез електрически методи, като контролират тока, мощността, приплъзването, фазовия ъгъл и т.н., консумирани от задвижващия двигател.

На фиг. 1, а показва схема за наблюдение на токовото натоварване на статора на асинхронния двигател. Напрежение, пропорционално на тока Аз статорът на електродвигателя, отстранен от вторичната намотка на токовия трансформатор ТА, коригиран и подаден към слаботоков електромагнитно реле K, чиято зададена стойност се регулира от потенциометър R2. Необходим е резистор с ниско съпротивление R1, който да заобиколи вторичната намотка на трансформатора, който трябва да работи в режим на късо съединение.

Фигура 1. Схема за наблюдение на натоварването на електродвигателя по ток на статора

За управление на тока на статора, бързодействащи защитни токови релета, описани в гл. 7. Токът на статора е свързан с въртящия момент на вала на вала на двигателя чрез нелинейна зависимост от формата

където Азн — номинален ток на статора, Mn — номинален въртящ момент, βo =АзО/Азn-кратността на тока на празен ход.

Тази зависимост е графично показана на фиг. 1, b (крива 1). Графиката показва, че при ниски натоварвания токът на статора на електродвигателя се променя много леко и е невъзможно да се регулира натоварването в тази област. В допълнение, токът на статора зависи не само от въртящия момент, но и от мрежовото напрежение. Когато мрежовото напрежение намалее, зависимост 1(М) промени (крива 2), което въвежда грешка в работата на веригата.

Токът на статора на електродвигател е геометричната сума на тока на празен ход и намаления ток на ротора:

Когато натоварването се променя, токът се променя I2 ‘ Токът на празен ход е практически независим от товара. Следователно, за да се увеличи чувствителността на малки устройства за контрол на натоварването, е необходимо да се компенсира токът на празен ход, който е предимно индуктивен.

При електрически двигатели с ниска мощност кондензаторна група С е включена в статорната верига (пунктирани линии на фиг. 1, а), която генерира водещ ток.В резултат на това електродвигателят консумира от мрежата ток, равен на намаления ток на ротора, и зависимостта 1 (М) става почти линейна (крива 3 на фиг. 1, б). Един недостатък на този метод е по -силната зависимост на характеристиките на натоварване от колебанията в мрежовото напрежение.

При електродвигатели с по -висока мощност кондензаторната банка става обемиста и скъпа. В този случай е по-целесъобразно да се компенсира токът на празен ход във вторичната верига на токовия трансформатор (фиг. 2).

Фигура 2. Реле за контрол на натоварването с компенсация на тока на празен ход

Веригата използва трансформатор, който има две първични намотки: ток W1 и напрежение W2. Във веригата за намотка на напрежение е включен кондензатор C, който измества фазата на тока с 90 ° към проводника. Параметрите на трансформатора са избрани така, че намагнитващата сила на намотката W2 компенсира този компонент от намагнитващата сила на намотката W1койтосвързани с тока на празен ход на електродвигателя. В резултат на това напрежението на изхода на вторичната намотка W3 е пропорционално на тока на ротора и въртящия момент на товара. Това напрежение се коригира и прилага към електромагнитното реле К.

В системите за управление на машината се използват високочувствителни натоварващи релета, които имат изразена релейна зависимост на изходното напрежение от въртящия момент на товара (фиг. 3, б). Веригата на такова реле (фиг. 3, а) има токов трансформатор ТА и трансформатор на напрежение TV, чието изходно напрежение се включва в противоположни посоки.

Фигура 3. Реле за контрол на натоварването с висока чувствителност

Ако токът на празен ход се компенсира например чрез кондензаторна група C, изходното напрежение на веригата е

където Kta, Ktv- коефициенти на преобразуване на трансформатори на ток и напрежение, U1 — напрежение във фазата на двигателя.

Чрез промяна на Kta или Kтелевизия, възможно е схемата да се конфигурира така, че при даден въртящ момент Mav изходното напрежение да е минимално. Тогава всяко отклонение на режима от дадения ще доведе до рязка промяна Uизлиза и ще задейства реле К.

Подобни схеми се използват за контрол на момента на контакт на шлифовъчния диск с детайла по време на прехода от бързото приближаване на шлифовъчната глава към работния фураж.

Товарните релета, базирани на контрола на консумираната от асинхронния електродвигател мощност от мрежата, работят по -точно. Такива релета имат линейна характеристика, която не се променя с колебания в мрежовото напрежение.

Напрежението, пропорционално на консумацията на енергия, се получава чрез умножаване на напрежението и тока на статора на асинхронния двигател. За това се използват натоварващи релета, базирани на нелинейни елементи с квадратична волта-амперна характеристика-квадратори. Принципът на действие на такива релета се основава на идентичността (a + b)2 — (а — б)2 = 4ab.

Релето за натоварване е показано на фиг. 4.

Фигура 4. Реле за консумация на енергия

Токовият трансформатор TA, натоварен на резистора RT и трансформатора на напрежение TV, образува на вторичните намотки напрежения, пропорционални на токовото и фазовото напрежение на електродвигателя. Трансформаторът на напрежение има две вторични намотки, върху които се образуват равни напрежения -Un и + Un, фазово изместени с 180 °.

Сумата и разликата в напреженията се коригират чрез фазочувствителна верига, състояща се от съвпадащи трансформатори Т1 и Т2 и диоден мост, и се подават към квадраторите А1 и А2, направени съгласно принципа на линейно приближение.

Квадраторите съдържат резистори R1 — R4 и R5 — R8 и клапани, заключени от референтното напрежение, взето от разделителите R9, R10. С увеличаване на входното напрежение клапаните се отварят на свой ред и се пускат в действие нови резистори, свързани паралелно с резистори R1 или R5. В резултат характеристиката на токовото напрежение на четириъгълника има форма на парабола, която осигурява квадратно-зависимостта на тока от входното напрежение.Изходното електромеханично реле K е свързано с разликата между токовете на двата квадрата и в съответствие с основната идентичност токът в намотката му е пропорционален на консумираната от електродвигателя мощност от мрежата. При правилната настройка на квадрантите, релето за захранване има грешка по -малка от 2%.

Специален клас се образуват от импулсно-времевите импулсни релета с двойна модулация, които стават все по-разпространени. В такива релета напрежение, пропорционално на тока на двигателя, се подава към модулатор с ширина на импулса, който генерира импулси, чиято продължителност е пропорционална на измерения ток: τ = K1Аз … Тези импулси се подават към амплитуден модулатор, контролиран от мрежовото напрежение.

В резултат амплитудата на импулсите се оказва пропорционална на напрежението върху статора на електродвигателя: Um = K2U. Средната стойност на напрежението след двойна модулация е пропорционална на индукцията на ток и напрежение: Ucf = fK1К2TU, където f е честотата на модулация. Такива силови релета имат грешка не повече от 1,5%.

Промяната в механичното натоварване на вала на асинхронния двигател води до промяна във фазата на тока на статора спрямо мрежовото напрежение. С увеличаването на натоварването фазовият ъгъл намалява. Това ви позволява да изградите реле за натоварване въз основа на фазовия метод. В повечето случаи релетата реагират на косинуса или фактора на фазовия ъгъл. По своите характеристики такива релета са близки до силовите релета, но дизайнът им е много по -прост.

Ако изключим квадрантите A1 и A2 от веригата (виж фиг. 4) и съответстващите трансформатори Т1 и Т2 в него, заменете с резистори, тогава напрежението между точки а и b ще бъде пропорционално на cosfi, което също се променя в зависимост от натоварването на двигателя. Електромеханичното реле K, свързано в точки a и b на веригата, ви позволява да контролирате дадено ниво на натоварване на електродвигателя. Недостатъкът на опростяването на веригата е увеличената грешка, свързана с промяна в мрежовото напрежение.