Elektrische apparaten voor het bewaken van belastingen, krachten en momenten in metaalsnijmachines

Tijdens de werking van geautomatiseerde apparatuur wordt het noodzakelijk om de belasting te beheersen, dat wil zeggen de inspanningen en momenten die werken in de elementen van machines en machines. Dit voorkomt schade aan afzonderlijke onderdelen of onaanvaardbare overbelasting van elektromotoren, stelt u in staat de optimale werkingsmodus van machines te kiezen, een statistische analyse van bedrijfsomstandigheden te maken, enz.

Mechanische lastcontroleapparaten

Heel vaak zijn lastcontroleapparaten gebaseerd op een mechanisch principe. In de kinematische ketting van de machine is een elastisch element opgenomen, waarvan de vervorming evenredig is met de uitgeoefende belasting. Bij het overschrijden van een bepaald belastingsniveau wordt een microschakelaar geactiveerd die via een kinematische verbinding met het elastische element is verbonden. Lastcontroleapparaten met nok-, kogel- of rolkoppelingen worden veel gebruikt in de gereedschapsmachine-industrie.Ze worden gebruikt in spaninrichtingen, sleutels en andere gevallen waarin de elektrische aandrijving op een harde stop werkt.

Apparaten voor het regelen van elektrische lasten

De aanwezigheid van een gevoelig elastisch element in de kinematische ketting vermindert de algehele stijfheid van de elektromechanische aandrijving en verslechtert de dynamische eigenschappen ervan. Daarom proberen ze via elektrische methoden informatie te verkrijgen over de omvang van de belasting (in dit geval het koppel) door de stroom, het vermogen, de slip, de fasehoek, enz. te regelen die door de aandrijfmotor worden verbruikt.

In afb. 1 en toont een schakeling voor het bewaken van de stroombelasting op de stator van de inductiemotor. Spanning evenredig met stroom I de stator van de elektromotor, verwijderd uit de secundaire wikkeling van de stroomtransformator TA, gelijkgericht en gevoed aan een zwakstroom elektromagnetisch relais K, waarvan de ingestelde waarde wordt aangepast door potentiometer R2. Een weerstand met lage weerstand R1 is vereist om de secundaire wikkeling van de transformator te omzeilen, die in kortsluitmodus moet werken.

Figuur 1. Schema voor het bewaken van de belasting van de elektromotor door statorstroom

Om de statorstroom te regelen, zijn snelwerkende beveiligingsstroomrelais beschreven in hfdst. 7. De statorstroom is gerelateerd aan het askoppel van de motoras door een niet-lineaire vormafhankelijkheid

waarbij Azn — nominale stroom van de stator, Mn — nominaal koppel, βo =AzO/Azn-multipliciteit van de inactieve stroom.

Deze afhankelijkheid is grafisch weergegeven in Fig. 1, b (kromme 1). De grafiek laat zien dat bij lage belastingen de statorstroom van de elektromotor heel weinig verandert en het onmogelijk is om de belasting in dit gebied aan te passen.Bovendien is de statorstroom niet alleen afhankelijk van het koppel, maar ook van de netspanning. Wanneer de netspanning daalt, verandert afhankelijkheid 1(M) (curve 2), wat een fout introduceert in de werking van het circuit.

De statorstroom van een elektromotor is de geometrische som van de nullaststroom en de gereduceerde rotorstroom:

Wanneer de belasting verandert, verandert de stroom I2 ' De nullaststroom is praktisch onafhankelijk van de belasting. Om de gevoeligheid van apparaten voor het regelen van kleine belastingen te vergroten, is het daarom noodzakelijk om de nullaststroom te compenseren, die meestal inductief is.

In elektromotoren met laag vermogen is condensatorgroep C opgenomen in het statorcircuit (stippellijnen in Fig. 1, a), die een leidende stroom genereert.Als gevolg hiervan verbruikt de elektromotor van het netwerk een stroom die gelijk is aan de gereduceerde rotorstroom, en de afhankelijkheid 1 (M) wordt bijna lineair (kromme 3 in Fig. 1, b). Een nadeel van deze methode is de sterkere afhankelijkheid van de belastingskarakteristieken van fluctuaties in de netspanning.

Bij elektromotoren met een hoger vermogen wordt de condensatorbank omvangrijk en duur. In dit geval is het handiger om de nullaststroom in het secundaire circuit van de stroomtransformator te compenseren (fig. 2).

Afbeelding 2. Belastingsbesturingsrelais met nullaststroomcompensatie

De schakeling maakt gebruik van een transformator met twee primaire wikkelingen: stroom W1 en spanning W2. In het spanningswikkelcircuit is een condensator C opgenomen, die de fase van de stroom met 90° naar de draad verschuift.De parameters van de transformator zijn zo gekozen dat de magnetiseringskracht van de wikkeling W2 die component van de magnetiseringskracht van de wikkeling W1 compenseert die verband houdt met de nullaststroom van de elektromotor. Dientengevolge is de spanning aan de uitgang van de secundaire wikkeling W3 evenredig met de rotorstroom en het belastingskoppel. Deze spanning wordt gelijkgericht en toegepast op het elektromagnetische relais K.

In machinebesturingssystemen worden zeer gevoelige belastingsrelais gebruikt, die een uitgesproken relaisafhankelijkheid hebben van de uitgangsspanning op het koppel van de belasting (Fig. 3, b). Het circuit van zo'n relais (Fig. 3, a) heeft een stroomtransformator TA en een spanningstransformator TV, waarvan de uitgangsspanning in tegengestelde richtingen wordt ingeschakeld.

Figuur 3. Hooggevoelig lastcontrolerelais

Als de nullaststroom wordt gecompenseerd door bijvoorbeeld condensatorbank C, is de uitgangsspanning van de schakeling dat ook

waarin Kta, Ktv- conversiefactoren van stroom- en spanningstransformatoren, U1 — spanning in de motorfase.

Door Kta of Ktv te veranderen, is het mogelijk om het circuit zo te configureren dat voor een bepaald koppel Mav de uitgangsspanning minimaal is. Dan zal elke afwijking van de modus van de gegeven modus een scherpe verandering U uit veroorzaken en relais K activeren.

Vergelijkbare schema's worden gebruikt om het moment van contact van de slijpschijf met het werkstuk te regelen tijdens de overgang van de snelle nadering van de slijpkop naar de werkvoeding.

Belastingsrelais, gebaseerd op de regeling van het vermogen dat wordt verbruikt door de asynchrone elektromotor van het netwerk, werken nauwkeuriger. Dergelijke relais hebben een lineaire karakteristiek die niet verandert bij schommelingen in de netspanning.

De spanning die evenredig is met het stroomverbruik wordt verkregen door de spanning en stroom van de stator van de inductiemotor te vermenigvuldigen. Hiervoor worden belastingsrelais op basis van niet-lineaire elementen met kwadratische volt-ampère karakteristieke kwadratoren gebruikt. Het werkingsprincipe van dergelijke relais is gebaseerd op de identiteit (a + b)2 — (a — b)2 = 4ab.

Het lastrelais wordt getoond in Fig. 4.

Figuur 4. Stroomverbruikrelais

De op de weerstand RT geladen stroomtransformator TA en de spanningstransformator TV vormen op de secundaire wikkelingen spanningen die evenredig zijn met de stroom- en fasespanning van de elektromotor. De spanningstransformator heeft twee secundaire wikkelingen waarop gelijke spanningen -Un en +Un worden gevormd, in fase verschoven met 180 °.

De som en het verschil van de spanningen worden gelijkgericht door een fasegevoelige schakeling bestaande uit bijpassende transformatoren T1 en T2 en een diodebrug, en worden toegevoerd aan de kwadraters A1 en A2 die zijn gemaakt volgens het principe van lineaire benadering.

De kwadranten bevatten weerstanden R1 — R4 en R5 — R8 en kleppen die worden vergrendeld door de referentiespanning die wordt afgenomen van de delers R9, R10. Naarmate de ingangsspanning toeneemt, gaan de kleppen beurtelings open en worden nieuwe parallel geschakelde weerstanden met weerstanden R1 of R5 in werking gesteld. Dientengevolge heeft de stroomspanningskarakteristiek van de vierhoek de vorm van een parabool, wat zorgt voor de kwadratische afhankelijkheid van de stroom op de ingangsspanning.Het uitgangselektromechanische relais K is gerelateerd aan het verschil tussen de stromen van de twee vierkanten, en in overeenstemming met de basisidentiteit is de stroom in de spoel evenredig met het vermogen dat door de elektromotor van het net wordt verbruikt.Bij de juiste instelling van de kwadranten heeft het vermogensrelais een fout van minder dan 2%.

Een bijzondere klasse vormen de puls-tijd-pulsrelais met dubbele modulatie, die steeds vaker voorkomen. In dergelijke relais wordt een spanning evenredig met de motorstroom toegevoerd aan een pulsbreedtemodulator, die pulsen genereert waarvan de duur evenredig is met de gemeten stroom: τ = K1Az ... Deze pulsen worden toegevoerd aan een amplitudemodulator die wordt aangestuurd door de netspanning .

Als resultaat blijkt de amplitude van de pulsen evenredig te zijn met de spanning op de stator van de elektromotor: Um = K2U. De gemiddelde waarde van de spanning na dubbele modulatie is evenredig met de stroom- en spanningsinductie: Ucf = fK1К2TU, waarbij f de modulatiefrequentie is. Dergelijke vermogensrelais hebben een fout van niet meer dan 1,5%.

Een verandering in de mechanische belasting van de as van de inductiemotor leidt tot een verandering in de fase van de statorstroom ten opzichte van de netspanning. Naarmate de belasting toeneemt, neemt de fasehoek af. Hiermee kunt u een belastingsrelais bouwen op basis van de fasemethode. In de meeste gevallen reageren relais op de cosinus- of fasehoekfactor. Door hun kenmerken liggen dergelijke relais dicht bij vermogensrelais, maar hun ontwerp is veel eenvoudiger.

Als we de kwadranten A1 en A2 uit de schakeling verwijderen (zie Fig. 4) en de bijbehorende transformatoren T1 en T2 erin vervangen door weerstanden, dan zal de spanning tussen de punten a en b evenredig zijn met cosfi, die ook verandert afhankelijk van de motorbelasting. Met het elektromechanische relais K, aangesloten op de punten a en b van het circuit, kunt u een bepaald belastingsniveau van de elektromotor regelen.Het nadeel van circuitvereenvoudiging is de verhoogde fout die gepaard gaat met een verandering in lijnspanning.