Sähkölaitteet kuormien, voimien ja momenttien valvontaan metallinleikkauskoneissa

Automatisoitujen laitteiden käytön aikana on tarpeen hallita kuormaa, eli koneiden ja koneiden elementeissä vaikuttavia ponnisteluja ja hetkiä. Tämä estää yksittäisten osien vahingoittumisen tai sähkömoottoreiden ylikuormituksen, voit valita koneiden optimaalisen toimintatavan, tehdä tilastollisen analyysin käyttöolosuhteista jne.

Mekaaniset kuormanhallintalaitteet

Hyvin usein kuormansäätölaitteet perustuvat mekaaniseen periaatteeseen. Koneen kinemaattiseen ketjuun sisältyy elastinen elementti, jonka muodonmuutos on verrannollinen kohdistuvaan kuormaan. Tietyn kuormitustason ylittäminen laukaisee mikrokytkimen, joka on kytketty elastiseen elementtiin kinemaattisen linkin kautta. Nokka-, kuula- tai rullakytkimillä varustettuja kuormanhallintalaitteita käytetään laajalti työstökoneteollisuudessa.Niitä käytetään kiristyslaitteissa, jakoavaimissa ja muissa tapauksissa, joissa sähkökäyttö toimii kovalla pysäytyksellä.

Sähköiset kuormanhallintalaitteet

Herkän elastisen elementin läsnäolo kinemaattisessa ketjussa vähentää sähkömekaanisen käytön yleistä jäykkyyttä ja huonontaa sen dynaamisia ominaisuuksia. Siksi he yrittävät saada tietoa kuorman suuruudesta (tässä tapauksessa vääntömomentista) sähköisin menetelmin ohjaamalla käyttömoottorin kuluttamaa virtaa, tehoa, liukumista, vaihekulmaa jne.

Kuvassa 1 ja esittää piirin oikosulkumoottorin staattorin virrankuorman valvomiseksi. Sähkömoottorin staattorin virtaan I verrannollinen jännite, irrotettu virtamuuntajan TA toisiokäämistä, tasasuunnassa ja syötetty pienvirtaan sähkömagneettinen rele K, jonka asetusarvoa säädetään potentiometrillä R2. Pieniresistanssinen vastus R1 tarvitaan ohittamaan muuntajan toisiokäämi, jonka on toimittava oikosulkutilassa.

Kuva 1. Kaavio sähkömoottorin kuormituksen valvonnasta staattorivirralla

Staattorin virran ohjaamiseksi pikatoimiset suojavirtareleet, jotka on kuvattu kappaleessa. 7. Staattorin virta on suhteessa moottorin akselin vääntömomenttiin epälineaarisella muotoriippuvuudella

missä Azn — staattorin nimellisvirta, Mn — nimellismomentti, βo =AzO/Azn-tyhjäkäyntivirran monikerta.

Tämä riippuvuus on esitetty graafisesti kuvassa. 1, b (käyrä 1). Kaavio osoittaa, että pienillä kuormituksilla sähkömoottorin staattorivirta muuttuu hyvin vähän ja kuormitusta on mahdotonta säätää tällä alueella.Lisäksi staattorin virta ei riipu vain vääntömomentista, vaan myös verkkojännitteestä. Kun verkkojännite laskee, riippuvuus 1(M) muuttuu (käyrä 2), mikä aiheuttaa virheen piirin toimintaan.

Sähkömoottorin staattorivirta on tyhjäkäyntivirran ja pienennetyn roottorivirran geometrinen summa:

Kuorman muuttuessa virta muuttuu I2 ' Tyhjävirta on käytännössä riippumaton kuormasta. Siksi pienten kuormansäätölaitteiden herkkyyden lisäämiseksi on tarpeen kompensoida kuormittamaton virta, joka on enimmäkseen induktiivinen.

Pienitehoisissa sähkömoottoreissa kondensaattoriryhmä C sisältyy staattoripiiriin (katkoviivat kuvassa 1, a), joka muodostaa johtavan virran, minkä seurauksena sähkömoottori kuluttaa verkosta virran, joka on yhtä suuri kuin pienennetty virta. roottorivirta, ja riippuvuudesta 1 (M) tulee lähes lineaarinen (käyrä 3 kuvassa 1, b). Eräs tämän menetelmän haittapuoli on kuormitusominaisuuksien voimakkaampi riippuvuus verkkojännitteen vaihteluista.

Suuremman tehon sähkömoottoreissa kondensaattoripankista tulee tilaa vievä ja kallis. Tässä tapauksessa on tarkoituksenmukaisempaa kompensoida tyhjävirta virtamuuntajan toisiopiirissä (kuva 2).

Kuva 2. Kuormanohjausrele tyhjäkäynnin kompensoinnilla

Piirissä käytetään muuntajaa, jossa on kaksi ensiökäämiä: virta W1 ja jännite W2. Jännitekäämipiirissä on kondensaattori C, joka siirtää virran vaihetta 90° johtoon.Muuntajan parametrit valitaan siten, että käämin W2 magnetointivoima kompensoi käämin W1 magnetointivoiman sen komponentin, joka liittyy sähkömoottorin tyhjäkäyntivirtaan. Tämän seurauksena toisiokäämin W3 lähdössä oleva jännite on verrannollinen roottorin virtaan ja kuormitusmomenttiin. Tämä jännite tasasuunnataan ja johdetaan sähkömagneettiseen releeseen K.

Koneen ohjausjärjestelmissä käytetään erittäin herkkiä kuormitusreleitä, joilla on selvä lähtöjännitteen releriippuvuus kuorman vääntömomentista (kuva 3, b). Tällaisen releen piirissä (kuva 3, a) on virtamuuntaja TA ja jännitemuuntaja TV, jonka lähtöjännite on kytketty päälle vastakkaisiin suuntiin.

Kuva 3. Erittäin herkkä kuorman ohjausrele

Jos tyhjävirtaa kompensoidaan esimerkiksi kondensaattoriparistolla C, piirin lähtöjännite on

missä Kta, Ktv- virta- ja jännitemuuntajien muuntokertoimet, U1 — moottorin vaiheen jännite.

Kta:ta tai Ktv:tä muuttamalla on mahdollista konfiguroida piiri siten, että annetulla vääntömomentilla Mav lähtöjännite on minimaalinen. Tällöin mikä tahansa tilan poikkeama annetusta aiheuttaa jyrkän muutoksen U ulos ja laukaisee releen K.

Samanlaisia ​​järjestelmiä käytetään ohjaamaan hiomalaikan kosketushetkeä työkappaleen kanssa siirtymisen aikana hiomapään nopeasta lähestymisestä työsyöttöön.

Kuormareleet, jotka perustuvat asynkronisen sähkömoottorin verkosta kuluttaman tehon ohjaukseen, toimivat tarkemmin. Tällaisilla releillä on lineaarinen ominaisuus, joka ei muutu verkkojännitteen vaihteluiden myötä.

Tehonkulutukseen verrannollinen jännite saadaan kertomalla oikosulkumoottorin staattorin jännite ja virta. Tätä varten käytetään kuormitusreleitä, jotka perustuvat epälineaarisiin elementteihin, joissa on neliövoltti-ampeeri-ominaisuus-kvadraattoreita. Tällaisten releiden toimintaperiaate perustuu identiteettiin (a + b)2 — (a — b)2 = 4ab.

Kuormarele näkyy kuvassa. 4.

Kuva 4. Tehonkulutusrele

Vastukselle RT kuormitettu virtamuuntaja TA ja jännitemuuntaja TV muodostavat toisiokäämeille sähkömoottorin virta- ja vaihejännitteeseen verrannollisia jännitteitä. Jännitemuuntajassa on kaksi toisiokäämiä, joihin muodostuu yhtä suuret jännitteet -Un ja +Un, vaihesiirretty 180°.

Jännitteiden summa ja ero tasasuuntautuvat sovitusmuuntajista T1 ja T2 ja diodisillasta koostuvalla vaiheherkällä piirillä ja syötetään lineaarisen approksimoinnin periaatteella tehtyihin neliöihin A1 ja A2.

Neliöissä on vastukset R1 — R4 ja R5 — R8 sekä venttiilit, jotka on lukittu jakajista R9, R10 otetulla referenssijännitteellä. Tulojännitteen kasvaessa venttiilit avautuvat vuorotellen ja uudet vastukset, jotka on kytketty rinnan vastusten R1 tai R5 kanssa, otetaan käyttöön. Seurauksena on, että nelikulmion virta-jännite-ominaiskäyrä on paraabelin muotoinen, mikä varmistaa virran neliöllisen riippuvuuden tulojännitteestä Lähtörele sähkömekaaninen K on suhteessa kahden neliön virtojen eroon, ja perusidentiteetin mukaisesti sen käämin virta on verrannollinen sähkömoottorin verkosta kuluttamaan tehoon.Kvadranttien oikealla asetuksella tehoreleen virhe on alle 2 %.

Erikoisluokan muodostavat yhä yleisempiä pulssiaikaiset pulssireleet, joissa on kaksoismodulaatio. Tällaisissa releissä moottorin virtaan verrannollinen jännite syötetään pulssinleveysmodulaattoriin, joka tuottaa pulsseja, joiden kesto on verrannollinen mitattuun virtaan: τ = K1Az ... Nämä pulssit syötetään verkkojännitteellä ohjattuun amplitudimodulaattoriin. .

Tämän seurauksena pulssien amplitudi osoittautuu verrannolliseksi sähkömoottorin staattorin jännitteeseen: Um = K2U. Jännitteen keskiarvo kaksoismodulaation jälkeen on verrannollinen virran ja jännitteen induktioon: Ucf = fK1К2TU, missä f on modulaatiotaajuus. Tällaisten tehoreleiden virhe on enintään 1,5%.

Induktiomoottorin akselin mekaanisen kuormituksen muutos johtaa staattorivirran vaiheen muutokseen suhteessa verkkojännitteeseen. Kuorman kasvaessa vaihekulma pienenee. Näin voit rakentaa kuormitusreleen vaihemenetelmän perusteella. Useimmissa tapauksissa releet reagoivat kosini- tai vaihekulmatekijään. Ominaisuuksiensa mukaan tällaiset releet ovat lähellä tehoreleitä, mutta niiden rakenne on paljon yksinkertaisempi.

Jos piiristä jätetään pois neljännekset A1 ja A2 (katso kuva 4) ja vastaavat muuntajat T1 ja T2 siinä, korvataan vastuksilla, niin pisteiden a ja b välinen jännite on verrannollinen cosfi:iin, joka myös muuttuu riippuen moottorin kuormitus. Sähkömekaaninen rele K, joka on kytketty piirin pisteisiin a ja b, mahdollistaa sähkömoottorin tietyn kuormituksen ohjaamisen.Piirin yksinkertaistamisen haittana on verkkojännitteen muutokseen liittyvä lisääntynyt virhe.