Електрични уређаји за праћење оптерећења, сила и момената у машинама за сечење метала

Током рада аутоматизоване опреме постаје неопходно контролисати оптерећење, односно напоре и моменте који делују у елементима машина и машина. Ово спречава оштећење појединих делова или неприхватљиво преоптерећење електромотора, омогућава вам да изаберете оптимални режим рада машина, направите статистичку анализу услова рада итд.

Механички уређаји за контролу оптерећења

Врло често се уређаји за контролу оптерећења заснивају на механичком принципу. У кинематички ланац машине укључен је еластични елемент, чија је деформација пропорционална примењеном оптерећењу. Прекорачење одређеног нивоа оптерећења покреће микропрекидач повезан са еластичним елементом преко кинематичке везе. Уређаји за контролу оптерећења са зупчастим, кугличним или ваљкастим спојницама се широко користе у индустрији алатних машина.Користе се у уређајима за стезање, кључевима и другим случајевима где електрични погон ради на чврстом заустављању.

Уређаји за контролу електричног оптерећења

Присуство осетљивог еластичног елемента у кинематичком ланцу смањује укупну крутост електромеханичког погона и погоршава његове динамичке карактеристике. Због тога покушавају да добију информације о величини оптерећења (у овом случају, обртном моменту) помоћу електричних метода контролисањем струје, снаге, клизања, фазног угла итд. коју троши погонски мотор.

На сл. 1 и приказује коло за праћење струјног оптерећења на статору асинхроног мотора. Напон пропорционалан струји И статора електромотора, уклоњен са секундарног намотаја струјног трансформатора ТА, исправљен и напајан на нискострујни електромагнетни релеј К, чија се подешена вредност подешава потенциометром Р2. Отпорник ниског отпора Р1 је неопходан да заобиђе секундарни намотај трансформатора, који мора да ради у режиму кратког споја.

Слика 1. Шема праћења оптерећења електромотора струјом статора

За контролу струје статора, брзо делујући заштитни струјни релеји описани у погл. 7. Струја статора је повезана са обртним моментом вратила мотора зависношћу нелинеарног облика

где је Азн — називна струја статора, Мн — називни обртни момент, βо =АзО/Азн-вишеструкост струје празног хода.

Ова зависност је графички приказана на Сл. 1, б (крива 1). Графикон показује да се при малим оптерећењима струја статора електромотора веома мало мења и немогуће је подесити оптерећење у овој области.Поред тога, струја статора зависи не само од обртног момента, већ и од напона мреже. Када се мрежни напон смањи, зависност 1(М) се мења (крива 2), што уноси грешку у рад кола.

Струја статора електромотора је геометријски збир струје празног хода и смањене струје ротора:

Када се оптерећење промени, струја се мења И2 ' Струја празног хода је практично независна од оптерећења. Због тога, да би се повећала осетљивост уређаја за контролу малог оптерећења, потребно је компензовати струју празног хода, која је углавном индуктивна.

Код електромотора мале снаге, кондензаторска група Ц је укључена у коло статора (испрекидане линије на сл. 1, а), која генерише водећу струју. Као резултат тога, електромотор троши из мреже струју једнаку смањеној струја ротора, а зависност 1 (М) постаје скоро линеарна (крива 3 на сл. 1, б). Недостатак ове методе је јача зависност карактеристика оптерећења од флуктуација напона мреже.

У електромоторима веће снаге, кондензаторска банка постаје гломазна и скупа. У овом случају је целисходније компензовати струју празног хода у секундарном колу струјног трансформатора (слика 2).

Слика 2. Релеј за контролу оптерећења са компензацијом струје празног хода

Коло користи трансформатор који има два примарна намотаја: струју В1 и напон В2. У коло напонског намотаја укључен је кондензатор Ц, који помера фазу струје за 90° на жицу.Параметри трансформатора су изабрани тако да сила магнетизирања намотаја В2 компензује ону компоненту силе магнетизирања намотаја В1 која је повезана са струјом празног хода електромотора. Као резултат, напон на излазу секундарног намотаја В3 је пропорционалан струји ротора и моменту оптерећења. Овај напон се исправља и примењује на електромагнетни релеј К.

У системима управљања машинама користе се високоосетљиви релеји оптерећења, који имају изражену релејну зависност излазног напона од обртног момента оптерећења (сл. 3, б). Коло таквог релеја (слика 3, а) има струјни трансформатор ТА и напонски трансформатор ТВ, чији је излазни напон укључен у супротним смеровима.

Слика 3. Релеј за контролу оптерећења високе осетљивости

Ако се струја празног хода компензује, на пример, кондензаторском банком Ц, излазни напон кола је

где је Кта, Ктв- фактори конверзије струјних и напонских трансформатора, У1 — напон у фази мотора.

Променом Кта или Ктв, могуће је конфигурисати коло тако да за дати обртни момент Мав излазни напон буде минималан. Тада ће свако одступање режима од задатог изазвати оштру промену У оут и активирати релеј К.

Сличне шеме се користе за контролу тренутка контакта брусног диска са радним предметом током преласка са брзог приступа брусне главе на радни помак.

Релеји оптерећења, на основу контроле снаге коју троши асинхрони електромотор из мреже, раде прецизније. Такви релеји имају линеарну карактеристику која се не мења са флуктуацијама мрежног напона.

Напон пропорционалан потрошњи енергије добија се множењем напона и струје статора асинхроног мотора. За ово се користе релеји оптерећења на бази нелинеарних елемената са квадратним волт-ампер карактеристиком-квадраторима. Принцип рада оваквих релеја заснива се на идентитету (а + б)2 — (а — б)2 = 4аб.

Релеј оптерећења је приказан на сл. 4.

Слика 4. Релеј потрошње енергије

Струјни трансформатор ТА оптерећен на отпорнику РТ и напонски трансформатор ТВ формира на секундарним намотајима напоне пропорционалне струји и фазном напону електромотора. Напонски трансформатор има два секундарна намотаја на којима се формирају једнаки напони -Ун и +Ун, фазно померени за 180°.

Збир и разлика напона се исправљају фазно осетљивим колом које се састоји од подударних трансформатора Т1 и Т2 и диодног моста и доводе се до квадрата А1 и А2 направљених по принципу линеарне апроксимације.

Квадратори садрже отпорнике Р1 — Р4 и Р5 — Р8 и вентиле закључане референтним напоном узетим са разделника Р9, Р10. Како се улазни напон повећава, вентили се наизменично отварају и нови отпорници повезани паралелно са отпорницима Р1 или Р5 се пуштају у рад. Као резултат тога, струјно-напонска карактеристика четвороугла има облик параболе, чиме се обезбеђује квадратна зависност струје од улазног напона.Излазни електромеханички релеј К је повезан са разликом струја два квадрата, а у складу са основним идентитетом струја у његовом калему је пропорционална снази коју троши електромотор из мреже.Са исправним подешавањем квадраната, релеј снаге има грешку мању од 2%.

Посебну класу чине импулсно-временски импулсни релеји са двоструком модулацијом, који су све чешћи. Код оваквих релеја, напон пропорционалан струји мотора се доводи до модулатора ширине импулса, који генерише импулсе чије је трајање пропорционално измереној струји: τ = К1Аз ... Ови импулси се доводе до амплитудног модулатора који контролише напон мреже. .

Као резултат, испоставља се да је амплитуда импулса пропорционална напону на статору електромотора: Ум = К2У. Просечна вредност напона након двоструке модулације је пропорционална струји и индукцији напона: Уцф = фК1К2ТУ, где је ф фреквенција модулације. Такви релеји снаге имају грешку не већу од 1,5%.

Промена механичког оптерећења на осовини индукционог мотора доводи до промене фазе струје статора у односу на мрежни напон. Како се оптерећење повећава, фазни угао се смањује. Ово вам омогућава да направите релеј оптерећења на основу фазног метода. У већини случајева, релеји реагују на фактор косинуса или фазног угла. По својим карактеристикама, такви релеји су блиски релејима снаге, али њихов дизајн је много једноставнији.

Ако из кола искључимо квадранте А1 и А2 (види слику 4) и одговарајуће трансформаторе Т1 и Т2 у њему, заменимо отпорницима, тада ће напон између тачака а и б бити пропорционалан цосфи, који се такође мења у зависности од оптерећење мотора. Електромеханички релеј К, повезан у тачкама а и б кола, омогућава вам да контролишете дати ниво оптерећења на електромотору.Недостатак поједностављења кола је повећана грешка повезана са променом линијског напона.