金属切断機の負荷、力、モーメントを監視する電気装置

自動化された機器の動作中、負荷、つまり機械や機械の要素に作用する力と瞬間を制御する必要があります。これにより、個々の部品の損傷や電気モーターの許容できない過負荷が防止され、機械の最適な動作モードの選択、動作条件の統計分析などが可能になります。

機械的負荷制御装置

多くの場合、負荷制御装置は機械原理に基づいています。機械の運動連鎖には弾性要素が含まれており、その変形は加えられた荷重に比例します。特定の負荷レベルを超えると、運動学的リンクを介して弾性要素に接続されたマイクロスイッチがトリガーされます。カム、ボール、またはローラーカップリングを備えた負荷制御装置は、工作機械業界で広く使用されています。これらは、クランプ装置、レンチ、および電気ドライブがハードストップで動作するその他の場合に使用されます。

電気負荷制御装置

運動連鎖内に敏感な弾性要素が存在すると、電気機械ドライブの全体的な剛性が低下し、その動的特性が悪化します。そこで、駆動モーターが消費する電流、電力、滑り、位相角などを制御することで、電気的な方法で負荷の大きさ（この場合はトルク）の情報を取得しようとしています。

図では。図１は、誘導電動機の固定子の電流負荷を監視する回路を示している。電流 I に比例する電圧は、電気モーターの固定子から変流器 TA の二次巻線から取り出され、整流されて低電流に供給されます。 電磁リレー K。その設定値はポテンショメータ R2 によって調整されます。変圧器の二次巻線をバイパスするには低抵抗の抵抗器 R1 が必要であり、短絡モードで動作する必要があります。

図 1. 固定子電流による電動モーターの負荷監視の仕組み

固定子電流を制御するには、ch.1 で説明されている速断保護電流リレーを使用します。 7. 固定子電流は、非線形形状依存性によってモーターシャフトのシャフトトルクに関係します。

ここで、Azn - ステータの定格電流、Mn - 定格トルク、βo = AzO/Azn - アイドル電流の多重度。

この依存関係を図に示します。 1、b (曲線 1)。グラフは、低負荷では電気モーターの固定子電流が非常にわずかに変化し、この領域で負荷を調整することが不可能であることを示しています。さらに、ステータ電流はトルクだけでなく主電源電圧にも依存します。主電源電圧が低下すると、依存性 1(M) が変化し (曲線 2)、回路の動作に誤差が生じます。

電気モーターの固定子電流は、無負荷電流と減少した回転子電流の幾何学的合計です。

負荷が変化すると、電流も変化します I2 ' 無負荷電流は実質的に負荷から独立しています。したがって、小型負荷制御デバイスの感度を高めるには、ほとんどが誘導性である無負荷電流を補償する必要があります。

低出力電動機では、コンデンサ グループ C がステータ回路 (図 1、a の点線) に含まれており、これにより進み電流が発生し、その結果、電動機は削減された電力に等しい電流をネットワークから消費します。回転子電流が大きくなり、依存性 1 (M) はほぼ線形になります (図 1、b の曲線 3)。この方法の欠点の 1 つは、負荷特性がネットワーク電圧の変動に大きく依存することです。

より高出力の電気モーターでは、コンデンサーバンクが大きくなり、高価になります。この場合、変流器の二次回路で無負荷電流を補償する方が適切です（図2）。

図 2. 無負荷電流補償を備えた負荷制御リレー

この回路では、電流 W1 と電圧 W2 の 2 つの一次巻線を持つ変圧器を使用します。電圧巻線回路にはコンデンサ C が含まれており、ワイヤへの電流の位相を 90° シフトします。変圧器のパラメータは、巻線 W2 の磁化力が、電動機の無負荷電流に関係する巻線 W1 の磁化力の成分を補償するように選択されます。その結果、二次巻線 W3 の出力の電圧は、回転子電流と負荷トルクに比例します。この電圧は整流されて電磁リレーKに印加されます。

機械制御システムでは、高感度の負荷リレーが使用されます。これは、負荷のトルクに対する出力電圧のリレー依存性が顕著です (図 3、b)。このようなリレーの回路（図3、a）には変流器TAと電圧変圧器TVがあり、その出力電圧は逆方向にオンになります。

図 3. 高感度負荷制御リレー

無負荷電流がたとえばコンデンサバンク C によって補償される場合、回路の出力電圧は次のようになります。

ここで、Kta、Ktv - 変流器と電圧変圧器の変換係数、U1 - モーター相の電圧。

Kta または Ktv を変更することにより、特定のトルク Mav に対して出力電圧が最小になるように回路を構成することができます。次に、指定されたモードからのモードの逸脱により、U out が急激に変化し、リレー K がトリガーされます。

同様のスキームを使用して、研削ヘッドの急速接近から加工送りへの移行中に研削ディスクとワークピースの接触の瞬間を制御します。

負荷リレーは、ネットワークからの非同期電気モーターによって消費される電力の制御に基づいて、より正確に動作します。このようなリレーは、主電源電圧の変動によって変化しない線形特性を備えています。

消費電力に比例した電圧は、誘導電動機の固定子の電圧と電流を掛け合わせることで得られます。このために、二次電圧アンペア特性クワドラータを備えた非線形要素に基づく負荷リレーが使用されます。このようなリレーの動作原理は、(a + b)2 — (a — b)2 = 4ab という式に基づいています。

負荷リレーを図に示します。 4.

図 4. 消費電力リレー

抵抗器 RT に負荷された変流器 TA と電圧変成器 TV は、電気モーターの電流と相電圧に比例した電圧を二次巻線に形成します。変圧器には 2 つの二次巻線があり、位相が 180 度ずれた等しい電圧 -Un と +Un が形成されます。

電圧の和と差は、整合トランス T1 と T2 およびダイオード ブリッジで構成される位相敏感回路によって整流され、線形近似の原理に従って作成された二乗器 A1 と A2 に供給されます。

平方器には、抵抗 R1 ～ R4 および R5 ～ R8 と、分圧器 R9、R10 から取得した基準電圧によってロックされるバルブが含まれています。入力電圧が増加すると、バルブが順番に開き、抵抗器 R1 または R5 と並列に接続された新しい抵抗器が作動します。結果として、四辺形の電流-電圧特性は放物線の形状を持ち、入力電圧に対する電流の二次依存性が保証されます。出力電気機械リレー K は、2 つの四角形の電流の差に関係します。基本的なアイデンティティによれば、そのコイルに流れる電流は、電力網から電気モーターによって消費される電力に比例します。象限が正しく設定されていれば、パワーリレーの誤差は 2% 未満になります。

特別なクラスは、二重変調を備えたパルス時間パルスリレーによって形成され、ますます一般的になりつつあります。このようなリレーでは、モーター電流に比例する電圧がパルス幅変調器に供給され、パルス幅変調器は測定電流に比例する持続時間のパルスを生成します: τ = K1Az ... これらのパルスは、主電源電圧によって制御される振幅変調器に供給されます。 。

その結果、パルスの振幅は電気モーターのステーターの電圧に比例することがわかります: Um = K2U。二重変調後の電圧の平均値は、電流と電圧の誘導に比例します: Ucf = fK1К2TU (f は変調周波数)。このようなパワーリレーの誤差は 1.5% 以下です。

誘導電動機シャフトの機械的負荷が変化すると、主電源電圧に対する固定子電流の位相が変化します。負荷が増加すると、位相角は減少します。これにより、位相法に基づいて負荷リレーを構築できます。ほとんどの場合、リレーはコサインまたは位相角係数に応答します。その特性上、このようなリレーはパワーリレーに似ていますが、設計ははるかに単純です。

回路から象限 A1 と A2 を除外し (図 4 を参照)、その中の対応する変圧器 T1 と T2 を抵抗に置き換えると、点 a と b の間の電圧は cosfi に比例し、これもまた、次の条件に応じて変化します。モーター負荷。回路の点 a と b に接続された電気機械リレー K を使用すると、電気モーターの所定のレベルの負荷を制御できます。回路簡素化の欠点は、線間電圧の変化に伴う誤差が増加することです。