금속 절삭 기계의 부하, 힘 및 모멘트를 모니터링하기 위한 전기 장치
자동화 장비를 작동하는 동안 부하, 즉 기계 및 기계 요소에 작용하는 힘과 모멘트를 제어해야 합니다. 이를 통해 개별 부품의 손상이나 허용되지 않는 전기 모터의 과부하를 방지하고 최적의 기계 작동 모드를 선택하고 작동 조건을 통계적으로 분석할 수 있습니다.
기계적 부하 제어 장치
매우 자주 부하 제어 장치는 기계적 원리를 기반으로 합니다. 탄성 요소는 기계의 기구학적 체인에 포함되어 있으며 그 변형은 가해진 하중에 비례합니다. 특정 부하 수준을 초과하면 키네마틱 링크를 통해 탄성 요소에 연결된 마이크로스위치가 트리거됩니다. 캠, 볼 또는 롤러 커플링이 있는 부하 제어 장치는 공작 기계 산업에서 널리 사용됩니다.클램핑 장치, 렌치 및 전기 드라이브가 하드 스톱에서 작동하는 기타 경우에 사용됩니다.
전기 부하 제어 장치
운동학적 체인에 민감한 탄성 요소가 있으면 전기 기계 드라이브의 전체 강성이 감소하고 동적 특성이 악화됩니다. 따라서 구동모터가 소모하는 전류, 전력, 슬립, 위상각 등을 제어하여 전기적 방법으로 부하(이 경우 토크)의 크기에 대한 정보를 얻으려고 한다.
무화과에서. 1은 유도 전동기의 고정자에 대한 전류 부하를 모니터링하는 회로를 보여줍니다. 전류 I에 비례하는 전압 변류기 TA의 2차 권선에서 제거된 전기 모터의 고정자, 정류되어 저전류에 공급됨 전자기 릴레이 K, 설정 값은 전위차계 R2에 의해 조정됩니다. 단락 모드에서 작동해야 하는 변압기의 2차 권선을 바이패스하려면 저저항 저항 R1이 필요합니다.
그림 1. 고정자 전류에 의한 전기 모터의 부하 모니터링 방식
고정자 전류를 제어하기 위해 ch. 7. 고정자 전류는 비선형 형상 종속성에 의해 모터 샤프트의 샤프트 토크와 관련됩니다.
여기서 Azn - 고정자의 정격 전류, Mn - 정격 토크, βo =AzO/Azn-유휴 전류의 다중도.
이 종속성은 그림 1에 그래픽으로 표시되어 있습니다. 1, b(곡선 1). 그래프는 낮은 부하에서 전기 모터의 고정자 전류가 매우 약간 변하고 이 영역에서 부하를 조정할 수 없음을 보여줍니다.또한 고정자 전류는 토크뿐만 아니라 주전원 전압에도 의존합니다. 주전원 전압이 감소하면 종속성 1(M)이 변경되어(곡선 2) 회로 작동에 오류가 발생합니다.
전기 모터의 고정자 전류는 무부하 전류와 감소된 회전자 전류의 기하학적 합입니다.
부하가 변경되면 전류가 변경됩니다. I2 ' 무부하 전류는 실제로 부하와 무관합니다. 따라서 소형 부하 제어 장치의 감도를 높이려면 대부분 유도성인 무부하 전류를 보상해야 합니다.
저전력 전기 모터에서 커패시터 그룹 C는 고정자 회로(그림 1, a의 점선)에 포함되어 선행 전류를 생성합니다.결과적으로 전기 모터는 감소된 전류와 동일한 전류를 네트워크에서 소비합니다. 회 전자 전류 및 종속성 1 (M)은 거의 선형이됩니다 (그림 1, b의 곡선 3). 이 방법의 한 가지 단점은 네트워크 전압의 변동에 대한 부하 특성의 의존도가 더 높다는 것입니다.
전력이 더 높은 전기 모터에서는 커패시터 뱅크가 부피가 커지고 비용이 많이 듭니다. 이 경우 변류기의 2차 회로에서 무부하 전류를 보상하는 것이 더 편리합니다(그림 2).
그림 2. 무부하 전류 보상이 있는 부하 제어 계전기
이 회로는 전류 W1과 전압 W2의 두 가지 기본 권선이 있는 변압기를 사용합니다. 커패시터 C는 전압 권선 회로에 포함되어 전류의 위상을 전선에 대해 90° 이동시킵니다.권선(W2)의 자화력이 전기 모터의 무부하 전류와 관련된 권선(W1)의 자화력의 구성 요소를 보상하도록 변압기의 파라미터가 선택됩니다. 결과적으로 2차 권선(W3)의 출력 전압은 회전자 전류 및 부하 토크에 비례합니다. 이 전압은 정류되어 전자기 계전기 K에 적용됩니다.
기계 제어 시스템에서는 부하 토크에 대한 출력 전압의 릴레이 의존성이 뚜렷한 매우 민감한 부하 릴레이가 사용됩니다(그림 3, b). 이러한 계전기의 회로 (그림 3, a)에는 변류기 TA와 전압 변성기 TV가 있으며 출력 전압은 반대 방향으로 켜집니다.
그림 3. 고감도 부하 제어 릴레이
예를 들어 커패시터 뱅크 C에 의해 무부하 전류가 보상되면 회로의 출력 전압은
여기서 Kta, Ktv- 전류 및 전압 변압기의 변환 계수, U1 - 모터 위상의 전압.
Kta 또는 Ktv를 변경하여 주어진 토크 Mav에 대해 출력 전압이 최소가 되도록 회로를 구성할 수 있습니다. 그런 다음 주어진 모드에서 모드를 벗어나면 급격한 변화가 발생합니다. U 출력 및 트리거 릴레이 K.
연삭 헤드의 빠른 접근에서 작업 피드로 전환하는 동안 연삭 디스크와 공작물이 접촉하는 순간을 제어하기 위해 유사한 방식이 사용됩니다.
네트워크에서 비동기 전기 모터가 소비하는 전력 제어를 기반으로 하는 로드 릴레이는 보다 정확하게 작동합니다. 이러한 계전기는 주전원 전압의 변동에 따라 변하지 않는 선형 특성을 가지고 있습니다.
소비전력에 비례하는 전압은 유도전동기 고정자의 전압과 전류를 곱하여 구한다. 이를 위해 2차 볼트 암페어 특성 쿼드레이터가 있는 비선형 요소를 기반으로 하는 로드 릴레이가 사용됩니다. 이러한 릴레이의 작동 원리는 ID (a + b)2 — (a — b)2 = 4ab를 기반으로 합니다.
부하 릴레이는 Fig. 4.
그림 4. 전력 소모 릴레이
저항기 RT에 로드된 변류기 TA와 전기 모터의 전류 및 위상 전압에 비례하는 2차 권선 전압에 변압기 TV가 형성됩니다. 전압 변압기에는 동일한 전압 -Un 및 +Un이 형성되고 위상이 180 ° 이동되는 두 개의 2 차 권선이 있습니다.
전압의 합과 차는 정합 변압기 T1과 T2와 다이오드 브리지로 구성된 위상에 민감한 회로에 의해 정류되고 선형 근사의 원리에 따라 만들어진 제곱기 A1과 A2에 공급됩니다.
제곱기는 저항 R1 — R4 및 R5 — R8과 분배기 R9, R10에서 가져온 기준 전압에 의해 잠긴 밸브를 포함합니다. 입력 전압이 증가하면 밸브가 차례로 열리고 저항 R1 또는 R5와 병렬로 연결된 새 저항이 작동합니다. 결과적으로 사변형의 전류-전압 특성은 입력 전압에 대한 전류의 2차 의존성을 보장하는 포물선 모양을 가지며 출력 전기 기계 계전기 K는 두 사각형의 전류 차이와 관련이 있으며, 기본 정체성에 따라 코일의 전류는 그리드에서 전기 모터가 소비하는 전력에 비례합니다.사분면을 올바르게 설정하면 전원 릴레이의 오류가 2% 미만입니다.
점점 더 보편화되고 있는 이중 변조가 있는 펄스 시간 펄스 계전기에 의해 특별한 등급이 형성됩니다. 이러한 릴레이에서는 모터 전류에 비례하는 전압이 펄스 폭 변조기에 공급되며, 지속 시간이 측정된 전류에 비례하는 펄스를 생성합니다. τ = K1Az ... 이 펄스는 주전원 전압에 의해 제어되는 진폭 변조기에 공급됩니다. .
결과적으로 펄스의 진폭은 전기 모터 고정자의 전압에 비례합니다. Um = K2U. 이중 변조 후 전압의 평균값은 전류 및 전압 유도에 비례합니다. Ucf = fK1К2TU, 여기서 f는 변조 주파수입니다. 이러한 전원 계전기의 오차는 1.5% 이하입니다.
유도 전동기 샤프트의 기계적 부하가 변경되면 주전원 전압에 대한 고정자 전류의 위상이 변경됩니다. 부하가 증가하면 위상각이 감소합니다. 이를 통해 위상 방법을 기반으로 로드 릴레이를 구축할 수 있습니다. 대부분의 경우 릴레이는 코사인 또는 위상각 요인에 반응합니다. 특성상 이러한 계전기는 전력 계전기에 가깝지만 설계가 훨씬 간단합니다.
회로에서 사분면 A1과 A2를 제외하고 (그림 4 참조) 해당 변압기 T1과 T2를 저항으로 교체하면 점 a와 b 사이의 전압은 cosfi에 비례하며 다음에 따라 변합니다. 모터 부하. 회로의 지점 a와 b에 연결된 전기 기계식 릴레이 K를 사용하면 전기 모터의 주어진 부하 수준을 제어할 수 있습니다.회로 단순화의 단점은 라인 전압의 변화와 관련된 오류가 증가한다는 것입니다.