用於監測金屬切削機床中負載、力和力矩的電氣設備
在自動化設備的運行過程中，有必要控制負載，即作用在機器和機器元件中的力和力矩。這可以防止單個零件損壞或電動機過載不可接受，允許您選擇機器的最佳運行模式，對運行條件進行統計分析等。
機械負載控制裝置
負載控制設備通常基於機械原理。機器的運動鏈中包含一個彈性元件，其變形與施加的載荷成正比。超過一定的負載水平會觸發一個通過運動連桿連接到彈性元件的微動開關。帶凸輪、滾珠或滾子聯軸器的負載控制裝置廣泛用於機床行業。它們用於夾緊裝置、扳手和其他電力驅動器在硬停止時運行的情況。
電力負荷控制裝置
運動鏈中敏感彈性元件的存在降低了機電驅動器的整體剛度並惡化了其動態特性。因此，他們試圖通過控制驅動電機消耗的電流、功率、滑差、相位角等，通過電氣方法來獲取有關負載大小（在本例中為扭矩）的信息。
在圖。圖 1 顯示了用於監測感應電動機定子上的電流負載的電路。與電流 I 成正比的電壓 I 電動機的定子，從電流互感器 TA 的次級繞組中取出，經整流後饋入低電流 電磁繼電器 K，其設定值由電位器R2調節。需要一個低阻值電阻 R1 來旁路變壓器的次級繞組，變壓器必須在短路模式下工作。
圖 1 定子電流監測電機負載方案
為了控制定子電流，第 1 章中描述的快速反應保護電流繼電器。 7. 定子電流與電機軸的軸力矩呈非線性形狀相關
式中Azn——定子額定電流，Mn——額定轉矩，βo=AzO/Azn-無功電流倍數。
這種依賴性在圖 1 中以圖形方式顯示。 1，b（曲線 1）。該圖顯示，在低負載下，電動機的定子電流變化很小，無法在此區域調整負載。此外，定子電流不僅取決於轉矩，還取決於電源電壓。當電源電壓降低時，相關性 1(M) 發生變化（曲線 2），這會在電路運行中引入誤差。
電動機的定子電流是空載電流與降低的轉子電流的幾何和：
當負載變化時，電流變化 I2 ' 空載電流實際上與負載無關。因此，要提高小負載控制裝置的靈敏度，就必須對多為感性的空載電流進行補償。
在小功率電動機中，電容器組 C 包含在定子電路中（圖 1，a 中的虛線），它會產生超前電流。因此，電動機從網絡中消耗的電流等於減少的電流轉子電流，相關性 1 (M) 變得幾乎呈線性（圖 1，b 中的曲線 3）。這種方法的一個缺點是負載特性對網絡電壓波動的依賴性更強。
在功率更高的電動機中，電容器組變得笨重且昂貴。在這種情況下，補償電流互感器二次迴路中的空載電流更為方便（圖 2）。
圖 2. 帶空載電流補償的負載控制繼電器
該電路使用具有兩個初級繞組的變壓器：電流 W1 和電壓 W2。電容器 C 包含在電壓繞組電路中，它將電流的相位移動 90° 到導線。選擇變壓器的參數，使繞組 W2 的磁化力補償繞組 W1 的磁化力中與電動機空載電流相關的分量。因此，次級繞組 W3 的輸出電壓與轉子電流和負載轉矩成正比。這個電壓被整流並施加到電磁繼電器 K 上。
在機器控制系統中，使用高度敏感的負載繼電器，輸出電壓對負載轉矩具有明顯的繼電器依賴性（圖 3，b）。這種繼電器的電路（圖3，a）有電流互感器TA和電壓互感器TV，其輸出電壓導通方向相反。
圖 3. 高靈敏度負載控制繼電器
例如，如果空載電流由電容器組 C 補償，則電路的輸出電壓為
式中Kta、Ktv——電流、電壓互感器的換算係數，U1——電機相電壓。
通過改變 Kta 或 Ktv，可以配置電路，以便對於給定的扭矩 Mav，輸出電壓最小。然後模式與給定模式的任何偏差都會導致 U out 急劇變化並觸發繼電器 K。
在從磨頭快速接近到工作進給的過渡過程中，使用類似的方案來控制磨盤與工件的接觸時刻。
負載繼電器基於對異步電動機從網絡消耗的功率的控制，工作更加精確。這種繼電器具有不隨電源電壓波動而變化的線性特性。
與功率消耗成正比的電壓是通過將感應電動機的定子電壓和電流相乘得到的。為此，使用了基於具有二次伏安特性二次元的非線性元件的負載繼電器。此類繼電器的工作原理基於恆等式 (a + b)2 — (a — b)2 = 4ab。
負載繼電器如圖 1 所示。 4.
圖 4. 功耗繼電器
加載在電阻RT上的電流互感器TA和電壓互感器TV在次級繞組上形成與電動機電流和相電壓成正比的電壓。電壓互感器有兩個次級繞組，其上形成相等的電壓 -Un 和 +Un，相移 180°。
電壓的和差經匹配變壓器T1、T2和二極管電橋組成的相敏電路整流後，饋入按線性逼近原理製成的方波器A1、A2。
平方器包含電阻器 R1 - R4 和 R5 - R8 以及由分壓器 R9、R10 獲取的參考電壓鎖定的閥門。隨著輸入電壓的增加，閥門依次打開，與電阻R1或R5並聯的新電阻開始工作。因此，四邊形的電流-電壓特性具有拋物線的形狀，這保證了電流對輸入電壓的二次依賴性。輸出機電繼電器K與兩個正方形的電流差值有關，根據基本恆等式，其線圈中的電流與電動機從電網消耗的功率成正比。在像限設置正確的情況下，功率繼電器的誤差小於2%。
一個特殊的類別是由雙調製的脈衝時間脈衝繼電器組成的，它們變得越來越普遍。在此類繼電器中，與電機電流成正比的電壓被饋送到脈寬調製器，脈衝寬度調製器生成持續時間與測量電流成正比的脈衝：τ = K1Az ...這些脈衝被饋送到由電源電壓控制的調幅器.
結果，脈衝的幅度與電動機定子上的電壓成正比：Um = K2U。二次調製後的電壓平均值與電流和電壓感應成正比：Ucf = fK1К2TU，其中f為調製頻率。此類功率繼電器的誤差不超過1.5%。
感應電機軸上機械負載的變化會導致定子電流相對於電源電壓的相位發生變化。隨著負載增加，相位角減小。這允許您基於相位方法構建負載繼電器。在大多數情況下，繼電器響應餘弦或相位角因數。就其特性而言，此類繼電器接近於功率繼電器，但其設計要簡單得多。
如果我們在電路中去掉象限A1和A2（見圖4）和其中對應的變壓器T1和T2，換成電阻，則a點和b點之間的電壓將與cosfi成正比，cosfi也隨著變化電機負載。連接在電路的 a 點和 b 點的機電繼電器 K 允許您控制電動機上的給定負載水平。電路簡化的缺點是增加了與線路電壓變化相關的誤差。