用于监测金属切削机床中负载、力和力矩的电气设备
在自动化设备的运行过程中，有必要控制负载，即作用在机器和机器元件中的力和力矩。这可以防止单个零件损坏或电动机过载不可接受，允许您选择机器的最佳运行模式，对运行条件进行统计分析等。
机械负载控制装置
负载控制设备通常基于机械原理。机器的运动链中包含一个弹性元件，其变形与施加的载荷成正比。超过一定的负载水平会触发一个通过运动连杆连接到弹性元件的微动开关。带凸轮、滚珠或滚子联轴器的负载控制装置广泛用于机床行业。它们用于夹紧装置、扳手和其他电力驱动器在硬停止时运行的情况。
电力负荷控制装置
运动链中敏感弹性元件的存在降低了机电驱动器的整体刚度并恶化了其动态特性。因此，他们试图通过控制驱动电机消耗的电流、功率、滑差、相位角等，通过电气方法来获取有关负载大小（在本例中为扭矩）的信息。
在图。图 1 显示了用于监测感应电动机定子上的电流负载的电路。与电流 I 成正比的电压 I 电动机的定子，从电流互感器 TA 的次级绕组中取出，经整流后馈入低电流 电磁继电器 K，其设定值由电位器R2调节。需要一个低阻值电阻 R1 来旁路变压器的次级绕组，变压器必须在短路模式下工作。
图 1 定子电流监测电机负载方案
为了控制定子电流，第 1 章中描述的快速反应保护电流继电器。 7. 定子电流与电机轴的轴力矩呈非线性形状相关
式中Azn——定子额定电流，Mn——额定转矩，βo=AzO/Azn-无功电流倍数。
这种依赖性在图 1 中以图形方式显示。 1，b（曲线 1）。该图显示，在低负载下，电动机的定子电流变化很小，无法在此区域调整负载。此外，定子电流不仅取决于转矩，还取决于电源电压。当电源电压降低时，相关性 1(M) 发生变化（曲线 2），这会在电路运行中引入误差。
电动机的定子电流是空载电流与降低的转子电流的几何和：
当负载变化时，电流变化 I2 ' 空载电流实际上与负载无关。因此，要提高小负载控制装置的灵敏度，就必须对多为感性的空载电流进行补偿。
在小功率电动机中，电容器组 C 包含在定子电路中（图 1，a 中的虚线），它会产生超前电流。因此，电动机从网络中消耗的电流等于减少的电流转子电流，相关性 1 (M) 变得几乎呈线性（图 1，b 中的曲线 3）。这种方法的一个缺点是负载特性对网络电压波动的依赖性更强。
在功率更高的电动机中，电容器组变得笨重且昂贵。在这种情况下，补偿电流互感器二次回路中的空载电流更为方便（图 2）。
图 2. 带空载电流补偿的负载控制继电器
该电路使用具有两个初级绕组的变压器：电流 W1 和电压 W2。电容器 C 包含在电压绕组电路中，它将电流的相位移动 90° 到导线。选择变压器的参数，使绕组 W2 的磁化力补偿绕组 W1 的磁化力中与电动机空载电流相关的分量。因此，次级绕组 W3 的输出电压与转子电流和负载转矩成正比。这个电压被整流并施加到电磁继电器 K 上。
在机器控制系统中，使用高度敏感的负载继电器，输出电压对负载转矩具有明显的继电器依赖性（图 3，b）。这种继电器的电路（图3，a）有电流互感器TA和电压互感器TV，其输出电压导通方向相反。
图 3. 高灵敏度负载控制继电器
例如，如果空载电流由电容器组 C 补偿，则电路的输出电压为
式中Kta、Ktv——电流、电压互感器的换算系数，U1——电机相电压。
通过改变 Kta 或 Ktv，可以配置电路，以便对于给定的扭矩 Mav，输出电压最小。然后模式与给定模式的任何偏差都会导致 U out 急剧变化并触发继电器 K。
在从磨头快速接近到工作进给的过渡过程中，使用类似的方案来控制磨盘与工件的接触时刻。
负载继电器基于对异步电动机从网络消耗的功率的控制，工作更加精确。这种继电器具有不随电源电压波动而变化的线性特性。
与功率消耗成正比的电压是通过感应电机定子的电压和电流相乘得到的。为此，使用基于具有二次伏安特性二次元的非线性元件的负载继电器。此类继电器的工作原理基于恒等式 (a + b)2 — (a — b)2 = 4ab。
负载继电器如图 1 所示。 4.
图 4. 功耗继电器
加载在电阻RT上的电流互感器TA和电压互感器TV在次级绕组上形成与电动机电流和相电压成正比的电压。电压互感器有两个次级绕组，其上形成相等的电压 -Un 和 +Un，相移 180°。
电压的和差经匹配变压器T1、T2和二极管电桥组成的相敏电路整流后，馈入按线性逼近原理制成的方波器A1、A2。
平方器包含电阻器 R1 - R4 和 R5 - R8 以及由分压器 R9、R10 获取的参考电压锁定的阀门。随着输入电压的增加，阀门依次打开，与电阻R1或R5并联的新电阻开始工作。因此，四边形的电流-电压特性具有抛物线的形状，这保证了电流对输入电压的二次依赖性。输出机电继电器K与两个正方形的电流差值有关，根据基本恒等式，其线圈中的电流与电动机从电网消耗的功率成正比。在象限设置正确的情况下，功率继电器的误差小于2%。
一个特殊的类别是由双调制的脉冲时间脉冲继电器组成的，它们变得越来越普遍。在此类继电器中，与电机电流成正比的电压被馈送到脉宽调制器，脉冲宽度调制器生成持续时间与测量电流成正比的脉冲：τ = K1Az ...这些脉冲被馈送到由电源电压控制的调幅器.
结果，脉冲的幅度与电动机定子上的电压成正比：Um = K2U。二次调制后的电压平均值与电流和电压感应成正比：Ucf = fK1К2TU，其中f为调制频率。此类功率继电器的误差不超过1.5%。
感应电机轴上机械负载的变化会导致定子电流相对于电源电压的相位发生变化。随着负载增加，相位角减小。这允许您基于相位方法构建负载继电器。在大多数情况下，继电器响应余弦或相位角因数。从它们的特性来看，这种继电器接近于功率继电器，但它们的设计要简单得多。
如果我们在电路中去掉象限A1和A2（见图4）和其中对应的变压器T1和T2，用电阻代替，那么a点和b点之间的电压将与cosfi成正比，cosfi也随着变化而变化电机负载。连接在电路的 a 点和 b 点的机电继电器 K 允许您控制电动机上给定的负载水平。电路简化的缺点是增加了与线路电压变化相关的误差。