Dispozitive electrice pentru monitorizarea sarcinilor, forțelor și momentelor în mașinile de tăiat metal

În timpul funcționării echipamentelor automatizate, devine necesară controlul sarcinii, adică eforturile și momentele care acționează în elementele mașinilor și mașinilor. Acest lucru previne deteriorarea pieselor individuale sau supraîncărcarea inacceptabilă a motoarelor electrice, vă permite să alegeți modul optim de funcționare al mașinilor, să faceți o analiză statistică a condițiilor de funcționare etc.

Dispozitive mecanice de control al sarcinii

De foarte multe ori dispozitivele de control al sarcinii se bazează pe un principiu mecanic. Un element elastic este inclus în lanțul cinematic al mașinii, a cărui deformare este proporțională cu sarcina aplicată. Depășirea unui anumit nivel de sarcină declanșează un microîntrerupător conectat la elementul elastic printr-o legătură cinematică. Dispozitivele de control al sarcinii cu cuplaje cu came, bile sau role sunt utilizate pe scară largă în industria mașinilor-unelte.Ele sunt utilizate în dispozitivele de prindere, chei și alte cazuri în care acționarea electrică funcționează pe o oprire puternică.

Dispozitive electrice de control al sarcinii

Prezența unui element elastic sensibil în lanțul cinematic reduce rigiditatea generală a antrenării electromecanice și înrăutățește caracteristicile sale dinamice. Prin urmare, ei încearcă să obțină informații despre mărimea sarcinii (în acest caz, cuplul) prin metode electrice prin controlul curentului, puterii, alunecării, unghiului de fază etc. consumat de motorul de antrenare.

În fig. 1 și prezintă un circuit pentru monitorizarea sarcinii curente pe statorul motorului cu inducție. Tensiune proporțională cu curentul I statorul motorului electric, scos din înfășurarea secundară a transformatorului de curent TA, redresat și alimentat la un curent scăzut releu electromagnetic K, a cărui valoare setată este reglată de potențiometrul R2. Este necesar un rezistor de rezistență scăzută R1 pentru a ocoli înfășurarea secundară a transformatorului, care trebuie să funcționeze în modul de scurtcircuit.

Figura 1. Schema de monitorizare a sarcinii motorului electric prin curentul statoric

Pentru a controla curentul statorului, releele de curent de protecție cu acțiune rapidă descrise în cap. 7. Curentul statorului este legat de cuplul arborelui axului motorului printr-o dependență de formă neliniară

unde Azn — curentul nominal al statorului, Mn — cuplul nominal, βo =AzO/Azn-multiplicitatea curentului de repaus.

Această dependență este prezentată grafic în Fig. 1, b (curba 1). Graficul arată că la sarcini mici curentul statoric al motorului electric se modifică foarte ușor și este imposibil să se regleze sarcina în această zonă.În plus, curentul statorului depinde nu numai de cuplu, ci și de tensiunea rețelei. Când tensiunea rețelei scade, dependența 1(M) se modifică (curba 2), ceea ce introduce o eroare în funcționarea circuitului.

Curentul statoric al unui motor electric este suma geometrică a curentului fără sarcină și a curentului redus al rotorului:

Când sarcina se modifică, curentul se modifică I2 ' Curentul în gol este practic independent de sarcină. Prin urmare, pentru a crește sensibilitatea dispozitivelor mici de control al sarcinii, este necesar să se compenseze curentul fără sarcină, care este în mare parte inductiv.

La motoarele electrice de putere mică, grupa de condensatoare C este inclusă în circuitul statorului (linii punctate în Fig. 1, a), care generează un curent de conducere. Ca urmare, motorul electric consumă din rețea un curent egal cu cel redus. curentul rotorului, iar dependența 1 (M) devine aproape liniară (curba 3 din Fig. 1, b). Un dezavantaj al acestei metode este dependența mai puternică a caracteristicilor sarcinii de fluctuațiile tensiunii rețelei.

La motoarele electrice cu putere mai mare, banca de condensatoare devine voluminoasă și costisitoare. În acest caz, este mai oportun să se compenseze curentul fără sarcină din circuitul secundar al transformatorului de curent (Fig. 2).

Figura 2. Releu de control al sarcinii cu compensare a curentului fără sarcină

Circuitul folosește un transformator care are două înfășurări primare: curent W1 și tensiune W2. Un condensator C este inclus în circuitul de înfășurare a tensiunii, care schimbă faza curentului cu 90° către fir.Parametrii transformatorului sunt aleși astfel încât forța de magnetizare a înfășurării W2 să compenseze acea componentă a forței de magnetizare a înfășurării W1 care este legată de curentul în gol al motorului electric. Ca rezultat, tensiunea la ieșirea înfășurării secundare W3 este proporțională cu curentul rotorului și cuplul de sarcină. Această tensiune este redresată și aplicată releului electromagnetic K.

În sistemele de control al mașinii, se folosesc relee de sarcină foarte sensibile, care au o dependență pronunțată de releu a tensiunii de ieșire de cuplul sarcinii (Fig. 3, b). Circuitul unui astfel de releu (Fig. 3, a) are un transformator de curent TA și un transformator de tensiune TV, a cărui tensiune de ieșire este pornită în direcții opuse.

Figura 3. Releu de control al sarcinii de mare sensibilitate

Dacă curentul fără sarcină este compensat, de exemplu, de banca de condensatoare C, tensiunea de ieșire a circuitului este

unde Kta, Ktv- factori de conversie ai transformatoarelor de curent și tensiune, U1 — tensiunea în faza motorului.

Prin schimbarea Kta sau Ktv, este posibil să configurați circuitul astfel încât pentru un cuplu dat Mav tensiunea de ieșire să fie minimă. Apoi, orice abatere a modului de la cel dat va provoca o schimbare bruscă U și va declanșa releul K.

Scheme similare sunt utilizate pentru a controla momentul contactului discului de șlefuit cu piesa de prelucrat în timpul tranziției de la apropierea rapidă a capului de șlefuire la avansul de lucru.

Releele de sarcină, bazate pe controlul puterii consumate de motorul electric asincron din rețea, funcționează mai precis. Astfel de relee au o caracteristică liniară care nu se modifică odată cu fluctuațiile tensiunii rețelei.

Tensiunea proporțională cu puterea consumată se obține prin înmulțirea tensiunii și curentului statorului motorului cu inducție. Pentru aceasta se folosesc relee de sarcină bazate pe elemente neliniare cu cadratoare caracteristice volt-amperi pătratice. Principiul de funcționare a unor astfel de relee se bazează pe identitatea (a + b)2 — (a — b)2 = 4ab.

Releul de sarcină este prezentat în fig. 4.

Figura 4. Releu pentru consumul de energie

Transformatorul de curent TA încărcat pe rezistența RT și transformatorul de tensiune TV formează pe înfășurările secundare tensiuni proporționale cu tensiunea de curent și de fază a motorului electric. Transformatorul de tensiune are două înfășurări secundare pe care se formează tensiuni egale -Un și +Un, defazate cu 180 °.

Suma și diferența tensiunilor sunt redresate printr-un circuit sensibil la fază format din transformatoare de potrivire T1 și T2 și o punte de diode și sunt alimentate la pătratele A1 și A2 realizate conform principiului aproximării liniare.

Pătratele conțin rezistențele R1 — R4 și R5 — R8 și supape blocate de tensiunea de referință luată de la divizoarele R9, R10. Pe măsură ce tensiunea de intrare crește, supapele se deschid pe rând și sunt puse în funcțiune noi rezistențe conectate în paralel cu rezistențele R1 sau R5. Ca urmare, caracteristica curent-tensiune a patrulaterului are forma unei parabole, ceea ce asigură dependența pătratică a curentului de tensiunea de intrare.Releul electromecanic de ieșire K este legat de diferența dintre curenții celor două pătrate, iar în conformitate cu identitatea de bază, curentul din bobina sa este proporțional cu puterea consumată de motorul electric din rețea.Cu setarea corectă a cadranelor, releul de putere are o eroare mai mică de 2%.

O clasă specială este formată din releele cu impulsuri în timp cu dublă modulare, care devin din ce în ce mai frecvente. În astfel de relee, o tensiune proporțională cu curentul motorului este alimentată la un modulator de lățime a impulsului, care generează impulsuri a căror durată este proporțională cu curentul măsurat: τ = K1Az ... Aceste impulsuri sunt alimentate la un modulator de amplitudine controlat de tensiunea rețelei. .

Ca urmare, amplitudinea impulsurilor se dovedește a fi proporțională cu tensiunea de pe statorul motorului electric: Um = K2U. Valoarea medie a tensiunii după modulația dublă este proporțională cu inducția curentului și tensiunii: Ucf = fK1К2TU, unde f este frecvența de modulație. Astfel de relee de putere au o eroare de cel mult 1,5%.

O modificare a sarcinii mecanice pe arborele motorului cu inducție duce la o modificare a fazei curentului statorului în raport cu tensiunea rețelei. Pe măsură ce sarcina crește, unghiul de fază scade. Acest lucru vă permite să construiți un releu de sarcină pe baza metodei de fază. În cele mai multe cazuri, releele răspund la factorul cosinus sau unghiul de fază. Prin caracteristicile lor, astfel de relee sunt aproape de releele de putere, dar designul lor este mult mai simplu.

Dacă excludem cadranele A1 și A2 din circuit (vezi Fig. 4) și transformatoarele corespunzătoare T1 și T2 din acesta, înlocuim cu rezistențe, atunci tensiunea dintre punctele a și b va fi proporțională cu cosfi, care se modifică și în funcție de sarcina motorului. Releul electromecanic K, conectat la punctele a și b ale circuitului, vă permite să controlați un anumit nivel de sarcină a motorului electric.Dezavantajul simplificării circuitului este eroarea crescută asociată cu o schimbare a tensiunii de linie.