Dispositius elèctrics per al seguiment de càrregues, forces i moments en màquines de tall de metalls
Durant el funcionament dels equips automatitzats, es fa necessari controlar la càrrega, és a dir, els esforços i moments que actuen en els elements de màquines i màquines. Això evita danys a peces individuals o sobrecàrregues inacceptables dels motors elèctrics, permet triar el mode òptim de funcionament de les màquines, fer una anàlisi estadística de les condicions de funcionament, etc.
Dispositius de control de càrrega mecànica
Molt sovint, els dispositius de control de càrrega es basen en un principi mecànic. A la cadena cinemàtica de la màquina s'inclou un element elàstic, la deformació de la qual és proporcional a la càrrega aplicada. La superació d'un cert nivell de càrrega activa un microinterruptor connectat a l'element elàstic mitjançant un enllaç cinemàtic. Els dispositius de control de càrrega amb acoblaments de lleves, boles o rodets s'utilitzen àmpliament a la indústria de la màquina-eina.S'utilitzen en dispositius de subjecció, claus i altres casos en què l'accionament elèctric funciona amb una parada dura.
Dispositius de control de càrrega elèctrica
La presència d'un element elàstic sensible a la cadena cinemàtica redueix la rigidesa general de l'accionament electromecànic i empitjora les seves característiques dinàmiques. Per tant, intenten obtenir informació sobre la magnitud de la càrrega (en aquest cas, el parell) mitjançant mètodes elèctrics controlant el corrent, la potència, el lliscament, l'angle de fase, etc. consumits pel motor d'accionament.
A la fig. 1 i mostra un circuit per controlar la càrrega actual a l'estator del motor d'inducció. Tensió proporcional al corrent I de l'estator del motor elèctric, eliminat del bobinatge secundari del transformador de corrent TA, rectificat i alimentat a un corrent baix relé electromagnètic K, el valor ajustat del qual s'ajusta mitjançant el potenciòmetre R2. Es requereix una resistència de baixa resistència R1 per evitar el bobinatge secundari del transformador, que ha de funcionar en mode de curtcircuit.
Figura 1. Esquema de seguiment de la càrrega del motor elèctric per corrent de l'estator
Per controlar el corrent de l'estator, els relés de corrent de protecció d'acció ràpida descrits al cap. 7. El corrent de l'estator està relacionat amb el parell de l'eix de l'eix del motor per una dependència de la forma no lineal
on Azn - corrent nominal de l'estator, Mn - parell nominal, βo =AzO/Azn-multiplicitat del corrent inactiu.
Aquesta dependència es mostra gràficament a la Fig. 1, b (corba 1). El gràfic mostra que a baixes càrregues el corrent de l'estator del motor elèctric canvia molt lleugerament i és impossible ajustar la càrrega en aquesta zona.A més, el corrent de l'estator depèn no només del parell, sinó també de la tensió de la xarxa. Quan la tensió de la xarxa disminueix, la dependència 1(M) canvia (corba 2), la qual cosa introdueix un error en el funcionament del circuit.
El corrent de l'estator d'un motor elèctric és la suma geomètrica del corrent sense càrrega i el corrent reduït del rotor:
Quan la càrrega canvia, el corrent canvia I2 ' El corrent sense càrrega és pràcticament independent de la càrrega. Per tant, per augmentar la sensibilitat dels petits dispositius de control de càrrega, cal compensar el corrent sense càrrega, que és majoritàriament inductiu.
En els motors elèctrics de baixa potència, el grup de condensadors C s'inclou al circuit de l'estator (línies de punts a la figura 1, a), que genera un corrent d'entrada, com a resultat, el motor elèctric consumeix de la xarxa un corrent igual al reduït. corrent del rotor, i la dependència 1 (M) esdevé gairebé lineal (corba 3 a la figura 1, b). Un desavantatge d'aquest mètode és la dependència més forta de les característiques de càrrega de les fluctuacions de la tensió de la xarxa.
En els motors elèctrics de major potència, el banc de condensadors es torna voluminós i car. En aquest cas, és més convenient compensar el corrent sense càrrega al circuit secundari del transformador de corrent (Fig. 2).
Figura 2. Relé de control de càrrega amb compensació de corrent sense càrrega
El circuit utilitza un transformador que té dos bobinats primaris: corrent W1 i tensió W2. S'inclou un condensador C al circuit de bobinat de tensió, que desplaça la fase del corrent 90 ° al cable.Els paràmetres del transformador es trien de manera que la força de magnetització del bobinatge W2 compensi aquella component de la força de magnetització del bobinatge W1 que està relacionada amb el corrent sense càrrega del motor elèctric. Com a resultat, la tensió a la sortida del bobinatge secundari W3 és proporcional al corrent del rotor i al parell de càrrega. Aquesta tensió es rectifica i s'aplica al relé electromagnètic K.
En els sistemes de control de màquines, s'utilitzen relés de càrrega altament sensibles, que tenen una forta dependència del relé de la tensió de sortida del parell de la càrrega (Fig. 3, b). El circuit d'aquest relé (Fig. 3, a) té un transformador de corrent TA i un transformador de tensió TV, la tensió de sortida del qual s'activa en direccions oposades.
Figura 3. Relé de control de càrrega d'alta sensibilitat
Si el corrent sense càrrega es compensa, per exemple, pel banc de condensadors C, la tensió de sortida del circuit és
on Kta, Ktv- factors de conversió dels transformadors de corrent i tensió, U1 — tensió en la fase del motor.
En canviar Kta o Ktv, és possible configurar el circuit de manera que per a un parell determinat Mav la tensió de sortida sigui mínima. Aleshores, qualsevol desviació del mode del donat provocarà un canvi brusc U i activarà el relé K.
S'utilitzen esquemes similars per controlar el moment de contacte del disc de mòlta amb la peça durant la transició de l'aproximació ràpida del capçal de mòlta a l'alimentació de treball.
Els relés de càrrega, basats en el control de la potència consumida pel motor elèctric asíncron des de la xarxa, funcionen amb més precisió. Aquests relés tenen una característica lineal que no canvia amb les fluctuacions de la tensió de la xarxa.
La tensió proporcional al consum d'energia s'obté multiplicant la tensió i el corrent de l'estator del motor d'inducció. Per a això, s'utilitzen relés de càrrega basats en elements no lineals amb quadradors-característics volt-amperes quadràtics. El principi de funcionament d'aquests relés es basa en la identitat (a + b)2 — (a — b)2 = 4ab.
El relé de càrrega es mostra a la fig. 4.
Figura 4. Relé de consum d'energia
El transformador de corrent TA carregat a la resistència RT i el transformador de tensió TV formen en els bobinats secundaris tensions proporcionals a la tensió actual i de fase del motor elèctric. El transformador de tensió té dos bobinatges secundaris sobre els quals es formen tensions iguals -Un i +Un, desfasades 180 °.
La suma i la diferència de les tensions es rectifiquen mitjançant un circuit sensible a la fase format per transformadors coincidents T1 i T2 i un pont de díodes, i s'alimenten als quadrats A1 i A2 fets segons el principi d'aproximació lineal.
Els quadrats contenen resistències R1 — R4 i R5 — R8 i vàlvules bloquejades per la tensió de referència presa dels divisors R9, R10. A mesura que augmenta la tensió d'entrada, les vàlvules s'obren al seu torn i es posen en acció noves resistències connectades en paral·lel amb les resistències R1 o R5. Com a resultat, la característica de corrent-tensió del quadrilàter té la forma d'una paràbola, que assegura la dependència quadràtica del corrent de la tensió d'entrada.El relé electromecànic de sortida K està relacionat amb la diferència entre els corrents dels dos quadrats, i d'acord amb la identitat bàsica, el corrent a la seva bobina és proporcional a la potència consumida pel motor elèctric des de la xarxa.Amb la configuració correcta dels quadrants, el relé de potència té un error inferior al 2%.
Una classe especial està formada per relés de pols de temps de pols amb doble modulació, que són cada cop més habituals. En aquests relés, s'alimenta una tensió proporcional al corrent del motor a un modulador d'amplada de pols, que genera polsos la durada dels quals és proporcional al corrent mesurat: τ = K1Az ... Aquests polsos s'alimenten a un modulador d'amplitud controlat per la tensió de xarxa. .
Com a resultat, l'amplitud dels polsos resulta ser proporcional a la tensió a l'estator del motor elèctric: Um = K2U. El valor mitjà de la tensió després de la doble modulació és proporcional a la inducció de corrent i tensió: Ucf = fK1К2TU, on f és la freqüència de modulació. Aquests relés de potència tenen un error de no més de l'1,5%.
Un canvi en la càrrega mecànica a l'eix del motor d'inducció comporta un canvi en la fase del corrent de l'estator en relació a la tensió de xarxa. A mesura que augmenta la càrrega, l'angle de fase disminueix. Això us permet construir un relé de càrrega basat en el mètode de fase. En la majoria dels casos, els relés responen al cosinus o al factor d'angle de fase. Per les seves característiques, aquests relés estan a prop dels relés de potència, però el seu disseny és molt més senzill.
Si excloem del circuit els quadrants A1 i A2 (vegeu la figura 4) i els transformadors corresponents T1 i T2 que hi ha, substituïm per resistències, aleshores la tensió entre els punts a i b serà proporcional al cosfi, que també varia en funció de la càrrega del motor. El relé electromecànic K, connectat als punts a i b del circuit, permet controlar un determinat nivell de càrrega del motor elèctric.El desavantatge de la simplificació del circuit és l'augment de l'error associat a un canvi en la tensió de línia.