Elektrické zariadenia na monitorovanie zaťaženia, síl a momentov v strojoch na rezanie kovov
Počas prevádzky automatizovaného zariadenia je potrebné kontrolovať zaťaženie, to znamená úsilie a momenty pôsobiace v prvkoch strojov a strojov. Predchádza sa tak poškodeniu jednotlivých dielov alebo neprípustnému preťaženiu elektromotorov, umožňuje zvoliť optimálny režim prevádzky strojov, urobiť štatistický rozbor prevádzkových stavov a pod.
Mechanické zariadenia na riadenie záťaže
Zariadenia na riadenie záťaže sú veľmi často založené na mechanickom princípe. V kinematickom reťazci stroja je zahrnutý elastický prvok, ktorého deformácia je úmerná použitej záťaži. Pri prekročení určitej úrovne zaťaženia sa spustí mikrospínač pripojený k elastickému prvku prostredníctvom kinematického spojenia. Zariadenia na kontrolu zaťaženia s vačkovými, guľovými alebo valčekovými spojkami sú široko používané v priemysle obrábacích strojov.Používajú sa v upínacích zariadeniach, kľúčoch a iných prípadoch, kde elektrický pohon pracuje na tvrdom doraze.
Zariadenia na ovládanie elektrickej záťaže
Prítomnosť citlivého elastického prvku v kinematickom reťazci znižuje celkovú tuhosť elektromechanického pohonu a zhoršuje jeho dynamické vlastnosti. Preto sa pokúšajú získať informácie o veľkosti záťaže (v tomto prípade o krútiacom momente) elektrickými metódami riadením prúdu, výkonu, sklzu, fázového uhla atď. spotrebovaného hnacím motorom.
Na obr. 1 a znázorňuje obvod na sledovanie prúdového zaťaženia statora indukčného motora. Napätie úmerné prúdu I statora elektromotora, odstráneného zo sekundárneho vinutia prúdového transformátora TA, usmernené a napájané na slaboprúd elektromagnetické relé K, ktorého nastavená hodnota sa nastavuje potenciometrom R2. Na obídenie sekundárneho vinutia transformátora, ktorý musí pracovať v režime skratu, je potrebný nízkoodporový odpor R1.
Obrázok 1. Schéma sledovania zaťaženia elektromotora prúdom statora
Na riadenie prúdu statora sa používajú rýchločinné ochranné prúdové relé popísané v kap. 7. Prúd statora súvisí s krútiacim momentom hriadeľa hriadeľa motora nelineárnou tvarovou závislosťou
kde Azn — menovitý prúd statora, Mn — menovitý krútiaci moment, βo =AzO/Azn-násobok kľudového prúdu.
Táto závislosť je graficky znázornená na obr. 1, b (krivka 1). Z grafu je zrejmé, že pri nízkych zaťaženiach sa statorový prúd elektromotora mení veľmi mierne a zaťaženie v tejto oblasti nie je možné upraviť.Okrem toho prúd statora závisí nielen od krútiaceho momentu, ale aj od sieťového napätia. Pri poklese sieťového napätia sa mení závislosť 1(M) (krivka 2), čo vnáša chybu do činnosti obvodu.
Statorový prúd elektromotora je geometrický súčet prúdu naprázdno a zníženého prúdu rotora:
Pri zmene záťaže sa mení prúd I2 ' Prúd naprázdno je prakticky nezávislý od záťaže. Preto na zvýšenie citlivosti zariadení na reguláciu malej záťaže je potrebné kompenzovať prúd naprázdno, ktorý je väčšinou indukčný.
V elektromotoroch s nízkym výkonom je v obvode statora zahrnutá skupina kondenzátorov C (bodkované čiary na obr. 1, a), ktorý generuje vedúci prúd , V dôsledku toho elektromotor spotrebuje zo siete prúd rovnajúci sa redukovanému prúdu. rotorového prúdu a závislosť 1 (M) sa stáva takmer lineárnou (krivka 3 na obr. 1, b). Nevýhodou tejto metódy je väčšia závislosť charakteristiky záťaže od kolísania sieťového napätia.
V elektromotoroch s vyšším výkonom sa kondenzátorová banka stáva objemnou a drahou. V tomto prípade je účelnejšie kompenzovať prúd naprázdno v sekundárnom obvode prúdového transformátora (obr. 2).
Obrázok 2. Relé riadenia záťaže s kompenzáciou prúdu naprázdno
Obvod používa transformátor, ktorý má dve primárne vinutia: prúd W1 a napätie W2. V obvode vinutia napätia je zahrnutý kondenzátor C, ktorý posúva fázu prúdu o 90 ° k drôtu.Parametre transformátora sú zvolené tak, aby magnetizačná sila vinutia W2 kompenzovala tú zložku magnetizačnej sily vinutia W1, ktorá súvisí s prúdom elektromotora naprázdno. Výsledkom je, že napätie na výstupe sekundárneho vinutia W3 je úmerné prúdu rotora a záťažovému momentu. Toto napätie je usmernené a privedené na elektromagnetické relé K.
V riadiacich systémoch strojov sa používajú vysoko citlivé záťažové relé, ktoré majú výraznú reléovú závislosť výstupného napätia na krútiacom momente záťaže (obr. 3, b). Obvod takéhoto relé (obr. 3, a) má prúdový transformátor TA a napäťový transformátor TV, ktorého výstupné napätie je zapnuté v opačných smeroch.
Obrázok 3. Vysoko citlivé relé riadenia záťaže
Ak je prúd naprázdno kompenzovaný napríklad kondenzátorovou bankou C, výstupné napätie obvodu je
kde Kta, Ktv- prevodné faktory prúdových a napäťových transformátorov, U1 — napätie vo fáze motora.
Zmenou Kta alebo Ktv je možné nakonfigurovať obvod tak, aby pre daný moment Mav bolo výstupné napätie minimálne. Potom akákoľvek odchýlka režimu od daného spôsobí prudkú zmenu U out a spustí relé K.
Podobné schémy sa používajú na riadenie momentu kontaktu brúsneho kotúča s obrobkom pri prechode z rýchleho priblíženia brúsnej hlavy k pracovnému posuvu.
Záťažové relé, založené na riadení výkonu spotrebovaného asynchrónnym elektromotorom zo siete, pracujú presnejšie. Takéto relé majú lineárnu charakteristiku, ktorá sa nemení s kolísaním sieťového napätia.
Napätie úmerné spotrebe energie sa získa vynásobením napätia a prúdu statora indukčného motora. Na to sa používajú záťažové relé založené na nelineárnych prvkoch s kvadratickými voltampérovými charakteristikami-kvadrátormi. Princíp činnosti takýchto relé je založený na identite (a + b)2 — (a — b)2 = 4ab.
Relé záťaže je znázornené na obr. 4.
Obrázok 4. Relé spotreby energie
Prúdový transformátor TA zaťažený na rezistore RT a napäťový transformátor TV tvoria na sekundárnych vinutiach napätia úmerné prúdu a fázovému napätiu elektromotora. Napäťový transformátor má dve sekundárne vinutia, na ktorých sú vytvorené rovnaké napätia -Un a +Un, fázovo posunuté o 180°.
Súčet a rozdiel napätí sú usmerňované fázovo citlivým obvodom pozostávajúcim z prispôsobených transformátorov T1 a T2 a diódového mostíka a sú privádzané do kvadrátov A1 a A2 vyrobených podľa princípu lineárnej aproximácie.
Štvorhrany obsahujú odpory R1 — R4 a R5 — R8 a ventily uzamknuté referenčným napätím prevzatým z deličov R9, R10. Keď sa vstupné napätie zvyšuje, ventily sa postupne otvárajú a nové odpory zapojené paralelne s odpormi R1 alebo R5 sú uvedené do činnosti. V dôsledku toho má prúdovo-napäťová charakteristika štvoruholníka tvar paraboly, čím je zabezpečená kvadratická závislosť prúdu na vstupnom napätí.Výstupné elektromechanické relé K je vztiahnuté na rozdiel medzi prúdmi dvoch štvorcov, ktoré sú spojené s rozdielom medzi prúdmi dvoch štvorcov. a v súlade so základnou identitou je prúd v jeho cievke úmerný výkonu spotrebovaného elektromotorom zo siete.Pri správnom nastavení kvadrantov má výkonové relé chybu menšiu ako 2 %.
Špeciálnu triedu tvoria impulzné časové impulzné relé s dvojitou moduláciou, ktoré sú čoraz bežnejšie. V takýchto relé je napätie úmerné prúdu motora privádzané do modulátora šírky impulzov, ktorý generuje impulzy, ktorých trvanie je úmerné meranému prúdu: τ = K1Az ... Tieto impulzy sú privádzané do amplitúdového modulátora riadeného sieťovým napätím. .
V dôsledku toho sa amplitúda impulzov ukáže ako úmerná napätiu na statore elektromotora: Um = K2U. Priemerná hodnota napätia po dvojitej modulácii je úmerná prúdovej a napäťovej indukcii: Ucf = fK1К2TU, kde f je modulačná frekvencia. Takéto výkonové relé majú chybu nie väčšiu ako 1,5%.
Zmena mechanického zaťaženia hriadeľa indukčného motora vedie k zmene fázy prúdu statora vzhľadom na sieťové napätie. Keď sa zaťaženie zvyšuje, fázový uhol klesá. To vám umožňuje zostaviť záťažové relé na základe fázovej metódy. Vo väčšine prípadov relé reagujú na faktor kosínusového alebo fázového uhla. Svojimi vlastnosťami sú takéto relé blízke výkonovým relé, ale ich konštrukcia je oveľa jednoduchšia.
Ak z obvodu vylúčime kvadranty A1 a A2 (pozri obr. 4) a v ňom zodpovedajúce transformátory T1 a T2, nahradíme odpormi, potom bude napätie medzi bodmi a a b úmerné cosfi, ktoré sa tiež mení v závislosti od zaťaženie motora. Elektromechanické relé K, zapojené v bodoch a a b obvodu, umožňuje ovládať danú úroveň zaťaženia elektromotora.Nevýhodou zjednodušenia obvodu je zvýšená chyba spojená so zmenou sieťového napätia.