Dispositivos eléctricos para el control de cargas, fuerzas y momentos en máquinas de corte de metales

Durante la operación de equipos automatizados, se hace necesario controlar la carga, es decir, los esfuerzos y momentos que actúan en los elementos de máquinas y máquinas. Esto evita daños en piezas individuales o sobrecargas inaceptables de motores eléctricos, le permite elegir el modo óptimo de funcionamiento de las máquinas, realizar un análisis estadístico de las condiciones de funcionamiento, etc.

Dispositivos de control de carga mecánica

Muy a menudo, los dispositivos de control de carga se basan en un principio mecánico. En la cadena cinemática de la máquina se incluye un elemento elástico cuya deformación es proporcional a la carga aplicada. Superar un cierto nivel de carga activa un microinterruptor conectado al elemento elástico a través de un enlace cinemático. Los dispositivos de control de carga con acoplamientos de levas, bolas o rodillos se utilizan ampliamente en la industria de las máquinas herramienta.Se utilizan en dispositivos de sujeción, llaves y otros casos en los que el accionamiento eléctrico funciona en una parada brusca.

Dispositivos de control de carga eléctrica

La presencia de un elemento elástico sensible en la cadena cinemática reduce la rigidez global del accionamiento electromecánico y empeora sus características dinámicas. Por ello, intentan obtener información sobre la magnitud de la carga (en este caso, el par) por métodos eléctricos controlando la corriente, potencia, deslizamiento, ángulo de fase, etc. consumidos por el motor de accionamiento.

En la Fig. 1 y muestra un circuito para monitorear la carga actual en el estator del motor de inducción. Voltaje proporcional a la corriente I el estator del motor eléctrico, extraído del devanado secundario del transformador de corriente TA, rectificado y alimentado a una baja corriente relé electromagnético K, cuyo valor nominal se ajusta mediante el potenciómetro R2. Se requiere una resistencia R1 de baja resistencia para derivar el devanado secundario del transformador, que debe operar en modo de cortocircuito.

Figura 1. Esquema para monitorear la carga del motor eléctrico por corriente del estator.

Para controlar la corriente del estator, los relés de corriente de protección de acción rápida descritos en el cap. 7. La corriente del estator está relacionada con el par del eje del motor por una dependencia de forma no lineal

donde Azn — corriente nominal del estator, Mn — par nominal, βo =AzO/Azn-multiplicidad de la corriente inactiva.

Esta dependencia se muestra gráficamente en la Fig. 1, b (curva 1). El gráfico muestra que con cargas bajas, la corriente del estator del motor eléctrico cambia muy poco y es imposible ajustar la carga en esta área.Además, la corriente del estator depende no solo del par, sino también de la tensión de red. Cuando la tensión de red disminuye, cambia la dependencia 1(M) (curva 2), lo que introduce un error en el funcionamiento del circuito.

La corriente del estator de un motor eléctrico es la suma geométrica de la corriente sin carga y la corriente del rotor reducida:

Cuando cambia la carga, cambia la corriente I2 ' La corriente sin carga es prácticamente independiente de la carga. Por lo tanto, para aumentar la sensibilidad de los dispositivos de control de carga pequeña, es necesario compensar la corriente sin carga, que en su mayoría es inductiva.

En los motores eléctricos de baja potencia, el grupo de capacitores C está incluido en el circuito del estator (líneas punteadas en la Fig. 1, a), lo que genera una corriente principal.Como resultado, el motor eléctrico consume de la red una corriente igual a la reducida corriente del rotor, y la dependencia 1 (M) se vuelve casi lineal (curva 3 en la Fig. 1, b). Una desventaja de este método es la mayor dependencia de las características de carga de las fluctuaciones en el voltaje de la red.

En los motores eléctricos de mayor potencia, la batería de capacitores se vuelve voluminosa y costosa. En este caso, es más conveniente compensar la corriente sin carga en el circuito secundario del transformador de corriente (Fig. 2).

Figura 2. Relé de control de carga con compensación de corriente sin carga

El circuito utiliza un transformador que tiene dos devanados primarios: corriente W1 y voltaje W2. Se incluye un capacitor C en el circuito de devanado de voltaje, que cambia la fase de la corriente en 90 ° con respecto al cable.Los parámetros del transformador se eligen de modo que la fuerza de magnetización del devanado W2 compense la componente de la fuerza de magnetización del devanado W1 que está relacionada con la corriente sin carga del motor eléctrico. Como resultado, el voltaje a la salida del devanado secundario W3 es proporcional a la corriente del rotor y al par de carga. Este voltaje se rectifica y se aplica al relé electromagnético K.

En los sistemas de control de máquinas, se utilizan relés de carga altamente sensibles, que tienen una dependencia pronunciada del relé del voltaje de salida en el par de la carga (Fig. 3, b). El circuito de dicho relé (Fig. 3, a) tiene un transformador de corriente TA y un transformador de voltaje TV, cuyo voltaje de salida se enciende en direcciones opuestas.

Figura 3. Relé de control de carga de alta sensibilidad

Si la corriente sin carga se compensa, por ejemplo, con el banco de capacitores C, el voltaje de salida del circuito es

donde Kta, Ktv- factores de conversión de transformadores de corriente y voltaje, U1 - voltaje en la fase del motor.

Al cambiar Kta o Ktv, es posible configurar el circuito para que, para un par Mav dado, el voltaje de salida sea mínimo. Luego, cualquier desviación del modo del dado provocará un cambio brusco de U y activará el relé K.

Se utilizan esquemas similares para controlar el momento de contacto del disco abrasivo con la pieza de trabajo durante la transición del acercamiento rápido del cabezal abrasivo al avance de trabajo.

Los relés de carga, basados ​​en el control de la potencia consumida por el motor eléctrico asíncrono de la red, funcionan con mayor precisión. Dichos relés tienen una característica lineal que no cambia con las fluctuaciones en el voltaje de la red.

El voltaje proporcional al consumo de energía se obtiene multiplicando el voltaje y la corriente del estator del motor de inducción. Para ello se utilizan relés de carga basados ​​en elementos no lineales con característica-cuadradores cuadráticos voltamperios. El principio de funcionamiento de tales relés se basa en la identidad (a + b)2 — (a — b)2 = 4ab.

El relé de carga se muestra en la fig. 4.

Figura 4. Relé de consumo de energía

El transformador de corriente TA cargado en la resistencia RT y el transformador de tensión TV forman en los devanados secundarios tensiones proporcionales a la corriente y tensión de fase del motor eléctrico. El transformador de tensión tiene dos devanados secundarios en los que se forman tensiones iguales -Un y +Un, desfasadas 180 °.

La suma y la diferencia de los voltajes se rectifican mediante un circuito sensible a la fase que consta de transformadores de adaptación T1 y T2 y un puente de diodos, y se alimentan a los cuadrados A1 y A2 hechos según el principio de aproximación lineal.

Los cuadrados contienen resistencias R1 — R4 y R5 — R8 y válvulas bloqueadas por el voltaje de referencia tomado de los divisores R9, R10. A medida que aumenta el voltaje de entrada, las válvulas se abren a su vez y se ponen en acción nuevas resistencias conectadas en paralelo con las resistencias R1 o R5. Como resultado, la característica corriente-voltaje del cuadrilátero tiene forma de parábola, lo que asegura la dependencia cuadrática de la corriente con el voltaje de entrada.El relé electromecánico de salida K está relacionado con la diferencia entre las corrientes de los dos cuadrados, y de acuerdo con la identidad básica, la corriente en su bobina es proporcional a la potencia consumida por el motor eléctrico de la red.Con la configuración correcta de los cuadrantes, el relé de potencia tiene un error de menos del 2%.

Una clase especial la forman los relés de pulsos de tiempo de pulso con doble modulación, que son cada vez más comunes. En dichos relés, un voltaje proporcional a la corriente del motor se alimenta a un modulador de ancho de pulso, que genera pulsos cuya duración es proporcional a la corriente medida: τ = K1Az ... Estos pulsos se alimentan a un modulador de amplitud controlado por el voltaje de la red. .

Como resultado, la amplitud de los pulsos resulta ser proporcional al voltaje en el estator del motor eléctrico: Um = K2U. El valor medio de la tensión después de la doble modulación es proporcional a la inducción de corriente y tensión: Ucf = fK1К2TU, donde f es la frecuencia de modulación. Dichos relés de potencia tienen un error de no más del 1,5%.

Un cambio en la carga mecánica en el eje del motor de inducción conduce a un cambio en la fase de la corriente del estator con respecto a la tensión de red. A medida que aumenta la carga, el ángulo de fase disminuye. Esto le permite construir un relé de carga basado en el método de fase. En la mayoría de los casos, los relés responden al factor coseno o ángulo de fase. Por sus características, estos relés están cerca de los relés de potencia, pero su diseño es mucho más simple.

Si excluimos los cuadrantes A1 y A2 del circuito (ver Fig. 4) y los transformadores correspondientes T1 y T2, reemplácelos con resistencias, entonces el voltaje entre los puntos a y b será proporcional a cosfi, que también cambia dependiendo de la carga del motor. El relé electromecánico K, conectado en los puntos ayb del circuito, le permite controlar un determinado nivel de carga en el motor eléctrico.La desventaja de la simplificación del circuito es el mayor error asociado con un cambio en el voltaje de línea.