Thiết bị điện giám sát tải trọng, lực và mômen trong máy cắt kim loại

Trong quá trình vận hành thiết bị tự động, cần phải kiểm soát tải, nghĩa là nỗ lực và thời điểm tác động lên các phần tử của máy móc và máy móc. Điều này ngăn ngừa hư hỏng cho các bộ phận riêng lẻ hoặc quá tải động cơ điện không thể chấp nhận được, cho phép bạn chọn chế độ vận hành máy tối ưu, thực hiện phân tích thống kê về điều kiện vận hành, v.v.

Thiết bị kiểm soát tải cơ học

Các thiết bị kiểm soát tải thường dựa trên nguyên tắc cơ học. Một phần tử đàn hồi được bao gồm trong chuỗi động học của máy, độ biến dạng của phần tử này tỷ lệ thuận với tải trọng tác dụng. Vượt quá một mức tải nhất định sẽ kích hoạt một công tắc vi mô được kết nối với phần tử đàn hồi thông qua liên kết động học. Các thiết bị điều khiển tải có khớp nối cam, bi hoặc con lăn được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp máy công cụ.Chúng được sử dụng trong các thiết bị kẹp, cờ lê và các trường hợp khác mà ổ điện hoạt động trên một điểm dừng cứng.

Thiết bị kiểm soát phụ tải điện

Sự hiện diện của một phần tử đàn hồi nhạy cảm trong chuỗi động học làm giảm độ cứng tổng thể của truyền động cơ điện và làm xấu đi các đặc tính động của nó. Do đó, họ cố gắng lấy thông tin về độ lớn của tải (trong trường hợp này là mô-men xoắn) thông qua các phương pháp điện bằng cách kiểm soát dòng điện, công suất, độ trượt, góc pha, v.v. được tiêu thụ bởi động cơ truyền động.

Trong bộ lễ phục. 1 và trình bày mạch theo dõi dòng tải trên stato của động cơ cảm ứng. Điện áp tỷ lệ với dòng điện I stato của động cơ điện, được tháo ra khỏi cuộn thứ cấp của máy biến dòng TA, được chỉnh lưu và cấp cho dòng điện thấp rơle điện từ K, giá trị cài đặt được điều chỉnh bằng chiết áp R2. Cần có một điện trở R1 có điện trở thấp để đi vòng qua cuộn thứ cấp của máy biến áp, cuộn dây này phải hoạt động ở chế độ ngắn mạch.

Hình 1. Sơ đồ giám sát tải của động cơ điện bằng dòng điện stator

Để điều khiển dòng điện stator, rơle dòng điện bảo vệ tác động nhanh được mô tả trong ch. 7. Dòng điện stato có liên quan đến mô-men xoắn trục của trục động cơ bởi sự phụ thuộc hình dạng phi tuyến tính

trong đó Azn - dòng điện định mức của stato, Mn - mô men xoắn định mức, βo =AzO/Azn-bội số của dòng điện không tải.

Sự phụ thuộc này được thể hiện bằng đồ họa trong Hình. 1, b (đường cong 1). Biểu đồ cho thấy ở mức tải thấp, dòng điện stato của động cơ điện thay đổi rất ít và không thể điều chỉnh tải trong khu vực này.Ngoài ra, dòng điện stato không chỉ phụ thuộc vào mô-men xoắn mà còn phụ thuộc vào điện áp nguồn. Khi điện áp lưới giảm, sự phụ thuộc 1(M) thay đổi (đường cong 2), điều này gây ra lỗi trong hoạt động của mạch.

Dòng điện stato của động cơ điện là tổng hình học của dòng điện không tải và dòng điện rôto giảm:

Khi tải thay đổi, dòng điện thay đổi I2 ' Dòng không tải thực tế không phụ thuộc vào tải. Do đó, để tăng độ nhạy của các thiết bị điều khiển tải nhỏ, cần phải bù dòng không tải, phần lớn là dòng điện cảm.

Trong động cơ điện công suất thấp, tụ điện nhóm C được bao gồm trong mạch stato (các đường chấm trong Hình 1, a), tạo ra dòng điện dẫn. dòng điện rôto và sự phụ thuộc 1 (M) trở nên gần như tuyến tính (đường cong 3 trong Hình 1, b). Một nhược điểm của phương pháp này là sự phụ thuộc nhiều hơn của các đặc tính tải vào sự dao động của điện áp mạng.

Trong động cơ điện có công suất cao hơn, tụ điện trở nên cồng kềnh và đắt tiền. Trong trường hợp này, tốt hơn là bù dòng không tải trong mạch thứ cấp của máy biến dòng (Hình 2).

Hình 2. Rơ le điều khiển tải có bù dòng không tải

Mạch sử dụng một máy biến áp có hai cuộn sơ cấp: dòng điện W1 và điện áp W2. Một tụ điện C được bao gồm trong mạch cuộn dây điện áp, làm lệch pha của dòng điện một góc 90° so với dây dẫn.Các thông số của máy biến áp được chọn sao cho lực từ hóa của cuộn dây W2 bù thành phần lực từ hóa của cuộn dây W1 có liên quan đến dòng điện không tải của động cơ điện. Kết quả là, điện áp ở đầu ra của cuộn thứ cấp W3 tỷ lệ thuận với dòng điện rôto và mômen tải. Điện áp này được chỉnh lưu và cấp cho rơle điện từ K.

Trong các hệ thống điều khiển máy, các rơle tải có độ nhạy cao được sử dụng, có sự phụ thuộc rơle rõ rệt của điện áp đầu ra vào mômen xoắn của tải (Hình 3, b). Mạch của rơle như vậy (Hình 3, a) có máy biến dòng TA và máy biến áp TV, điện áp đầu ra của chúng được bật ngược chiều nhau.

Hình 3. Rơle điều khiển tải có độ nhạy cao

Nếu dòng không tải được bù chẳng hạn bằng tụ điện C thì điện áp ra của mạch là

trong đó Kta, Ktv- hệ số biến đổi của máy biến dòng và biến điện áp, U1 - điện áp trong pha động cơ.

Bằng cách thay đổi Kta hoặc Ktv, có thể cấu hình mạch sao cho với một mô-men xoắn Mav nhất định, điện áp đầu ra là nhỏ nhất. Sau đó, bất kỳ sai lệch nào của chế độ so với chế độ đã cho sẽ gây ra sự thay đổi đột ngột của U và kích hoạt rơle K.

Các sơ đồ tương tự được sử dụng để kiểm soát thời điểm tiếp xúc của đĩa mài với phôi trong quá trình chuyển đổi từ cách tiếp cận nhanh chóng của đầu mài sang nguồn cấp dữ liệu làm việc.

Rơle tải, dựa trên việc kiểm soát công suất tiêu thụ của động cơ điện không đồng bộ từ mạng, hoạt động chính xác hơn. Các rơle như vậy có đặc tính tuyến tính không thay đổi theo sự dao động của điện áp lưới.

Điện áp tỷ lệ thuận với công suất tiêu thụ thu được bằng cách nhân điện áp và dòng điện của stato của động cơ cảm ứng. Đối với điều này, các rơle tải dựa trên các phần tử phi tuyến tính với các đặc tính vôn-ampe bậc hai được sử dụng. Nguyên tắc hoạt động của các rơle như vậy dựa trên danh tính (a + b)2 — (a — b)2 = 4ab.

Rơle tải được hiển thị trong hình. 4.

Hình 4. Rơ le tiêu thụ điện năng

Biến dòng TA nạp trên điện trở RT và biến điện áp TV tạo thành trên cuộn thứ cấp điện áp tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện và điện áp pha của động cơ điện. Máy biến điện áp có hai cuộn dây thứ cấp trên đó hình thành các điện áp bằng nhau -Un và +Un, lệch pha 180 °.

Tổng và chênh lệch của điện áp được chỉnh lưu bằng mạch nhạy pha bao gồm các máy biến áp phù hợp T1 và T2 và cầu đi-ốt, đồng thời được cấp cho các bộ bình phương A1 và A2 được chế tạo theo nguyên tắc xấp xỉ tuyến tính.

Các bình phương chứa các điện trở R1 — R4 và R5 — R8 và các van bị khóa bởi điện áp tham chiếu lấy từ các bộ chia R9, R10. Khi điện áp đầu vào tăng lên, các van lần lượt mở ra và các điện trở mới được nối song song với các điện trở R1 hoặc R5 được đưa vào hoạt động. Do đó, đặc tính dòng điện-điện áp của tứ giác có dạng parabol, đảm bảo sự phụ thuộc bậc hai của dòng điện vào điện áp đầu vào.Rơle điện cơ đầu ra K có liên quan đến sự khác biệt giữa dòng điện của hai hình vuông, và theo nhận dạng cơ bản, dòng điện trong cuộn dây của nó tỷ lệ thuận với công suất tiêu thụ của động cơ điện từ lưới điện.Với việc cài đặt chính xác các góc phần tư, rơle nguồn có sai số dưới 2%.

Một lớp đặc biệt được hình thành bởi các rơle xung thời gian xung với điều chế kép, ngày càng trở nên phổ biến. Trong các rơle như vậy, điện áp tỷ lệ với dòng điện của động cơ được cấp cho bộ điều chế độ rộng xung, bộ điều biến này tạo ra các xung có thời lượng tỷ lệ với dòng điện đo được: τ = K1Az ... Các xung này được cấp cho bộ điều biến biên độ được điều khiển bởi điện áp lưới .

Kết quả là, biên độ của các xung tỷ lệ thuận với điện áp trên stato của động cơ điện: Um = K2U. Giá trị trung bình của điện áp sau điều chế kép tỷ lệ với cường độ dòng điện và điện áp cảm ứng: Ucf = fK1К2TU, trong đó f là tần số điều chế. Rơ le công suất như vậy có sai số không quá 1,5%.

Sự thay đổi tải trọng cơ học trên trục động cơ cảm ứng dẫn đến sự thay đổi pha của dòng điện stato so với điện áp nguồn. Khi tải tăng, góc pha giảm. Điều này cho phép bạn xây dựng một rơle tải dựa trên phương pháp pha. Trong hầu hết các trường hợp, rơle phản ứng với hệ số cosin hoặc góc pha. Theo đặc điểm của chúng, các rơle như vậy gần với rơle nguồn, nhưng thiết kế của chúng đơn giản hơn nhiều.

Nếu chúng ta loại bỏ các góc phần tư A1 và A2 khỏi mạch (xem Hình 4) và các máy biến áp T1 và T2 tương ứng trong đó, thay thế bằng các điện trở, thì điện áp giữa các điểm a và b sẽ tỷ lệ thuận với cosfi, cũng thay đổi tùy thuộc vào tải động cơ. Rơle điện cơ K, được kết nối tại các điểm a và b của mạch, cho phép bạn điều khiển một mức tải nhất định trên động cơ điện.Nhược điểm của việc đơn giản hóa mạch là sai số gia tăng liên quan đến sự thay đổi điện áp đường dây.