Appareils électriques pour la surveillance des charges, des forces et des moments dans les machines à couper les métaux

Lors du fonctionnement d'équipements automatisés, il devient nécessaire de contrôler la charge, c'est-à-dire les efforts et les moments agissant dans les éléments des machines et des machines. Cela évite d'endommager des pièces individuelles ou une surcharge inacceptable des moteurs électriques, vous permet de choisir le mode de fonctionnement optimal des machines, d'effectuer une analyse statistique des conditions de fonctionnement, etc.

Dispositifs de contrôle de charge mécanique

Très souvent, les dispositifs de contrôle de charge sont basés sur un principe mécanique. Un élément élastique est inclus dans la chaîne cinématique de la machine, dont la déformation est proportionnelle à la charge appliquée. Le dépassement d'un certain niveau de charge déclenche un micro-interrupteur relié à l'élément élastique via une liaison cinématique. Les dispositifs de contrôle de charge avec accouplements à came, à billes ou à rouleaux sont largement utilisés dans l'industrie des machines-outils.Ils sont utilisés dans les dispositifs de serrage, les clés et autres cas où l'entraînement électrique fonctionne sur un arrêt dur.

Dispositifs de contrôle de charge électrique

La présence d'un élément élastique sensible dans la chaîne cinématique réduit la raideur globale de l'entraînement électromécanique et détériore ses caractéristiques dynamiques. Par conséquent, ils essaient d'obtenir des informations sur l'amplitude de la charge (dans ce cas, le couple) par des méthodes électriques en contrôlant le courant, la puissance, le glissement, l'angle de phase, etc. consommé par le moteur d'entraînement.

En figue. 1 et montre un circuit de surveillance de la charge de courant sur le stator du moteur à induction. Tension proportionnelle au courant I du stator du moteur électrique, retiré de l'enroulement secondaire du transformateur de courant TA, redressé et alimenté à un courant faible relais électromagnétique K dont la valeur de consigne est réglée par le potentiomètre R2. Une résistance de faible résistance R1 est nécessaire pour contourner l'enroulement secondaire du transformateur, qui doit fonctionner en mode court-circuit.

Figure 1. Schéma de surveillance de la charge du moteur électrique par courant de stator

Pour contrôler le courant stator, les relais de courant de protection à action rapide décrits au chap. 7. Le courant du stator est lié au couple de l'arbre du moteur par une dépendance de forme non linéaire

où Azn — courant nominal du stator, Mn — couple nominal, βo =AzO/Azn-multiplicité du courant de repos.

Cette dépendance est représentée graphiquement sur la Fig. 1, b (courbe 1). Le graphique montre qu'à faible charge, le courant stator du moteur électrique change très légèrement et qu'il est impossible d'ajuster la charge dans cette zone.De plus, le courant du stator dépend non seulement du couple, mais également de la tension du secteur. Lorsque la tension secteur diminue, la dépendance 1(M) change (courbe 2), ce qui introduit une erreur dans le fonctionnement du circuit.

Le courant stator d'un moteur électrique est la somme géométrique du courant à vide et du courant rotor réduit :

Lorsque la charge change, le courant change I2 ' Le courant à vide est pratiquement indépendant de la charge. Par conséquent, pour augmenter la sensibilité des petits dispositifs de contrôle de charge, il est nécessaire de compenser le courant à vide, qui est principalement inductif.

Dans les moteurs électriques de faible puissance, le groupe de condensateurs C est inclus dans le circuit du stator (lignes pointillées sur la Fig. 1, a), qui génère un courant de tête.En conséquence, le moteur électrique consomme du réseau un courant égal au réduit courant du rotor et la dépendance 1 (M) devient presque linéaire (courbe 3 sur la Fig. 1, b). Un inconvénient de cette méthode est la plus forte dépendance des caractéristiques de charge aux fluctuations de la tension du réseau.

Dans les moteurs électriques de plus forte puissance, la batterie de condensateurs devient volumineuse et coûteuse. Dans ce cas, il est plus opportun de compenser le courant à vide dans le circuit secondaire du transformateur de courant (Fig. 2).

Figure 2. Relais de contrôle de charge avec compensation de courant à vide

Le circuit utilise un transformateur qui a deux enroulements primaires : le courant W1 et la tension W2. Un condensateur C est inclus dans le circuit d'enroulement de tension, qui décale la phase du courant de 90° vers le fil.Les paramètres du transformateur sont choisis pour que la force magnétisante de l'enroulement W2 compense la composante de la force magnétisante de l'enroulement W1 qui est liée au courant à vide du moteur électrique. Par conséquent, la tension à la sortie de l'enroulement secondaire W3 est proportionnelle au courant du rotor et au couple de charge. Cette tension est redressée et appliquée au relais électromagnétique K.

Dans les systèmes de commande de machines, des relais de charge très sensibles sont utilisés, qui ont une dépendance de relais prononcée de la tension de sortie sur le couple de la charge (Fig. 3, b). Le circuit d'un tel relais (Fig. 3, a) comporte un transformateur de courant TA et un transformateur de tension TV, dont la tension de sortie est activée dans des directions opposées.

Figure 3. Relais de contrôle de charge haute sensibilité

Si le courant à vide est compensé par exemple par la batterie de condensateurs C, la tension de sortie du circuit est

où Kta, Ktv- facteurs de conversion des transformateurs de courant et de tension, U1 - tension dans la phase du moteur.

En changeant Kta ou Ktv, il est possible de configurer le circuit pour que pour un couple Mav donné la tension de sortie soit minimale. Ensuite, tout écart du mode par rapport à celui donné provoquera un changement brusque de U et déclenchera le relais K.

Des schémas similaires sont utilisés pour contrôler le moment de contact du disque de meulage avec la pièce lors du passage de l'approche rapide de la tête de meulage à l'avance de travail.

Les relais de charge, basés sur le contrôle de la puissance consommée par le moteur électrique asynchrone à partir du réseau, fonctionnent plus précisément. Ces relais ont une caractéristique linéaire qui ne change pas avec les fluctuations de la tension secteur.

La tension proportionnelle à la puissance consommée est obtenue en multipliant la tension et le courant du stator du moteur à induction. Pour cela, des relais de charge basés sur des éléments non linéaires avec des quadrateurs caractéristiques volt-ampère quadratiques sont utilisés. Le principe de fonctionnement de tels relais est basé sur l'identité (a + b)2 — (a — b)2 = 4ab.

Le relais de charge est illustré à la fig. 4.

Figure 4. Relais de consommation électrique

Le transformateur de courant TA chargé sur la résistance RT et le transformateur de tension TV forme sur les enroulements secondaires des tensions proportionnelles au courant et à la tension de phase du moteur électrique. Le transformateur de tension comporte deux enroulements secondaires sur lesquels se forment des tensions égales -Un et +Un, déphasées de 180 °.

La somme et la différence des tensions sont redressées par un circuit sensible à la phase composé de transformateurs d'adaptation T1 et T2 et d'un pont de diodes, et sont envoyées aux carrés A1 et A2 réalisés selon le principe de l'approximation linéaire.

Les carrés contiennent des résistances R1 - R4 et R5 - R8 et des vannes verrouillées par la tension de référence prélevée sur les diviseurs R9, R10. Lorsque la tension d'entrée augmente, les vannes s'ouvrent à leur tour et de nouvelles résistances connectées en parallèle avec les résistances R1 ou R5 sont mises en action. En conséquence, la caractéristique courant-tension du quadrilatère a la forme d'une parabole, ce qui assure la dépendance quadratique du courant sur la tension d'entrée.Le relais électromécanique de sortie K est lié à la différence entre les courants des deux carrés, et conformément à l'identité de base, le courant dans sa bobine est proportionnel à la puissance consommée par le moteur électrique à partir du réseau.Avec le bon réglage des quadrants, le relais de puissance a une erreur inférieure à 2 %.

Une classe spéciale est formée par les relais d'impulsions temporisées à double modulation, qui deviennent de plus en plus courants. Dans de tels relais, une tension proportionnelle au courant du moteur est envoyée à un modulateur de largeur d'impulsion, qui génère des impulsions dont la durée est proportionnelle au courant mesuré : τ = K1Az ... Ces impulsions sont envoyées à un modulateur d'amplitude commandé par la tension du secteur .

De ce fait, l'amplitude des impulsions s'avère proportionnelle à la tension au stator du moteur électrique : Um = K2U. La valeur moyenne de la tension après double modulation est proportionnelle à l'induction de courant et de tension : Ucf = fK1К2TU, où f est la fréquence de modulation. Ces relais de puissance ont une erreur ne dépassant pas 1,5%.

Une modification de la charge mécanique sur l'arbre du moteur à induction entraîne une modification de la phase du courant statorique par rapport à la tension secteur. Lorsque la charge augmente, l'angle de phase diminue. Cela vous permet de construire un relais de charge basé sur la méthode de phase. Dans la plupart des cas, les relais répondent au cosinus ou au facteur d'angle de phase. De par leurs caractéristiques, de tels relais sont proches des relais de puissance, mais leur conception est beaucoup plus simple.

Si nous excluons les quadrants A1 et A2 du circuit (voir Fig. 4) et les transformateurs correspondants T1 et T2, les remplacer par des résistances, alors la tension entre les points a et b sera proportionnelle à cosfi, qui change également en fonction de la charge du moteur. Le relais électromécanique K, connecté aux points a et b du circuit, permet de contrôler un niveau de charge donné sur le moteur électrique.L'inconvénient de la simplification du circuit est l'erreur accrue associée à un changement de tension de ligne.