Sisteme Automate de Actionare Electromecanica

Sisteme automate de acionare electromecanic

3

1. PRINCIPII PRIVIND COMANDA AUTOMATSECVENIAL A ACIONRILOR

ELECTROMECANICE

Documentaia tehnic desenat specific pentru instalaiile elctrotehnice (scheme, diagrame, tabele) este elaborat conform unor normative specifice iservete la proiectarea, executarea, montarea i ntreinerea instalaiilor respective.

1.1. Clasificarea schemelor electrice

Dup scopul urmrit, schemele electrice se pot grupa n trei categorii: - scheme explicative: funcionale, de circuite, echivalente; - scheme de conexiuni: exterioare, interioare, la borne; - scheme de amplasare.

Schemele explicative permit nelegerea funcionrii sau efectuarea calculelor de proiectare a unei instalaii sau pri de instalaie.

Se disting: a) scheme funcionale (fig.1.1) care printr-o reprezentare grafic simpl

permit nelegerea principiului de funcionare a instalaiei electrice.

b) scheme de circuite (fig.1.2.) reprezint prin semne convenionale toate circuitele unei instalaii sau a unei pri din instalaie, cu conexiunile electrice i legturile care intervin n funcionarea sa permind nelegerea n detaliu a funcionrii.

c) scheme echivalente destinate

analizei sau calculului caracteristicilor unui circuit sau element de circuit.

d) scheme de conexiuni, destinate execuiei i verificrii conexiunilor unei instalaii sau echipament; aceste scheme pot fi:


4

- scheme de conexiuni exterioare (fig.1.3.a) prin care se indiclegturile electrice ntre diferite pri ale unei instalaiei: panouri de comand, tablouri de alimentare, motoare electrice, aparataj electric amplasat pe utilaj;

- scheme de conexiuni interioare (fig.1.3.b) prin care se indiclegturile electrice dintre aparatele aflate n interiorul echipamentului (panou, tablou, etc);

- scheme de conexiuni la borne (fig.1.3.c) prin care se prezint bornele unui aparat i conductoarele conectate la acestea.

Dup metoda de prezentare, clasificarea schemelor se face innd seama de: a) numrul de conductoare i aparate similare reprezentate printr-un semn

convenional unic: - reprezentare monofilar;- reprezentare multifilar;

b) corespondena ntre poziiile semnelor convenionale pe schem i dispunerea fizic a aparatelor n instalaie;

c) dispunerea relativ a semnelor convenionale corespunztoare elementelor unui aparat (fig.1.4):

- reprezentarea asamblat const n desenarea grupat a prilor componente ale unui aparat;

- reprezentarea semiasamblat const n desenarea prilor componente ale unor aparate dispersate n schem cu specificarea legturilor mecanice dintre acestea;

- reprezentarea desfurat permite reprezentarea elementelor aceluiaiaparat n diferite zone ale desenului, ntr-un mod ce permite urmrirea logic a circuitelor i nelegerea uoar a funcionrii instalaiei; toate prile componente ale unui aparat sunt notate n schem cu acelai simbol literar-numeric.

a) b) c) Fig.1.3. Scheme de conexiuni: a) schem de conexiuni exterioare; b) schem de conexiuni interioare; c) schem de conexiuni la borne;


5

1.2. Semne conven$ionale

Pentru ntocmirea schemelor electrice, elementele componente sunt reprezentate prin semne convenionale standardizate (tab.1.1). n scopul descifrrii schemelor electrice la montarea, exploatarea intreinerea utilajelor, s-a adoptat simbolizarea literal-numeric unitar prin care se stabilete un sistem coerent i flexibil de identificare a elementelor schemelor.

Reperul de identificare este format dintr-o combinaie distinct, necesarregsirii unui element ntr-o schem, diagram sau echipament. Reperul de identificare este format dintr-o combinaie de litere i cifre arabe grupate n patru blocuri (tab.1.2). El ofer informaii complete privind unitatea constructiv sau blocul n care este integrat (blocul 1), poziia fizicocupat n cadrul unui ansamblu sau subansamblu (blocul 2), categoria din care face parte, numrul de ordine din cadrul categoriei, funcia pe care o ndeplinete n schem (blocul 3) i codul de marcare a bornei (blocul 4).

Elementele din schemele electrice pot fi grupate n 23 de categorii (tab.1.3) notate prin litere majuscule ale alfabetului latin constituind codul categoriei (partea 3A din codul de identificare). Diferenierea dintre mai multe elemente din cadrul aceleiai categorii se realizeaz printr-un numr de ordine, constituind partea 3B din reperul de identificare. Funcia ndeplinit de un element n schem poate fi indicat arbitrar, dar trebuie s nceap cu o liter explicat n legenda schemei i reprezint partea 3C a reperului de identificare. De cele mai multe ori se prefer indicarea funciei generale (tab.1.4). Exemplu de reper de identificare indicat n tabelul 2 este

=S01 + 3A1 K1M:2

i se interpreteaz astfel: borna 2 a contactorului principal 1 din subansamblul A1 al ansamblului 3, care face parte din instalaia S01


6

Tabelul 1.1.

Simboluri grafice folosite n schemele de comand secvenial

Denumirea elementului Simbol conven. Denumirea elementului Simbol conven.

Rezistor

Poteniometru

Micarea ntrziat. ntrzierea are loc n sensul deplasrii sectorului ctre centrul su

Bobin. nfurare. Inductivitate a. la acionare

Bobin cu miez de fier

Contacte normal deschise ND cu temporizare b. la revenire

Condensator a. la acionare

Condensator variabil b. la revenire

a. la mas c. prin tragere

b. la pmnt

Contacte normal nchise NI cu temporizare

d. prin rotire Legare

c. la pmnt de protecie

a. contact normal nchis fr zvorre

a. normal deschis ND

Contact releu termic

b. contact normal nchis cu zvorre

Contact

b. normal nchis NI Contact de for normal nchis

a. cu contact normal deschis Contact comutator Limitator

de cursb. cu contact normal nchis

Contact cu dou poziii, cu poziie de mijloc

Priz i fi Contact pasager care se nchide la acionare

Cablu Contact pasager care se nchide la revenire


7

Tabelul 1.1. (continuare)

Contact principal al contactorului Frn

a. cu revenire Motor cu frn strns MButon cu contact normal deschis ND, acionat prin mpingere b. cu reinere

Exemple frn

Motor cu frnnefrnat M

a. cu revenire Bobin de releu sau contactor Buton cu contact normal nchis NI, acionat prin mpingere b. cu reinere a. la acionare

a. monopolar

a.1. monofilar

Bobin de releu cu temporizare

b. la revenire

b.1. monofilar

cu atragere ieliberare rapid

b. bipolar b.2. multifilar

insensibil la curent alternativ

c.1. monofilar de curent alternativ ~

ntreruptor - separator

c. tripolar c.2. multifilar polarizat P

Separator cu remanen

Comand mecanic manual cu restricie de acces termic

Comand prin buton de avarie cu ciuperc nul U=0

Comand prin pedal minim U

Comand electromecanic minim I


8

Tabelul 1.1. (continuare) Bobin releu de curent maxim temporizat I>

cu bazde tip P B2

B1E

Siguran fuzibil - simbol general

Tranzistor E - emitor B - bazC - colector

uni-jonciune

cu bazde tip N B2

B1E

a. intreruptor Cu efect de cmp P - poartD - drenS - sursSiguran

fuzibil

b. separator Fotodiod

Lamp de semnalizare Diod luminiscent

Aparat indicator (asteriscul se nlocuiete cu un simbol corespunztor) * Fototiristor

Avertizor acustic (hup) Fototranzistor

semiconductoare A K Generator Hall U FDiod

A - anod K - catod

Zener A K Curent alternativ la 50Hz ~50

simbol general A K

G

Curent alternativ trifazat cu neutru la 50Hz, 400V, 230V ntre faz ineutru

3N~50Hz400/230 Tiristor

G - grilsau poart

blocabil prin poartA K

GPerie pe colector cu lamele

Triac Perie pe inel colector

NPN B

E

CCu excitaie serie M

PNP B

E

CCu excitaie derivaie

M

Tranzistor E - emitor B - bazC - colector

NPN cu colectorul legat la capsul

Motor de curent continuu

Cu magnet permanent M


9

Tabelul 1.1. (continuare)

Generator de curent continuu cu excitaie derivaie

G Motor asincron trifazat cu rotorul n scurtcircuit

M3~

Motor cu colector, monofazat, cu excitaie serie M~

Motor asincron trifazat cu rotorul bobinat

Motor sincron trifazat MSMotor asincron trifazat cu rotorul n scurtcircuit cu ase borne de ieire pe stator

M3~

Motor asincron monofazat cu rotor cu faz auxiliar cu borne de ieire irotor n s.c.

M1~

Motor pas cu pas M

Tabelul 1.2 Structura pe blocuri a unui reper de identificare

1 2 3 4

Identificare Blocul Nivelul superior

Amplasare A

Categorii B

NumrC

Funcie

Born

Semn distinctiv = + -

Codificare A-literN-cifr

NANA... NANA... A N A(N) STAS 1063/76

Informaii furnizate

Uni

tate

asu

perio

ar

(con

stru

ctiv

sau

func

io

nal

)din

care

face

parte

elem

entu

l

Pozi

ia

fizic

ael

emen

tulu

in

cadr

ulan

sam

blul

uisa

usu

bans

ambl

ului

Cod

ulca

tego

rieid

eca

reap

ar

in

eel

emen

tul

Numr

ulde

ordi

neal

elem

entu

lui

nca

drul

cate

gorie

i

Cod

ulfu

nc

ie

in

depl

inite

deel

emen

tn

circ

uit

Cod

ulde

mar

care

abo

rnei

K 1K 1 MK 1 M :2

+ 3A -K 1 M :2 Exemple

= ISO + 3A -K 1 M :2


10

Tabelul 1.3 Litere reper pentru identificarea categoriei elementului (blocul 3A)

Nr. crt.

Grupa de aparate sau maini Simbol Exemple

1 Ansamble, subansamble funcionale AAmplificatoare cu tuburi, cu tranzistoare, magnetice, cu circuite integrate, laser

2Traductoare de mrimi neelectrice n mrimi electrice i invers

BElement thermoelectric, tahogenerator, rezolver, celul fotoelectric, doztensometric

3 Condensatoare C

4 Dispozitive diverse D Elemente logice, elemente bistabile, register de memorie, etc

5 Dispozitive diverse E Dispozitive de iluminat, dispozitive de nclzit, alte dispozitive fr simbol literal propriu

6 Dispozitive de protecie F

Sigurane, relee de protecie, declanatoare mecanice, relee centrifugale, relee de vnt, dispozitive de descrcare la supratensiune

7 Generatoare (dispozitive de alimentare) GGenerator, alternator, baterie, dispozitiv de alimentare, convertizor static, convertizor rotativ, oscilator cu cuar

8 Dispozitive de semnalizare HAvertizoare optice i acustice, lmpi de semnalizare

9Relee i contactoare (altele dect cele de protecie)

K

10 Inductane L Bobine de inducie, bobine de blocare 11 Motoare M

12 Dispozitiv de calcul, regulatoare NRegulatoare electronice ielectromecanice, calculatoare analogice i numerice

13 Instrumente de msur,dispozitive de ncercare PAparate indicatoare i nregistratoare, contoare electrice, display, oscilograf, osciloscop, ceas

14 Aparate de comutaie pentru circuite electrice de for

Q Intreruptor, separator

15 Rezistoare R Rezistor cu rezista variabil,poteniometru, reostat, unt, termistor

16 Aparate de comutaie mecanic pentru circuite electrice

S Comutator, buton de acionare, limitator de curs, termistor

17 Transformatoare T Transformator de tensiune, curent, de reea, de separare


11

18 Modulatoare, convertoare UDiscriminator, demodulator, convertor de frecven, optocuplor, convertor analog numeric i numeric analogic

19 Tuburi electronice, semiconductoare VTub electronic, tub cu descrcare n gaze, diod, tranzistor, tiristor

20 Ci de transmisie, antene W Cablu, bar, ghid de und, antenparabolic

21 Borne, fie, socluri X Fie i prize de conectare, fie de testare, reglet cu cleme terminale pentru lipit

22 Dispozitive mecanice Y Frne, ambreiaje, robinei, electromagnei, maini electrice de scris, teleimprimatoare

23 Sarcini corective, filtre, egalizatoare, limitatoare ZCompresor de dinamic, filtru, impedane

Tabelul 1.4

Litere reper pentru identificarea funciilor generale ale unui element (blocul 3C)

Litera Funcia general Litera Funcia general

A Auxiliar N Msurare P Proporional

BDirecie de micare (nainte, napoi, ridicare, coborre, sensorar) Q

Stare (pornit, oprit, sfrit de curs)

C Numrare R Rearmare, tergere

D Diferenial S Introducere n memorie, nregistrare F Protecie T Temporizare G ncercare V Vitez (accelerare, frnare) H Semnalizare W Sumare I Integrare X Multiplicare K Apropiere (poziionare la nivel) Y Analogic M Principal Z Numeric


12

1.3. Comanda automat/ a pornirii prin cuplarea direct/la re$ea

Pornirea prin cuplare direct la reea este frecvent ntlnit n aplicaiile

practice, limitarea fiind impus numai de puterea instalat a reelei. Exist aplicaii simple, cu un numr foarte redus de echipamente de comand (fig.1.5) la care nu se pun probleme deosebite de protecie a motorului electric de acionare, de regulmotor de curent alternativ.

Aplicaiile care vor fi analizate n continuare presupun utilizarea unui releu sau contactor cu rol de multiplicator de ci de curent i amplificator electromecanic. Dei, n principiu, schemele de comand pot fi specifice tipului de motor, de curent continuu sau asincron trifazat, soluiile analizate susin ideea modularizrii, acelai echipament poate fi folosit att pentru acionri de curent continuu ct i pentru acionri de curent alternativ.

1.3.1. Schema de for$/

Schema de for (fig.1.6) conine pe lng elemente de protecie, contactele unui singur contactor de for prin intermediul crora indusul motorului de curent continuu, respectiv inductorul motorului asincron este cuplat la reeaua de alimentare.


13

1.3.2. Schema de comand/

Schema de comand poate avea diferite configuraii, n funcie de aplicaii. Pentru aplicaii simple, la care maina de lucru este permanent supravegheat de operator, schema de comand conine (fig.1.7) numai bobina contactorului i butonul cu contact normal deschis i revenire automat. Ct timp butonul S1 este acionat, bobina K este alimentat i contactele corespunztoare din schema de for (fig.1.7.a) sunt nchise. La eliberarea acestuia, bobina K nu mai este alimentat i se ntrerupe alimentarea motorului electric. Un exemplu tipic de aplicaie l constituie acionarea ghilotinei de tiat hrtie din industria poligrafic,la care se introduce nc un buton (fig.1.7.b) pentru protecia operatorului care este astfel obligat s foloseasc ambele mini.

n cazul acionrii ventilatoarelor, pompelor, compresoarelor etc., maini de lucru cu funcionare de lung durat, funcia butonului de comand este preluat, dup eliberare, de un contact normal deschis al contactorului K, numit contact de automeninere (fig.1.8). Pentru oprirea acionrii se utilizeaz butonul S1cu contact normal nchis i revenire automat.

Dac n schema de for este introdus i un releu termic, contactul normal nchis al acesteia este nseriat cu bobina K astfel nct la deschiderea lui acionarea s fie oprit.


14

1.4. Comanda automat/ a pornirii directe reversibile 1.4.1. Schema de for$/

Pornirea acionrii const n nchiderea ntreruptorului cu prghie Q (fig.1.9). Pentru pornirea ntr-un sens trebuie nchise contactele K1, iar pentru pornire n sens invers trebuie nchise contactele K2, cu condiia ca, n mod cert, contactele K1 s nu fie nchise. La acionarea cu motor de curent continuu serie schimbarea sensului de rotaie din repaos se face utiliznd dou contacte de comutaie n circuitul de for (fig.1.9.c).


15


1.4.2.1. Schema de comand/ clasic/ (fig.1.10)

Se observ c, n acest caz, se regsesc elementele schemei de comandpentru pornirea ntr-un singur sens. Elementele specifice sunt: - pentru oprire se folosete acelai buton

S1- pentru a nu face posibil comanda

simultan a bobinelor K1 i K2(interblocare), ceea ce ar duce la scurtcircuitarea reelei de for, se utilizeaz contactele normal nchise K2din circuitul 1 i K1 din circuitul 2

- pentru schimbarea sensului de rotaie se apas mai nti butonul S1 pentru a realiza oprirea i apoi se acioneaz S3sau S2 pentru pornire n sensul dorit.

n unele aplicaii (fig.1.11.) (poartautomat de acces) se impune oprirea automat la sfritul cursei. Pentru aceasta se introduce un limitator de curs B1 i B2pentru fiecare sens de deplasare.

n alte aplicaii, este necesar ca reversarea s se fac printr-o singurmanevr, iar oprirea acionrii reprezint o comand distinct. Pentru acestea se folosesc butoane duble cu contact normal deschis i normal nchis, conectate ca n figura 1.12. Se constat c prin acionarea unuia dintre butoanele S2 sau S3 se datt comanda de oprire (prin CNI) ct i comanda de pornire (prin CND). Contactul B1 este subansamblul unui traductor pentru controlul micrii (releu de tensiune) care nu permite acceptarea comenzii de pornire n sens invers dect dup oprirea acionrii pentru a evita intrarea n regim de frn contracurent.


16

1.4.2.2. Schema de comand/ cu microcontroler

Schema de comand cu microcontroler (fig.1.13) conine arhitectura tipicdin care s-au evideniat: microcontrolerul, porturile de comunicare PIN, PEN icircuitele auxiliare, n care aici sunt incluse toate celelalte elemente specifice. Pentru a trece de la schema de comand clasic la schema de comand cu microcontroler se parcurg urmtoarele secvene:

1. Se identific elementele de intrare: - pentru comand: S1, S2 i S3.- pentru protecii, interblocare: contactele K1, K2.

2. Se identific elementele de execuie: bobinele K1 i K2.3. Se ataeaz fiecare grup de elemete portului corespunztor. 4. Se ntocmete schema logic prin care se descrie algoritmul de

funcionare al schemei (fig.1.13). 5. Se elaboreaz programul de comand n limbaj de asamblare sau alt

limbaj de nivel superior. 6. Se testeaz programul elaborat prin simulare numeric, pe modele i/sau

pe schema real.7. Se transfer programul elaborat n memoria echipamentului de comand.

De remarcat c, n acest caz, se poate folosi un buton cu contact normal deschis att pentru comanda de pornire ct i pentru comanda de oprire.

La ntocmirea schemei logice s-au avut n vedere urmtoarele:

- prin s-a simbolizat o procedur de intrare sau ieire: citirea unui port

de intrare, transferul de informaie ctre un port de ieire pentru comanda elementelor de execuie sau pentru afiarea de mesaje.

- prin

s-a simbolizat un bloc de decizie.

- s-a notat cu 1 starea activat a unui element, iar cu 0 starea neactivat a unui element.


17

Comanda elementelor de execuie este marcat prin atribuirea bitului 1 pinului la care este conectat acest element.

Pentru o exprimare sugestiv s-a utilizat instruciunea OUT urmat de o succesiune de bii 1 i 0 corespunztoare strii elementelor de execuie comandat-1, necomandat-0. Schema logic este prezentat n figura 1.14.


18

1.4.3. Aplica$ie industrial/. Comanda automat/ a unui ascensor de materiale

Aplicaia se refer la ascensoare de alimente, medicamente, cri care transport greuti sub 100kg. Avnd n vedere simplitatea schemei clasice de comand, se va prezenta numai varianta cu microcontroler, aplicat deja n practic.

Condiii:

La elaborarea programului de comand s-au avut n vedere urmtoarele condiii, impuse de beneficiar pentru a putea aplica o tehnologie particular de manipulare a materialului transportat:

- expedierea cabinei se poate face numai de la nivelul de baz la destinaie precis,

- chemarea cabinei se poate face numai de la nivelul de baz,- nu se accept comanda de expediere sau chemare dac o u este deschis,- dup acceptarea comenzii de expediere sau chemare, acionarea nu se

oprete dac se deschide oricare u,- la depirea unui nivel limit superior sau inferior se acionez direct n

circuitul de alimentare a contactoarelor de sens, - la cuplarea energiei electrice sau revenirea energiei electrice, cabina este

adus preferenial la nivelul de baz.

Semnalizri

Se indic n clar, pe un display cu cristale lichide: - nivelul la care se gsete cabina att la staionare ct i la deplasare, - nivelul la care este deschis ua. Semnalizare sonor cnd cabina ajunge la nivelul la care a fost expediat sau la nivelul de baz unde a fost chemat.

Schema de for$/

Pentru aceste tipuri de ascensoare se folosesc motoare cu o singur vitez i de aceea shema de for conine doar dou contactoare (fig.1.15) pentru selectarea sensului de deplasare.


19

Schema de comand/

Partea de for a schemei de comand conine bobinele celor doucontactoare K1 i K2 (fig.1.16). Alimentarea lor se va face prin intermediul contactelor celor dou relee MC1 i MC2 comandate direct de microcontroler. Contactele normal nchise Lj i Ls asigur ntreruperea alimentrii dac s-a depit nivelul limit de jos sau de sus.

Partea informaional aschemei de comand conine (fig.1.17) microcontrolerul, elemente de intrare ielemente de ieire cu urmtoarele semnificaii:

- C - chemare; - E1, E2, E3 - expediere

nivelul 1, 2, 3; - N0 ... N3 - contacte de

nivel; - u0 ... u3 - contacte u.

MC1MC2

PIN

PEN

c

E3

E2

E1

N0N3

u3

u0

C

Fig.1.17. Partea informaional a schemei de comand i vedere de ansamblua produsului MICROAS.


20


21

1.5. Comanda automat/ a pornirii directe 2i frnarea dinamic/

n cazul echipamentelor de poziionare, pentru oprirea rapid, acionarea este adus n regim de frn dinamic.


Se va prezenta shema de for numai pentru acionarea cu motor asincron avnd n vedere actualitatea acesteia ct i faptul c schema de comand este comun. Frnarea dinamic n regim de generator sincron fr recuperarea energiei se obine prin deconectarea statorului de la reeaua de tensiune alternativ iconectarea la o surs de tensiune continu (fig.1.19). Dup oprirea acionrii sursa de tensiune continu se deconecteaz.

1.5.2. Schema de comand/1.5.2.1. Schema de comand/ clasic/

Schema de comand conine elemente tipice pentru pornirea prin cuplare direct n care se include un element de interblocare pentru a evita alimentarea simultan n c.a. i n c.c. (fig.1.20). n plus comanda de oprire are dou efecte, deconectarea sursei de tensiune alternativ i conectarea sursei de tensiune continu.

n acest scop se folosete butonul dublu S1-S1. Odat cu comanda de oprire se comand frnarea (K2) i releul de timp K3. Acesta, dup un timp, ideschide contactul normal nchis cu temporizare la deschidere K3 din circuitul 2 iastfel schema de for i cea de comand sunt readuse n starea iniial.


22

1.6. Comanda automat/ a pornirii stea-triunghi

Pentru reducerea ocului de curent la pornire se practic frecvent pornirea stea-triunghi, care presupune c motorul funcioneaz n conexiune triunghi, iar cuplul dezvoltat de sarcin la pornire este mic sau dependent de vitez.


n schema de for clasic se utilizeaz, pentru protecia motorului, un releu termic (fig.1.21) care se va nlocui, n cazul comenzii cu microcontroler, cu un traductor de curent cu efect Hall.


23


1.6.2.1. Schema de comand/ clasic/

Comanda automat a trecerii conexiunii din stea n triunghi se realizeazn funcie de timp, n funcie de vitez sau n funcie de curent. n cazul pornirii n funcie de timp (fig. 1.22), se utilizeaz un releu de timp care comand schimbarea structurii prii de for astfel nct, la comutare, curentul s fie inferior celui de pornire.

Pentru pornire se acioneaz butonul S1 cu contact normal deschis irevenire automat. Este alimentat bobina contactorului K2 care asigur prin contactele normal deschise, conexiunea stea i alimentarea contactorului de linie K1 respectiv a celui de timp K4. Dup temporizarea reglat se deschide contactul normal nchis cu temporizare la deschidere K4 din circuitul 1 i se ntrerupe alimentarea bobinei K2. Se deschide conexiunea stea, contactul normal nchis K2din circuitul 4 revine la starea normal i este alimentat bobina contactorului K3.Acesta, prin contactele de for, asigur conexiunea triunghi a nfurrilor statorice.


24

1.6.2.2. Schema de comand/ cu microcontroler

Dup identificarea elementelor de intrare i a elementelor de execuie se ntocmete schema din figura 1.23. n plus protecia la suprasarcin este asiguratprin msurarea curentului cu ajutorul unui traductor cu efect Hall.

1.6.3. Schema logic/

Schema logic (fig.1.24) prezint succesiunea secvenelor asigurate i de schema clasic. Secvena de protecie la suprasarcin sau rmnerea n dou faze este tratat ca o procedur distinct care va fi tratat detaliat ulterior.


25


26

1.7. Comanda automat/ a pornirii reostatice a ac$ion/rilor electromecanice

Pentru acionri de ordinul sutelor de kilowai realizate cu motoare

alimentate la tensiuni mai mari de 1kV se justific i se practic pornirea reostatic.Comanda automat poate fi fcut n funcie de timp, n funcie de vitez

sau n funcie de curent; schema de for este aceeai, apare n plus numai traductorul specific: de vitez sau de curent. 1.7.1. Schema de for$/

Se consider c reostatul de pornire este metalic, n trepte, cu dou trepte de pornire (fig. 1.25). Nu s-a figurat partea de protecie la suprasarcin.

S-au utilizat aceleai notaii (K4, K5) pentru releele minimale de curent plasate n circuitul rotoric i releele maximale de tensiune conectate la bornele tahogeneratorului Tg pentru a sublinia diferena dintre cele dou variante la comanda automat.


27

1.7.2. Schema de comand/ pentru pornirea automat/ n func$ie de timp

Pentru pornire se apas butonul S2 cu contact normal deschis i revenire automat (fig.1.26) prin care se asigur alimentarea bobinei contactorului K1, daccontactele normal nchise K2,K3 din circuitul 1 sunt nchise (au revenit la starea normal). Acesta i va nchide contactele normal deschise din ciruitul de for asigurnd alimentarea statorului. De asemenea, se nchide i contactul K1 din circuitul 2 care alimenteazbobina releului de timp K4.Dup temporizarea reglat,contactul normal deschis cu temporizare la nchidere K4 din circuitul 3 asigur alimentarea bobinei contactorului K2.Acesta i va nchide contactele normal deschise K2 din circuitul rotoric care scurtcircuiteaz prima treaptde pornire. n continuare secvenele se repet.

1.7.3. Schema de comand/pentru pornirea

automat/ n func$ie de vitez/

n circuitul 1 (fig.1.27) se regsesc toate elementele specifice: buton de pornire, buton de oprire, element de automeninere, elemente de interblocare.

Bobinele contactoarelor K2 i K3 de scurtcircuitare a treptelor de pornire sunt alimentate prin intermediul contactelor releelor maximale de tensiune K4 iK5. Acestea au valoarea de anclanare reglabil astfel nct Uak4=cR1, iar Uak5=cR2.

Contactele normal nchise K2 i K3 din circuitul 1 au rolul de a interzice comanda de pornire dac, de la funcionarea anterioar, contactele de for normal deschise K2 sau K3 au rmas sudate.


28

1.7.4. Schema de comand/ pentru pornirea automat/ n func$ie de curent Avnd n vedere caracteristica static areleului minimal de curent (fig.1.28) la care valoarea de revenire este reglabili garantat precum ievoluia valorii medii a curentului rotoric, rezultc pentru comanda contactoarelor K2 i K3 se impune folosirea contactelor normal nchise (fig.1.29) ale releelor minimale de curent. De asemenea, pentru ca circuitele 3 i 5 s fie deschise pn la comanda de pornire, se utilizeaz dou relee de timp suplimentare K6 i K7.Temporizarea acestora trebuie reglat astfel nct s fie mai mare dect timpul de anclanare al releelor de curent i cu mult mai mic dect timpul de revenire al acestora.

1.7.5. Schema de comand/ cu microcontroler Schema de comand cu microcontroler este identic att pentru pornirea

n funcie de vitez ct i pentru pornirea n funcie de curent, cu condiia ca la intrarea n convertorul analog-numeric CAN (fig.1.30) s fie aplicat un semnal amplificat din aceeai gam:

2-10mV, 2-10V etc. Din schema de for se elimin releele de tensiune sau curent. Se pstreaz traductorul de tensiune pentru pornirea n funcie de vitez sau se introduce un singur traductor de curent pentru pornirea n funcie de curent.


29

Se poate constata

uor c aceast schem este identic cu cea de la pornirea stea-triunghi (dac pornirea se face pe mai multe trepte atunci se utilizeaz mai multe elemente de execuie) acesta fiind ns un argument pentru extinderea variantelor cu microcontroler pentru comanda automat aacionrilor electromecanice n particular, a instalaiilor electomecanice n general. Cu schema de mai sus se poate asigura att pornirea n funcie de timp ct i pornirea n funcie de vitez sau curent.

Schema logic pentru pornirea n funcie de curent este prezentat n fig.1.31.

Schema logic/:


30

1.8. Comanda automat/ a ac$ion/rii cu motor sincron

Deoarece n majoritatea aplicaiilor pornirea motorului sincron se face n asincron, rezult c schemele de comand sunt similare. Pentru exemplificare se prezint schema pentru pornirea n funcie de curent, iar n cadrul aplicaiei industriale se folosete pornirea n funcie de timp. 1.8.1. Comanda automat/ a pornirii n func$ie de curent a ac$ion/rii electromecanice cu motor sincron

Schema de for i comand (fig.1.32) asigur urmtoarele funciuni: - cuplarea statorului la reea prin intermediul contactorului K1;- conectarea circuitului rotoric pe rezistena de descrcare Rd prin

contactul normal nchis K3;- deconectarea rezistenei de descrcare i conectarea circuitului de

excitaie la sursa de tensiune continu prin intermediul contactului normal deschis K3 la comada primit de la releul minimal de curent K2.

Soluia se aplic la acionrile cu motoare sincrone de putere medie inalt tensiune. Releele maximale de curent i releele termice - pentru protecie - ireleul minimal de curent - pentru comand - se monteaz n secundarul cte unui transformator de curent.


31

1.8.2. Aplica$ie industrial/. Sistem de automatizare a ac$ion/rii compresoarelor din sta$iile de pompare gaze naturale Sistemul (fig.1.33) este destinat automatizrii acionrii compresoarelor din

staiile de pompare a gazelor naturale echipate cu compresoare C144M1FU. Sistemul de automatizare este format dintr-un nucleu de baz MICRON

echipat cu microcontroler care asigur automatizarea procesului de pornire/oprire a motorului de antrenare a compresorului i monitorizarea bunei funcionri a acestuia.

Partea de for (fig.1.34) cuprinde motorul electric sincron M, pornit n asincron i motorul asincron de antrenare a pompei de ungere, care are rolul de a asigura preungerea, naintea pornirii compresorului i post ungerea, dup oprirea compresorului.

Procesul tehnologic impune ca: - pornirea pompei de ulei s fie comandat de operator la nceputul unui ciclu,

iar apoi de sistemul de automatizare n timpul procesului de transport gaze; - pornirea motorului de antrenare a compresorului s fie comandat manual, iar

oprirea s fie comandat automat dac nu este ndeplinit una din condiiile de bun funcionare.


32

Ca urmare, schema de comand este mixt (fig.1.35): comand manual,supravegherea automat a bunei funcionri.

Sinnd seama de:

a) mrimile de intrare I1 Presiunea minim ulei ungere 1,4 bar I2 Presiunea minim ulei ungere 1,8 bar I3 Presiunea maxim ulei ungere 2,8 bari I4 Temperatura minim ulei ungere 15oCI5 Presiunea maxim gaze refulare treapta II 48 bar I6 Presiunea minim aer ventilaie 5 mmH2OI7 Temperatura maxim lagr 1,65oCI8 Temperatura maxim lagr 2,65oCI9 Lipsa curgere aer (ventilaie forat)I10 Lipsa curgere apI11 Confirmare funcionare pomp ulei I12 Confirmare funcionare compresor I13 Confirmare funcionare ventilator I14 Tensiune minim excitaie I15 Blocare volantI16 Stop siren

b) mrimile de ieire O1 Comand oprire compresor O2 Comand validare pomp ulei O3 Comand pomp ulei O4 Comand excitaie O5 Comand siren


33

S-a conceput schema de comand cu microcontroler (fig.1.36).

Func$iuni Sistemul de automatizare asigur:1. Verificarea condiiilor de pornire a

instalaiei de comprimare gaze: - presiunea uleiului la intrarea n

carter este mai mare de 1,4 bari; - temperatura uleiului n carter este

mai mare de 150C; - sunt ndeplinite condiiile de

protecie antiexploziv capsulare presurizat: motorul electric sincron este ventilat iar presiunea aerului de presurizare dinamiceste mai mare de 5 mmH2O;

- volantul compresorului nu are piedica mecanic pus.

2. Valideaz pornirea compresorului dac sunt ndeplinite condiiile de pornire.

3. Monitorizeaz condiiile de bunfuncionare a instalaiei de comprimare gaze: - temperatura lagrelor de palier

este mai mic de 650C; - presiunea de refulare a gazelor n

treapta a II-a este sub 48 bari; - tensiunea de alimentare a

excitaiei motorului sincron este peste valoarea minim;

- ventilatorul de presurizare, pentru asigurarea proteciei antiexplozive funcioneaznormal;

- presiunea uleiului de ungere este mai mare de 1,8 bari i mai micde 2,8 bari.

4. Comanda automat a contactorului de alimentare a motorului pompei de ungere astfel:

a) pornit - dac presiunea a sczut sub 1,8 bari; - s-a dat comanda de oprire a compresorului;


34

b) oprit - dac presiunea uleiului de ungere este mai mare de 2,8 bari; - dup 5-10 minute de la comanda de oprire a compresorului.

5. Comanda automat a contactorului de alimentare a circuitului de excitaie: a) cuplare - la 12 secunde dup confirmarea acceptrii comenzii de

pornire n asincron a motorului sincron, b) decuplare - la comanda de oprire a compresorului.

6. Comanda automat a opririi motorului compresorului dac una dintre condiiile de bun funcionare indicate la punctual 3 nu mai este ndeplinit.

7. Semnalizri: - funcionare pomp ulei, - funcionare compresor, - condiiile de funcionare sunt/nu sunt ndeplinite, - cauza pentru care s-a oprit automat compresorul.

8. Dialog Local:

- sistemul afieaz pe un LCD (afiaj cu cristale lichide) (fig.1.37) defectul care a dus la oprirea instalaiei;

- dac oprirea a fost determinat de apariia mai multor defecte, acestea vor fi afiate succesiv la cererea operatorului;

- la cerere, se afieaz strile intrrilor i ieirilor. La distan:

- sistemul permite transmiterea informaiilor la un calculator ierarhic superior unde se afieaz aceleai informaii ca i local.

Fig. 1.37. Vedere de ansamblu a automatului AUTOCOMP


35

1.9. Alegerea elementelor de alimentare, comand/2i de protec$ie a ac$ion/rilor electromecanice

1.9.1. Alegerea sec$iunii cablurilor de alimentare a motoarelor electrice

de ac$ionare

Pentru alegerea seciunii cablurilor de alimentare a acionrilor electromecanice dintr-o instalaie, trebuie s se stabileasc, mai nti, configuraia reelei (fig.1.38) din care s rezulte lungimea traseelor i modul n care sunt legaiconsumatorii. n multe aplicaii, un cablu electric alimenteaz mai multe motoare electrice de acionare dar i ali consumatori, spre exemplu lmpi de iluminat, instalaii de sudare, etc.

Se calculeaz curentul absorbit de fiecare tip de consumator, astfel: a) n cazul motoarelor de antrenare a mainilor hidraulice volumice,

dispozitivelor de strngere, corpurilor de iluminat, se poate considera cputerea cerut rmne constant pe toat durata conectrii acestora la reea, iar curentul absorbit se calculeaz cu relaia:

=

coskUPI

N

Nc ,

unde: PN - puterea nominal a consumatorului; UN - tensiunea nominal;cos - factorul de putere; k - coeficient de faz;k = 1 pentru reele de curent continuu i reele monofazate de curent alternativ; k = 3 pentru reele trifazate.


36

b) pentru motoarele electrice de antrenare a mainilor unelte, a liniilor de transfer tehnologic, a roboilor, curentul absorbit depinde de regimul de funcionare, iar curentul absorbit se calculeaz cu relaia:

=

coskUP

IjN

Njc ,

unde j este un coeficient de suprasarcin mecanic calculat fie ca raport al puterilor, fie ca raport al curenilor:

N

jj P

P= ;

N

jj I

I= ; j - regimul de achiere; j - randamentul

c) pentru transformatoarele de sudare, cuptoarele electrice, curentul se calculeaz cu relaia:

=

N

Nc kU

SI ,

unde SN este puterea aparent a transformatorului sau cuptorului. d) pentru motoarele care antreneaz generatoare de sudare, generatoare din

grupurile generator-motor sau pentru instalaiile cu redresoare curentul absorbit se calculeaz cu relaia:

jjN

jjc coskU

IUI

= ,

unde: Uj , Ij - tensiunile, respectiv curenii debitai n curent continuu n cele mai dezavantajoase condiii

UN - tensiunea nominal n c.a. j - randamentul ansamblului. Dac toi consumatorii sunt alimentai prin acelai cablu i funcioneaz

simultan, se calculeaz curentul total prin nsumare algebric, iar dac se aplic un coeficient de simultaneitate, subunitar, dependent de categoria consumatorului:

Ic = c1Ic1+......+cnIcn.

Cunoscnd curentul care circul prin conductoarele cablului, se alege din tabele seciunea acestora, n funcie de modul de pozare (n aer, n tub - un singur cablu, mai multe cabluri -, n pmnt), n funcie de tipul izolaiei i materialului conductor (cupru sau aluminiu). De asemenea, este necesar efectuarea unor corecii - indicate, de asemenea, n tabele - dac temperatura mediului difer de cea standardizat, respectiv dac instalaia funcioneaz n regim de scurt durat sau intermitent.

n final, trebuie ndeplin condiia:

Ic


37

Verific/ri

a) Verificarea densitii de curent la pornire se face cu relaia:

admp j

SI ,

unde: Ip - curentul de pornire al motorului S - seciunea cablului ales jadm - densitatea de curent admisibil n funcie de materialul conductorului

jadm = 20 A/mm2 pentru aluminiu jadm = 30 A/mm2 pentru cupru

b) Verificarea pierderilor de tensiune

Utiind c pierderea de tensiune pe linia cu lungimea l, parcurs de curentul

I este:

U = 3 (R cos + X sin)I l, unde: R - rezistena conductorului pe unitatea de lungime,

X - reactana conductorului pe unitatea de lungime, Se verific dac:

U Uadm ; U% Uadm%

Uadm% = 10% pentru motoare; Uadm%= 8% pentru instalaii de iluminat. 1.9.2. Alegerea contactoarelor de alimentare a motoarelor electrice de ac$ionare

Alegerea unui contactor se face n funcie de:

- parametrii electrici ai circuitului alimentat; - parametrii de lucru; - condiiile de mediu.

Parametrii electrici se refer la: a) tensiunea i curentul de comand a bobinei contactorului. Alegerea tipului i a

valorii tensiunii nominale a bobinei se face n funcie de celelalte elemente ale schemei, astfel nct s se lucreze cu ct mai puine tipuri (c.c. sau c.a. sau valori 12V, 24V, 48V, 110V, 220V, 380V) i n funcie de informaiile cuprinse n cataloagele ntreprinderilor productoare; la alegerea contactelor principale se ine seama de tensiunea nominal i curentul nominal al motorului, iar la alegerea contactelor auxiliare se ine seama de tensiunea din circuitul de comand i curenii absorbii de bobinele elementelor de comandalimentate prin aceste contacte.


38

b) felul i valoarea nominal a tensiunii motorului alimentat; c) puterea sau curentul maxim al motorului. Parametrii de lucru se refer la: - regimul de lucru; - frecvena conectrilor; - durata conectrii; - locul din schem (alimentare, scurtcircuitare rezistene, etc.) Condiiile de mediu se refer la: temperatur, ocuri, vibraii, praf, condiii de ntreinere. Pentru alegerea contactorului se pornete de la tensiunea i curentul nominal al motorului. Se alege un contactor avnd tensiunea de serviciu Uc>UN motor.

Se calculeaz curentul echivalent:

1

Ne k

II = ,

unde: 1

1 Nak = - coeficient de corecie,

N

p1 I

IN = - raportul dintre curentul de pornire i curentul nominal al

motorului a = 6 pentru N1>6 a = 2,5 pentru 2,5< N1< 6a = N1 pentru N1 < 2,5 Se alege un contactor al crui curent nominal este egal sau mai mare dect

curentul echivalent Ie.Se verific apoi din punct de vedere termic pentru a ine seama de

solicitrile din perioadele de pornire i frnare.

termic0fp

f22p

21

e IttttItI

I 5s k2 =3,2 pentru tp < 5s tp - timpul de pornire sau suma timpilor de pornire tf - timpul de frnare to - timpul de pauzItermic - curentul nominal al contactorului

Se verific apoi la curentul de pornire:


39

Ipcatalog> Imax.pornire I pcatalog fiind curentul pe care l poate nchide contactorul prin contactele sale frca acestea s se sudeze; este indicat de constructor. 1.9.3. Alegerea 2i verificarea releelor termice

Se precizeaz c protecia motoarelor la suprasarcin cu relee termice se poate realiza corect numai dac acestea funcioneaz n servicii nentrerupte S1, S6,S7, S8.

Releele termice sunt caracterizate prin curentul de serviciu IR, care poate fi reglat n plaja (0,61)IN, alegndu-se n funcie de curentul nominal IN al motorului astfel nct IR>IN. Se calculeaz coeficientul de reglaj:

R

N

IIK =

i se fixeaz butonul de reglaj n dreptul reperului corespunztor. Releul termic trebuie s asigure deconectarea motorului astfel:

- dup 2 ore, dac 05,1II

R

S = ,

- n mai puin de 2 ore, dac 2,1II

R

S = ,

- n mai puin de 2 minute, dac 5,1II

R

S = ,

- dup 2 secunde, dac 6II

R

S = .

Pentru alegerea i verificarea practic a releelor termice se procedeazastfel: - dup alegerea motorului de acionare, se cunoate curentul nominal al

acestuia IN;- se alege un releu termic cu un curent de relaj IR astfel nct IN (0,6 ... 1)IR;- dup realizarea instalaiei se verific montarea releului termic n poziie

corect (poziie orizontal sau vertical); - se rotete butonul de reglaj pn cnd indicatorul acestuia este n dreptul

valorii curentului nominal sau coeficientului de reglaj K; - se pornete motorul asincron i se las s funcioneze la sarcin nominal

15..30 minute, n funcie de constanta termic de timp a motorului, dup care se crete sarcina cu 50% sau se scoate o siguran fuzibil, motorul fiind alimentat n dou faze. Releul trebuie s deconecteze n cel mult 2 minute.


40

Dac acesta nu declaneaz, se rotete butonul de reglaj spre limita inferioarpn cnd releul declaneaz.

1.9.4. Alegerea 2i verificarea siguran$elor fuzibile

Alegerea curentului nominal al siguranei fuzibile se face pe baza caracteristicii de topire a fuzibilului i curba de variie a curentului n timpul pornirii (fig.1.39) astfel nct acestea s nu se intersecteze.

- pentru motoare electrice cu pornire uoar, care dureaz 3...10 s

5,2I

I pNsig = - pentru sigurane fuzibile rapide,

INsig = IN - pentru sigurane fuzibile lente;

- pentru motoare electrice cu pornire grea, care dureaz 20...40 s, i cu porniri frecvente

2...6,1I

I pNsig = .


41

1.10. Mediu virtual pentru studiul comenzii automate a pornirii stea-triunghi a ac$ion/rii cu motor asincron

Evoluia rapid din ultimii ani din domeniul tehnologiei informaiei face posibil utilizarea calculatoarelor pentru crearea de medii virtuale n scopul adaptrii educaiei inginereti la facilitile oferite de acestea. Pentru aceasta sunt necesare pachete software dedicate, care s puncteze i s faciliteze nelegerea elementelor necesare formrii profesionale a inginerilor.

Un exemplu de program care creeaz medii virtuale de studiu este Comanda pornirii automate stea-triunghi 2.0. Acesta este o aplicaie ce face parte dintr-un pachet software didactic dedicat sistemelor de comand automat aacionrilor electromecanice (porniri, reglaje de vitez, frnri), fiind dezvoltat n mediul de programare Visual Basic 6.0 i putnd fi utilizat pe orice calculator compatibil IBM utiliznd sistemul de operare Microsoft Windows. Pentru a rula sunt necesare cel puin urmtoarele resurse hardware: procesor 80486DX2, 16 MB memorie RAM, 4 MB spaiu pe harddisk, plac video VGA cu o rezoluie de 800x600 pixeli, mouse.

Instalarea se face rulnd fiierul setup.exe din kit-ul de instalare ce se afldisponibil n format zip i la adresa http://www.em.ucv.ro. Rutina de instalare va executa operaia de copiere n calculator a fiierelor necesare aplicaiei, iar n StartMenu-Programs va crea un shortcut avnd un nume sugestiv cum este de exemplu Pornirea stea-triunghi utilizat pentru lansarea mediului virtual de simulare.

La lansare, pe perioada ncrcrii i iniializrii aplicaiei, pe ecran va aprea o imagine introductiv urmat apoi de afiarea ferestrei principale a programului. Aceasta conine informaii sugestive despre program, iar la partea superioar poate fi vzut bara de meniuri ale cror nume sunt alese astfel nct sle indice destinaia.

Comanda pornirii automate stea-triunghi permite urmrirea n mediul virtual a funcionrii unei scheme de comand realizat n logic cablat cu contacte i relee, precum i a uneia n logic flexibil, mai exact a unui sistem de dezvoltare cu microcontroler. Toate evenimentele (nchiderea sau deschiderea contactelor, comutarea ieirilor digitale, etc.) din schem sunt explicate prin intermediul unei ferestre de explicaii. n acest mod, se pot face comparaii ntre cele dou structuri de comand automat, identificndu-se avantajele idezavantajele fiecreia. Se lucreaz pe schema de comand clasic (fig.1.40), iar din bara de meniuri (fig.1.41) se selectez varianta de lucru.


42

Din meniul Opiuni, prin intermediul butonului Temporizare, utilizatorul are acces la selectarea temporizrii releului de timp K4 din circuitul 4 (fig.1.40) care poate lua valori de la 0 la 10000 milisecunde, valoarea implicit fiind de 3000 milisecunde. Acest lucru se realizeaz introducnd valoarea dorit, care trebuie sfie numr ntreg pozitiv, n csua de dialog.

Tot din acest meniu se pot valida sau inhiba efectele sonore generate de fiecare etap a simulrii prin activarea, respectiv dezactivarea opiunii Sunet.Aceste efecte constau n nite sunete n difuzorul calculatorului n cazul n care acesta nu are instalat o plac de sunet. n prezena unei astfel de plci se va auzi sunetul definit la Default sound n sistemul de operare Windows sau se poate defini un alt sunet pentru acest eveniment.

Acelai meniu conine i butonul de prsire a mediului virtual (Ieire). Pentru a avea un control permanent asupra timpului, n partea de sus a

ferestrei este afiat, alturi de titlul ferestrei, un ceas care indic ora sistemului pe care ruleaz programul.

Viteza de simulare constituie un alt parametru care poate fi configurat din acelai meniu Opiuni. Prin intermediul acesteia se stabilete timpul dintre douetape succesive ale simulrii. Acest lucru este util pentru a urmri mai uor explicaiile i evenimentele petrecute n schem. Implicit, aceast valoare este setat la o secund, putnd fi mrit la 5 secunde prin intermediul ferestrei care apare pe ecran (fig.1.42).

Fig.1.42. Setarea vitezei de simulare


43

Meniul Schema ofer posibilitatea alegerii uneia dintre scheme: cu contacte i relee sau cu microcontroler. Prin selectarea celei cu contacte i relee se afieaz schema n starea normal (fig.1.43).

Fig. 1.43. Fereastra de dialog pentru studiul schemei de contacte i relee Butonul Pornire are rolul de a pune n funciune schema la simularea

continu, care poate fi oprit prin apsarea butonului Oprire. Acest buton are i rol de resetare a sistemului, ceea ce conduce la aducerea tuturor elementelor din schem n poziia iniial.

n colul din dreapta jos sunt prezente dou csue de bifare: una pentru afiarea ferestrei coninnd schema de for (fig.1.44), iar cea de a doua pentru afiarea caracteristicilor curentului i cuplului i pe care se poate urmri evoluia punctului de funcionare (fig.1.45).

Lng contactul K4 (fig.1.43) este afiat valoarea aleas pentru temporizare, valoare care n momentul nceperii funcionrii schemei este decrementat pn la zero.

Alegerea celui de-al doilea tip de schem conduce la apariia structurii cu microcontroler (fig.1.46).


44

Aceast fereastr conine schema bloc a unui sistem de comand cu microcontroler n care sunt evideniate porturile de intrare/ieire i mrimile de intrare i cele de comand aferente. Ui aici sunt prezente blocurile de indicare a strii sistemului i de control al simulrii.

Fig.1.46. Schema cu microcontroler

n partea inferioar a ferestrei (ca i la schema cu contacte i relee) se aflo zon de afiare a explicaiilor privind etapele simulrii i funcionarea sistemului. Sub aceast zon sunt amplasate dou csue de bifare cu ajutorul crora se pot simula defecte ce apar n schemele cu contacte i relee, cum ar fi sudarea contactelor corespunztoare conexiunilor stea sau triunghi, situaie n care sistemul trebuie s ia anumite decizii.

Fig. 1.44. Schema de for. Fig. 1.45. Caracteristicile de funcionare


45

Programul rulat de microcontroler este realizat dup un algoritm care este sugerat n fereastra ce apare prin bifarea csuei Schema logic (fig.1.47).

n timpul execuiei programului ntocmit pe baza acestui algoritm, se pot urmri strile celor dou porturi de intrare/ieire i a mrimilor respective, iar instruciunea n curs de executare i schimb culoarea, efectul su fiind detaliat n fereastra de explicaii.

n meniul Suport sunt oferite informaii despre program, modul de utilizare, precum i noiuni teoretice privind pornirea stea-triunghi a acionrii cu motor asincron. Tot aici sunt prezentate simbolurile utilizate n schemele clasice cu contacte i relee.

Att n schema cu contacte i relee ct i n cea cu microcontroler, prin staionarea mouse-ului deasupra unui element din schem se obin informaii despre acesta prin apariia unor etichete explicative.

Fig.1.47. Schema logic


46

2. ALEGEREA SISTEMELOR AUTOMATE DE ACIONARE ELECTROMECANIC

2.1. Solu$ii generale Un sistem de acionare electromecanic se compune din acionarea clasic

i o surs de alimentare comandabil.Rolul sistemelor de acionare electromecanic este de a permite reglarea

vitezei mainii de lucru n scopul adaptrii acesteia la procesul tehnologic realizat sau asigurarea unei poziionri impuse. Dei reglarea vitezei mainii de lucru se poate realiza i prin intermediul mecanismului de transmisie (fig.2.1) aceastmetod mult i divers utilizat pn nu de mult are mai multe dezavantaje: - puterea transmis este limitat;- pierderile sunt relativ importante; - posibilitile de reglaj sunt reduse; - cheltuielile de ntreinere sunt ridicate; - nivelul de zgomot ridicat; - dimensiuni de gabarit mari.

Variantele actuale fac apel din ce n ce mai mult (fig.2.2) la convertoare statice: redresoare comandate, variatoare de tensiune continu, variatoare de tensiune alternativ,convertoare statice de tensiune i frecven care asigur n plus acceleraii i deceleraii impuse, inclusiv de frnare controlat. Ui n acest domeniu se poate vorbi de o evoluie istoric: la nceput s-au dezvoltat sistemele de acionare cu motoare de curent continuu i redresoare comandate, iar n prezent ctig din ce n ce mai mult "teren" cele cu motoare asincrone iconvertoare statice.

70

60

50

40

30

20

10

redresoare

mecanice convertoarede tens. frecv.

Procent din vnzrivariatoare

1978 1986 2002Timp

Fig.2.2. Evoluia pieei n domeniul sistemelor deacionare electromecanic.

Mecanism detransmisieME ML

Comand

Fig.2.1. Structura ac ion rii electromecanicecu mecanism de transmisie comandabil


47

Aceast evoluie a fost posbil ca efect al realizrilor din domeniile: - dispozitive semiconductoare: tiristoare, tranzistoare de toate tipurile; - microelectronic, domeniu care a permis realizarea de microcontrolere din ce n ce mai performante. Dei n teorie i practic se ntlnete o mulime impresionant de variante principiale i constructive, se poate face o sintez a acestora, rezultnd o structurgeneral compus din trei pri principale (fig.2.3):

- partea de for;- partea de comand;- partea de interfa care asigur culegerea informaiilor din sistemul de

acionare i comunicarea cu operatorul uman.

Sursa deenergie

Convertor deenergie

Motorelectric

Maina delucru

Produs

Afiaj

Traductor

Blocul detratare a

informaiilor

Blocul decomandconvertor

intrri logice

mrimea prescris(pt.vitez)

Partea de interfa$/ Partea de for$/

Partea de comand/

Fig.2.3. Structura general a unui sistem de acionare electromecanic cuconvertoare statice.

Partea de for cuprinde: a) sursa de energie - reeaua electric industrial sau local de curent alternativ

trifazat, monofazat sau de curent continuu, baterie de acumulatori, motor termic;

b) convertorul de energie: redresor, variator de tensiune continu, variator de tensiune alternativ, invertor, cicloconvertor, convertor static de tensiune ifrecven, generator sincron, generator de curent continuu;

c) motorul electric: motor de curent continuu cu excitaie separat sau serie, motor asincron, motor sincron, motor liniar;

d) maina de lucru, cuplat direct la arborele motorului sau prin intermediul unui mecanism de transmisie.


48

Partea de comand se compune din: a) blocul de comand al convertorului care cuprinde elemente de separare

galvanic ntre partea de for a convertorului i partea de cureni slabi. n plus, n funcie de tipul convertorului static, mai cuprinde: - un dispozitiv de comand pe gril n cazul redresoarelor comandate i al

variatoarelor de tensiune alternativ, care are rolul de a furniza un semnal de comanda tiristorului sincron cu tensiunea alternativ aplicat in concordan cu mrimea de conducere (fig.2.4);

- un generator de impulsuri idou formatoare de impulsuri n cazul variatoarelor de tensiune continu, care au rolul de a regla factorul de umplere al semnalului de comand n concordan cu mrimea de conducere (fig.2.5);

Uc

+

+

Generatorde

impulsuri

Formatorde

impulsuri1

Formatorde

impulsuri2

Bloclogic

=

Fig.2.5. Explicativ privind blocul de comand al unui variator de tensiune continu.

- un distribuitor al impulsurilor de comand adispozitivelor semiconductoare din structura invertorului, n cazul invertoarelor sau convertoarelor statice de tensiune i frecven (fig.2.6).

DCG ~~

~

=

sincronizare

Uc

+Fig.2.4. Explicativ privind rolul

dispozitivului de comandpe gril.

ML

T1T2T3T4T5T6

Blocde

comand

Uc

Fig.2.6. Explicativ privind blocul decomand al unui invertor.

+ _


49

b) blocul de tratare a informaiilor poate avea o structur analogic i este

compus din regulatoare, PI (proporional integratoare) (fig.2.7), sau poate fi realizat cu unul sau mai multe microcontrolere (microprocesoare).

*

*

*

i

i

i

c

c

Fig.2.7. Explicativ privind structura analogic a blocului de tratare a informaiilor:

Reg vitez

*

i

i

Reg. curent

a) b)

a) conectarea regulatoarelor n cascadb) conectarea paralel a regulatoarelor

- viteza impus;

- viteza msurat;i - curentul impus; i - curentul real; c - mrimea de conducere (mrimea de ieire din regulator). Intrrile logice furnizeaz informaii de tipul: - start - stop; - mers nainte, mers napoi; - interblocaje cu alte echipamente; - apariie defecte (scurtcircuite, supratemperaturi, subtensiuni, lips

tensiune etc.). Utilizarea sistemelor automate de acionare electromecanic este ntlnit

ncepnd de la cele mai simple acionri i procese (maini de gurit manuale, maini de splat) i pn la cele mai complexe, cum sunt cele din traciunea electric:

- maini unelte, roboi, tanduri de ncercare a mainilor n fluxul de fabricaie sau pentru testarea prototipurilor;

- maini din industria textil, de fabricare a hrtiei, laminoare; - mori de ciment, malaxoare, dozatoare, centrifuge, extrudere; - transportoare cu band, instalaii de ridicat i transportat (poduri rulante,

ascensoare), excavatoare; - propulsoarele navelor maritime i fluviale, traciune electric

(locomotive feroviare, tramvaie, metrou, teleferice, autovehicule electrice); - variante de pompe, ventilatoare, compresoare.


50

2.2. Criterii de alegere a unui sistem de ac$ionare electromecanic/

Adoptarea soluiei de reglare a vitezei i alegerea unui sistem de acionare electromecanic se face dup un complex de criterii, cu pondere diferit de la caz la caz. Dei elaborarea unui algoritm unic general valabil (fig. 2.8) este, n acelaitimp dificil iriscant, se propune urmtorul set de criterii:

Etapa 1. Analiza necesitilor beneficiarului, particularitile aplicaiei:

Experiena a demonstrat c la conceperea i realizarea unui sistem de acionare electromecanic trebuie s se porneasc de la o analiz a aplicaiei (fig.2.9), de la necesitile formulate de beneficiar, necesiti ns corectate de specialiti.

Fig.2.9. Elementele pentru adoptarea soluiei de reglare a vitezei

Reeaua

Vecinti

Tipul ma iniide lucru

Costulacionrii

Produsefabricate

Tipul acionriielectromecanice

Mediulnconjurtor

momentul de inerietahogramadiagrama cuplului static

Tipulmotorului

Tipulconvertorului

tipputerestructurdimensiuni

TemperaturCondi

ii speciale

Tensiunea nominalFrecvenImpedanPuterea de scurtcircuit

Elemente perturbatoareElemente perturbabile

Investiii

Cheltuieli deinstalare

Cheltuieli dentreinere

Cheltuieli deexploatare

ProductivitateCererea pieei

Produciaconcurenei

AplicaieCriterii economice Criterii tehnice

Procedura de alegere a uneiacionri electromecanice

Alegerea i verificareaputerii motorului electric

Alegerea i verificareaputerii motorului electric

Alegereametodei de pornire

Alegerea tipuluide convertor static

Selectarea unui productorpentru motorul electric iechipamentul de pornire

Selectarea unui productorpentru motorul electric i

convertorul static

Alegerea i dimensionareaelementelor de protecie

a motorului

Alegerea i dimensionareaelementelor de protecie

a motorului i convertorului

vitezvariabil

Fig.2.8. Schema logic general pentru alegereaelementelor unei acionri electromecanice.

NU DA


51

n acest scop se propune tratarea urmtoarelor aspecte: - aplicaia se refer la modernizarea unei acionri existente sau se refer la o

instalaie nou;- aplicaia este independent sau se ncadreaz ntr-un proces de producie; - dac aplicaia face parte dintr-o linie tehnologic, cum este ea inclus din

punct de vedere funcional: serial sau paralel?; - care sunt riscurile financiare determinate de nefuncionarea aplicaiei

analizate; - care este scopul reglrii vitezei:

-optimizarea procesului tehnologic; -economie de energie la pornire;

-economie de energie n timpul funcionrii; -reducerea cheltuielilor de producie; - care este gama de reglare a vitezei, care sunt vitezele intermediare fixe; pentru

fiecare vitez, care este puterea (eventual cuplul) cerut de maina de lucru; - dac se impune trecerea motorului n regim de frn;- beneficiarul dispune i de alte sisteme de acionare? De ce tip sunt i cum se

asigur ntreinerea acestora? - care este politica beneficiarului privind calificarea personalului propriu de

ntreinere; - cum se asigur sau se va asigura comanda aplicaiei: manual, automat,

centralizat? - ce alte restricii sau condiii specifice trebuie respectate: mediu coroziv, mediu

umed, cu praf higroscopic, cu praf exploziv, vibraii, modul de rcire al motorului (fig.2.10);

- calificarea personalului de exploatare, periodicitatea reviziilor efectuate la instalaiile deservite de sistemul de acionare.

Pierderi

Autoventilaie

Ventilaie forat

Acces la acionare

Acces la alteechipamente

ExplozivCu prafUmedCorozivSalin

Mediului ambiantInfluenat de alte utilajeSchimbri bruteExpunere la soareUocuriZguduituriConstante

Sub 1000 mPeste 1000 m

Acces

Rciremotor

Zgomotprodus

Atmosfer

Temperatura

Vibraii

Altitudine

Condiii specifice Mediul nconjurtorAcionare

Fig.2.10. Elemente de analiz a condiiilor specifice.


52

Etapa 2. Analiza procesului tehnologic.

Analiza procesului tehnologic (fig.2.11) ofer informaii pentru alegerea motorului i a structurii sistemului.

ConstantDependent de vitezDependent de spaiu

AleatorPasivActiv

Valoarea nominal

Uoc

Productivitate

Puterea de pierderi

Timpul de rspuns

Timpul de poziionare

Precizia reglrii

Eroarea staionar

Numrul de cadrane de funcionare

Frecvena de apariie

Valoarea de vrf

Valoarea maxm

Numrul de porniri

Momentul de inerie

Cuplultranzitoriu

Coninutenergetic

Caracteristicastatic Performane

n regimstaionar

Performanen regimdinamic

Cuplul denepenire

Cupluldinamic

Condi$ii de suprasarcin/

Criterii de proiectare Criterii de calitate 2iperforman$/

Informaii privindcuplul dezvoltat de

sarcin

Acionareaelectromecanic

Condiii legatede proces

Fig.2.11. Elemente de analiz a procesului tehnologic

Timpul deaccelerare/decelerare

Din analiza caracteristicilor statice ale mainii de lucru (fig.2.12) va rezulta, n principal, cuplul pe care trebuie s-l dezvolte sistemul de acionare la pornire i condiia de invarian a cuplului (M=ct., P=var.) sau puterii (P=ct., M=var.) la reglarea vitezei.

MS MS MS MS MS MS

a) b) c) d) e)

Fig.2.12. Recapitulativ =f( ) a) constant; b) propor ional cu vite

privind caracteristicile statice de forma M

za; c) proporional cu ptratul vitezei;

d) proporional cu viteza la cub; e) invers proporional cu viteza.

S


53

Etapa 3. Analiza reelei electrice primare sau sursei de energie electricprimar ( fig.2.13).

Monofazat

Trifazat

Monofazat

Trifazat

Hexafazat

Duodecofazat

Armonici

Interarmonici

Frecvene nalte

Tensiune

Frecven

Impedan

Puterea de scurtcircuit

ntreruperi scurte

Vrfuri de tensiune

Armonici

Supratensiuni tranzitorii

Alte perturbaii

Tipulre elei Configuraie

Parametrii

re elei

Parametrii

re elei

Nivel decompatibilitate

Transformatorde adaptare

Nivelulperturb iilora

Puterea activ P

Puterea reactivQ

Protecii

Nivelul de imunitate

Tensiune, curent ConvertorReea

Influen$a re$elei asupraconvertorului

Influen$a convertoruluiasupra re$elei

Fig.2.13 Elemente de analiz a reelei electrice.

Aceasta poate fi: - reea trifazat de curent alternativ; - reea monofazat de curent alternativ; - reea de curent continuu; - baterie de acumulatori. Pentru o reea de curent alternativ mai trebuie cunoscut:

- puterea de scurtcircuit a reelei n scopul calculrii cderii de tensiune provocat de pornirea direct a motorului din aplicaia analizat sau de pornirea direct a altor motoare cuplate la aceeai reea.

NPSC

P USS

SU+

= (2.1)

unde: NU - tensiunea nominal a reelei; SCS - puterea de scurtcircuit a reelei; PS - puterea de pornire direct a unui motor asincron;

PNNN

NP II

PS .cos..

= (2.2)

PI - curentul de pornire direct indicat n catalogul motorului. - simetria reelei i regimul de tratare a neutrului;


54

- numrul decuplrilor i natura acestora; - limitele de variaie a tensiunii; - caracteristicile supratensiunilor; - coninutul de armonici; - existena unor consumatori care pot fi influenai de armonicile de tensiune sau

curent. Etapa 4. Alegerea puterii motorului electric alimentat de convertorul static din sistem.

n cazul n care se folosete motorul deja existent, se recomandurmtoarea analiz:a) motorul existent este de curent continuu: s se fac o analiz tehnic,

economic privind nlocuirea cu un motor de curent alternativ; b) motorul existent este asincron: s se msoare puterea consumat n condiiile

de ncrcare cele mai grele; dac motorul este ncrcat sub 0,6 IN se va face o nou alegere; dac este ncrcat peste 0,6 IN, se va ine seama de nclzirea acestuia n condiiile funcionrii la viteze reduse i existenei armonicilor de curent i tensiune.

n cazul n care aplicaia este intregral nou, alegerea motorului electric se face dup algoritmul cunoscut.

Etapa 5. Stabilirea numrului de cadrane de funcionare n planul M0

Numrul de cadrane de funcionare n planul M0 depinde de necesitatea reversrii sensului de rotaie a motorului, respectiv de natura cuplului static.

Se pot identifica urmtoarele cazuri: - funcionarea ntr-un singur cadran (fig.2.14.a) este obinuit pentru

majoritatea acionrilor, nu se impune reversarea sensului de rotaie: problemele care trebuie rezolvate sunt legate de pornirea i reglarea vitezei, energia cerut din reea i transferat spre maina de lucru;

- funcionarea n dou cadrane n regim de antrenare (fig.2.14.b); reversarea sensului de rotaie se face din repaos, iar oprirea se face, dac este necesar, prin mijloace mecanice;

- funcionarea n dou cadrane, ntr-unul n regim de antrenare i n al doilea n regim de frn electromagnetic; se pot ntlni mai multe cazuri:

a) funcionarea n cadranul I n regim de antrenare i funcionarea n cadranul IV n regim de frn (fig.2.14.c); inversarea sensului de rotaie se face sub aciunea cuplului static (instalaii de ridicat) energia potenial n cmp gravitaional terestru circulnd dinspre maina de lucru spre reeaua de energie primar; deci convertorul trebuie s fie de tip bidirecional (redresor-invertor);


55

b) funcionarea n cadranul I n regim de antrenare i funcionarea n cadranul II, n regim de frn, cazul cuplurilor statice pasive (fig.2.14.d), energia cinetic a mainii de lucru circul spre reeaua de energie primar, deci convertorul trebuie s fie de tip bidirecional; sistemul funcioneaz numai n regim tranzitoriu


56

determinat fie de reducerea treptat a mrimii prescrise fie de preluarea unui obiect cu vitez mare care trebuie frnat;

c) funcionarea n cadranul I n regim de antrenare i n cadranul II n regim de frn, cazul cuplurilor statice care ntrein micarea (vehicul de traciune la urcarea unei rampe i coborrea unei pante) (fig.2.14.e). Energia potenial n cmp gravitaional terestru circul spre reeaua de energie primar, deci convertorul trebuie s fie bidirecional; sistemul poate s funcioneze i n regim staionar. - funcionarea n patru cadrane, rezult prin combinarea cazurilor de mai sus.

Etapa 6. Stabilirea frecvenei comenzilor de start-stop, scopul acestora istabilirea frecvenei reversrilor de sens.

Exist aplicaii (ex: maini de bobinat, maini din industria alimentar de umplut membrane) care necesit oprirea procesului pentru retuuri efectuate de operator; experiena a dovedit c oprirea mainii de lucru trebuie s se fac cu ajutorul unui ambreiaj mecanic sau cuplaj electromagnetic.

Etapa 7. Stabilirea gamei n care trebuie reglat viteza i sensul reglajului.

Aici trebuie precizat cuplul cerut la viteza maxim i care va fi nclzirea motorului la vitez minim. De regul sistemul de acionare, prin convertorul static inclus, trebuie s asigure o gam de reglaj (raportul dintre viteza maxim iviteza minim pentru aceeai caracteristic static a mainii de lucru) mai mare dect cea impus de maina de lucru. Pentru stabilirea sensului reglajului se procedeaz astfel (fig.2.15):

- se consider cunoscute c.m.n. a motorului i caracteristica static a mainii de

lucru; - se consider cunoscute vitezele de funcionare staionar s; se identific cea

mai mare vitez max a mainii de lucru transpus la arborele motorului (fig.2.16);


57

- se calculeaz viteza corespunztoare cuplului static pe c.m.n. nat, dacnat>max se impune un reglaj bizonal.

Etapa 8. Stabilirea preciziei reglrii.

Precizia reglrii (fig.2.17) indic necesitatea meninerii vitezei impuse n prezena variaiei cuplului static, a tensiunii reelei de alimentare, a temperaturii ambiante, a nclzirii motorului etc. Se definesc: -precizia static ps

s

s

S

ssp

=

= ; (2.3)

-precizia dinamic

s

s

Sdp

=

= maxmax ; (2.4)

n funcie de precizia impus sistemului, acesta poate s funcioneze n circuit deschis sau n circuit nchis.

Etapa 9. Alegerea convertorului:

Aceast etap este parcurs n dou secvene: a) alegerea convertorului dup destinaia funcional i innd seama de tipul

constructiv al motorului electric (fig.2.18);


58

b) alegerea convertorului de tensiune i frecven dup tipodimensiune. Cataloagele fabricaniilor de convertoare ofer informaii privind:

- tensiunea nominal de intrare U1N [V];- frecvena nominal de intrare f1N [Hz];- tensiunea de ieire ca procent din tensiunea de intrare (ex. 0...100% U1N); - curentul de ieire nominal IN [A];- curentul de ieire maxim INmax [A];- puterea aparent nominal SN [kVA];- puterea aparent maxim Smax [kVA] i timpul ct poate fi furnizat;- puterea activ nominal PN[kW];- plaja n care poate fi modificat frecvena de ieire [Hz];- timpul de cretere (rampa) a frecvenei pn la frecvena nominal;- alte informaii constructive.

Pe baza acestor informaii se alege un convertor pentru care: PNconv>PNmotor UNconv>UNmotor INconv>INmotor

n plus, se vor avea n vedere condiii i informaii privind: - armonicile de tensiune; - armonicile de curent; - gradientul de tensiune dU/dt; - gradientul de curent dI/dt; - gradul normal de protecie; - greutatea i dimensiunile de gabarit;


59

- distana maxim dintre convertor i motor; - vibraiile suportate; - temperatura mediului ambiant recomandat;- factorul de putere; - randamentul.

Etapa 10. Alegerea traductoarelor:

Traductoarele folosite frecvent n sistemele de acionare electromecanicservesc pentru controlul urmtorilor parametri:

- curent; - tensiune; - turaie (vitez unghiular); - poziie; - temperatur.

Alegerea acestora se face dup regulile generale de alegere a elementelor dintr-un sistem, n plus se urmrete ca acestea s influeneze ct mai puin procesul controlat.

Se menioneaz c, pentru sistemele de acionare, unii parametrii (temperatur, turaie, flux magnetic) pot fi estimai n timp real renunndu-se astfel la traductoarele clasice.

Etapa 11. Analiza economic a investiiei i a economiilor realizate:

Dup cum este cunoscut, o soluie, un echipament, se alege dup criterii tehnice (pentru sistemele de acionare electromecanic, cele enumerate mai sus) idup criterii economice. Fr a intra n detalii se menioneaz c trebuie avute n vedere:

- investiia iniial;- costurile de ntreinere i reparaie; - alte costuri (instalare, piese de schimb, filtre etc.).


60

3. SISTEME DE ACIONARE ELECTROMECANICCU MOTOARE DE CURENT CONTINUU CIVARIATOARE DE TENSIUNE CONTINU

n cazul acionrilor alimentate de la surse de tensiune continu autonome, reglarea vitezei se face prin modificarea n impulsuri a tensiunii aplicate motorului cu ajutorul variatoarelor de tensiune continu (fig.3.1).

Frecvena de comand pentru instalaiile industriale este de 50-500 Hz, iar pentru cele cu inerie redus pn la 2000 Hz. Avnd n vedere valorile constantelor electromecanice comparativ cu perioada semnalului de comand,rezult c viteza sistemului poate fi considerat practic constant. Notnd cu t1intervalul de conducie, cu t2 intervalul de pauz i cu T perioada semnalului de comand, se poate defini factorul de semnal:

Tt

ttt 1

21

1 =+

= , (3.1)

i frecvena de comand:T1f = . (3.2)

Variatorul de tensiune continu este un convertor care transformtensiunea continu constant aplicat la intrare n impulsuri dreptunghiulare. Valoarea medie a tensiunii aplicate indusului:

St

0 SmedUdtU

T1U 1 == . (3.3)

Se observ c aceasta poate fi modificat fie prin reglarea factorului de semnal, frecvena rmnnd constant, fie prin reglarea frecvenei, factorul de semnal rmnnd constant, sau prin reglarea simultan a frecvenei i a factorului de semnal.


61

n ipoteza c viteza sistemului este practic constant, iar cuplul static este constant i suficient de mare, ecuaia de echilibru a tensiunilor din circuitul indusului devine:

Tt0;kdtdiLiRU aaaaS


62

rezult: );(min = 1RU

IICa

SS1 (3.15)

,)( min aTt

a

SS2 eR

UIIC += (3.16)

respectiv:

),())(( min +++=

1RU

Ie1RU

IIia

SS

Tt

a

SS1a

a (3.17)

.)( min ++=

a

SS

Tt

Tt

a

SS2a R

UIee

RU

IIi aa (3.18)

Din condiia )()( TiTi 2a1a = , rezult:

.min STt

Tt

a

S I

e1

e1RU

I

a

a

+

=

(3.19)

Deci curentul prin indusul motorului pulseaz n jurul valorii IS care depinde de cuplul static MS.

3.1. Ecua$ia caracteristicii mecanice n regim de curent nentrerupt, ecuaia caracteristicii mecanice este de

forma:

,

=

kIR

kU aaS (3.20)

rezultnd c acestea au forma tipic acaracteristicilor de tensiune. Dac cuplul rezistent are valori reduse, curentul prin indusul motorului se poate anula nainte de sfritul perioadei T (fig.3.2).

Notnd cu T intervalul n care curentul circul prin dioda de nul, expresia tensiunii medii la bornele motorului devine:

).()(

+=+= +

1EUEdtT1dtU

T1U S

T

T

T

0 Smed (3.21)

n regim cvasistaionar:


63

EIRU aamed += , (3.22) Respectiv:

EIR)1(EU aaS +=+ . (3.23) De aici ecuaia caracteristicii mecanice n regim de curent ntrerupt:

)(kIR

)(kU aaS

i +

+

= . (3.24)

Se constat c pentru =ct, viteza de funcionare n gol ideal crete odat

cu scderea lui , motorul avnd tendina de ambalare (fig.3.3).

Limita regimului de curent ntrerupt se obine pentru =1-.Curentul de sarcin minim pentru existena regimului de curent nentrerupt se obine din condiia Imin=0:

=

a

a

TT

TT

a

Sscr

e1

e1RU

I (3.25)

Dezvoltnd exponeniala n serie de puteri i reinnd termenii pn la

puterea a doua, rezult:

=

=

2a

2

a

2a

22

a

a

Sscr

TT

21

TT1(1

)T

T21

TT1(1

RU

I =

+

+

)

TT2(

TT

21

)T

T212(

TT

21

RU

aa

a

2

a

a

S

=

+

+=

a

a

2

a

a

S

TT2

TT2

TT2

RU

+

a

2

aa

S

TT2T

TRU )(

T2T

RU 2

aa

S (3.26)

Valoarea maxim a acestui curent se obine din condiia:

0d

dIscr =

; 5021021 ,=== (3.27)


64

La analiza caracteristicilor mecanice ale acionrii cu m.c.c. serie trebuie s se in seama c tensiunea electromotoare depinde att de vitez ct i de curentul de sarcin E=f(ia,) aceasta putnd fi liniarizat pe poriuni.

Pentru analiza evoluiei curentului i a caracteristicii statice se recomandelaborarea unor modele numerice. Pentru oprirea acionrilor cu m.c.c. i variatoare de tensiune continu se poate aduce sistemul att n regim de frnare recuperativ ct i n regim de frnare dinamic. Avnd n vedere principiul frnrii recuperative i

implicaiile funcionale determinate de puterea consumatorilor conectai la reeaua de recuperare, se utilizeaz de obicei frnarea dinamic. Pornind de la schema indicat n fig.3.4 sunt utilizate practic i alte variante att pentru m.c.c. cu excitaie separat ct i pentru m.c.c. cu excitaie serie.

3.2. Structura sistemelor de ac$ionare cu m.c.c. 2i

variatoare de tensiune continu/

Sistemul prezentat (fig.3.5) asigur comanda cu factor de semnal variabil i frecvena constant determinat de frecvena generatorului de impulsuri GI.

Impulsurile de comand sunt trimise spre tiristorul secundar V2 prin intermediul formatorului de impulsuri FI2 i spre blocul logic BL. Blocul logic transform impulsurile dreptunghiulare n semnale liniar variabile (fig.3.6) care sunt comparate cu mrimea de conducere Uc obinut de la regulatorul de curent.


65

La coincidena celor dou semnale se trimite prin intermediul formatorului FI1 un impuls de comand pe poarta tiristorului principal. Funcionarea i rolul regulatoarelor de turaie i curent este asemntoare cu cea prezentat la sistemele cu redresoare comandate. Sistemele cu m.c.c. i variatoare de tensiune continu se ntlnesc la acionarea tramvaielor, troleibuzelor, metrourilor etc.

3.3. Comanda adaptiv/ a sistemelor de ac$ionare electromecanic/ cu m.c.c. 2i variatoare de tensiune continu/

Comanda adaptiv se impune n cazul sistemelor de acionare pentru care informaia aprioric privind regimul de funcionare al mainii de lucru este incomplet. n acest scop partea de comand trebuie s asigure, pentru adaptare, dou funcii:


66

- s msoare variabilele din sistem;

- s modifice structura sistemului i s asigure comanda acestuia n concordan cu evoluia variabilelor i cu scopul urmrit.

n cazul cuplurilor aleatoare (fig.3.7) (sarcinvariabil, urcarea unei rampe, coborrea unei pante) este necesar meninerea constant avitezei folosind succesiv doumetode de reglare a vitezei: modificarea tensiunii de alimentare i diminuarea fluxului de excitaie. Pentru aceasta se consider o structur variabil (fig.3.8) format din doucontactoare statice: unul (VTC1) pentru modificarea tensiunii i al doilea (VTC2) pentru untarea nfurrii de excitaie, respectiv reglarea fluxului de excitaie.

Se impune meninerea cvasiconstant a vitezei n prezena cuplului static variabil ntre dou limite Mmin i Mmax (fig.3.9) cu respectarea restriciei ia


67

Comanda sistemului se face pe baza algoritmului prezentat n fig.3.10 n

care partea de sistem i de msur au fost reprezentate ca obiecte orientate.

n prima secven se compar curentul real ia cu valoarea maxim admisImax ad , iar apoi viteza real cu viteza prescris S.

Avnd n vedere viteza de rspuns a prii mecanice se admite c dac:

(-S)0;

- se comand diminuarea fluxului prin untarea nfurrii de excitaie. Dac >S, atunci:

- se comand scderea vitezei prin creterea fluxului de excitaie;


68

- se menine comanda de la momentul t-t dac viteza scade, adic

=(t)-(t-t)


69

4. SISTEME DE ACIONARE ELECTROMECANIC

CU M.C.C. CI REDRESOARE COMANDATE

4.1. Introducere

Aceste sisteme se compun din acionarea clasic cu motoare de curent continuu i o surs comandabil de energie care, n acest caz este un redresor comandat trifazat sau monofazat (fig.4.1).

La alegerea acestor sisteme trebuie s se in seama i de dezavantajele lor:

- factorul de putere al ntregului sistem mai sczut; - deoarece curentul furnizat de redresor este pulsatoriu, este necesar

utilizarea unor bobine de filtrare sau utilizarea unor motoare special proiectate pentru aceste aplicaii;

- deoarece tensiunea obinut de la redresor conine armonici, nclzirea motorului este mai mare dect la alimentarea cu tensiune neted i sunt necesare msuri suplimentare pentru evitarea transmiterii acestora n reea.

Pentru aplicarea criteriilor de alegere a sistemelor de acionare electromecanic prezentate anterior este necesar analiza acestora din punct de vedere energetic, al cadranelor de funcionare i al puterii motorului electric.

4.2. Analiza sistemelor de ac$ionare electromecanic/ cu

m.c.c. 2i redresoare comandate n func$ie de num/rul de cadrane din planul M0

n funcie de destinaia sistemului de acionare se pot configura structuri care s asigure funcionarea ntr-un singur cadran, n dou cadrane adiacente sau complemetare respectiv n patru cadrane din planul M0.


70

4.2.1. Sisteme de ac$ionare pentru func$ionarea ntr-un singur cadran

Aceste sisteme se utilizeaz pentru acionarea mainilor de lucru care nu

impun reversarea sensului de rotaie. Tipul redresorului depinde de puterea motorului electric de acionare. Astfel, pentru acionri cu PN


71

4.2.2. Sisteme de ac$ionare pentru func$ionarea n dou/ cadrane

Cele dou cadrane de funcionare n planul M0 pot fi: - cadranele I i III (fig.4.6): acionarea funcioneaz n regim de antrenare,

sensul de rotaie al motorului fiind diferit prin schimbarea sensului curentului din nfurarea de excitaie. n structura acestor sisteme se utilizeaz oricare dintre redresoarele prezentate mai sus, n funcie de puterea motorului;

- cadranele I i IV (fig.4.6): acionarea funcioneaz n regim de antrenare (cadranul I) i n regim de frn (cadranul IV). n structura acestor sisteme se utilizeaz redresoare n punte complet comandat pentru a putea comanda convertorul n regim de redresor i respectiv, n regim de invertor;

- cadranele I i II (fig.4.6). n cadranul II acionarea funcioneaz n regim de frn recuperativ sau dinamic. Aceste sisteme au n structura lor douredresoare montate n opoziie (fig.4.7) respectiv unul pentru regimul de antrenare i al doilea pentru regimul de frn (fig.4.8).


72

4.2.3. Sisteme de ac$ionare pentru func$ionarea n toate cele patru cadrane

Structura acestora este identic cu cea a celor pentru funcionarea n dou

cadrane, adaptndu-se corespunztor comanda celor dou convertoare.

A+B>180 (4.1) sau A+B=180 (4.2)

Pentru comanda indicat prin relaia (4.1) cele dou puni sunt comandate simultan, iar prin condiia impus se anuleaz curenii de circulaie ntre cele douredresoare. Schimbarea sensului de rotaie presupune o logic de trecere particular n care intervine un timp mort de cteva milisecunde. Aceast structurse recomand pentru acionrile la care reversarea de sens se face rar sau n repaos, iar funcionarea la sarcin redus este puin probabil.

Pentru comanda indicat prin relaia (4.2) ntre cele dou puni existpermanent cureni de circulaie sau n anumite intervale. Pentru limitarea lor se utilizeaz inductiviti suplimentare. Se recomand pentru acionrile care funcioneaz frecvent n gol sau la sarcin redus pentru evitarea regimului de curent ntrerupt. Un caz particular l constituie sistemele de urmrire rapide, fig.4.8, (ex. sistemele de acionare a portelectrodului sau de prelucrare prin electroeroziune) la care acionarea funcioneaz n regim de antrenare (cadranul I i III) n regim de frn recuperativ (cadranele II i IV) sau n regim de frn dinamic (cadranele II i IV), dac se comand corespunztor tiristoarele T9 i T10.


73

Cele dou transformatoare Tr1 i Tr2 au rol de separare galvanicntre partea de for i partea de comand, dar i funcia de element predictiv prin rspunsul derivativ la semnalul treapt provenit din proces (fig.4.9).

4.3. Structura 2i func$ionarea sistemelor de ac$ionare

electromecanic/ nereversibile cu motoare de curent continuu 2i redresoare comandate

4.3.1. Structura Sistemele de acionare cu motoare de curent continuu i redresoare comandate se compun din (fig.4.10) maina de lucru, motorul electric, redresorul comandat, dispozitivul de comand pe gril, transformatorul de sincronizare, regulatoare, elementul de prescriere a turaiei, traductoare de turaie i curent, alte elemente auxiliare. n aceast structur motorul electric funcioneaz pe caracteristici artificiale de tensiune (fig.4.11):

M)k(

RkU

2N

a

N

a

= , (4.3)

unde Ua este tensiunea variabil obinut la ieirea redresorului comandat.


74

Particularitatea specific acestor caracteristici este c la sarcini reduse ipentru inductiviti mici din circuitul indusului, acionarea poate ajunge la regimul de curent nt

Documents

Sisteme Automate de Actionare Electromecanica