Sisteme de Actionare Electrica. Telehoi2

Sisteme de actionare electrica

CUPRINS

Argument..........................................................................................................................................2

Sisteme de acţionare electrică..........................................................................................................3

3.1. Sisteme de acţionare electrică................................................................................................5

3.1.1. Motoare de curent continuu...............................................................................................6

3.2. Sisteme de acţionare hidraulică............................................................................................15

3.3. Sisteme de acţionare pneumatică........................................................................................16

NORME DE TEHNICA SI SECURITATEA MUNCII................................................................................17

CONCLUZII.......................................................................................................................................19

1


Argument

Sistemul de acţionare al unui robot cuprinde totalitatea surselor energetice ale robotului precum şi elementele de control direct ale acestora. În acest sens, prin sistem de acţionare se va înţelege ansamblul motoarelor şi convertoarelor prin care se obţine energia mecanică necesară deplasării robotului precum şi dispozitivele suplimentare ce controlează acest transfer energetic.

Un astfel de sistem va cuprinde :1) o sursă primară de energie ;2) un sistem de conversie al energiei primare în energie mecanică ;3) un sistem pentru transmisia energiei

mecanice la articulaţia corespunzătoare ;4) un control al parametrilor caracteristici ale acestor sisteme. Structura generală a unui sistem de acţionare este prezentată în figura 3.1. Sistemele uzuale de acţionare folosesc trei surse primare de energie :

electrică , pneumatică sau hidraulică. Procentual, cel mai mare număr de sisteme de roboţi industriali

moderni utilizează acţionarea hidraulicădatorită unor caracteristici deosebite pe care

aceste echipamente le oferă în ceea ce priveşte raportul dintre forţa exercitată la dispozitivul motor şi greutatea acestuia. O arie largă o au deasemenea acţionarile electrice, utilizate îndeosebi datorită facilităţilor de control pe care le pot asigura. Acţionarea pneumatică ocupă o pondere redusă în această direcţie , ea fiind de obicei utilizată în sistemele de comandă ale dispozitivelor auxililiare.

2


Sisteme de acţionare electrică

Deşi mai puţin utilizată decât acţionarea hidraulică, acţionarea electrică ocupă o arie suficient de întinsă la roboţii industriali datorită următoarelor avantaje principale :a) sursa de energie electrică primară este uşor de găsit;b) sistemele de control sunt precise, sigure şi relativ uşor de cuplat la o conducere numerică la nivel înalt;c) se poate asigura o funcţionare autonomă prin alimentarea cu baterii;d) nu se impun probleme specifice de poluare.Sisteme de acţionare hidraulicăAceste dispozitive se bazează pe principiul conversiei energiei unui fluid incompresibil în energie mecanică. Lichidul utilizat este un ulei mineral ce acţionează la presiuni de până la 100 atm., sursa de presiune hidraulică fiind încorporată în sistemul de acţionare propriu al robotului sau aparţinând unui sistem centralizatSisteme de acţionare pneumaticăCaracteristica principală a acestor dispozitive este dată de utilizarea aerului ca fluid compresibil al sistemului de acţionare.Funcţiile de operare ale sistemelor pneumatice sunt similare cu cele hidraulice, particularităţile tehnologice şi constructive specifice lor fiind datorate schimbării fluidului, cu specificul şi proprietăţiile sale.

3


SISTEME DE ACŢIONARE

Sistemul de acţionare al unui robot cuprinde totalitatea surselor energetice ale robotului precum şi elementele de control direct ale acestora. În acest sens, prin sistem de acţionare se va înţelege ansamblul motoarelor şi convertoarelor prin care se obţine energia mecanică necesară deplasării robotului precum şi dispozitivele suplimentare ce controlează acest transfer energetic.

Un astfel de sistem va cuprinde :1) o sursă primară de energie ;2) un sistem de conversie al energiei primare în energie mecanică ;3) un sistem pentru transmisia energiei

mecanice la articulaţia corespunzătoare ;4) un control al parametrilor caracteristici ale acestor sisteme. Structura generală a unui sistem de acţionare este prezentată în figura 3.1. Sistemele uzuale de acţionare folosesc trei surse primare de energie :

electrică , pneumatică sau hidraulică. Procentual, cel mai mare număr de sisteme de roboţi industriali

moderni utilizează acţionarea hidraulicădatorită unor caracteristici deosebite pe care

aceste echipamente le oferă în ceea ce priveşte raportul dintre forţa exercitată la dispozitivul motor şi greutatea acestuia. O arie largă o au deasemenea acţionarile electrice, utilizate îndeosebi datorită facilităţilor de control pe care le pot asigura. Acţionarea pneumatică ocupă o pondere redusă în această direcţie , ea fiind de obicei utilizată în sistemele de comandă ale dispozitivelor auxililiare.

4


Figura 3.1

5


3.1. Sisteme de a cţ i o nare electrică

Deşi mai puţin utilizată decât acţionarea hidraulică, acţionarea electrică ocupă o arie suficient de întinsă la roboţii industriali datorită următoarelor avantaje principale :

a) sursa de energie electrică primară este uşor de găsit;b) sistemele de control sunt precise, sigure şi relativ

uşor de cuplat la o conducere numerică la nivel înalt;c) se poate asigura o funcţionare autonomă prin alimentarea cu baterii;d) nu se impun probleme specifice de poluare.

3.1.1. Motoare de curent continuu

Acţionarea cu motoare de curent continuu are avantajul important că momentul creat este practic independent de poziţia şi viteza motorului, depinzând numai de câmpul înfăşurărilor şi curentul din armături. Dacăînfăşurările de câmp sunt înlocuite cu un magnet permanent atunci momentul dezvoltat este proporţionalcu valoarea curentului din armături şi deci cu tensiunea aplicată

Anumite proceduri tehnologice au permis micşorarea greutăţii motoarelor. Ele se referă, de exemplu, la eliminarea înfăşurărilor de excitaţie prin utilizarea motoarelor cu magnet sau micşorarea greutăţii rotorului prin motoarele disc. Deşi teoretic, orice motor electric este susceptibil de utilizare, pentru acţionarea roboţilor se utilizează numai motoare de curent continuu şi pas cu pas, primul datorită sistemelor performante de control,

6


iar al doilea datorită facilităţilor pe care le oferă în controlul în buclă deschisă la operaţiile de poziţionare .

Dezavantajul principal al acestor acţionări este greutatea componentelor. Raportul putere - greutate sau moment - greutate este mai mic decât la acţionările hidraulice. Această greutate nu poate fi redusă în mod semnificativ datorită circuitului magnetic care, pentru asigurarea unor performanţe ridicate necesită o geometrie corespunzătoare.

Utilizarea motorului de c.c în acţionarea roboţilor impune :a) un sistem de control utilizând tahogeneratoare

şi transformatoare de poziţie;b) un sistem mecanic care să realizeze conversia

miscării de rotaţie in mişcare de translaţie;c) un sistem mecanic pentru blocarea motorului .Motoarele de curent continuu sunt formate din două

părţi : un sistem de excitatie şi o înfăşurare dispusă într-o armătură rotorică. Un sistem de comutaţie, asigură în permanenţă un sens unic al curentului în raport cu câmpul magnetic, deci asigura o forţă în direcţie constantă.

Fluxul magnetic este proporţional cu valoarea curentului de exciţatie,

(3.1)

iar ecuaţiile ce guvernează regimul staţionar (neglijând anumite efecte secundare)sunt :

(3.2)

(3.3)

(3.4)Dacă motorul lucrează sub curent de excitaţie

constant, atunci fluxul este constant deci

(3.5)Dacă operează în curent de excitaţie variabil şi

7


tensiune de alimentare constantă, atunci ecuaţiile de funcţionare devin:

(3.5)

(3.6)

Figura 3.2

Regimul tranzitoriu al motorului ce operează sub flux constant se obţine

imediat din figura 3.2.

(3.7)iar cuplul motor va fi:

(3.8)

unde J este momentul de inerţie al elementelor de rotaţie, k f

defineşte coeficientul de frecare vâscoasă, M f este cuplul corespunzător frecării uscate iar M s este cuplul de sarcină.

8


Figura 3.3

Aplicând transformarea Laplace relaţiilor (3.7) şi (3.8), considerând condiţii iniţiale nule, rezultă:

(3.9)

(3.10)

9


Ecuațiile cestea definesc schema bloc echivalentă a motorului (figura 3.4).

Din (3.9) si (3.10) rezulta,

(3.11)

Considerând cuplurile de frecare M f foarte mici şi neglijând

cuplul de sarcină M s rezultă funcţia de transfer între viteză şi tensiune :

(3.12)Sau

(3.13)

unde

(3.14)

Dacă k f se consideră suficient de mic, atunci funcţia de transfer poate fi rescrisă sub forma:

(3.15)

Unde defineşte constanta de timp electrică,

10


iar, constanta de timp electro-mecanică,

(3.16)

Ecuaţiile de mai sus sunt, în principiu, specifice motoarelor disc, dar pot fi aplicate la toate motoarele utilizate în sistemele de acţionare ale roboţilor, diferenţierile fiind de ordin tehnologic. Aceste ecuaţii indică reglajul preferenţial al turaţiei prin reglarea tensiunii de alimentare u . Controlulde tensiune al turaţiei este utilizat practic în peste 85% din sistemele de acţionare al roboţilor (cu acţionare prin motor de c.c. ) şi numai o mică parte utilizează controlul prin curent, această ultimă procedură fiind avantajoasă datorită funcţiei de transfer mai simple între cuplu şi curent.

Controlul în tensiune al turaţiei în acţionarea roboţilor se rezolvă prin două

metode: redresoare comandate cu tiristoare; variatoare de tensiune continuă

Redresoarele comandate cu tiristoare reprezintă o soluţie extrem de larg utilizată şi o literatură extrem de bogată abordează această problematică. Din mulţimea structurilor şi schemelor bazate pe această metoda, se vorprezenta câteva tipuri utilizate frecvent în controlul roboţilor.

Redresoare monofazate în punte. Aceste sisteme sunt utilizate în special la puteri şi tensiuni mici. Schema generală a unui redresor de acest tip este prezentată în figura 3.5.

11

Ud


Th1 Th2 +

M tus t

L idTh3 Th4

Id t

a) b)

Figura 3.5

Controlul redresării este obţinut printr-o punte, în circuitul exterior al redresorului fiind montat motorul de c.c. Se remarcă conducţia, pe fiecare alternanţă a tensiunii din secundar, a două tiristoare opuse. De exemplu într-o semialternanţă conduc tiristoarele Th 2 şi Th 3 (linie neântreruptă), iar în cealaltă semialternanţă grupul Th 1, Th 4 (linie punctată). Controlul valorii curentului redresat se obţine prin controlul unghiului de aprindere al tiristoarelor. Pentru atenuarea componentelor alternative ce apar în această redresare, în circuitul motorului se introduce o bobină de netezire L.

Redresoare trifazate în puncte. Circuitele de acest tip reprezintă stuctura cea mai eficientă pentru alimentarea motoarelor de c.c. sub raportul puterii şi randamentului. Configuraţia de bază a unui astfel de circuit este prezentată în figura 3.6, iar formele de undă ale semnalelor se pot urmări în figura 3.7.

Variatoare de tensiune continuă. Aceste dispozitive trasformă o tensiune continuă aplicată la intrare, în impulsuri dreptunghiulare de tensiune, la ieşire, astfel încât valoarea medie a tensiunii de ieşire se poate modifica în funcţie de factorul de umplere al impulsurilor. Schema de principiu a unei astfel de valori este prezentată în figura 3.8.

12


Elementul principal al dispozitivului este un comutator static CS realizat, de obicei, dintr-un tiristor comandat. Închiderea comutatorului înseamnă aplicarea semnalului de tensiune de amplitudine U pe bornele motorului, regim menţionat pe o durata de timp Ti. Prezenţa

inductiei L determină o creştere a curentului, presupusă idealizat ca o creştere liniara (figura 3.8b),

(3.17)

Deschiderea întrerupatorului înseamnă decuplarea alimentării E şi închiderea curentului de autoinducţie prin dioda D. Valoarea medie a tensiunii la bornele motorului va fi:

(3.18)

Această relaţie indică doua modalităţi de control a

componentei continue: a) prin ajustarea duratei impulsului

T i în cadrul unei perioade T

de comutare constantă ; b) prin menţinerea duratei T i

constanta şi varierea perioadei T. Ambele metode determină

funcţionarea motorului într-un singur regim, regimul de

motor.O soluţie înbunataţită este oferită de funcţionarea motorului în două regimuri încadrul unei perioade de lucru, regim de motor popriu-zis şi regimul de frână.

13


Figura 3.7

În figura 3.9 este reprezentată schema de principiu a unui astfel de variator.În primul regim este deschis comutatorul CS1, dioda D1 având rol de descărcare.

Figura 3.8

În al doilea regim se blochează CS1 şi se deschide CS2 motorul trecând în regim de frână prin scurtcircuitarea indusului, energia cinetică transformându-se în energie mecanică. Când se deschide CS2 tensiunea electromotoare a maşinii împreună cu cea de autoinducţie determină deschiderea diodei D2 şi

14


trecerea curentului spre sursa E, deci energia magnetică acumulată se transformă în energie electrică. Cele două zone funcţionale corespund cadranelor I şi II a curenţilor şi tensiunilor de alimentare.

Figura 3.9

3.2. Sisteme de a cţ ionare hidraulică

Aceste dispozitive se bazează pe principiul conversiei energiei unui fluid incompresibil în energie mecanică. Lichidul utilizat este un ulei mineral ce acţionează la presiuni de până la 100 atm., sursa de presiune hidraulică fiind încorporată în sistemul de acţionare propriu al robotului sau aparţinând unui sistem centralizat.

Dispozitivul cu cea mai largă utilizare în aceste sisteme este reprezentat de pistonul hidraulic liniar (fig.3.10)

Figura 3.10

15


3.3. Sisteme de a cţ ionare pneumatică Caracteristica principală a acestor dispozitive este dată

de utilizarea aerului ca fluid compresibil al sistemului de acţionare.

Funcţiile de operare ale sistemelor pneumatice sunt similare cu cele hidraulice, particularităţile tehnologice şi constructive specifice lor fiind datorate schimbării fluidului, cu specificul şi proprietăţiile sale.

Din factorii care argumentează în favoarea utilizării sistemelor pneumatice, se pot reţine:

simplitatea echipamentului de acţionare; robusteţea dispozitivelor utilizate; nepoluarea mediului de lucru; sisteme de control simple; raportul putere/greutate relativ ridicat; rezistenţa la suprasarcini de valori mari.

Compresibilitatea fluidului (aerului) face ca sistemele de control să fie utilizate în special la elementele mecanice care lucrează pe principiul ”tot sau nimic” fără a fi necesar un reglaj intermediar. Ca urmare, ele pot fi introduse cu succes la dispozitivele de acţionare ale griperelor unde sunt conturate întotdeauna numai două stări distincte: deschis şi închis.

Controlul poziţiei unui element mecanic prin sisteme pneumatice este rar utilizat datorită performanţelor slabe rezultate în comparaţie cu cele electrice sau hidraulice. Aceste rezultate slabe se atribuie compresibilităţii fluidului care introduce un timp de propagare, de întârziere, în dinamică dispozitivului. De asemenea, o deficienţă de bază o constituie faptul că aceste sisteme utilizează controlul după debit, parametru ce nu este întotdeauna indicat pentru controlul pneumatic al unei mişcări. Din acest motiv, se recomanda utilizarea unui control al presiunii ce duce la o îmbunătăţire considerabilă a performanţelor dar este mult mai complex şi costisitor.

16


NORME DE TEHNICA SI SECURITATEA MUNCII

Securitatea muncii reprezintă un ansamblu de acţiuni şi măsuri tehnice sanitare şi organizatorice având ca scop ocrotirea vieţii şi sănătăţii celor ce muncesc în timpul procesului de producţie şi asigurarea unor condiţii optime de lucru, prin cunoaşterea şi înlăturarea tuturor elementelor care pot apărea în procesul de muncă, susceptibile să provoace accidente şi îmbolnăviri profesionale.

Pentru însuşirea şi aplicarea temeinică a măsurilor şi normelor de protecţia muncii sunt necesare cunoştinţe teoretice şi practice, atât de ordin general, cât şi specifice procesului de producţie.

În orice proces ce implică acţiuni practice este necesar să interacţioneze patru elemente, care se influenţează reciproc:

- factorul uman;

- sarcina de muncă;

- mijloace de producţie;

- mediul de muncă.

Pentru ca o activitate practică să se desfăşoare, nu este suficient ca aceste elemente să existe, de sine stătătoare, în spaţiu şi la momente de timp diferite. Ele trebuie să coexiste şi să intre în relaţii unele cu altele, tocmai în scopul realizării activităţii respective.

Toate cele patru elemente care intervin în procesul practic alcătuiesc un sistem în care fiecare element trebuie să-şi păstreze starea normală. Abaterea de la starea normală a cel puţin unuia din elemente constituie o disfuncţie a sistemului şi are drept consecinţe un accident.

Accidentul profesional se produce în cazul unei abateri lente repetate. Cauzele acestor abateri se regăsesc la nivelul fiecărui element.

17


Accidentele frecvente ce pot să apară în timpul executării unei lucrări practice într-un laborator sau atelier de profil electric sunt următoarele: răniri, electrocutări, arsuri.

18


CONCLUZII

19

Documents

Sisteme de Actionare Electrica. Telehoi2