Sisteme de Actionare Folosind Variatoare de Tensiune

7/31/2019 Sisteme de Actionare Folosind Variatoare de Tensiune

1/23

Argument

Omul, ca fiin superioar, a fost preocupat din cele mai vechi timpuri dea cunoate i stpni natura, de a dirija fenomene ale naturii n scopuluurrii existentei sale.

n procesul cunoaterii, omul urmrete evoluia n timp a unor mrimicaracteristice in raport cu evoluia altor mrimi, evideniind astfel grupulmrimilor care definesc cauza i grupul mrimilor ce definesc "efectul".Observaiile asupra presupuselor cauze i efecte au condus i conduc laevidenierea unor legi, care, crend relaiile dintre cauze" i efecte",caracterizeaz fenomenele.

Stabilirea unor legi ce caracterizeaz fenomene ale naturii i definireaunor modele ale fenomenelor au permis omului o cunoatere i interpretareaprofundat a multor fenomene, reuind s le dirijeze n scopul

mbuntirii condiiilor sale de via, al reducerii eforturilor fizice iintelectuale, al uurrii existenei sale.

n acest proces, omul a parcurs urmtoarele etape:Etapa mecanizrii, n care s-au creat prghia, roata, scripeii,multiplicatoarele de for de cuplu, ansambluri de calcul mecanizat etc., cucare omul i-a uurat eforturile fizice i intelectuale pentru producerea debunuri materiale.

Etapa automatizrii, n care omul a fost preocupat sa creeze mijloacemateriale care s deduc sau s elimine complet intervenia sa direct ndesfurarea proceselor de producie. Astfel, n aceasta etap, omuldesfoar cu precdere o activitate intelectual, n funcii de analiz,control i conducere.

Etapa cibernetizrii i automatizrii, n care omul este preocupat de

crearea unor asemenea obiecte materiale care s reduc funcia deconducere general a omului i s dezvolte sistemul de informare. Astfelau fost create calculatoare i sisteme automate de calcul cu ajutorul crorapot fi stabilite strategii de conducere a proceselor de producie i sistemede informatizare global.

Ansamblul de obiecte materiale care asigura conducerea unui procestehnic sau de alt natur fr intervenia direct a omului reprezint unechipament de automatizare.

Ansamblul format din procesul (tehnic) condus i echipamentul deautomatizare (de conducere) care asigur desfurarea procesului dupanumite legi poart denumirea de sistem automat.

Pentru o mai bun nelegere a acestei teme i pentru familiarizarearapid cu elemente i limbajele tehnice, pe care un bun tehnician trebuie sle cunoasc, am structurat aceast lucrare n 4 mari capitole, n care am

ncercat s fac o viziune uniform i general asupra acestei ramuri aautomatici, deoarece aceast ramur este ntr-o continu expansiune imodernizare, i de aceea eu am ncercat s o simplific i s o fac mai pe

nelesul tuturor, i a celor mai puin familiarizai cu acest domeniu.

1


2/23

Capitolul I

Introducere

Acionrile electrice studiaz conversia electromecanic a energiei nscopul realizrii unor procese de producie, n cadrul crora ntotdeaunaapare micare.

Elementul care realizeaz conversia este maina electric. La nceput

componentele acionrilor electrice erau considerate mai simplist (mainileelectrice i transmisiile). Odat cu dezvoltarea teoretic, acionrileelectrice se consider n prezent ca un sistem.

n acest context, componentele sistemului de acionare electric (S.A.E.)sunt: mainile electrice, transmisiile, mecanismul sau mecanismele delucru,aparatura de msur, componentele electronice de putere prin carese realizeaz conducerea funcionrii i aparatura de protecie.Parteamecanic se abordeaz doar n msura n care pune condiii pentrufuncionarea prii electrice.

Acionrile electrice ca sistem se definesc astfel: "Ansamblulelementelor fizice interconectate prin care se realizeaz conversia

electromecanic a energiei, n scopul efecturii unui proces tehnologic deproducie".O caracteristic a acionrilor electrice rezult din interdependena

componentelor acionrilor electrice i din interdependena funcional istructural a prii electice cu cea mecanic.

Dezvoltarea acionrilor electrice a dus la acionarea individual, ladesfiinarea numeroaselor transmisii exterioare dintr-o secie industrial.

Partea mecanic pune n prezent condiii tot mai pretenioase pentrupartea electric (reglarea i varierea turaiei permise). Astfel, parteaelectric se dezvolt pentru a satisface cerine, (funcionarea corelat amainii electrice,interdependena mai multor maini electrice,

automatizare).

2


3/23

Avantajele acionrilor electrice:

- transportul simplu al energiei electrice pe distane mari i la puteri foartemari;- dispunem de o gam de maini electrice cu puteri i turaii mult diferite;

- mainile electrice ofer posibilitatea modificrii turaiei, porniri, frnri,reversri, n cele mai bune condiii, corelarea micrii mainilor de lucrualeaceleiai instalaii productive;- funcionare economic i recuperarea energiei;- ofer posibilitile cele mai bune de automatizare;- ofer posibilitile dispunerii utilajelor n fluxul tehnologic.

Dezavantajele sistemului de acionare electric:-pericolul de electrocutare;-pericol de explozie n medii inflamabile;

-raport nefavorabil mas / putere asociat.

AUTOMATIZAREA PROCESULUI TEHNOLOGIC

Reglarea automat este acel ansamblu de operaii, ndeplinit automat,prin care o mrime fizic este fie meninut la o valoare prescris,constant numit consemn sau program fix fie i modific valoarea laintervale de timp date, conform unui anumit program, lund astfel osuccesiune de valori prescrise (dinainte stabilite).

n cadrul reglrii automate, se efectueaz o comparaie prin diferen avalorii msurate a unei msuri din procesul reglat, cu valoarea de consemn(sau program) i se acioneaz asupra procesului sau instalaieiautomatizate astfel nct s se obin anularea acestei diferene (sauabateri).

Noiuni privind automatizarea proceselor tehnologice

n desfurarea proceselor tehnologice seproduc transformri fizice, chimice, biologice, alematerie prelucrate, n aa fel nct stareaprodusului finit s corespund unor indicatoriprestabilii. Aceste transformri se produc ninstalaii (utilaje) tehnologice, concepute pentru arealiza una sau mai multe faze ale transformrilordin procesul tehnologic. Procesul desfurat ntr-o instalaie tehnologic este caracterizat de maimulte mrimi fizice: temperaturi, presiuni, debite,deplasri, concentraii etc. O parte din aceste

3


4/23

mrimi variaz n mod independent, altele sunt influenate devariabile independente. Desfurarea corect a procesului tehnologicpresupune ca la fiecare instalaie tehnologic, una sau mai multemrimi fizice s aib o lege de variaie prestabilit. Instalaiile tehnologicesunt astfel concepute, nct s fie posibil ajustarea acestor mrimi

fizice, numite mrimi de ieire, prin intermediul altor mrimi fizice,numite mrimi de execuie. ntr-o instalaie tehnologic mrimile deexecuie sunt variabile independente, putnd fi modificate de om sau dedispozitive tehnice construite anume n acest scop. Mrimile de ieiredepind att de mrimile de execuie, cat i de alte mrimi independente,numite mrimi perturbatoare. La nivelul unei instalaii izolate de ansamblulutilajelor cu care este interconectat, mrimile perturbatoare variaz nmod independent. Daca se examineaz instalaia n conexiune cu alteutilaje, se constat c cele mai importante perturbaii care se transmitacesteia sunt efectele variaiilor mrimilor de ieire i de execuie dincelelalte utilaje tehnologice, cu care este interconectat instalaia dat.

Schema bloc a unei instalaii tehnologice (IT) supus automatizrii esteprezentat n Figura 1, unde Xm , Xe i Xp reprezint mrimile de execuie, deieire i perturbatoare.

O instalaie tehnologic considerat ca obiect al automatizrii se numeteinstalaie automatizat (IA). Deci un sistem automat reprezint ansamblulformat din instalaia automatizat i echipamentul de automatizare, avndrolul de a realiza, fr participarea omului, o funcie de comand, control,reglare sau optimizare automat. O instalaie tehnologic considerat caobiect al automatizrii se numete instalaie automatizat (IA). Deci unsistem automat reprezint ansamblul format din instalaia automatizat iechipamentul de automatizare, avnd rolul de a realiza, fr participarea

omului, o funcie de comand, control, reglare sau optimizare automat.Pentru a preciza noiunile introduse vom examina schema de reglareautomat a turaiei unui motor electric de curent continuu prezentat nFigura 2. Instalaia automatizat este motorul electric, mpreun cu utilajultehnologic acionat. Ajustarea turaiei motorului se face prin modificareatensiunii de alimentare u, care este mrimea de execuie din sistem. Peaxul motorului este conectat un mic generator electric, numittahogenerator, care d la borne o tensiune ur, proporionale cu turaiamotorului.

4


5/23

Valoarea prescris (dorit) a turaiei se stabilete prin unghiul de rotaiei al poteniometrului P (unghiul de rotaie, i poate fi etalonat in rot/min).Tensiunea ui este proporional cu unghiul i, deci este proporional cuvaloarea prescris a turaiei. Scriind teorema a doua a lui Kirchhoff peconturul I, rezult:

ua + ur- ui = 0 sau ua = ui - ur

Deoarece tensiunea ureste proporional cu valoarea prescris a turaiei,iar tensiunea ureste proporional cu valoarea real a turaiei, tensiunea uava rezulta proporional cu abaterea turaiei de la valoarea prescris.Semnalul ua este amplificat de un amplificator de curent continuu.

Tensiunea uc de la ieirea amplificatorului se transmite la intrarearedresorului comandat RC. Acesta d la ieire tensiunea de alimentare u,variabil in funcie de semnalul de comand uc.

n timpul funcionrii utilajului tehnologic exist, n mod obinuit, variaiiale cuplului rezistent la arborele motorului de antrenare. Aceste variaiireprezint principala perturbaie a sistemului de reglare automat. Astfel,dac crete cuplul rezistent la arbore, turaia motorului scade. n modcorespunztor scade i tensiunea ur, deci, n conformitate cu relaia a doua,din cele prezentate mai sus, tensiunea ua crete1. Amplificatorul transmiteredresorului comandat RC o tensiune de comand uc mai mare,proporional cu noua valoare a tensiunii ua de intrare. Redresorul

comandat va mri tensiunea de alimentare la perii i motorul va accelera,astfel nct efectul perturbaiei iniiale tinde s fie compensat. n modanalog funcioneaz schema la o variaie n sensul micorrii cupluluirezistent la arborele motorului.

n schemele de automatizri se utilizeaz reprezentri simplificate aleelementelor, prin care se face abstracie de forma constructiv aacestora. Se reine ns fie rolul funcional al elementelor, fie1Se presupune c valoarea prescris este stabil i rmne n continuare constant.

5


6/23

proprietile acestora, din punctul de vedere al relaiei dintre semnalul deieire i de intrare. De altfel, n schema di figura 2s-au utilizat deja unelereprezentri de acest fel pentru amplificator i redresor comandat. n plus,transmiterea mrimilor fizice ntre elementele sistemului se reprezint prinlinii cu sgei ce indic sensul aciunilor n sistem. Schemele de

automatizri obinute n acest mod se numesc scheme bloc.

Pentru sistemul de reglare automat din figura 2s-a desenat schema blocdin figura 3.

Blocul I reprezint motorul electric mpreuna cu utilajul tehnologic acionati formeaz instalaia automatizat IA. Blocul 2 este tahogeneratorul,blocul 3 este poteniometrul P pentru fixarea valorii prescrise, elementul4 este circuitul electric prin care se realizeaz compararea tensiunilor ui iur, blocurile 5 i 6 reprezint amplificatorul, respectiv redresorulcomandat. Ansamblul elementelor (aparatelor) de automatizare 2, 3, 4, 5 i6 formeaz dispozitivul de automatizare DA. Schema din figura 3, poate fireprezentat ntr-o forma mai concis, ca n figura 4, n care se pun neviden cele dou pri de reglare ale unui sistem de reglare automat:

instalaia automatizat IA i dispozitivul de automatizare DA. Turaia nreprezint mrimea de ieire a sistemului, tensiunea u este mrimea deexecuie, iar variaiile cuplului rezistent Mri ale tensiunii de excitaie suntmrimi perturbatoare.

6


7/23

n figura 5 se utilizeaz notaiile uzuale pentru mrimile din sistem. S-a

presupus c exist o singur mrime de ieire xe i o singur mrimeperturbatoare xp. Mrimea de execuie s-a notat prin xm, iar xi este mrimeade intrare. Prin mrimea de intrare xi se stabilete valoarea prescris amrimii de ieire.

7


8/23

Capitolul II

Motorul electric de curent continuu

Generatoarele de curent continuu

Dac un rotor se nvrte ntre doi poli magnetici staionari, curentul dinrotor circul ntr-o direcie pe parcursul unei jumti de rotaie i ncealalt pe parcursul celeilalte jumti.

Pentru a produce o trecere constant, ntr-o singur direcie a curentului

dintr-un astfel de dispozitiv, este necesar furnizarea unui mijloc prin carecurentul rezultat s aib acelai sens pe parcursul ntregii rotaii.Lamainile mai vechi aceasta este realizat cu ajutorul unor plcuecolectoare, un inel de metal mprit n dou, montat pe axul rotorului.Celedou jumti sunt izolate i sunt bornele bobinei.

Perii fixe de metal sau carbon sunt inute pe plcuele colectoare n timpce acestea se rotesc, conectnd electric bobina la fire exterioare. n timp cerotorul se nvrte, fiecare perie intr n contact alternativ cu plcuelecolectoare, schimbndu-i poziia n momentul cnd curentul din bobin ischimb sensul.

Astfel circuitul exterior la care generatorul este conectat este alimentat

cu un curent continuu. Generatoarele de curent continuu sunt deobicei folosite la tensiuni mici pentru a evita scnteile dintre perii i plcuecare rezult la tensiuni mari.Cel mai mare potenial obinut n general deastfel de generatoare este de 1500 de voli. n unele maini mai noi aceastinversare se face folosind dispozitive electronice de mare putere, cum ar fide exemplu diode redresoare.

Generatoarele moderne folosesc rotoare cilindrice care, de obicei suntconstituite dintr-un numr mare de bobinaje aezate longitudinal nlcauri speciale i conectate la plcue colectoare. ntr-un bobinaj n careeste un numr mic de lcauri, curentul produs va crete i scdea nfuncie de partea de cmp magnetic prin care rotorul trece. Un bobinaj

compus din mai multe segmente i un rotor circular conecteaz npermanen circuitul aproape constant deoarece ntotdeauna un bobinajlongitudinal se deplaseaz printr-o suprafa cu un cmp magnetic intens.Cmpurile de la generatoarele moderne sunt de obicei din patru sau maimuli poli, pentru a crete mrimea i puterea cmpului magnetic.Cteodat poli mai mici sunt adugai pentru a compensa distorsiunile dinfluxul magnetic cauzat de efectul magnetic al rotorului.

8


9/23

Motoarele de curent continuu

n general, sunt similare n construcie cu generatoarele de curentcontinuu.Ele pot, de fapt s fie descrise ca generatoare care funcioneazinvers.

Cnd curentul trece prin rotorul unui motor, este generat un cmpmagnetic care genereaz o for electromagnetic, i ca rezultat rotorul serotete. Aciunea periilor colectoare i a plcuelor colectoare este exactaceiai ca la generator.Rotaia rotorului induce un voltaj n bobinajulrotorului.Acest voltaj indus are sens opus voltajului exterior aplicatrotorului.

n timp ce motorul se rotete mai rapid, voltajul rezultat este aproape egalcu cel indus.

Curentul este mic, i viteza motorului va rmne constant att timp ctasupra motorului nu acioneaz nici o sarcin, sau motorul nu efectueazalt lucru mecanic dect cel efectuat pentru nvrtirea rotorului.

Cnd asupra rotorului se aplic o sarcin, voltajul va fi redus i un curentmai mare va putea s treac prin rotor. Astfel, motorul este capabil sprimeasc mai mult curent de la sursa care l alimenteaz, i astfel sefectueze mai mult lucru mecanic.

Deoarece viteza rotaiei controleaz trecerea curentului prin rotor,mecanisme speciale trebuie folosite pentru pornirea motoarelor cu curentcontinuu.

Cnd rotorul se afl n repaus, el, efectiv, nu are nici o rezisten, i dac

voltajul normal este aplicat, va trece un curent mare, ceea ce ar puteaavaria periile colectoare sau motorul.Mijloacele obinuite pentru prevenirea acestor accidente este folosirea n

serie a unei rezistene, la nceput, mpreun cu rotorul, pentru a limitacurentul pn cnd motorul ncepe s dezvolte un curent suficient.Peparcurs ce motorul prinde vitez, rezistena este redus treptat, fiemanual ori automat.

Viteza cu care un motor cu curent continuu funcioneaz, depinde deputerea cmpului magnetic care acioneaz asupra rotorului, ct i decurentul rotorului.

Cu ct este mai puternic cmpul magnetic, cu att este mai mic rata

rotaiei necesare s creeze un curent secundar necesar pentru a contracaracurentul aplicat. Din acest motiv viteza motoarelor cu curent continuupoate fi controlatprin variaia cmpului curentului.

9


10/23

Motorul electric de curent alternativ

Motoarele de current alternativ sunt acele masini electrice a carordestinatie este de a transforma energia electrica de current alternativ,inenergie mecanica,materializata sub forma miscarii de rotatie(de regula arotorului lor).

Functionarea acestor categorii de masini se bazeaza pe principiulproducerii fortei electromagnetice,ca urmare a interactiunii dintre douacampuri magnetice,campul magnetic principal fiind de regula un campmagnetic invartitor.

In tehnica militara o utilizare mai lunga o au motoarele electrice decurrent alternativ asincrone si ca urmare aceasta categorie de motoareelectrice va fi prezenta in continuare.

Criterii de clasificare a motoarelor de current alternative asincrone:a)-dupa numarul de faze a tensiuni de alimentare (adica dupa modul deobtinere a campului magnetic invartitor).

-motoare de curent alternativ monofazic-motoare de curent alternativ bifazat-motoare de curent alternativ trifazat

b)-dupa particularitatile de constructie a rotorului-motoare de curent alternativ cu rotor bobinat(denumite si motoare de

curent alternativ cu collector)- motoare de curent alternativ cu rotor in scurtcircuitMotoarele cu rotorul bobinat au colectorul de tip lamelat,iar infasurarile

rotorice scurtcircuitate prin intermediul periilor se conecteaza la unrheostat de pornire sau de reglare a vitezei.

Rotorul de scurtcircuitare este in fond un rotor obisnuit,infasurarea saconstand dintr-o serie de bare de cupru sau aluminu neizolate,dispuse increstaturile rotorului si scurtcircuitate la capete prin inelele descurtcircuitare.

Motorul electric asincron

Motorul electric asincron este o masina electrica simpla,robusta,usorde manipulat,ieftina,avand un randament bun si un cuplu de pornireridicat.

El este caracterizat printr-o viteza de functionare care variaza cusarcina (la frecventa constanta a curentului de alimentare).

Motorul asincron trifazat este cel mai folosit motor electric in actionarileelectrice de puteri medii si mari.

10


11/23

Motorul asincron monofazat are caracteristici deosebite fata de celtrifazat.Astlef,curentul de mers in gol al acestuia este de circa trei ori maimare decat al motorului trifazat ,iar factorul de putere mai scazut cu 10-12%.

Motorul electric sincronLa motorul sincron statorul este o infasurare alimentata in current

alternative,iar rotorul,cu o infasurare de excitatie alimentata in currentcontinuu.

Caracteristica principala a motorului sincron este aceea ca vitezarotorului sau este constanta,indiferent de sarcina(pentru aceeasi frecventaa retelei).

Motorul sincron prezinta avantajul,fata de motorul asincron,ca avand unfactor de putere foarte bun,imbunatateste factorul de putere general alinstalatiilor electrice la care este racordat.

11


12/23

Capitolul III

PROCEDEE DE PORNIRE SI REGLAREA TURATIEI LAMOTOARE DE CURENT CONTINUU SI MOTOARELE DE

CURENT ALTERNATIV

Pornirea directa la tensiune normala

Se realizeaza cu ajutorul schemei electrice principale din fig7.27,in carec1 reprezinta contactorul de conectare la retea,iar c2 contactorul descurtcircuitare a rezistentei Rd denumita rezistenta de descarcare.

La pornirea directa se inregistreaza un soc de curent de 59 ori curentul

nominal.Ea prezinta urmatoarele dezavantaje :-curenti mari de pornire provoaca caderi importante de tensiune in reteaua

de alimentare, daca aceasta este de putere comparabila cu motorulsincron, ceea ce poate deranja alte receptoare conectate la aceeasi retea;-socul de curent la pornire produce eforturi electrodinamice deosebite in

infasurarea statorica si in mod special la capetele frontale;in cazul uneiconsolidari mecanice insuficiente se pot produce deteriorari;-socul de cuplu impune dimensionarea corespunzatoare a reductorului de

viteza,impunand cresterea gabaritului si a pretului acestuia.Pornirea directa prezinta urmatoarele avantaje esentiale:

-schema de pornire este foarte simpla;-aparatajul de automatizare a schemei este redus si siguranta infunctionare mai mare;-costul actionarii este redus.

Metoda pornirii directe se utilizeaza actualmente pe scara larga chiar sipentru motoarele de mii de kw, daca reteaua de alimentare rezista si dacamotorul a fost dimensionat ca atare.

Schema de comandaa pornirii directe aunui motor asincrontrifazat nereversibilfig(7.27

12


13/23

Pornirea cu bobine sau autotransformator

Fig.24

Cu nfurtorile statorice se insereaz nite bobine reglabile manual pemasur ce motorul accelereaz. Dup atingerea turaiei nominale, bobinelesunt scurtcircuitate de ctre contactele contactorului C1. Dac contactele

C2 sunt nchise, pornirea se realizeaz prin autotransformator.Metoda permite reglarea continua a tensiunii motorului si controlulacceleratiei micarii.

Se folosete la motoare de putere foarte mare i la porniri rare.

Pornirea indirecta a motoarelor cu rotorul bobinatLa motoarele cu rotorul bobinat, limitarea curentului de pornire se poate

realiza prin inserierea de rezistoare n circuitul rotoric.Pornirea se poate realiza intr-o singura treapta sau n mai multe trepte.n figura 25 este prezentat o schem de pornire n dou trepte prin

introducerea a dou grupuri de rezistoare R1 si R2 care sunt untate

succesiv prin nchiderea contactelor 12C si 13C prin utilizarea n schema decomand a dou relee de temporizare la alimentare 1d i 2d .

Pornirea se face n dou trepte intermediare. La momentul iniial sepleac din punctul A, motorul funcionand pe caracteristica artificial 1obinut prin nserierea n circuitul rotoric a ambelor grupuri de rezistoare

1R + 2R .n punctul B, dup scurgerea timpului de temporizare al releului 1d ialimentarea bobinei 2C , se nchid contactele 12C care scot din circuit

13


14/23

rezistoarele 1R , motorul trecand pe caracteristica artificial 2, punctul defuncionare deplasandu-se din C n D. Dup scurgerea timpului detemporizare al releului 2d este alimentata bobina 3C astfel ncat prin

nchiderea contactelor 13C sunt scoase din circuit si rezistoarele 2R ,

motorul funcionand n continuare pe caracteristica natural.(punctul defuncionare se deplaseaz din E n F).Prin alegerea corespunztoare a duratelor de temporizare, cuplul de

pornire poate fi meninut in intervalul ( minmax, pp MM ).Metoda asigur curent de pornire mic i cuplu mare de pornire, la limit

egal cu momentul critic: crp MM =max .Observaie dac n circuitul rotoric se introduce un reostat trifazic,

atunci se poate realiza reglarea continu a turaiei motorului, att la pornirect i n timpul lucrului.

14


15/23

Franarea motoarelor sincrone

In general franarea la motoarele sincrone nu prezinta interesul pe care ilridica la celelalte tipuri de motoare electrice.De multe ori sistemele deactionare la care se utilizeaza motoare sincrone nu ridica,pur si simplu

problema franari electrice.Totusi,pornind de la regimul de functionare ca motor,masina sincronapoate fi utilizata si pentru franarea pe cale electrica si anume franareadinamica.

Dupa deconectarea statorului de la reteaua de alimentare,infasurarea deexcitatie ramane alimentata cu current continuu,iar infasurarea statorica seconecteaza pe un reostat trifazat.

Energia cinetica a partilor in miscare ale sistemului de actionare setransforma in caldura prin efect Joule in circuitul statoric almasini,abstractie facand de partea necesara invingeri cuplului rezistenttotal al sistemului.Cuplul de franare depinde de curentul de excitatie,de

viteza unghiulara a masinii si de rezistenta pe faza statorica.Acest cuplu se anuleaza odata cu t.e.m.E0 la anularea vitezei de rotatie.Cu cat rezistenta pe faza statorului va fi mai mica,cuplul de franare va fi

mai mare.Din punct de vedere fizic acest regim de franare dinamica nu difera de cel

utilizat la motorul asincron,caracteristicile mecanice de franare fiind cutotul analoage.

Reglarea vitezei motoarelor sincrone

Deoarece motorul sincron functioneaza la viteze de sincronism,indiferent de sarcina la arbore ,rezulta ca reglarea vitezei se poate realizaprin variatia frecventefi f de alimentare sau prin schimbarea numarului p deperechi pe poli.

Modificarea simultana a numarului p si pe stator,si pe rotor,este legata dedificultati constructive fiind necesare infasurari speciale.Aceasta metodase utilizeaza extrem de rar in cazul motoarelor sincrone.

Reglarea vitezei prin modificarea frecventei incepe sa se alpice din ce in

ce mai mult,avand in vedere progresele ce se realizeaza in domeniulconvertizoarelor statice si tiristoare sau tranzistoare de putere.

15


16/23

Capitolul IV

SISTEME DE REGLARE AUTOMAT

Schema bloc tipic a Sistemelor de Reglare Automat

Schema de structur a unui sistem de reglare automat este dat n figura10. Semnificaia elementelor i mrimilor din sistem este urmtoarea:

Aceste notaii sunt uzuale n automatic i se vor utiliza sistematic n celece urmeaz.

Instalaia automatizat este instalaia tehnologic privit ca obiect alautomatizrii, la care una sau mai multe mrimi fizice, numite mrimi deieire, dorim s aib o lege de variaie dat.

Mrimea de ieire poate fi influenat n mod necontrolat de una sau maimulte mrimi perturbatoare i poate fi modificat, n scopul realizriiobiectivului reglrii, prin mrimea de execuie, xm. Valoarea prescris

(dorit) a mrimii de ieire se impune prin mrimea de intrare, xi

. Ea sepoate modifica printr-o aciune i asupra elementului de intrare Ei, dat deun operator uman sau de un dispozitiv tehnic (de exemplu, i poate fiunghiul de rotaie a unui buton de fixare a referinei). Elementul decomparaie EC compar mrimea de mrimea cu mrimea de reacie, dndmrimea de acionare:xa=xi-xr

16


17/23

Deoarece mrimile xi i xrsunt proporionale cu valoarea prescris,respectiv valoarea real a mrimii de ieire, rezult c mrimea deacionare este proporional cu abaterea mrimii de ieire de la valoareaprescris (eroarea de reglare). n funcie de aceast mrime de acionare,regulatorul R stabilete o lege de comand, n vederea aducerii mrimii de

ieire la valoarea prescris, adic pentru anularea erorii de reglare.Regulatorul automat R este deci dispozitivul tehnic care nlocuietefunciile operatorului uman ntr-un proces de reglare manual. Mrimea decomanda xc dat de regulator este, de cele mai multe ori, un semnal deputere mic. Pentru a se interveni asupra instalaiei automatizate, prinstabilirea mrimii de execuie xm la o valoare corespunztoare comenziiregulatorului, este necesar o putere mai mare dect puterea semnalului decomand. Din acest motiv, ntre regulator i instalaia automatizat seintroduce elementul de execuie EE. Acesta preia mrimea de comanda xci dezvolt la ieire o putere suficient de mare pentru a da mrimii deexecuie alura de variaie corespunztoare comenzii xc a regulatorului.

n consecin , funcionarea sistemului de reglare automat esteurmtoarea: dac, datorit aciunii mrimii perturbatoare xp, mrimea deieire scade fa de valoarea prescris, scade n mod corespunztor imrimea de reacie xr, iar mrimea de acionare xa va crete; regulatorul vastabili o comand xc, care, aplicat instalaiei automatizate - prin elementulde execuie EE - , produce modificarea mrimii de ieire n sensul reveniriiacesteia la valoarea prescris. O asemenea funcionare este posibil numaidatorit faptului c sistemul este n circuit nchis. Aceasta nseamn c, pelng legtura direct, de la intrarea la ieirea sistemului, exist o legturinvers, numit i reacie, prin care se controleaz dac obiectivul reglriieste ndeplinit. Un asemenea sistem n circuit nchis se mai numete i

bucl de reglare.Funcionarea i componena unor sisteme de reglare automat s-auexemplificat in paragraful anterior, prin intermediul sistemelor date nfigura 2.

Clasificarea SRA

Sistemele de reglare automat se pot clasifica dup mai multe criterii.Dup scopul reglrii, sistemele de reglare automat pot fi:-sisteme de stabilizare automat, numite i sisteme de reglare automatpropriu-zise;

-sisteme de reglare automat cu program;-sisteme de urmrire.Sistemele de stabilizare automat au rolul s menin constant, la o

valoare prescris dat, mrimea de ieire. Cele mai multe sisteme dereglare automat din industrie sunt de acest tip. Valoarea prescris sestabilete prin intermediul mrimii de intrare xi, care, n acest caz, esteconstant i se mai numete mrime de referin. Elementul de intrare Ei,prin care se fixeaz mrimea de referin a sistemului, se numete

17


18/23

dispozitiv(element) de referin. Sistemele de reglare automat din figura4.6 sunt sisteme de stabilizare.

Sistemele de reglare cu program au mrimea de intrare x i variabil nconformitate cu un program prestabilit. n consecin, mrimea de ieire asistemului va varia dup programul dat, deoarece orice sistem de reglare

automat realizeaz modificarea mrimii de ieire n conformitate cuvariaiile date mrimii de intrare. Elementul de intrare Ei care elaboreazsemnalul Xi, are, n acest caz, o construcie special i se numetedispozitiv(element) de programare. n sistemul de comand cu program dat

n figura 1.11 se utilizeaz un dispozitiv de programare cu cam. Dac ntr-un sistem de reglare automat se utilizeaz un dispozitiv de programare nlocul elementul de referin, se obine un sistem de reglare automat dupprogram.

Sistemele de urmrire au mrimea de intrare x i variabil dup o legeoarecare, necunoscut dinainte. Sistemul automat face ca mrimea deieire s urmreasc n permanen variaiile mrimii de intrare. Din

categoria sistemelor de urmrire fac parte doua tipuri de sisteme, cunumeroase aplicaii n situaii specifice: servomecanismele i sisteme dereglare automat a unui raport (sau, mai pe scurt regulatoare de raport).

Servomecanismele au ca mrime de ieire o deplasare. Deci, ele permits se modifice poziia unui obiect n conformitate cu variaiile unui semnalde intrare xi de putere neglijabil.

Elementul Ei este n acest caz un traductor de intrare, care transformmrimea fizic i (de obicei, o deplasare) ntr-un semnal de aceeai naturfizic cu mrimea de reacie.

Aa cum se va arta n cele ce urmeaz, servomecanismele pot fi utilizateatt ca sisteme automate de sine stttoare, ct i ca subansambluri ale

altor sisteme de reglare automat, jucnd n cadrul acestora rolul deelemente de execuie.Regulatoarele de raport menin constant raportul a doua mrimi fizice

atunci cnd una din mrimi are variaii independente, oarecare. Deexemplu, la un cazan sau cuptor cu nclzire cu combustibil gazos,reglarea temperaturii se realizeaz prin ajustarea debitului de combustibil.

n timpul funcionarii sistemului de stabilizare a temperaturi, debitul decombustibil are o variaie oarecare, n funcie de perturbaiile careacioneaz asupra sistemului. Pentru arderea corect a combustibiluluitrebuie s existe un raport dat ntre debitul de aer i debitul de combustibil.

n consecin, se utilizeaz i un regulator de raport care face ca debitul de

aer s urmreasc debitul de combustibil, n aa fel nct raportul celordou debite s fie constant.

Dup numrul mrimilor reglate i numrul mrimilor de execuie,sistemele de reglare automat pot fi:-sisteme de reglare simple, n care exist o singur mrime de ieire i osingur mrime de execuie (sau SRA convenionale);

18


19/23

-sisteme de reglare multivariabile, n care exist mai multe mrimi de ieirei de execuie, interdependente (sau SRA multivariabile).

Dup modul de variaie a mrimii de comand, sistemele de reglareautomat pot fi:

-sisteme de reglare cu aciune continu, n care mrimea de comand esteo funcie de timp continu;-sisteme de reglare discontinue, la care mrimea de comand dat deregulator poate avea variaii discontinue ca nivel sau variaii discrete ntimp.

Din categoria sistemelor cu aciune discontinu deosebim:-regulatoarele bipoziionale i tripoziionale, unde mrimea de comand nupoate avea dect dou, respectiv, trei valori discrete (variaii discontinueca nivel);-regulatoare cu aciune prin impulsuri, unde mrimea de comand setransmite discret n timp, sub forma unor impulsuri dreptunghiulare (cu

variaii continue sau discontinue la nivelul impulsurilor).Sistemele de reglare automat se mai pot clasifica:-n funcie de felul variaiei mrimii de intrare;-n funcie de viteza de variaie a mrimii reglate (sau viteza de rspuns);-n funcie de numrul mrimilor reglate ;-dup tipul aciunii regulatorului automat;-n funcie de numrul buclelor de reglare ale schemei SRA;

n funcie de aspectul variaiei n timp a mrimii de intrare i(deci dupvariaia n timp impus mrimii de ieire y) se deosebesc:- sisteme de stabilizare automat (cnd i= ct -de exemplu, meninereaconstant a unui parametru-) acestea ser mai numesc SRA cu consemn

constant sau cu program fix;- sisteme de reglare automat cu program variabil (cnd ivariaz n timpdup o lege prestabilit de exemplu, n cuptoarele industriale pentrutratamente termice; acestea se mai numesc SRA cu consemn programat;- sisteme de reglare automat de urmrire (cnd ivariaz n funcie de unparametru din afara SRA, legea de variaie n timp a acestui parametrunefiind cunoscut dinainte); mrimea de la ieire yurmrete variaia lui i.

n funcie de viteza de rspuns a obiectului reglrii la un semnal aplicat laintrare se deosebesc:- SRA pentru procese lente (cele mai rspndite, instalaii sau procesetehnologice industriale, caracterizndu-se printr-o anumit inerie),

- SRA pentru procese rapide, cum sunt sistemele de reglare automataplicate mainilor i acionrilor electrice (de exemplu, reglarea turaieimotoarelor, reglarea tensiunii generatoarelor etc.).

Dup tipul aciunii regulatorului automat, se deosebesc:-SRA cu aciune continu, la care mrimea de ieire a fiecrui elementcomponent al sistemului este o funcie continu de mrimea sa de intrare.

19


20/23

Aceste SRA conin fie regulatoare liniare, la care dependena = f(e) esteliniar, fie regulatoare neliniare, la care aceast dependen este neliniar;-SRA cu aciune discontinu (discret), la care mrimea de la ieirearegulatorului RA este reprezentat de o succesiune de impulsuri de reglare,fie modulate n amplitudine sau durat (cazul regulatoarelor cu impulsuri),

fie codificate (cazul regulatoarelor numerice).n funcie de numrul buclelor de reglare, se deosebesc:-SRA cu o bucl de reglare (sau cu un singur regulator automat);-SRA cu mai multe bucle de reglare (sau cu mai multe regulatoareautomate).schema bloc asociat.

ELEMENTELE SISTEMULUI DE REGLARE AUTOMATA

Noiuni generale. Echipamente unificate i specializate de automatizare

Ansamblul mecanismelor care servesc la realizarea dispozitivelor deautomatizare ale sistemelor automate formeaz echipamentul deautomatizare.

n prima etap a dezvoltrii automaticii nu exista o producie specializatpentru echipamentul de automatizare. Pentru un utilaj tehnologic seproiectau i se fabricau dispozitive specifice utilajului respectiv (uneori

producia echipamentului de automatizare se realiza n aceleai uniti ncare se fabrica utilajul). Aceast situaie a dus la o diversificareconstructiv exagerata a aparaturii de automatizare, crend n practicserioase dificulti, dintre care amintim:

- greuti de procurare a pieselor de schimb;- dificulti de specializare n ntreinerea i repararea

echipamentului de automatizare;- frnarea dezvoltrii produciei de echipament de

automatizare printr-o tehnologie proprie;- un pre de cost ridicat pentru un aparat de automatizare de

complexitate dat.

Prin dezvoltarea automatizrii proceselor tehnologice s-a trecut latipizarea aparatelor i dispozitivelor de automatizare. Ele s-au conceputastfel, nct un tip de aparat s poat fi utilizat pentru realizarea diferitelorsisteme automate, din mai multe ramuri industriale: construcii de maini,metalurgie, industrie alimentar, industrie chimic etc. Producia deechipament de automatizare s-a organizat n uniti distincte, cu otehnologie specific, prin care se asigur o calitate i o fiabilitate

20


21/23

(siguran n funcionare) corespunztoare, precum i un pre de costrezonabil. n tipizarea echipamentului s-au avut n vedere dou aspecte:

- utilizarea unui principiu constructiv i tehnologic "unificat"pentru realizarea aparatelor i dispozitivelor de automatizare;

- adoptarea unui semnal unificat pentru intrrile i ieirile

aparatelor.Ansamblul aparatelor i dispozitivelor care se realizeaz dup unprincipiu constructiv unic i lucreaz cu un semnal unificat formeaz unsistem unificat de elemente de automatizare. Un sistem unificat trebuie saib n componen toate aparatele i dispozitivele necesare realizriioricrui sistem de automatizare dintr-o clas dat, indiferent de ramuraindustrial la care se aplic automatizarea. Deci, ntr-un sistem unificat deautomatizare trebuie s existe o varietate ct mai mare de traductoare, deregulatoare, elemente de execuie, aparate de msur i alte dispozitive,astfel nct printr-o alegere corespunztoare a elementelor necesare spoat fi realizate diferite bucle de reglare, n diverse ramuri industriale.

Prin unificarea semnalului se nelege adoptarea ca semnal a aceleiaimrimi fizice, cu acelai domeniu de variaie, indiferent de locul unde seplaseaz elementul de automatizare intr-un sistem automat. Utilizareasemnalului unificat permite o mare flexibilitate n alctuirea schemelor deautomatizare.

Traductoarele i elementele de execuie, care se monteaz pe utilajultehnologic automatizat, reprezint aparate de cmp, n sensul c ele suntdistribuite n seciile de producie. Transferul semnalelor de la aparatele decmp la cele montate n tabloul de comand i control se face prin cabluride legtur, n care pot aprea perturbaii, de exemplu prin inducieelectromagnetic. Semnalul unificat utilizat cel mai frecvent n aparatele de

cmp este intensitatea curentului electric, ntruct acesta este cel mai puinafectat de perturbaia de tipul celor menionate. Semnalul unificat n curentpoate fi cu domeniile de variaie 2...10 mA, iar uneori limita inferioar estezero.

Semnalul unificat n tensiune, utilizat ndeosebi n aparatura de tablou,este de 0... 10V sau-10...+10 V.

n instalaiile tehnologice cu pericol de explozie, deseori se preferechipamente de automatizare pneumatice. Semnalul unificat pneumaticeste presiunea aerului instrumental, cu domeniul de variaie 20... 100 kPa.

n prezent, echipamentele de prelucrare a informaiei pentru funcii deautomatizare sunt predominant numerice, avnd la baz microprocesoare.

Aceste echipamente, realizate n structuri concentrate sau distribuite,asigur faciliti deosebite de reglare, monitorizare i diagnoz aproceselor conduse.

Echipamentele unificate sunt concepute i construite s asigure indicicalitativi ridicai ai aparatelor i, prin aceasta, s creeze premisele unorperformane nalte ale sistemelor automate. n unele aplicaii specifice,utilizarea echipamentelor unificate de automatizare nu este justificat denecesiti privind obinerea unor indicatori de calitate ridicai ai sistemelor

21


22/23

de automatizare. n aceste situaii, adaptarea elementelor din sistemeleunificate poate conduce la creterea inadmisibil a costului dispozitivuluide automatizare. Din acest motiv, ct i datorit altor cauze, s-a trecut, nunele ramuri industriale, la producia de echipament specializat deautomatizare. Acesta se poate aplica la cea mai mare parte a instalaiilor

tehnologice din ramura industrial considerat.Echipamentele de automatizare specializate sunt construite innd contde particularitile instalaiilor tehnologice i asigur o calitate a reglriicorespunztoare specificului buclelor de reglare respective. Ele au oconstrucie simpl i permit introducerea automatizrii fr investiii preamari.

Echipamentul de automatizare - unificat sau specializat - poate fi:- echipament de baz;- echipament auxiliar.Echipamentul de baz este format din totalitatea

traductoarelor, regulatoarelor, elementelor de execuie, dispozitivelor de

referin i de programare, aparate de msur etc., care realizeaz funciilede comand, control i reglare. Echipamentul auxiliar asigur condiiile defuncionare normal a echipamentului de baz i este format din surse dealimentare, filtre etc.

Dup rolul funcional al echipamentului de automatizare, nsistemele automate, deosebim: traductoare, elemente de execuie,regulatoare, dispozitive de referin i dispozitive de programare,convertoare, aparate de msur, indicatoare, nregistratoare itotalizatoare, alte dispozitive de prelucrare a semnalelor.

Dup soluia constructiv, echipamentele de automatizare potfi: electrice (electronice), pneumatice, hidraulice, mecanice. Cele mai

utilizate sunt echipamentele electrice (electronice) i pneumatice deautomatizare.

22


23/23

BIBLIOGRAFIE

1. SAAL C. ACIONRI ELECTRICE I AUTOMATIZRI EDITURA

DIDACTIC I PEDAGOGIC, BUCURETI 1980

2. NSTASE B. MAINI APARATE, ACIONRI I AUTOMATIZRI

EDITURA DIDACTIC I PEDAGOGIC, R.A., - BUCURETI 1997

3. FLORIN M. - ELEMENTE DE COMAND SI CONTROL PENTRU

ACIONRI I SISTEME DE REGLAREAUTOMAT EDITURAECONOMIC PREUNIVERSITAR, BUCURETI 2002.

Documents

Sisteme de Actionare Folosind Variatoare de Tensiune