-
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:
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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;
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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$/
Schema de for (fig.1.6) conine pe lng elemente de protecie,
contactele unui singur contactor de for prin intermediul crora
indusul motorului de curent continuu, respectiv inductorul
motorului asincron este cuplat la reeaua de alimentare.
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
13
1.3.2. Schema de comand/
Schema de comand poate avea diferite configuraii, n funcie de
aplicaii. Pentru aplicaii simple, la care maina de lucru este
permanent supravegheat de operator, schema de comand conine
(fig.1.7) numai bobina contactorului i butonul cu contact normal
deschis i revenire automat. Ct timp butonul S1 este acionat, bobina
K este alimentat i contactele corespunztoare din schema de for
(fig.1.7.a) sunt nchise. La eliberarea acestuia, bobina K nu mai
este alimentat i se ntrerupe alimentarea motorului electric. Un
exemplu tipic de aplicaie l constituie acionarea ghilotinei de tiat
hrtie din industria poligrafic,la care se introduce nc un buton
(fig.1.7.b) pentru protecia operatorului care este astfel obligat s
foloseasc ambele mini.
n cazul acionrii ventilatoarelor, pompelor, compresoarelor etc.,
maini de lucru cu funcionare de lung durat, funcia butonului de
comand este preluat, dup eliberare, de un contact normal deschis al
contactorului K, numit contact de automeninere (fig.1.8). Pentru
oprirea acionrii se utilizeaz butonul S1cu contact normal nchis i
revenire automat.
Dac n schema de for este introdus i un releu termic, contactul
normal nchis al acesteia este nseriat cu bobina K astfel nct la
deschiderea lui acionarea s fie oprit.
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
14
1.4. Comanda automat/ a pornirii directe reversibile 1.4.1.
Schema de for$/
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).
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
15
1.4.2. Schema de comand/
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.
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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.
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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.
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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.
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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.
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
20
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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.
1.5.1. Schema de for$/
Se va prezenta shema de for numai pentru acionarea cu motor
asincron avnd n vedere actualitatea acesteia ct i faptul c schema
de comand este comun. Frnarea dinamic n regim de generator sincron
fr recuperarea energiei se obine prin deconectarea statorului de la
reeaua de tensiune alternativ iconectarea la o surs de tensiune
continu (fig.1.19). Dup oprirea acionrii sursa de tensiune continu
se deconecteaz.
1.5.2. Schema de comand/1.5.2.1. Schema de comand/ clasic/
Schema de comand conine elemente tipice pentru pornirea prin
cuplare direct n care se include un element de interblocare pentru
a evita alimentarea simultan n c.a. i n c.c. (fig.1.20). n plus
comanda de oprire are dou efecte, deconectarea sursei de tensiune
alternativ i conectarea sursei de tensiune continu.
n acest scop se folosete butonul dublu S1-S1. Odat cu comanda de
oprire se comand frnarea (K2) i releul de timp K3. Acesta, dup un
timp, ideschide contactul normal nchis cu temporizare la deschidere
K3 din circuitul 2 iastfel schema de for i cea de comand sunt
readuse n starea iniial.
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
22
1.6. Comanda automat/ a pornirii stea-triunghi
Pentru reducerea ocului de curent la pornire se practic frecvent
pornirea stea-triunghi, care presupune c motorul funcioneaz n
conexiune triunghi, iar cuplul dezvoltat de sarcin la pornire este
mic sau dependent de vitez.
1.6.1. Schema de for$/
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.
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
23
1.6.2. Schema de comand/
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.
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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.
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
25
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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.
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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.
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
28
1.7.4. Schema de comand/ pentru pornirea automat/ n func$ie de
curent Avnd n vedere caracteristica static areleului minimal de
curent (fig.1.28) la care valoarea de revenire este reglabili
garantat precum ievoluia valorii medii a curentului rotoric,
rezultc pentru comanda contactoarelor K2 i K3 se impune folosirea
contactelor normal nchise (fig.1.29) ale releelor minimale de
curent. De asemenea, pentru ca circuitele 3 i 5 s fie deschise pn
la comanda de pornire, se utilizeaz dou relee de timp suplimentare
K6 i K7.Temporizarea acestora trebuie reglat astfel nct s fie mai
mare dect timpul de anclanare al releelor de curent i cu mult mai
mic dect timpul de revenire al acestora.
1.7.5. Schema de comand/ cu microcontroler Schema de comand cu
microcontroler este identic att pentru pornirea
n funcie de vitez ct i pentru pornirea n funcie de curent, cu
condiia ca la intrarea n convertorul analog-numeric CAN (fig.1.30)
s fie aplicat un semnal amplificat din aceeai gam:
2-10mV, 2-10V etc. Din schema de for se elimin releele de
tensiune sau curent. Se pstreaz traductorul de tensiune pentru
pornirea n funcie de vitez sau se introduce un singur traductor de
curent pentru pornirea n funcie de curent.
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
29
Se poate constata
uor c aceast schem este identic cu cea de la pornirea
stea-triunghi (dac pornirea se face pe mai multe trepte atunci se
utilizeaz mai multe elemente de execuie) acesta fiind ns un
argument pentru extinderea variantelor cu microcontroler pentru
comanda automat aacionrilor electromecanice n particular, a
instalaiilor electomecanice n general. Cu schema de mai sus se
poate asigura att pornirea n funcie de timp ct i pornirea n funcie
de vitez sau curent.
Schema logic pentru pornirea n funcie de curent este prezentat n
fig.1.31.
Schema logic/:
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
30
1.8. Comanda automat/ a ac$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.
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
31
1.8.2. Aplica$ie industrial/. Sistem de automatizare a
ac$ion/rii compresoarelor din sta$iile de pompare gaze naturale
Sistemul (fig.1.33) este destinat automatizrii acionrii
compresoarelor din
staiile de pompare a gazelor naturale echipate cu compresoare
C144M1FU. Sistemul de automatizare este format dintr-un nucleu de
baz MICRON
echipat cu microcontroler care asigur automatizarea procesului
de pornire/oprire a motorului de antrenare a compresorului i
monitorizarea bunei funcionri a acestuia.
Partea de for (fig.1.34) cuprinde motorul electric sincron M,
pornit n asincron i motorul asincron de antrenare a pompei de
ungere, care are rolul de a asigura preungerea, naintea pornirii
compresorului i post ungerea, dup oprirea compresorului.
Procesul tehnologic impune ca: - pornirea pompei de ulei s fie
comandat de operator la nceputul unui ciclu,
iar apoi de sistemul de automatizare n timpul procesului de
transport gaze; - pornirea motorului de antrenare a compresorului s
fie comandat manual, iar
oprirea s fie comandat automat dac nu este ndeplinit una din
condiiile de bun funcionare.
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
32
Ca urmare, schema de comand este mixt (fig.1.35): comand
manual,supravegherea automat a bunei funcionri.
Sinnd seama de:
a) mrimile de intrare I1 Presiunea minim ulei ungere 1,4 bar I2
Presiunea minim ulei ungere 1,8 bar I3 Presiunea maxim ulei ungere
2,8 bari I4 Temperatura minim ulei ungere 15oCI5 Presiunea maxim
gaze refulare treapta II 48 bar I6 Presiunea minim aer ventilaie 5
mmH2OI7 Temperatura maxim lagr 1,65oCI8 Temperatura maxim lagr
2,65oCI9 Lipsa curgere aer (ventilaie forat)I10 Lipsa curgere apI11
Confirmare funcionare pomp ulei I12 Confirmare funcionare compresor
I13 Confirmare funcionare ventilator I14 Tensiune minim excitaie
I15 Blocare volantI16 Stop siren
b) mrimile de ieire O1 Comand oprire compresor O2 Comand
validare pomp ulei O3 Comand pomp ulei O4 Comand excitaie O5 Comand
siren
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
33
S-a conceput schema de comand cu microcontroler (fig.1.36).
Func$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;
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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.
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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.
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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:
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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.
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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 = .
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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.
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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).
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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.
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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.
+ _
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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.
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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.
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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$/
Informaii privindcuplul dezvoltat de
sarcin
Acionareaelectromecanic
Condiii legatede proces
Fig.2.11. Elemente de analiz a procesului tehnologic
Timpul deaccelerare/decelerare
Din analiza caracteristicilor statice ale mainii de lucru
(fig.2.12) va rezulta, n principal, cuplul pe care trebuie s-l
dezvolte sistemul de acionare la pornire i condiia de invarian a
cuplului (M=ct., P=var.) sau puterii (P=ct., M=var.) la reglarea
vitezei.
MS MS MS MS MS MS
a) b) c) d) e)
Fig.2.12. Recapitulativ =f( ) a) constant; b) propor ional cu
vite
privind caracteristicile statice de forma M
za; c) proporional cu ptratul vitezei;
d) proporional cu viteza la cub; e) invers proporional cu
viteza.
S
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
53
Etapa 3. Analiza reelei electrice primare sau sursei de energie
electricprimar ( fig.2.13).
Monofazat
Trifazat
Monofazat
Trifazat
Hexafazat
Duodecofazat
Armonici
Interarmonici
Frecvene nalte
Tensiune
Frecven
Impedan
Puterea de scurtcircuit
ntreruperi scurte
Vrfuri de tensiune
Armonici
Supratensiuni tranzitorii
Alte perturbaii
Tipulre elei Configuraie
Parametrii
re elei
Parametrii
re elei
Nivel decompatibilitate
Transformatorde adaptare
Nivelulperturb iilora
Puterea activ P
Puterea reactivQ
Protecii
Nivelul de imunitate
Tensiune, curent ConvertorReea
Influen$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;
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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);
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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);
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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);
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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;
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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.).
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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.
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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:
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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)
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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$ionare cu m.c.c. 2i
variatoare de tensiune continu/
Sistemul prezentat (fig.3.5) asigur comanda cu factor de semnal
variabil i frecvena constant determinat de frecvena generatorului
de impulsuri GI.
Impulsurile de comand sunt trimise spre tiristorul secundar V2
prin intermediul formatorului de impulsuri FI2 i spre blocul logic
BL. Blocul logic transform impulsurile dreptunghiulare n semnale
liniar variabile (fig.3.6) care sunt comparate cu mrimea de
conducere Uc obinut de la regulatorul de curent.
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
65
La coincidena celor dou semnale se trimite prin intermediul
formatorului FI1 un impuls de comand pe poarta tiristorului
principal. Funcionarea i rolul regulatoarelor de turaie i curent
este asemntoare cu cea prezentat la sistemele cu redresoare
comandate. Sistemele cu m.c.c. i variatoare de tensiune continu se
ntlnesc la acionarea tramvaielor, troleibuzelor, metrourilor
etc.
3.3. Comanda adaptiv/ a sistemelor de ac$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:
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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;
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
68
- se menine comanda de la momentul t-t dac viteza scade,
adic
=(t)-(t-t)
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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.
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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).
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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.
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
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.
-
Sisteme automate de acionare electromecanic
74
Particularitatea specific acestor caracteristici este c la
sarcini reduse ipentru inductiviti mici din circuitul indusului,
acionarea poate ajunge la regimul de curent nt