BLOCUL DE ACTIONARE - Utcluj.ro

BLOCUL DE ACTIONARE - ACTIONARI ELECTRICE - 2007-2008 CET - CURS 3 1

SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICE Sursă de alimentare Din punct de vedere al performanţelor, sistemele de acţionare electrică sunt mult superioare celor hidraulice şi pneumatice şi ocupă la momentul actual mai mult de 70% din sistemele de acţionare utilizate pe plan mondial CIRCUIT DE FORŢǍ CONVERTOR ELECTROMECANIC Element de execuţie/masina de lucru 2007-2008 CET - CURS 3 2

CONVERTORUL ELECTROMECANIC Conversie electromecanica de natura electromagnetica interactiunea intre campurile magnetice generate de doi curenti ce parcurg bobinaje situate pe armaturi diferite fluxul campului magnetic generat de un curent ce parcurge un bobinaj, flux ce se inchide pe un circuit magnetic cu reluctanta variabila Conversia electromecanica de natura electrostatica 2007-2008 interactiunea intre campul magnetic generat de un magnet permanent si cel creat de un curent sau un circuit feromagnetic CET - CURS 3 3

BILANTUL ENERGETIC PENTRU UN CONVERTOR ELECTROMECANIC ENERGIE ELECTRICA dWel ENERGIE INTERMEDIARA dWInt ENERGIE MECANICA dWmec 2007-2008 ENERGIE TERMICA dWterm dWel dWmec dWterm dWint CET - CURS 3 4

k n dWel u ji jdt dWmec Fmdxm j 1 dW term m 1 k 2 R ji j dt, sisteme electromag netice j 1 k u2 j dt, sisteme electrosta tice j 1 R j k n j 1 m 1 dWmag dΨji j Fmdx m Wmag Ψj ij 2007-2008 Wmag x m k n j 1 m 1 dWes u jdQ j Fmdx m Wes uj Q j Fm CET - CURS 3 Wes Fm x m 5

Ψ COENERGIA MAGNETICA: Wmag k n j 1 m 1 dW' mag Ψ jdi j Fm dx m W’mag Wmag i j Ψj Wmag xm Fm i 2007-2008 CET - CURS 3 6

TEOREMELE FORTELOR GENERALIZATE SISTEM ELECTROMAGNETIC Fm dWmag dx m Ψj cst SISTEM ELECTROSTATIC dW'mag dx m Fm i j cst dWes dx m Q j cst dW'es dx m u j cst FORMA LOCALA DE ENERGIE 1 w'mag BH w mag 2 2007-2008 CET - CURS 3 1 w'es ED w es 2 7

Convertoare de energie CONVERTOARE ELECTROMECANICE Convertoare de semnal Convertoare de energie si semnal Fm Fmut Fr Fmag Fm – forta/cuplul dezvoltat de convertorul electromecanic Fmut – componenta mutuala, care apare ca urmare a interactiunii intre doi curenti sau intre un curent si un magnet permanent ; Fr – componenta reluctanta, care apare ca urmare a prezentei unui curent ce parcurge o bobina situata intr-un circuit magnetic variabil in timp ; Fmag – componenta datorata prezentei unui magnet permanent intr-un circuit magnetic. 2007-2008 CET - CURS 3 8

MASINI ELECTRICE MASINI ELECTRICE CU PERII Masini electrice de curent continuu cu perii MASINI ELECTRICE FARA PERII Masini electrice de curent alternativ cu perii Masini electrice de curent continuu fara perii De curent continuu Masini electrice de curent alternativ fara perii De curent alternativ RETEAUA DE ALIMENTARE 2007-2008 CET - CURS 3 9

Sisteme de actionare cu masini electrice de curent continuu cu sistem perie-colector 2007-2008 CET - CURS 3 10

MOTOR DE CURENT CONTINUU – topologie clasica Carcasa Stator Colector Perii Arbore Miez rotoric Rulmenti Infasurare statorica (de excitatie) Pol statoric Colector Perie 2007-2008 CET - CURS 3 11

Cu excitatie separata Cu excitatie derivatie Turatie serie separata Cu excitatie serie mixta Cu excitatie mixta Cuplu 2007-2008 CET - CURS 3 12

Ω U Ra M K eΦ (K eΦ )2 Ω U (R a R E )I K eΦ Ω Ω M M Caracteristica mecanica a motorului de c.c. cu excitatie serie Caracteristica mecanica a motorului de c.c. cu excitatie separata -Face parte din categoria caracteristicilor mecanice moi -Face parte din categoria caracteristicilor mecanice rigide -De aceea acest tip de motor este utilizat in tractiunea electrica si in instalatiile de ridicat - acest tip de motor este utilizat in actionari electrice reglabile -Reglarea vitezei si functionarea in regim de franare electrica nu pun probleme 2007-2008 CET - CURS 3 -Pune probleme in regim de franare, recuperativa, dinamica sau prin contraconectare 13

SERVOMOTOARE DE C.C. -Excitatie sub forma de magneti permanenti -Rotorul are inertie redusa prin scoaterea elementului conductor de curent din crestatura si plasarea lui in intrefier Cu circuit rotoric obţinut prin rigidizarea conductoarelor cu răşini epoxidice Cu circuite imprimate Cu rotor disc 2007-2008 Cu rotor cilindric CET - CURS 3 14

Servomotoarele de c.c. cu circuite imprimate Mod de inchidere a liniilor de camp in masini de c.c cu magneti permanenti si sistem perii-colector Motoare cu flux axial Motoare cu flux radial 2007-2008 CET - CURS 3 15

Servomotoarele de c.c. cu circuite imprimate cu rotor disc Rotorul este de forma unui disc pe care se afla imprimata infasurarea dupa tehnica realizarii cablajelor; Este un motor cu flux axial, cu un design foarte compact Prin utilizarea unor magneti din pamanturi rare, dimensiunile motorului sunt reduse Au o inertie redusa, ceea ce duce la un raport cuplu/inertie foarte bun si cu atingerea rapida a vitezei de regim; Cu un numar mare de perii si segmente pe colector se obtine un cuplu neted; Inductanta redusa a masinii permite o viata lunga a periilor, lucrul la viteza mare. 2007-2008 CET - CURS 3 16

Servomotoarele de c.c. cu circuit rotoric obţinut prin rigidizarea conductoarelor cu răşini epoxidice -Constructie inversata, cu rotorul la exterior si statorul(realizat din material magnetic) la interior; -Infasurarea rotorica este realizata din conductoare rigidizate cu rasina, fara miez feromagnetic, usor inclinate pentru reducerea riplurilor de cuplu si cuplate la colector. -Periile sunt realizate din metal pretios asigurand astfel o rezistenta de contact redusa; OBSERVATIE. 2007-2008 CET - CURS 3 Datorita inductantei rotorice reduse, utilizarea acestui tip de motor se va limita la sisteme de actionari liniare sau cu frecvente de comutatie foarte mari pentru a reduce riplurile de curent la minim. 17

Servomotoarele de c.c. – avantaje -Putere specifica relativ mare datorita utilizarii rationale a materialelor active; -Caracteristici mecanica sunt riguros liniare din cauza inexistentei saturatiei magnetice, a efectelor curentilor turbionari sau a histerezei; -Constanta de timp electrica neglijabila din cauza inductivitatii extrem de reduse a indusului, iar cea mecanica este foarte mica din cauza greutatii mici a rotorului; -Poseda camp magnetic de excitatie propriu, produs de magneti permanenti; -Gama de viteze foarte larga, in ambele sensuri (1-6000 rot/min). Utilizarea periilor din metal pretios determina frecari reduse si un cuplu de pornire redus; datorita calitatii contactului perie-comutator emisiile perturbative sunt minime; -Suporta bine suprasarcini din cauza densitatii admisibile a curentului in indus (45 A/mm2 in regim de lunga durata si de 100 A/mm2 in regim de scurta durata) precum si din cauza aerisirii mai bune a rotorului. 2007-2008 CET - CURS 3 18

MOTOARE DE CUPLU Se refera la motoare de c.c. cu diametru mare, asa numitele motoare de c.c. cu magneti permanenti de cuplu Sunt motoare de cuplu mare si viteza redusa, pentru aplicatii necesitand miscare de precizie la viteze reduse (sisteme de actionare a telescoapelor, de exemplu); Numarul de segmente ale colectorului si numarul de perechi de perii este mult mare decat la un motor obisnuit pentru a asigura ripluri cat mai reduse ale cuplului; De cele mai multe ori se construiesc in varianta fara carcasa, direct pe sistemul mecanic, ceea ce presupune o mare atentie la asamblare (pentru a reduce excentricitatile si a pastra un intrefier constant) 2007-2008 CET - CURS 3 19

Controlul turatiei masinii de tractiune de curent continuu Controlul vitezei la masinile de curent continuu Redresor necomandat Controlul alimentat prin tensiunii de autotransformator alimentare Redresor comandat cu tiristoare Variator de tensiune continua Cu tiristoare normale Functionarea la flux slabit Modificarea rezistentei rotorice 2007-2008 CET - CURS 3 Cu IGBT-uri Cu tiristoare GTO 20

Cu masurarea directa a vitezei prin tahogenerator Cu determinarea indirecta a vitezei prin calculul tensiunii electromotoare induse 2007-2008 CET - CURS 3 21

Controlul de cuplu la masinile de curent continuu T kIΦ Prin controlul curentului in circuitul rotoric 2007-2008 CET - CURS 3 22

Exemple de aplicatii ale sistemelor de actionare de curent continuu Masini de bobinat sau de intins Masini de extrudat Macarale si poduri rulante Masini de extragere a minereului 2007-2008 CET - CURS 3 23

Tipuri de sarcini actionate cu sisteme de actionare de curent continuu T, P T, P v v Macarale, benzi transportoare, raboteze Masini de bobinat, masini unelte aschietoare, strunguri rotative T, P T, P v Calandre, frane pe baza de curenti turbionari 2007-2008 Pompe, Centrifugi CET - CURS 3 v 24

MASINI ASINCRONE TRIFAZATE Carcasa Infasurare statorica Rulmenti Ventilator Arbore Cabluri de alimentare in cutia de borne 2007-2008 Rotor CET - CURS 3 25

AVANTAJE ale utilizarii masinilor asincrone: La puteri egale, au dimensiuni, greutate si cost mai redus decat masinile de c.c. cu colector; La acelasi gabarit, dezvolta putere si turatie mai mari; Intretinerea este mult mai usoara; Fiabilitatea este mai mare. Masina de inductie Convertor static Permit obtinerea unor performante superioare masinilor de c.c. 2007-2008 CET - CURS 3 26

CARACTERISTICA MECANICA A MASINII DE INDUCTIE m1p R'2 U12 M 2 2πf1 s R'2 2 R1 (X1 X'2 ) s Mk Mp sk Generator 2007-2008 CET - CURS 3 Motor 1 Frana 27

OBSERVATII. Alunecarea nominala corespunzatoare cuplului nominal este cuprinsa in mod uzual intre 1% si 6% (valorile mai mari pentru motoare de puteri mici). Alunecarea critica ia valori in jur de 20%. In regim de motor, functionarea stabila este asigurata numai pe portiunea caracteristicii pentru care 0 s sk. Comportarea masinii de inductie la socuri de sarcina este caracterizata prin capacitatea de supraincarcare a masinii, definita ca raportul dintre cuplul maxim(critic) si cuplul nominal. La masinile de inductie de puteri mici si medii ia valori intre 2 si 2.4. Se constata ca la o masina de inductie viteza variaza putin de la functionarea in gol la functionarea in sarcina. Se spune ca masina de inductie are o caracteristica mecanica dura(rigida). 2007-2008 CET - CURS 3 28

REGLAREA VITEZEI MASINILOR DE INDUCTIE f1 Ω [rad / sec] 2πn[rot / sec] 2π (1 s ) p 2007-2008 CET - CURS 3 29

1. Reglarea vitezei prin modificarea numarului de perechi de poli – masini de tip Dahlander 2007-2008 CET - CURS 3 30

2. Reglarea vitezei prin intermediul frecventei statorice Modificarea frecventei se va face in asa fel incat fluxul magnetic maxim pe pol sa fie mentinut constant, ceea ce presupune ca, odata cu frecventa sa aiba loc si o modificare adecvata a tensiunii U1 U1N const f1 f1N Realizarea practica a schimbarii frecventei implica prezenta unui convertor de frecventa Convertoare directe (cicloconvertoare) Convertoare indirecte (cu circuit intermediar de c.c.) 2007-2008 CET - CURS 3 31

Convertoare de putere cu circuit intermediar de c.c. U Redresor comandat f Filtru U Redresor necomandat 2007-2008 Invertor Motor f U Filtru Invertor CET - CURS 3 Motor 32

Exemple de aplicatii ale sistemelor de actionare de curent alternativ cu masini de inductie Pompe Banda transportoare Masini de trefilat Strung pentru prelucrarea lemnului 2007-2008 CET - CURS 3 33

MASINI ASINCRONE MONOFAZATE Se alimenteaza de la o sursa monofazata de c.a. Se utilizeaza in sisteme ce functioneaza in medii in care nu exista c.a. trifazat (aparatura electrocasnica sau unelte de mana). Infasurare statorica Nu au cuplu de pornire. Bare rotorice Stator Rotor Motor asincron monofazat cu infasurare auxiliara Condensator de pornire Infasurare statorica Rotor Alimentare Alimentare Infasurare statorica auxiliara 2007-2008 CET - CURS 3 34

Spira in scurtcircuit Zona ecranata Motor asincron monofazat cu spira in scurtcircuit Alimentare Zona neecranata Cuplu de pornire de 25-75% din cuplul nominal. Randament mic. Cele mai dese aplicatii: ventilatoare de mica putere cu mai multe trepte de viteza. 2007-2008 CET - CURS 3 35