Structura generala al unui sae

STRUCTURA GENERALA AL UNUI SAE

Un Sistem de Actionare Electrica (SAE) reprezinta un ansamblu de elemente conectate in vederea atat a realizarii, cat si a comenzii si reglarii conversiei electromecanice a energiei pentru un anumit proces tehnologic.

Elementele componente ale unui sistem de actionare electrica se pot grupa in doua sisteme in functie de rolul lor:

sistemul de forta (SF) - care asigura conversia electromecanica a energiei;

sistemul de comanda si control (SCC) - care are rolul de a asigura comanda si controlul sistemului de actionare electrica.

Elementele componente sunt interconectate si au legaturi cu sistemele sau elementele exterioare, care pot fi grupate in:

sistemul de conducere (SC) - reprezentat de unitatea centrului de comanda a procesului tehnologic, care impune sistemului de actionare electrica prin marimea de comanda x, tipul si limitele de variatie a marimii comandate y; sistemul de actionare electrica trimite catre sistemul de comanda informatii prin intermediul marimilor de semnalizare y_e

Fig. 1.1. Sistem de actionare electrica.

mecanismul productiv (MP) - reprezentat de elementele mecanice care realizeaza procesul tehnologic; sistemul de actionare electrica este proiectat in vederea modificarii corespunzatoare a marimii comandate y a acestuia;

sursa de energie electrica (SEE) - este reprezentata de reteaua electrica de alimentare. Aceasta este caracterizata de marimea x_e. Reteaua poate fi de tensiune continua sau retea de tensiune alternativa de frecventa constanta;

mediul exterior (ME) - poate influenta functionarea sistemului de actionare electrica prin introducerea unor marimi perturbatoare x_p precum temperatura, umiditatea, radiatiile sau altele si care este influentat de catre SAE prin intermediul marimilor poluante y_p, cum ar fi zgomotele, vibratiile, degajarea de caldura, noxele si altele.

Sistemul de forta (SF) asigura conversia energiei electrice primita de la sursa de energie (SEE) si caracterizata de marimea de intrare x_e, in lucrul mecanic efectuat de catre mecanismul productiv (MP) si caracterizat de marimea de iesire y. Sistemul este format din trei elemente inseriate din punct de vedere functional:

convertorul electric (CE) - transforma energia electrica caracterizata de parametrii x_e si primita de la sursa SEE, in energie electrica caracterizata de parametrii z_e. Astfel, se obtin parametrii necesari ai energiei electrice utilizata de catre convertorul electromecanic. Acest convertor poate fi un transformator electric, un redresor, un convertor de frecventa, etc;

convertorul electromecanic (CEM) - transforma energia electrica caracterizata de parametrii z_e in lucru mecanic caracterizat de parametrii z_m (turatie, cuplu, etc.). Pentru marea majoritate a sistemelor de actionari electrice, convertorul electromecanic este o masina electrica;

convertorul mecanic (CM) - realizeaza conversia lucrului mecanic, caracterizat de parametrii z_m, in lucru mecanic caracterizat de parametrii y, necesar mecanismului productiv MP. Cateva exemple de convertoare mecanice de energie sunt: transmisia mecanica; reductorul de viteza s.a. In unele cazuri acest convertor poate lipsi, daca parametrii z_m se potrivesc cu parametrii y.

Sistemul de comanda si control (SCC) este alcatuit din urmatoarele elemente:

sistemul de comanda (SCM) - primeste informatii de la sistemul de conducere, exterior sistemului de actionare electrica si furnizeaza semnalele de comanda necesare sistemului de forta;

sistemul informatic (SCI) - este format din senzori, traductoare si sisteme de transmisie a informatiei la distanta.

Sistemul de comanda si control asigura supravegherea, comanda si reglarea sistemului de forta pentru a putea face o concordanta intre marimea de comanda x si cea comandata y. Sistemul informatic primeste informatii z_r de la toate elementele componente ale sistemului de forta si le transmite apoi cu parametrii z_i sistemului de comanda. Acesta prelucreaza informatiile primite si pe baza marimilor de intrare x, transmite sistemului de forta comenzi, avand parametrii z_c. In cazul unor actionari foarte simple, existenta unui sistem de comanda SC nu este neaparat necesara, iar sistemul informatic va fi format doar dintr-un simplu sistem de semnalizare (SS).

Un sistem de actionare electrica se mai poate reprezenta si cu ajutorul schemei bloc prezentata in figura 1.2.

Convertorul de putere cu semiconductoare (convertorul de putere) are rolul de a adapta puterea transmisa motorului de catre sursa de alimentare, in asa fel incat caracteristicile turatie - cuplu si turatie - curent ale motorului sa devina compatibile cu cerintele sarcinii.

Unitatea de control a convertorului de putere este realizata adesea cu tranzistoare, circuite integrate lineare si digitale, iar atunci cand complexitatea sistemului o cere, ea este realizata cu automate programabile, microprocesoare, microcalculatoare (sistemele de actionare cu roboti industriali, masini unelte),microcontrolere industriale sau chiar cu procesoare numerice de semnal (Digital Signal Processors). Legatura dintre unitatea de control si convertorul de putere este facuta prin intermediul unui etaj de izolare electrica. Acest etaj este necesar din doua considerente majore: primul - in cazul aparitiei unui defect si in absenta izolatiei, tensiunile inalte ar putea ajunge la bornele unitatii de control, distrugand-o si al doilea, - in lipsa izolatiei, armonicile generate de catre convertor ar interfera cu semnalele unitatii de control, perturbandu-le.

Fig. 1.2. Schema bloc simplificata a unui

sistem de actionare electrica.

Blocul de masura are rolul de a achizitiona informatiile necesare din proces si de a le transmite unitatii de control. El este format din traductoarele utilizate si circuitele aferente acestora (filtre, etaje de adaptare de nivel, etc.).

Aparitia procesoarelor specializate si in mod special a procesoarelor numerice de semnal (DSP) a dus la realizarea in conditii foarte avantajoase (performanta-pret) a comenzii numerice a unui sistem, facandu-l mult mai practic. Arhitectura speciala si performantele ridicate ale DSP-urilor au permis implementarea unei mari varietati de algoritmi de comanda numerica, care pana mai ieri erau rezervati doar activitatii de cercetare si studiilor de simulare din laboratoare. Un sistem de comanda si control are rolul de a procesa semnalele de intrare, astfel incat sa se obtina la iesire raspunsul dorit sau o cat mai buna aproximare a acestuia intr-un timp minim. In aceste conditii, schema bloc a unui sistem de actionare electrica se poate reprezenta simplificat ca in figura 1.3.

Conform figurii, sistemul de actionare este format din patru parti componente: controller-ul, elementul de executie, blocul format din motor plus sarcina si blocul reprezentat de senzori si traductoare.

Fig. 1.3. Schema bloc simplificata a unui

sistem de actionare electrica.

Senzorii au rolul de a masura comportarea sistemului de actionare electrica a intregului proces, furnizand astfel un semnal de feed-back controller-ului. Dintre senzorii si traductoarele cele mai utilizate in sistemele de actionari electrice putem mentiona: tahogeneratoarele, traductoarele de pozitie si cele de curent. Controller-ul, realizat din elemente de calcul si decizie, furnizeaza blocului motor - sarcina semnalele necesare in conformitate cu informatia primita de la senzori si traductoare, respectiv de la unitatea de comanda.

Sistemele de comanda numerice (figura 1.4) tind sa inlocuiasca tot mai des pe cele analogice si aceasta datorita avantajelor impuse de utilizarea DSP-urilor. Procesorul de semnal prelucreaza cu ajutorul unor algoritmi specifici tratarii numerice semnalele primite de la senzori in relatie cu semnalul de referinta primit de la unitatea de comanda ierarhic superioara.

Fig. 1.4. Comanda numerica a unui sistem de actionare electrica.

Functionarea corecta si optima a sistemului de actionare electrica presupune cunoasterea foarte exacta a procesului tehnologic, in functie de care se va proiecta, calcula si realiza toate elementele ansamblului. Doua dintre elementele importante ale unei actionari electrice sunt: 1 - familia caracteristicilor mecanice ale actionarii si 2, - gama de viteze de lucru necesara procesului tehnologic.

Caracteristica mecanica a unei masini electrice sau a unei masini de lucru (o sarcina oarecare) este reprezentata de legatura dintre viteza unghiulara si cuplu, atunci cand ceilalti parametrii ce intervin sunt mentinuti constanti.

Gama de viteze de lucru se defineste ca raport intre viteza unghiulara minima si cea maxima.

             (1.1)

Cateva exemple de game de viteze de lucru sunt: 1:10.000 pentru mecanismele de avans ale masinilor - unelte, 1:25 pentru laminoare si 1:2 in cazul cuptoarelor de ciment sau a morilor de minereuri.