Structura Generala a Unui Sae

Un ansamblu de elemente conectate în vederea realizării, dar și a reglării conversiei electromecanice a energiei pentru un anumit proces tehnologic reprezintă un Sistem de Acționare Electrică (SAE).

În funcție de rolul lor, elementele componente ale unui sistem de acționare electrică se clasifică astfel:

sistemul de forță (SF) – asigură conversia electromecanică a energiei;

sistemul de comandă și control (SCC) – având scopul de a asigura controlul și comanda sistemului de acționare electrică

Elementele componente au legături cu sistemele exterioare și sunt interconectate. Acestea pot fi clasificate astfel:

sistemul de conducere (SC) – acesta impune sistemului de acționare electrică prin mărimea de comandă x, tipul și limitele de variație a mărimii comandate , fiind reprezentat de unitatea centrului de comandă a procesului tehnologic; prin intermediul mărimilor de semnalizare , sistemul de acționare electrică trimite informații către sistemul de comandă;

mecanismul productiv (MP) – reprezentat de elementele mecanice care realizează procesul tehnologic, sistemul de acționare fiind proiectat în vederea modificării corespunzătoare a mărimii comandate y a acestuia;

sursa de energie electrică (SEE) – reprezentată de rețeaua electrică de alimentare, fiind caracterizată de mărimea . Rețeaua de alimentare poate fi de tensiune alternativă de frecvență constantă sau rețea de tensiune continuă;

mediul exterior (ME) – influențează uneori funcționarea sistemului de acționare electrică prin introducerea unor mărimi perturbatoare precum umiditatea, temperatura, radiațiile sau altele și este influențat de de către SAE prin intermediul mărimilor poluante , precum degajarea de căldură, zgomotele, noxele, vibrațiile și altele.

x Sistemul de Comandă și Control

Sistemul de Forță

Fig 1.1. Sistem de acționare electrică

Sistemul de forță (SF) – este caracterizată de mărimea de intrare , în lucrul mecanic efectuat de către mecanismul productiv (MP) și de mărimea de ieșire y și asigură conversia energiei electrice primită de la sursa de energie (SEE). Sistemul este format din trei elemente înseriate din punct de vedere funcțional:

convertorul electric (CE) – transformă energia electrică primită de la sursa SEE și caracterizată de parametrii , în energie electrică caracterizată de parametrii . În acest fel se vor obține parametrii necesari ai energiei electrice utilizată de către convertorul electromecanic. Convertorul poate fi un redresor, un convertor de frecvență,un transformator electric, etc;

convertorul electromecanic (CEM) – transformă energia electrică caracterizată de parametrii în lucru mecanic caracterizat de parametrii (cuplu, turație, etc.). La marea majoritate a sistemelor de acționări electrice, convertorul electromecanic este o mașină electrică;

convertorul mecanic (CM) – execută conversia lucrului mecanic, caracterizat de parametrii , în lucru mecanic caracterizat de parametrii y, necesar mecanismului productiv MP. Exemple de convertoare mecanice de energie: reductorul de viteză, transmisia mecanică, ș.a. În anumite cazuri, convertorul mecanic poate lipsi, dacă parametrii se potrivesc cu parametrii y.

Sistemul de comandă și control (SCC) asigură comanda, supravegherea și reglarea sistemului de forță pentru a se putea face o proporționalitate între mărimea de comandă x și mărimea comandată y, fiind alcătuit din:

sistemul de comandă (SCM) – care primește informații de la sistemul de conducere, exterior sistemului de acționare electrică și furnizează semnalele de comandă necesare sistemului de forță

sistemul informatic (SCI) – este format din traductoare, senzori și sisteme de transmisie a informației la distanță. Sistemul informatic primește informații de la toate elementele componente ale sistemului de forță și le transmite apoi cu parametrii sistemului de comandă, care, la rândul său, prelucrează informațiile primite și pe baza mărimilor de intrare x, transmite sistemului de forță comenzi, având parametrii .

În cazul acționărilor foarte simple, existența unui sistem de comandă (SC) nu este necesară neapărat, în acest caz sistemul informatic fiind alcătuit doar dintr-un sistem de semnalizare (SS).

Schema bloc a unui sistem de acționare electrică poate fi reprezentată astfel:

Semnale de comandă

Fig 1.2. Schema bloc simplificată a unui sistem de acționare electrică

Convertorul de putere cu semiconductoare (convertorul de putere) are rolul de a ajusta puterea transmisă motorului de către sursa de alimentare, astfel încât caracteristicile turație -cuplu și turație – curent ale motorului să fie compatibile cu cerințele sarcinii.

Unitatea de control a convertorului este realizată deseori cu circuite integrate lineare și digitale, tranzistoare, însă atunci când sistemul este mai complex, aceasta este realizată cu microprocesoare, automate programabile, microcalculatoare (mașini unelte, sistemele de acționare cu roboți industriali), microcontrolere industriale sau procesoare numerice de semnal ( Digital Signal Processors).

Blocul de masură achiziționează informațiile necesare din proces și le transmite unității de control. Este format din traductoarele utilizate și circuitele aferente acestora (etaje de adaptare de nivel, filtre, etc.).

Un sistem de comandă și control are rolul de a procesa semnalele de intrare, astfel încât să se obțină la ieșire răspunsul dorit sau o aproximație cât mai bună a acestuia într-un timp minim. În condițiile acestea, se poate reprezenta simplificat schema bloc a unui sistem de acționare electrică astfel:

Controller Element de execuție (CSF) Motor cuplat la sarcină

Senzori și traductoare

Fig 1.3. Schema modului de comandă a unui sistem de acționare electrică

Sistemul de acționare este format din patru părți componente, așa cum este reprezentat și în figura anterioară: controller-ul, elementul de execuție, blocul format din motor plus sarcină și blocul reprezentat de senzori și traductoare.

Senzorii măsoară comportarea sistemului de acționare electrică a întregului proces, astfel furnizează un semnal de feed-back controller-ului. Tahogeneratoarele, traductoarele de poziție și cele de curent sunt cele mai utilizate în sistemele de acționări electrice dintre senzori și traductoare.

Controller-ul furnizează blocului motor – sarcină semnalele necesare în conformitate cu informația primită de la senzori și traductoare, dar deasemenea de la unitatea de comandă. Este realizat din elemente de calcul și decizie.

Sistemele de comandă numerice înlocuiesc tot mai des sistemele de comandă analogice datorită avantajelor impuse de utilizarea DSP-urilor. Cu ajutorul algoritmilor specifici tratării numerice, procesorul de semnal prelucrează semnalele primite de la senzori în relație cu semnalul de referință primit de la unitatea de comandă ierarhic superioară.

Schema de comandă numerică a unui sistem de acționare electrică se reprezintă astfel:

Amplificator de putere

Fig. 1.4. Comanda numerică a unui sistem de acționare electrică

Pentru ca funcționarea sistemului de acționare electrică să fie corectă și optimă trebuie cunoscut foarte exact procesul tehnologic, în funcție de care se va proiecta, calcula și realiza toate elementele ansamblului. Dintre elementele importante ale unei acționări electrice, deosebim două dintre acestea:

familia caracteristicilor mecanice ale acționării;

gama de viteze de lucru necesară procesului tehnologic.

Caracteristica mecanică a unei mașini electrice sau a unei mașini de lucru (o sarcină oarecare), atunci când ceilalți parametrii ce intervin sunt menținuți constanți, este reprezentată de legătura dintre viteza unghiulară și cuplu.

Gama de viteze de lucru reprezintă raportul între viteza unghiulară minimă și cea maximă.

=

Exemple de game de viteze de lucru:

1:10.000 pentru mecanismele de avans ale mașinilor – unelte;

1:25 pentru laminoare;

1:2 în cazul cuptoarelor de ciment sau a morilor de minereuri.