Conceptia Constructivă A Sistemului Senzorial Pentru Un Manipulator Rtt Programabil

CAPITOLUL 1

ACHIZIȚIA ȘI PRELUCRAREA SEMNALELOR

Semnal (electronică)

În domeniul telecomunicațiilor, procesării semnalelor, sau mai general în electricitate și electronică, un semnal este orice cantitate care variază în timp sau spațiu.

În lumea fizică, orice cantitate măsurabilă în timp sau spațiu poate fi luată drept semnal. Într-o societate complexă, orice set de informații umane sau date de calculator pot fi de asemenea considerate semnale. Astfel de informații sau date, precum pixelii ecranului, cerneala de pe hârtie, sau simple cuvinte care ne trec prin cap, trebuie ca toate să facă parte dintr-un sistem fizic existent, organic sau anorganic.În ciuda complexității unor astfel de sisteme, intrările și ieșirile din sistem pot fi adesea reprezentate ca niște simple cantități măsurabile în timp sau spațiu. În a doua jumătate a secolului 20, domeniul electricității a fost împărțit în mai multe discipline, specializate pe de o parte în proiectarea și analiza semnalelor fizice și ale sistemelor, iar pe de altă parte în comportamentul funcțional și structura conceptuală a complexului uman și al sistemelor în general. Aceste discipline inginerești au condus la proiectarea, studiul și implementarea sistemelor care au avantajul că semnalele sunt considerate simple cantități care facilitează transmiterea, stocarea și manipularea informațiilor.

În teoria informației, un semnal este un mesaj codificat, adică, secvența din starea comunicației care codează un mesaj.

În contextul procesării semnalelor, fluxul datelor binare arbitrare nu sunt considerate semnale, ci doar semnalele analogice sau digitale care sunt reprezentări ale cantităților fizice analoage.

Într-un sistem de comunicație, un emitor codează un mesaj într-un semnal care este transmis unui receptor prin canalul de comunicație. De exemplu, când vorbim la telefon, sunetele sunt convertite în semnale electrice, care sunt transmise spre receptor prin fire, iar receptorul le reconvertește în sunete.

În rețeaua de telefonie, un semnal se referă mai de grabă la numărul de telefon sau altă informație digitală de control decât la semnalul prin voce.

Semnalele pot fi clasificate în mai multe feluri. Cel mai uzual mod de clasificare este cel dintre spațiile discrete și cele continue peste care sunt definite funcțiile, de exemplu, domeniile discrete sau continue ale timpului. Semnalele discrete în timp sunt adesea numite în alte domenii serii de timp. Semnalele continue în timp sunt considerate semnale continue chiar dacă funcția semnalului nu este continuă; un exemplu fiind acela al semnalelor undelor pătratice.

O a doua deosebire importantă este cea dintre valorile discrete și cele continue. Semnalele digitale sunt câteodată definite ca secvență de valori discrete ale cantităților, care pot fi sau nu derivate din procesele fizice de valori continue. În alt context, cel al sistemelor digitale, semnalele digitale sunt definite ca unde continue în timp, reprezentate prin fluxul biților informaționali. În primul caz, un semnal care este generat prin metoda de medie a modulației digitate este considerat drept convertor dintr-un semnal analog, în timp ce al doilea caz este considerat ca un semnal digital.[1]

1.1.2 Semnale discrete și continue în timp

Dacă pentru un semnal cantitățile sunt definite numai pe o serie discretă de timp, îl numim semnal discret în timp. Cu alte cuvinte, un semnal discret de timp real sau complex poate fi văzut ca o funcție dintr-o serie de numere întregi pe un set de numere reale sau complexe.

Un semnal real sau complex continuu în timp este orice funcție reală sau complexă definită pentru toate valorile lui t dintr-un interval finit sau infinit.

1.1.3 Discretizarea

Una din deosebirile fundamentale dintre diferitele tipuri de semnale este cea dintre semnalele discrete și continue. În abstractizarea matematică, domeniul semnalelor continue în timp conține un set de numere reale, în timp ce domeniul semnalelor discrete în timp conține o serie de numere întregi, iar ceea ce reprezintă acești întregi depinde de natura semnalului.

Adesea semnalele digitale se nasc prin reducerea semnalelor continue la cele discrete. De exemplu, semnalul audio constă dintr-o continuă fluctuație a tensiunii pe o linie care poate fi digitizat printr-un convertor analogic-numeric, în care circuitul va citi nivelul tensiunii pe linie din timp în timp. Rezultă un sir de numere care sunt stocate ca valori digitale de semnal discret în timp. Calculatoarele precum și alte sisteme digitale sunt limitate la a lucra cu semnale discrete.

1.1.4 Cuantificarea

Dacă un semnal este reprezentat ca o secvență de numere, este imposibil de a menține o precizie înaltă arbitrară, deoarece fiecare număr din secvență trebuie să aibă un număr finit de cifre. Rezultă că valorile unui astfel de semnal sunt limitate la o serie finită de cifre. Cu alte cuvinte, semnalul este cuantificat.[2]

1.1.5 Example de semnale

Mișcarea. Mișcarea unei particule prin spațiu poate fi considerată un semnal, sau poate fi reprezentată printr-un semnal. Domeniul de miscare al unui semnal este unidimensional (timpul), iar distanța este în general tridimensională. Astfel că poziția este un semnal cu 3 dimensiuni; poziția și orientarea este un semnal cu 6 dimensiuni.

Sunetul. Deoarece un sunet este o vibrație a unui mediu (precum aerul), un semnal sonor asociază o valoare a presiunii pentru fiecare valoare a timpului și a celor trei coordonate din spațiu. Un microfon convertește presiunea dintr-un punct oarecare într-o funcție de timp folosind tensiunea voltaică ca un analog al semnalului sonor.

Compact discul (CD). CD-urile conțin semnale discrete reprezentând sunete, înregistrate cu 44100 de eșantioane pe secundă. Fiecare eșantion conține date pentru un canal stâng și unul drept, și care poate fi considerat un semnal bidimensional, deoarece CD-urile sunt înregistrate în stereofonie

Fotografie. O fotografie atribuie o culoare fiecărui set de puncte. Deoarece punctele se află într-un plan domeniul este bidimensional. Dacă fotografia este un obiect fizic, precum o pictură, avem de aface cu un semnal continuu. Dacă fotografia este o imagine digitală, avem de a face cu un semnal discret. Adesea este convenabil să reprezentăm culoarea ca o sumă de trei culori primare, astfel că semnalul este o valoare tridimensională.

Video. Un semnal video este o succesiune de imagini. Un punct este identificat prin poziția sa (bidimensională) și timpul la care apare, deci un semnal video aparține unui domeniu tridimensional. Un semnal video analog are un domeniu continuu unidimensional (linie de rastru) și un semnal discret bidimensional (cadrul și linia).

Biologie potențial de membrană. Valoarea unui semnal în biologie este pur și simplu un potențial electric (tensiune), dar domeniul este mult mai greu de stabilit. Unele celule au peste tot același potențial de membrană, în timp ce neuronii au în general potențiale diferite în diferite puncte. Aceste semnale au o energie foarte scăzută, dar totuși suficient de ridicată pentru a face ca sistemul nervos să funcționeze. Energia disponibilă poate fi măsurată cu aparate prin tehnica electropsihologiei.[3]

1.2 CONVERSIA ANALOG – DIGITALA A SEMNALELOR

Semnalele purtătoare de informații care provin de la traductoare sunt de cele mai multe ori analogice, iar calculatoarele acceptă informații sub formă digitală. Pentru a realiza procesarea digitală a semnalelor, după condiționarea acestora este necesară conversia analog-digitală.

Conversia analog-digitală este procesul prin care unui semnal analogic i se asociază o secvență de coduri numerice, compatibile cu structura internă a calculatoarelor. Ea este formată din trei procese succesive, ce definesc:

eșantionarea;

cuantizarea;

codarea.

Procesul invers, prin care unei secvențe de coduri numerice i se asociază un semnal continuu, se numește conversie digital- analogică.

Atât conversia analog-digitală cât și conversia digital-analogică se realizează cu dispozitive fizice specifice. Astfel, în circuitele de eșantionare-memorare se realizează eșantionarea iar convertoarele analog-digitale asigură cuantizarea și codarea, separarea acestor două procese fiind posibilă și necesară numai din punctul de vedere al analizei conceptuale.

1.2.1 Convertoare analog-digitale

Un convertor analog-digital transformă o mărime analogică aplicată la intrare (de obicei tensiune de V sau V) într-un semnal electric interpretabil în tehnica digitală (interval de timp, frecvență sau cod numeric).

După tehnica de conversie utilizată, convertoarele A/D se clasifică astfel:

– convertoare A/D directe, care convertesc nemijlocit tensiunea aplicată la intrare în cod numeric (de tip paralel, paralel serie, cu aproximații succesive, sigma-delta);

– convertoare A/D indirecte care convertesc tensiunea în interval de timp sau frecvența unor impulsuri (tensiune-frecvență, cu simplă rampă, dublă rampă, cu multiplă rampă);

– convertoare A/D hibride, care combină cele două tehnici de conversie.

1.2.2 Convertoare A/D de tip paralel (Flash Convertor)

Tehnica de conversie utilizată la acest tip de convertor constă în comparația simultană a semnalului de intrare cu nivele de referință echidistante. Diferența între aceste nivele este egală cu pasul de cuantizare. În urma comparării se stabilește numărul intervalului care conține semnalul de intrare. Acest număr exprimat în binar va fi rezultatul conversiei. În fig.1 este reprezentată schema de principiu a unui astfel de convertor, având la ieșire un cod numeric de 3 biți. Tensiunea de referință egală cu limita maximă a tensiunii de intrare , este divizată în tensiuni egale, cu o rețea de 8 rezistențe R egale înseriate. La intrările celor 7 comparatoare se aplică tensiunea de măsurat și tensiunile de comparație , , ……

Toate comparatoarele la care este mai mare decât tensiunea de referință vor avea starea 1, iar celelalte starea 0. De exemplu, dacă , comparatoarele 1,2,3 au ieșirea “1”, iar celelalte pe “0”. Astfel, la ieșire a ansamblului de divizare-comparare se obține un șir de stări logice 0000111, care reprezintă raportul .

Un convertor având la ieșire un cod numeric de n biti, va avea rezistențe înseriate și comparatoare. Trecerea de la acest cod (numai în unele lucrări de specialitate “cod termometru” datorită asemănării cu scala unui termometru cu mercur) la codul binar natural sau la codul Gray se face cu ajutorul unui codificator, care cuprinde circuite logice combinaționale sau o memorie ROM. Corespondența dintre codul numeric de la intrarea codificatorului și codul binar de la ieșire se dă în tabelul 1.

Astfel, pentru codul 0000111 aplicat la intrare, apare la ieșire 011, care corespunde numărului zecimal 3. Acest număr multiplicat cu pasul de cuantizare ne dă valoarea tensiunii aplicate la intrare (cu o anumită eroare, definită mai jos. Unele convertoare de acest tip au la ieșire un registru tampon (latch) pentru memorarea temporară a codului numeric de la ieșire. Acest tip de convertor este cel mai rapid, toate comparările executându-se simultan, astfel încât timpul de conversie este determinat de timpul de răspuns al unui comparator, plus întârzierea datorată logicii de codificare binară. Folosirea unor circuite integrate de tip ECL sau TTL Schottky permite obținerea unor durate de conversie de zeci de nanosecunde.

Principalul neajuns al acestor convertoare este volumul mare de elemente componente. O schemă de acest tip pentru un cod binar la ieșire de biți cuprinde comparatoare, rezistențe și un număr foarte mare de porți logice. Ele se realizează sub formă integrată în tehnică LSI sau VLSI.

Principalele caracteristici funcționale ale convertorului sunt:

rezoluția;

caracteristica de transfer;

timpul de conversie;

eroarea de cuantizare;

precizia;

tensiunea de intrare;

codul de ieșire.

Prin rezoluție se înțelege cea mai mică variație a tensiunii de intrare necesară pentru a schimba două coduri numerice consecutive la ieșire. Rezoluția convertorului este , unde este limita maximă a tensiunii de intrare, iar n – numărul de biți ai codului numeric de la ieșirea convertorului. Uneori rezoluția se exprimă printr-un număr de biți ai codului numeric la ieșirea convertorului. Se spune, deci că rezoluția este de 8 biți, 10 biți, 12 biți, etc…

Caracteristica de transfer reprezintă dependența codului numeric de la ieșire de tensiunea aplicată la intrare. În fig. 2 este dată caracteristica de transfer a convertorului A/D cu rezoluția de 3 biți. Se constată că apare întotdeauna o eroare de cuantizare cuprinsă între 0 și (sau între 0 și -1 bit de semnificație minimă –LSB). Caracteristica de transfer ideală (dreapta 2) fără eroare de cuantizare, s-ar putea obține numai dacă rezoluția convertorului, exprimată în număr de biți, ar fi infinită.[4]

Fig. 2 Caracteristica de transfer a convertorului A/D cu rezoluția de 3 biți.

1.3 Placi de achizitie

Conversiea semnalului purtător de informație este efectuată de către o componentă electronică distinctă, numită placă de achiziție, ce poate fi montată în calculator (Fig. 3) sau conectata la o intrare USB (Fig. 4).

Componenta principala a unei placi de achizitie este Convertorulul Analog – Digital.
Acesta atașează o cifră unei tensiuni: de exemplu 0 pentru 0 V, 1024 pentru 3V.
Astfel, o mărime fizică oarecare poate fi “vizibilă” pentru un calculator.[5]
Imagini ale unor placi de achizitie

1.3.1 Principalele functii ale unei placi de achizitie:

intrare analogică (măsurarea unui semnal, sub forma unei tensiuni electrice, provenit de la un traductor aflat în sistemul studiat);

ieșire analogică (generarea unui semnal, sub forma unei tensiuni electrice care să comande un element de acționare din sistemul monitorizat);

comunicații digitale (primirea și emiterea de valori în formă binară, reprezentând date sau coduri ale unor comenzi; comunicațiile digitale pot fi utilizate și pentru măsurări sau generări de semnale în cazul în care traductorul sau elementul de acționare au o funcționare descrisă de o stare logică binară – comutatoare cu două poziții, întrerupătoare, relee, etc);

numărare / cronometrare (primirea și emiterea de semnale în care informația este conținută în numărul de impulsuri din serie sau în frecvența acestora).

Majoritatea tipurilor de plăci de achiziție au toate cele patru funcții (plăci multifuncționale).

1.3.2 Factori care afecteazã calitatea semnalului digitizat

Când se mãsoarã semnale analogice cu o placã DAQ, trebuie luati în considerare urmãtorii factori care afecteazã calitatea semnalului digitizat:

intrãri simple (configurare RSE pentru placa de achizitie de tip NI DAQ USB 6008) si diferentiale (mod de configurare diferential),

domeniu,

rezolutie,

ratã de esantionare,

precizie

zgomot.

Intrãrile simple sunt toate raportate la un punct de masã comun. Aceste intrãri sunt folosite când semnalele de intrare sunt de nivel mare (mai mare de 1V), iar egãturile de la sursa de semnal la intrarea analogicã hard sunt scurte (mai mici de 2 m)
Dacã nu sunt îndeplinite aceste conditii, canalele de achizitie sunt configurate in modul diferential (fiecare intrare are referinta ei proprie de masã). Este important de amintit faptul ca intrãrile diferentiale reduc sau eliminã erorile de zgomot.

Rezolutia reprezinta numãrul de biti utilizati de convertorul analogic digital pentru reprezentarea semnalului analogic (pentru detectia unor variatii mici ale semnalului este necesara o rezolutie mai mare, domeniul fiind impartit intr-un numar mai mare de un diviziuni).

Domeniul se referã la nivelele de tensiune minimã si maximã pe care convertorul analogic digital le poate cuantifica. Plãcile de achizitia datelor oferã domenii selectabile (in general 0 la 10 V sau -10 la 10 V), ceea ce permite alegerea domeniul de semnal pentru care convertorul analogic digital va avea o rezolutia disponibilã maximã pentru mãsurarea precisã a semnalului.

OBSERVATIE
Specificațiile pentru plăcile DAQ sunt adesea în termeni de cel mai puțin semnificativ bit (LSB) -cea mai micã variatie de tensiune detectabilã.
1LSD=(domeniu/amplificare)/2n
unde n = numar de biti ai convertorului analog digital

Esantionare

Procesul de baza al esantionarii (Fig. 5) consta in preluarea unui semnal anlogic printr-un puls periodic care va permite trecerea semnalului doar atat timp cat pulsul este activ.
Semnalul de preluare are pulsuri de inaltime, lungime (dt) si timp de separare (T) constante.

Intervalul de timp T dintre două eșantioane succesive se numește perioadă de eșantionare sau interval de eșantionare. Inversa acestei mărimi (1/T=fs) se numește viteză sau rată de eșantioanare (eșantioane /secundă) sau frecvență de eșantionare (se masoara in Hertz). Rata de esantionare determinã cât de des are loc conversia. O ratã de esantionare rapidã achizitioneazã mai multe puncte într-un timp dat si deci poate forma o reprezentare mai bunã a semnalului original decât o ratã de esantionare lentã.[6]

1.4 FILTRAREA SEMNALELOR

1.4.1 Aspecte generale

Prin filtrarea semnalelor se întelege eliminarea unor armonici a caror frecvente

se situeaza într-un interval predefinit. Elementele hard si soft care realizeaza aceasta

operatie se numesc filtre. Operatia de filtrare a semnalelor este posibila datorita

proprietatilor sistemelor dinamice de a opri anumite realizari aplicate la intrarea

acestora. Cel mai elocvent exemplu este resortul elastic care retine miscarea de dute/vino pe axa longitudinala, daca aceasta se face cu o frecventa care sa depaseasca frecventa proprie a resortului elastic.

În figura 6 se ilustreaza modul de filtrare al unui semnal. Se poate observa

faptul ca semnalul la intrarea filtrului contine trei armonici, iar semnalul de frecventa

cea mai mare este filtrat (retinut). La iesirea filtrului se obtine semnalul filtrat care

este compus din primele doua armonici.

Fig. 6 Efectul unui filtru asupra unui semnal

În cadrul aplicatiilor privind procesarea semnalelor se utilizeaza atât filtre

analogice cât si filtre numerice. În functie de natura aplicatiei se poate opta pentru un filtru analogic sau pentru un filtru numeric. De mentionat faptul ca structurile

evoluate de achizitie a datelor contin filtre numerice care se pot configura prin

secvente de program transmise de catre unitatea de calcul. Avantajul major al filtrelor numerice consta în faptul ca structurile de calcul numeric permit implementarea filtrelor adaptive fara a creste costul acestora.[7]

1.5 TRANSFORMATA FOURIER

În matematică transformata Fourier (numită astfel după matematicianul și fizicianul Joseph Fourier) este o operație care se aplică unei funcții complexe și produce o altă funcție complexă care conține aceeași informație ca funcția originală, dar reorganizată după frecvențele componente. De exemplu, dacă funcția inițială este un semnal dependent de timp, transformata sa Fourier descompune semnalul după frecvență și produce un spectru al acestuia. Același efect se obține dacă funcția inițială are ca argument poziția într-un spațiu uni- sau multidimensional, caz în care transformata Fourier relevă spectrul uni- sau multidimensional al frecvențelor spațiale care alcătuiesc funcția de intrare.

1.5.1 Definiție

Există mai multe formule pentru calculul transformatei Fourier, care diferă între ele prin amplitudinea rezultatului, scalarea sau semnul frecvenței. Una din formulele cele mai utilizate este:

În anumite condiții din transformata Fourier se poate recupera complet funcția inițială aplicînd transformata Fourier inversă:

Din punct de vedere conceptual argumentul ξ reprezintă o frecvență, în timp ce x reprezintă o dimensiune (temporală sau spațială).

Tranformata Fourier a funcției f se poate nota simbolic sau F = TF(ƒ).

Această capacitate a transformatei Fourier de reorganizare a informației după frecvențe (temporale, spațiale sau de alt fel) este extrem de utilă în prelucrarea semnalelor de diverse tipuri, la înțelegerea proprietăților unui mare număr de sisteme fizice, la rezolvarea unor ecuații și în alte domenii științifice teoretice și aplicate.

În multe cazuri este posibil să definim transformata Fourier în funcție de mai multe variabile, fiind importantă în fizică la studiul formei undelor și optică. De asemenea este posibil să generăm transformata Fourier pe stucturi discrete, precum grupurile finite, și un calculul eficient care, prin transformata Fourier rapidă, este esențial în calculele de mare viteză.[8]

CAPITOLUL 2

SENZORUL

Senzorul este un dispozitiv tehnic care reacționează la anumite proprietăți fizice sau chimice ale mediului din preajma lui. Ca parte componentă a unui aparat sau sistem poate măsura ori înregistra de exemplu presiunea, umiditatea, câmpul magnetic, accelerația, forța, intensitatea sonoră, radiații ș.a. Vine din latină: sensus=simț.

Exista mai multe clasificări ale senzorilor,senzori de tip:

1. Activ: consumator de energie, de exemplu radar (măsurarea distanțelor prin emitere de radiatii electromagnetice)

2. Pasiv: de exemplu fotorezistența cu care se poate măsura intensitatea luminii incidente.

În automatizare, informatia calitativă/cantitativa livrată de senzori, dupa o eventuală amplificare și prelucrare servește la controlul și reglarea sistemului automat.[9]

Definiția senzorilor, pe înțelesul tuturor , ar trebui să sune așa: Senzorii sunt dispozitive care convertesc (transformă) o mărime fizică într-un semnal de tip informațional. E adevărat și (mai ales) pentru senzorii creați de natură pentru noi, oamenii. Dar pentru cei artificiali, creați de noi și pentru noi, oamenii, semnalul informațional poate fi tip electric, mecanic, optic. Introducerea acestui semnal într-un echipament de prelucrare automată a datelor (cel mai cunoscut fiind calculatorul electronic) mărește, după prelucrarea specifică a datelor, valoarea de utilizare a semnalului, acesta putând fi folosit într-un circuit de comandă, dirijare sau control. Așa s-au născut sistemele: de comandă, dirijare, control.

O prezentare succintă a tipurilor de senzori, a rolului lor și a echipamentelor în care se găsesc sunt prezentate în tabelul următor:

În ultimii 15 ani, dezvoltarea rapidă din domeniul micro-electronicii, micro-mecanicii, a opticii, a nano-tehnologiei dar și a altor domenii de nivel înalt, a condus la miniaturizarea elementelor cu senzori, precum și alocarea a mai multor funcții și elemente de prelucrare de semnal pe același suport. Dintre acestea, pot fi prezentate, (celelalte fiind secrete bine păzite), următoarele realizări:

Matricile de senzori – acestea sunt grupări formate din mai mulți senzori identici sau din aceeași grupă, care au același rol sau roluri similare;

Multisenzorii – sunt alcătuiți din câteva elemente senzoriale, fiecare având o funcție diferită.

Senzori multifuncție – este un dispozitiv care poate realiza funcții diferite în condiții diferite.[10]

EncoderAbsolut
Encoderul absolut dispune de o valoare unică codată pentru fiecare poziție a arborelui. Este posibil în variantele Simplu și Multi-tură. Simplu-tură asigură o valoare unică codată în cadrul unei rotații. Multi-tură asigură în plus numărul de rotații ale arborelui.[12]

2.3 Constructia si functionarea releelor de protectie

2.3.1 Definirea si clasificarea releelor de protectie electromecanice (cu contacte)

Generalitati

Releele reprezinta categoria cea mai importanta de aparate din cuprinsul unei instalatii de protectie si comanda automata.

In general, prin releu se intelege un aparat care fiind supus unei actiuni exterioare, realizeaza automat o operatie, pentru o gama data de valori ale marimii aplicate la intrare care provoca actionare acestuia.

In functionarea oricarui releu este caracteristica variatia brusca(in salt) a marimii de iesire cand marimea de intrare, de regula, atinge sau depaseste o valoare prescrisa, numita valoare de actionare (excitare).La scaderea marimii de intrare sub o anumita valoare, numita valoare de revenire are loc saltul invers al marimii de iesire.

Raportul intre valoarea de revenire si cea de actionare se numeste factor de revenire Krev.

Marimile care caracterizeaza un anumit releu sunt urmatoarele:

-natura marimii de intrare (sau actionare )

-puterea ce trebuie absorbita la intrarea pentru ca releul sa actioneze (cu valori cuprinse intresub 1W si circa 40W);

-curentul (puterea) rezultat in circuitul de iesire, in conditile unei tensiuni admisibile date si in functie de natura sarcinii (de exemplu, se spune ca un contact rupe 2A la 110V si sarcina rezistiva, sau 0,5A la 220V si sarcina inductive)

-numarul si pozitia contactelor releului : Un releu poate avea un numar de contacte normal deschise si (sau) un numar de contacte normal inchise. Prin pozitia normala a unui contact se itelege pozitia acestuia cand releul este neexcitat (sau pozitia in stare de magazie a releului );

-domeniul de actionare sau gama de reglaj pentru marimea de intrare ;

-timpul propriu de actionare, care masoara timpul scurs intre momentul aplicarii marimii de actionare, pana la inchiderea contactelor (de la valori de circa 10-50ms, la relee instantanee, la valorii de 0,1….10s si mai mult, in cazul releelor cu actionare temporizata prin constructia lor).

2.3.2 Clasificare

Releele elecromecanice (cu contacte ) se pot clasifica in mai multe categorii.

Dupa principiul de constructie si functionare a elementului sensibil al releului se deosebesc:

– relee electromagnetice (nepolarizate sau polarizate)

– relee electrodinamice (fara fier sau cu fier)

– relee magnetoelectrice

– relee magnetice (cu circuite magnetice saturabile sau cu amplificatoare magnetice)

– relee electronice (cu tuburi cu vid sau cu gaz si element de executie electromecanic)

Dupa natura marimilor aplicate la intrare se deosebesc:

– relee de curent (pt curent continu sau alternativ)

– relee de tensiune (pt tensiune continua sau alternativa)

– relee de putere (activa, reactiva, aparenta)

– relee de impedanta (de rezistenta, reactanta, impedanta)

– relee de frecventa (sau de alunecare)

– relee de defazaj (de succesiune a fazelor )

Dupa felul variatie marimii de actionare, adica a marimii de la intrarea releului, se deosebesc:

– relee maximale, a caror actionare se produce atunci cand marimea de intrare depaseste o anumita valoare maxima, dinainte stabilita;

– relee minimale, a caror actionare se produce atunci cand marimea de intrare scade sub o anumita valoare minima, dinainte satabilita;

– relee directionale, a caror actionare se produce numai la schimbarea sensului marimii de intrare (de exemplu, schimbare sensului unei puteri electrice, in cazul releelor directionale;

– relee diferentiale, a caror actionare se produce atunci cand diferenta valorilor sunt doua marimi aplicate la intrare devine, in valoare absoluta, mai mare decat o valoare dinainte stabilita.

2.3.3 Definirea releelor de protecție. Funcții. Cerințe.

Un sistem de protecție prin relee este alcătuit din totalitatea dispozitivelor și aparatelor destinate să asigure, în mod automat, deconectarea unei instalații la apariția unui defect sau regim anormal de funcționare periculos pentru instalație, sau cel puțin să semnaleze aceasta.

Fig.8 Dezvoltarea tehnicii de protecție prin relee și etapele parcurse

Prin separarea automată a unei instalații defecte se urmăresc trei obiective:

să împiedice dezvoltarea defectului și extinderea acestuia asupra altor instalații;

să preîntâmpine distrugerea izolației și aparatelor ca urmare a șocului electrodinamic și electrotermic, întrerupând rapid toate posibilitățile de alimentare a locului de defectare;

să contribuie la restabilirea funcționării normale pentru continuitatea alimentarii consumatorilor de energie electrică.

Releul electric de protecție este, deci, un aparat electric care execută închiderea, deschiderea sau comutarea unuia sau mai multor contacte la variații ale unor marimi electrice aplicate la intrarea acestuia.

În cazul releelor fără elemente mobile , respectiv fără contacte, are loc o basculare a valorii de ieșire la producerea unei variații în salt la intrare.

Releul transmite comanda de declanșare la mecanismul (dispozitivul) de declanșare al întreruptorului.

In figura 8 este reprezentată sintetic dezvoltarea tehnicii de protecție prin relee și etapele parcurse.

Structura releului de protecție:

În figura 9, a, b și c sunt reprezentate: schema bloc, schema desfăsurată și simbolul general pentru releul de protecție.

Fig. 9 Scheme ale releelor și simbolizarea lor:

a.)schema bloc; b.)schema desfășurată; c)simbol pentru releul de protecție

ES – Element Sensibil (de intrare);

EC – Element de Comparație sau prelucrare logică a informației și de Decizie;

EE – Element de Execuție.

Fig. 10 Caracteristica intrare – ieșire (statică) a unui releu de protecție

Fig. 11 Schema bloc de elemente a unui circuit de protecție prin relee

Parametrii principali ai releelor:

Parametrii nominali ( Un, In, fn, Zn , etc.) – mărimi ce pot fi suportate timp îndelungat de aparat;

Valori de pornire (acționare) – valori la care acționează releul;

Valoarea de revenire – valoarea mărimii controlate la care elementele de execuție ale aparatului acționează invers decât la acționare;

Factorul de revenire :

La releele maximale care acționează la depășirea unei mărimi Krev<1; la releele minimale, care acționează la scăderea mărimii de acționare sub valoarea reglată, Krev 1.

Se consideră ca un releu este cu atât mai bun cu cât Krev este mai aproape de 1.

Timpul propriu de acționare al releului care este timpul măsurat din momentul atingerii valorii de acționare până la emiterea mărimii de execuție (la ieșire). La acest timp se adaugă inerția proprie a aparatului, la care se adună timpul reglat al aparatului.

Puterea consumată de releu – este în raport invers cu sensibilitatea releului. Această mărime intervine la încărcarea circuitelor secundare și la calculul și alegerea transformatoarelor de măsură care alimentează schema (TC,TT)

Puterea de rupere (capacitatea de comutare) este puterea maximă din circuitul comandat prin contactele releului fără ca acesta să se deterioreze.

Poziția normală a contactelor (normal deschise sau normal închise). Se consideră poziție normală a contactelor starea lor inițială,cu aparatul nealimentat.

Stabilitatea termică și electrodinamică care este capacitatea aparatului de a suporta un timp limitat efectele curenților de scurtcircuit, fară consecințe negative.

Eroarea releului este diferența dintre valoarea reală de acționare și valoarea reglată pentru acționare.

În concluzie: Se poate spune că releele electrice sunt aparate automate care, sub acțiunea unui parametru electric aplicat la intrare, produc variația în salt (brusc) a mărimii de ieșire la o anumită valoare a parametrului de intrare. Ele funcționează pe baza codului DA/NU și fac parte din categoria aparatelor pentru comenzi discontinue.

În figura 9, caracteristica statică intrare – ieșire pentru un releu de protecție, în general.

În cazul unei variații a parametrului x de la intrare între 0 și x, acestuia îi corespunde o valoare constantă a parametrului de ieșire y=ymin, și cel mai des ymin=0. Când x atinge valoarea xpornire, y variază în salt de la ymin la ymax, iar timpul în care se produce această variație este determinat de durata procesului tranzitoriu în circuitul comandat. La o creștere ulterioară a parametrului x de la intrare (de exemplu x=xmax) valoarea lui y rămâne neschimbată. La descreșterea parametrului x (xmax→xmin), valoarea y=ymax rămâne neschimbată dar pentru x=xrev se produce micșorarea prin salt în jos până la valoarea y=ymin.

Funcția releului de protecție realizează o comandă automată de tip releu cu o caracteristică unidirecțională.

Schema bloc de elemente a unei instalații de protecție prin relee este ilustrată în figura 11, unde s-a considerat o protecție maximală de curent pentru o linie electrică aeriană conectată prin întreruptorul I1 la barele SEE. Elementele din schemă sunt: transformatorul de curent TC, transformatorul de tensiune TT, blocul de intrare BI care poate fi realizat cu relee cu contacte, sau printr-o interfață formată din traductoare și/sau filtre la instalații realizate cu P sau automate programabile. Mărimile M1 și M2 se aplică blocului de prelucrare logică a informației BPL care este și un bloc de decizie. Acesta stabilește dacă există regim anormal de funcționare, iar în caz afirmativ eliberează un semnal de execuție la blocul de ieșire BE. De la aceasta pleacă comanda de declanșare la întreruptor, respectiv semnalizarea execuției acestei comenzi.

BTP – blocul de temporizare care asigură dacă este necesar o anumită temporizare;

BA – blocul de alimentare al schemei care asigură tensiunile operative de CC pentru funcționarea întregii scheme de protecție.

Instalația de protecție – are un caracter mai larg, putând fi examinată în mai multe ipoteze:

protecția de tip sau funcție elementară independentă de obiectivul protejat (de exemplu:protecția maximală de curent sau protecție diferențială sau protecție minimală de impedanță etc);

protecția ca instalație de comandă automată pentru un anumit tip de defect (protecție împotriva scurtcircuitelor polifazate, protecție împotriva suprasarcinilor, protecție împotriva punerilor la pământ);

protecția ca instalație complexă cu funcțiuni corelate în cadrul unui ansamblu de elemente de protejat (protecția părții electrice a unei centrale sau protecția unei rețele electrice).

Scheme folosite in reprezentarea instalatiei de protectie prin relee:

Acestea pot fi:

scheme functionale;

scheme bloc;

scheme logice – în care apar elementele din sistem în succesiunea logică a funcțiunilor îndeplinite.

Schemele de principiu (sau principiale) ale instalațiilor de protecție pot fi:

– scheme de principiu restrânse, monofilare sau trifilare;

scheme de principiu desfășurate;

scheme de amplasare;

scheme de montaj;

scheme de execuție.[13]

2.4 SENZOR REED PENTRU CAMP MAGNETIC

2.4.1 Principiul de functionare

Senzorul reed (reed = trestie, subtire in engleza) este alcatuit din doua lamele feromagnetice, de obicei aurite, iar zona de contact electric este amalgamata cu mercur. Lamelele sunt inchise ermetic intr-un tub de sticla din care ies catre exterior doua sarme pentru legaturi electrice. In prezenta campului magnetic, liniile de camp se concentreaza in zona lamelelor, care constituie o cale de reluctanta mica. Intre lamele apare o forta de atractie magnetica. Cand forta este suficient de puternica pune in contact lamele si inchide contactul electric.

Fig. 12. Contact Reed

Un contact reed (Fig.12) este alcatuit din doua lamele elastice feromagnetice inchise etans intr-un tub de sticla. Un camp magnetic extern da nastere la o forta de atractie intre lamele. Cand forta este suficient de mare cele doua lamele ajung in contact.

Energia campului magnetic in volumul delimitat de suprafetele celor doua lamele aflate fata-n fata S, la distanta y este:

W = S·y·B2 /m0

unde B este inductia campului magnetic, si m0 permeabilitatea magnetica a vidului sau aerului. Forta exercitata intre lamele va fi:

F = dW/dy = S·B2 /m0

adica direct proportionala cu suprafata de contact S si cu patratul campului magnetic dintre lamele (care depinde implicit de distanta dintre lamele, daca distanta este mare).[14]

2.4.2 Releele reed

Constau dintr-un tub de sticla închis în care se gasesc doua lamele elastice; în zona contactului, pe suprafata lamelelor este dispus un strat de iridiu, platina sau aliaje ale acestora. Tubul de sticla este vidat sau este umplut cu un gaz inert. Actionarea contactului se face cu ajutorul unui câmp magnetic creat de o bobina parcursa de curent. Aceste relee se realizeaza sub forma de elemente capsulate paralelipipedice, din mase rasinoase în care se introduce tubul si bobina releului, la exterior aflându-se doar terminalele metalice pentru conexiuni. Releele reed au consum neglijabil, timp de actionare mic (1 … 2 msec), frecventa de comutare mare (500 comutari/sec), durata de viata ridicata (10 8 …  10 12 comutari).[15]

2.5 TRADUCTOARE

Traductoarele se utilizează pentru măsurarea deplasărilor, pozițiilor, vitezelor și accelerațiilor realizate de către cuplele cinematice conducătoare ale robotului. Aceste informații culese sub forma unui semnal sau a unor succesiuni de semnale sunt transmise spre prelucrare sistemului de comandă.

Tabelul 2. Clasificare a traductoarelor

Dacă traductoarele de deplasare dau la ieșire mărimea relativă a deplasării, ca diferență a coordonatelor finale și inițiale a elementului mobil, traductoarele de poziție oferă mărimea absolută a deplasării, ca valoare a coordonatelor poziției finale a elementului mobil, luată fața de originea coordonatelor.

Un traductor numeric incremental rotativ este prezentat în figura 13

Sistemul este compus din:

1 – sursă luminoasă;

2 – lentilă condensor;

3 – disc incremental divizor;

4 – disc incremental vernier;

5 – fotodiodă.

Aceste traductoare se utilizează frecvent ca și traductoare de viteză liniară și respectiv traductoare de viteză unghiulară.

Fig. 13 Traductor numeric incremental rotativ

Traductoarele numerice absolute transformă deplasarea de măsurat sub forma unui număr binar scris într-un cod. Măsurarea este mai precisă decât în cazul anterior.

Principiul de măsurare este același cu cel de la traductoarele incrementale, cu mențiunea că în acest caz se folosesc mai multe trenuri de impulsuri, transmise pe mai multe piste, incrementul pistei “i” fiind 2i-1L.

Fig. 14 Traductor numeric absolut

Părțile componente ale traductorului sunt: 1-sursă de lumină; 2-lentilă condensor; 3-riglă codificată (pentru rotații disc codificat); 4-corpul de citire fotoelectric.

Fig. 15 Modul de citire a distanței parcurse de riglă

Modul de citire a distanței parcurse de riglă este prezentat în figura 15

Poziția punctului M se exprimă în cod binar de atâția biți câte piste se folosesc. Între deplasarea L și numărul de piste există o relație de dependență de forma: N2n-1.

unde: N – numărul zecimal ce indică deplasarea L;

n – numărul de piste necesare.

Codul binar prezintă dezavantajul că la trecerea de la un număr zecimal la altul se pot modifica simultan mai multe ordine binare, ceea ce determină generarea de erori. Se prezintă două metode de eliminare a acestui neajuns:

a) codificarea în cod Gray – în acest caz trecerea de la un număr zecimal la următorul se poate face prin modificarea unui singur ordin binar. Dezavantajul metodei constă în faptul că sistemul necesită convertoare Gray-binar, respectiv binar-Gray.

Fig. 16 Codificarea în cod Gray

b)introducerea unei piste de interdicție T înaintea primei piste a fiecărei diviziuni

Fig. 17 Codificarea prin introducerea unei piste de interdicție T

Traductorul optoelectronic de situare rotativ absolut (figura 18) este asemănător celui descris anterior, deosebirea constând în faptul, că pistele sunt materializate pe un disc și pe un vernier în formă de sector circular. Măsurarea orientării absolute a discului se face în raport cu linia de origine după care se aliniază fantele pe toate pistele.

Fig. 18 Traductorul optoelectronic de situare rotativ absolut

Traductorul potențiometric liniar absolut (figura 19) conține o rezistență electrică variabilă, legată de unul dintre elementele cuplei cinematice conducătoare și un cursor în mișcare de translație, legat de celălalt element al cuplei amintite. Între bornele A și B rezistorul este legat la o tensiune electrică U. Semnalul de ieșire este căderea de tensiune ΔU, produsă între borna A a rezistenței și borna C a cursorului. În acest caz borna A constituie originea măsurării.

Fig. 19 Traductorul potențiometric liniar absolut

La traductorul potențiometric rotativ absolut (figura 20) rezistența electrică variabilă este dispusă circular iar cursorul are o mișcare de rotație.

Fig. 20 Traductorul potențiometric rotativ absolut

În principiu, se mai pot folosi ca și traductoare de deplasare / situare și inductosyne, rezolvere (de deplasare, incrementale – "ciclic absolute"), respectiv inductosyne multiple, cascade de rezolvere (de situare, absolute), toate având semnal de ieșire analogic. Aceste traductoare se întâlnesc mai rar în construcția de roboților.

Traductoarele de viteză generalizată, respectiv, de accelerație generalizată culeg informații despre parametrii cinematici (menționați ca adjective) ai mișcării relative a elementelor cuplelor cinematice conducătoare.

Traductorul inductiv de viteză unghiulară relativă (figura 21) este un generator de curent continuu. Arborele rotorului este solidar cu unul din elementele cuplei cinematice conducătoare de rotație iar statorul este solidar cu celălalt element. Semnalul de ieșire este dat de tensiunea U a curentului electric generat și se culege la bornele înfășurării statorice.[16]

Fig. 21 Traductorul inductiv de viteză unghiulară relativă

CAPITOLUL 3

MANIPULATOARE

3.1 Definiție

În robotică un manipulator este un dispozitiv folosit pentru a manipula materiale, fără contact direct. Cererile au fost inițial de a face cu materiale radioactive sau biodeșeuri, folosind brațele robotice, sau au fost folosite în locuri inaccesibile. În mai recente evoluții au fost utilizate în aplicații cum ar fi robotica asistată în chirurgie și în spațiu. Este un mecanism de braț format dintr-o serie de segmente, de obicei, glisante sau cap.[17]

Deosebirea între robot și manipulatoare constă în faptul, că primul are o structură mecanică mai complexă (mai multe grade de mobilitate) și este condus după un program flexibil (deci modificabil cu eforturi minime materiale și de manoperă) iar cel de-al doilea, o structură mecanică mai simplă (mai puține grade de mobilitate) și este condus după un program rigid (greu modificabil). În unele cărți se înțelege prin manipulator sistemul mecanic al robotului.

Dacă mediul este inaccesibil omului care trebuie să realizeze interacțiunea, adecvarea om-mediu se realizează prin intermediul unei instalații de teleoperare. În cazul acestei instalații, operatorul uman se află în partea accesibilă a mediului, comandând de la distanță acțiunea instalației aflate în partea mediului inaccesibil pentru om, pe baza unor informații culese în “timp real” sau aproape de timpul real din zona mediului în care se desfășoară acțiunea. Prin “timp real” se înțelege coincidența dintre momentul în care are loc acțiunea și momentul în care aceasta este comandată.

Prin deficiențele de care suferă, omul poate fi neadecvat unui mediu normal. Adecvarea lui se poate realiza prin intermediul protezelor, purtate de bolnav, care înlocuiesc membre (superioare sau inferioare lipsă), ortezelor, de asemenea purtate de bolnav, care pun în mișcare prin intermediul unor mecanisme atașate, membre existente ale bolnavului dar a căror comandă nu se poate realiza prin căi nervoase naturale datorită unor leziuni (spre exemplu secțiune de măduvă) sau manipulatoare medicale, sisteme atașate unor mobile (spre exemplu mese noptiere), care se pun in mișcare de bolnavii paralizați și efectuează niște operații de servire (spre exemplu aduce un pahar cu apă la buzele bolnavului).

3.2 Structură

Manipulatoarele sunt compuse din legături rigide conectate prin intermediul unor articulații sau cuple cinematice având ca rezultat efectuarea de mișcări relative. Cuplele cinematice au în structură senzori de poziție care permit determinarea precisă a poziției lor în raport cu celelalte legături vecine. Cuplele cinematice pot fi de rotație (R) sau translație (T).[18]

Manipulatoarele pot fi clasificate în diferite grupuri în funcția de geometria acestora, de formă sau structura cinematică.

În funcție de structura cinematică manipulatoarele se clasifică în:

articulate (RRR)

sferice (RRT)

scară (RRT)

cilindrice (RTT)

carteziene (TTT)

Fig. 22 Clasificarea manipulatoarelor după structura cinematică și domeniul de operare asociat

CAPITOLUL 4

MANIPULATOR RTT ELECTRO-PNEUMATIC

Motoare electrice

Un motor electric (sau electromotor) este un dispozitiv electromecanic ce transformă energia electrică în energie mecanică. Transformarea în sens invers, a energiei mecanice în energie electrică, este realizată de un generator electric. Nu există diferențe de principiu semnificative între cele două tipuri de mașini electrice, același dispozitiv putând îndeplini ambele roluri în situații diferite.

Motoare de curent continuu

Funcționează pe baza unui curent ce nu-și schimbă sensul, curent continuu. În funcție de modul de conectare al înfășurării de excitație, motoarele de curent continuu se împart în patru categorii:

Cu excitație derivație

Cu excitație serie

Cu excitație mixtă

Cu excitație separată

Motoare de curent alternative

Motoare asincrone

Mașinile electrice asincrone sunt cele mai utilizate mașini în acționările cu mașini de curent alternativ. S-au dat mai multe definiții în ceea ce privește mașina electrică asincronă. Două dintre cele mai folosite definiții din domeniul acționărilor electrice sunt:
1. O mașină asincronă este o mașină de curent alternativ pentru care viteza în sarcină și frecvența rețelei la care este legată nu sunt într-un raport constant.
2. O mașină este asincronă dacă circuitului magnetic îi sunt asociate două sau mai multe circuite ce se deplasează unul în raport cu celălalt și în care energia este transferată de la partea fixă la partea mobilă sau invers prin fenomenul inducției electromagnetice.

O caracteristică a mașinilor asincrone este faptul că viteza de rotație este puțin diferită de viteza câmpului învârtitor, de unde vine și numele de asincrone. Ele pot funcționa în regim de generator (mai puțin răspândit) sau de motor. Cea mai largă utilizare o au ca motoare electrice (în curent trifazat), fiind preferate față de celelalte tipuri de motoare prin construcția mai simplă (deci și mai ieftină), extinderea rețelelor de alimentare trifazate și prin siguranța în exploatare.

La aceste motoare, viteza scade puțin cu sarcina; din acest motiv caracteristica lor mecanică se numește caracteristică tip derivație. Motoarele asincrone se folosesc în acționările în care se cere ca turația să nu varieze cu sarcina: mașini-unelte obișnuite, ventilatoare, unele mașini de ridicat, ascensoare, etc.

Motoare cu inele de contact ( rotorul bobinat)

Motoare cu rotorul în scurtcircuit

Motoare de tipuri speciale

Motoare cu bare înalte

Motoare cu dublă colivie Dolivo-Dobrovolski

Motoare sincrone

Motorul de curent continuu

Motorul de curent continuu a fost inventat în 1873 de Zénobe Gramme prin conectarea unui generator de curent continuu la un generator asemănător. Astfel, a putut observa că mașina se rotește, realizând conversia energiei electrice absorbite de la generator. Astfel el a constatat, că generatorul "inițial" era de fapt o mașină electrică reversibilă, care putea lucra ca un convertizor de energie bidirecțional.

Motorul de curent continuu are pe stator polii magnetici și bobinele polare concentrate care creează câmpul magnetic de excitație. Pe axul motorului este situat un colector ce schimbă sensul curentului prin înfășurarea rotorică astfel încât câmpul magnetic de excitație să exercite în permanență o forță față de rotor.

În funcție de modul de conectare a înfășurării de excitație motoarele de curent continuu pot fi clasificate în:

motor cu excitație independentă – unde înfășurarea statorică și înfășurarea rotorică sunt conectate la două surse separate de tensiune

motor cu excitație paralelă – unde înfășurarea statorică și înfășurarea rotorică sunt legate în paralel la aceași sursă de tensiune

motor cu excitație serie – unde înfășurarea statorică și înfășurarea rotorică sunt legate în serie

motor cu excitație mixtă – unde înfășurarea statorică este divizată în două înfășurări, una conectată în paralel și una conectată în serie.

Înfășurarea rotorică parcursă de curent va avea una sau mai multe perechi de poli magnetici echivalenți. Rotorul se deplasează în câmpul magnetic de excitație până când polii rotorici se aliniază în dreptul polilor statorici opuși. În același moment, colectorul schimbă sensul curenților rotorici astfel încât polaritatea rotorului se inversează și rotorul va continua deplasarea până la următoarea aliniere a polilor magnetici.

Pentru acționări electrice de puteri mici și medii, sau pentru acționări ce nu necesită câmp magnetic de excitație variabil, în locul înfășurărilor statorice se folosesc magneți permanenți.

Turația motorului este proporțională cu tensiunea aplicată înfășurării rotorice și invers proporțională cu câmpul magnetic de excitație. Turația se reglează prin varierea tensiunii aplicată motorului până la valoarea nominală a tensiunii, iar turații mai mari se obțin prin slăbirea câmpului de excitație. Ambele metode vizează o tensiune variabilă ce poate fi obținută folosind un generator de curent continuu (grup Ward-Leonard), prin înserierea unor rezistoare în circuit sau cu ajutorul electronicii de putere.

Cuplul dezvoltat de motor este direct proporțional cu curentul electric prin rotor și cu câmpul magnetic de excitație. Reglarea turației prin slăbire de câmp se face, așadar, cu diminuare a cuplului dezvoltat de motor. La motoarele serie același curent străbate înfășurarea de excitație și înfășurarea rotorică. Din această considerație se pot deduce două caracteristici ale motoarelor serie: pentru încărcări reduse ale motorului, cuplul acestuia depinde de pătratul curentului electric absorbit; motorul nu trebuie lăsat să funcționeze în gol pentru că în acest caz valoarea intensității curentului electric absorbit este foarte redusă și implicit câmpul de excitație este redus, ceea ce duce la ambalarea mașinii până la autodistrugere. Motoarele de curent continuu cu excitație serie se folosesc în tracțiunea electrică urbană și feroviară (tramvaie, locomotive).

Schimbarea sensului de rotație se face fie prin schimbarea polarității tensiunii de alimentare, fie prin schimbarea sensului câmpului magnetic de excitație. La motorul serie, prin schimbarea polarității tensiunii de alimentare se realizează schimbarea sensului ambelor mărimi și sensul de rotație rămâne neschimbat. Așadar, motorul serie poate fi folosit și la tensiune alternativă, unde polaritatea tensiunii se inversează o dată în decursul unei perioade. Un astfel de motor se numește motor universal și se folosește în aplicații casnice de puteri mici și viteze mari de rotație (aspirator, mixer).

Motorul de curent alternativ

Motoarele de curent alternativ funcționează pe baza principiului câmpului magnetic învârtitor. Acest principiu a fost identificat de Nikola Tesla în 1882. În anul următor a proiectat un motor de inducție bifazat, punând bazele mașinilor electrice ce funcționează pe baza câmpului magnetic învârtitor. Ulterior, sisteme de transmisie prin curent alternativ au fost folosite la generarea și transmisia eficientă la distanță a energiei electrice, marcând cea de-a doua Revoluție industrială. Un alt punct important în istoria motorului de curent alternativ a fost inventarea de către Michael von Dolivo-Dobrowlsky în anul 1890 a rotorului în colivie de veveriță.

Motorul de inducție trifazat

Motorul de inducție trifazat (sau motorul asincron trifazat,fig 23) este cel mai folosit motor electric în acționările electrice de puteri medii și mari. Statorul motorului de inducție este format din armătura feromagnetică statorică pe care este plasată înfășurarea trifazată statorică necesară producerii câmpului magnetic învârtitor. Rotorul este format din armătura feromagnetică rotorică în care este plasată înfășurarea rotorică. După tipul înfășurării rotorice, rotoarele pot fi de tipul:

rotor în colivie de veveriță (în scurtcircuit) – înfășurarea rotorică este realizată din bare de aluminiu sau -mai rar- cupru scurtcircuitate la capete de două inele transversale.

rotor bobinat – capetele înfășurării trifazate plasate în rotor sunt conectate prin interiorul axului la 3 inele. Accesul la inele dinspre cutia cu borne se face prin intermediul a 3 perii.

Prin intermediul inducției electromagnetice câmpul magnetic învârtitor va induce în înfășurarea rotorică o tensiune. Această tensiune creează un curent electric prin înfășurare și asupra acestei înfășurări acționează o forță electromagnetică ce pune rotorul în mișcare în sensul câmpului magnetic învârtitor. Motorul se numește asincron pentru că turația rotorului este întotdeauna mai mică decât turația câmpului magnetic învârtitor, denumită și turație de sincronism. Dacă turația rotorului ar fi egală cu turația de sincronism atunci nu ar mai avea loc fenomenul de inducție electromagnetică, nu s-ar mai induce curenți în rotor și motorul nu ar mai dezvolta cuplu.

Turația motorului se calculează în funcție alunecarea rotorului față de turația de sincronism, care este cunoscută, fiind determinată de sistemul trifazat de curenți.

Alunecarea este egală cu:

, unde

n1 este turația de sincronism și

n2 este turația rotorului.

, unde

f este frecvența tensiunii de alimentare și

p este numărul de perechi de poli ai înfășurării statorice.

Turația mașinii, în funcție de turația câmpului magnetic învârtitor și în funcție de alunecare este: .

Se observă că alunecarea este aproape nulă la mers în gol (când turația motorului este aproape egală cu turația câmpului magnetic învârtitor) și este egală cu 1 la pornire, sau când rotorul este blocat. Cu cât alunecarea este mai mare cu atât curenții induși în rotor sunt mai intenși. Curentul absorbit la pornirea prin conectare directă a unui motor de inducție de putere medie sau mare poate avea o valoare comparabilă cu curentul de avarie al sistemelor de protecție, în acest caz sistemul de protecție deconectează motorul de la rețea. Limitarea curentului de pornire al motorului se face prin creșterea rezistenței înfășurării rotorice sau prin diminuarea tensiunii aplicate motorului. Creșterea rezitenței rotorului se face prin montarea unui reostat la bornele rotorului (doar pentru motoarele cu rotor bobinat). Reducerea tensiunii aplicate se face folosind un autotransformator, folosind un variator de tensiune alternativă (pornirea lină) sau conectând inițial înfășurarea statorică în conexiune stea (pornirea stea-triunghi – se folosește doar pentru motoarele destinate să funcționeze în conexiune triunghi) sau prin înserierea de rezistoare la înfășurarea statorică. La reducerea tensiunii de alimentare trebuie avut în vedere că cuplul motorului este proporțional cu pătratul tensiunii, deci pentru valori prea mici ale tensiunii de alimentare mașina nu poate porni.

Turația mașinii de inducție se modifică prin modificarea alunecării sale sau prin modificarea turației câmpului magnetic învârtitor. Alunecarea se poate modifica din tensiunea de alimentare și din rezistența înfășurării rotorice astfel: se crește rezistența rotorică (prin folosirea unui reostat la bornele rotorice – doar la motoarele cu rotor bobinat) și se variază tensiunea de alimentare (folosind autotransformatoare, variatoare de tensiune alternativă, cicloconvertoare) sau se menține tensiunea de alimentare și se variază rezistența din rotor (printr-un reostat variabil). Odată cu creșterea rezistenței rotorice cresc și pierderile din rotor și implicit scade randamentul motorului. O metodă interesantă de reglare a turației sunt cascadele de recuperare a puterii de alunecare. La bornele rotorice este conectat un redresor, iar la bornele acestuia este conectat un motor de curent continuu aflat pe același ax cu motorul de inducție (cascadă Krämmer cu recuperare puterii de alunecare pe cale mecanică). Tensiunea indusă în rotor este astfel redresată și aplicată motorului de curent continuu astfel încât cuplul dezvoltat de motorul de curent continuu se însumează cuplului dezvoltat de motorul de inducție. Reglarea turației motorului de inducție se face prin reglarea curentului prin înfășurarea de excitație. În locul motorului de curent continuu se poate folosi un invertor cu tiristoare și un transformator de adaptare (cascadă Krämmer cu recuperare puterii de alunecare pe cale electrică). Tensiunea indusă în rotor este astfel redresată și prin intermediul invertorului și a transformatorului este reintrodusă în rețea. Reglarea vitezei se face din unghiul de aprindere al tiristoarelor.

Turația câmpului magnetic învârtitor se poate modifica din frecvența tensiunii de alimentare și din numărul de perechi de poli ai mașinii. Numărul de perechi de poli se modifică folosind o înfășurare specială (înfășurarea Dahlander) și unul sau mai multe contactoare. Frecvența de alimentare se modifică folosind invertoare. Pentru frecvențe mai mici decât frecvența nominală a motorului (50 Hz pentru Europa, 60 Hz pentru America de Nord) odată cu modificarea frecvenței se modifică și tensiunea de alimentare păstrând raportul U/f constant. Pentru frecvențe mai mari decât frecvența nominală la creșterea frecvenței tensiunea de alimentare rămâne constantă și reglarea vitezei se face cu slăbire de câmp (ca la motorul de curent continuu).

Sensul de rotație al motorului de inducție se inversează schimbând sensul de rotație al câmpului învârtitor. Aceasta se realizează schimbând două faze între ele.

Motorul de inducție cu rotorul în colivie este mai ieftin și mai fiabil decât motorul de inducție cu rotorul bobinat pentru că periile acestuia se uzează și necesită întreținere. De asemenea, motorul de inducție cu rotorul in colivie nu are colector și toate dezavantajele care vin cu acesta: zgomot, scântei, poluare electromagnetică, fiabilitate redusă și implicit întreținere costisitoare. Motoarele de curent continuu au fost folosite de-a lungul timpului în acționările electrice de viteză variabilă, deoarece turația motorului se poate modifica foarte ușor modificând tensiunea de alimentare însă, odată cu dezvoltarea electronicii de putere și în special cu dezvoltarea surselor de tensiune cu frecvență variabilă, tendința este de înlocuire a motoarelor de curent continuu cu motoare de inducție cu rotor în colivie.

Fig. 23 Motorul de inducție trifazat

Motorul de inducție monofazat

În cazul în care sistemul trifazat de tensiuni nu este accesibil, cum este în aplicațiile casnice, se poate folosi un motor de inducție monofazat. Curentul electric monofazat nu poate produce câmp magnetic învârtitor ci produce câmp magnetic pulsatoriu (fix în spațiu și variabil în timp). Câmpul magnetic pulsatoriu nu poate porni rotorul, însă dacă acesta se rotește într-un sens, atunci asupra lui va acționa un cuplu în sensul său de rotație. Problema principală o constituie deci, obținerea unui câmp magnetic învârtitor la pornirea motorului și aceasta se realizează în mai multe moduri.

Prin atașarea pe statorul mașinii la un unghi de 90° a unei faze auxiliare înseriată cu un condensator se poate obține un sistem bifazat de curenți ce produce un câmp magnetic învârtitor. După pornirea motorului se deconectează faza auxiliară printr-un întrerupător centrifugal. Sensul de rotație al motorului se poate schimba prin mutarea condensatorului din faza auxiliară în faza principală.

În locul fazei auxiliare se poate folosi o spiră în scurtcircuit plasată pe o parte din polul statoric pentru obținerea câmpului învârtitor. Curentul electric indus în spiră se va opune schimbării fluxului magnetic din înfășurare, astfel încât amplitudinea câmpului magnetic se deplasează pe suprafața polului creând câmpul magnetic învârtitor.

Servomotorul asincron monofazat

Servomotorul asincron monofazat este o mașină de inducție cu două înfășurări: o înfășurare de comandă și o înfășurare de excitație. Cele două înfășurări sunt așezate la un unghi de 90° una față de cealaltă pentru a crea un câmp magnetic învârtitor. Rezistența rotorului este foarte mare pentru a realiza autofrânarea motorului la anularea tensiunii de pe înfășurarea de comandă. Datorită rezistenței rotorice mari, randamentul motorului este scăzut și motorul se folosește în acționări electrice de puteri mici și foarte mici.

Motorul sincron trifazat

Motorul sincron trifazat este o mașină electrică la care turația rotorului este egală cu turația câmpului magnetic învârtitor indiferent de încărcarea motorului. Motoarele sincrone se folosesc la acționări electrice de puteri mari și foarte mari de până la zeci de MW.

Statorul motorului sincron este asemănător cu statorul motorului de inducție (este format dintr-o armătură feromagnetică statorică și o înfășurare trifazată statorică). Rotorul motorului sincron este format dintr-o armătură feromagnetică rotorică și o înfășurare rotorică de curent continuu. Pot exista două tipuri constructive de rotoare: cu poli înecați și cu poli aparenți. Rotorul cu poli înecați are armătura feromagnetică crestată spre exterior și în crestătură este plasată înfășurarea rotorică. Acest tip de motor are uzual o pereche de poli și funcționează la turații mari (3000 rpm la 50 Hz). Rotorul cu poli aparenți are armătura feromagentică sub forma unui butuc poligonal pe care sunt plasate miezurile polilor rotorici și bobine polare concentrate. În unele situații în locul bobinelor polare concentrate se pot folosi magneți permanenți. Motorul sincron cu poli aparenți are un număr mare de poli și funcționează la turații mai reduse. Accesul la înfășurarea rotorică se face printr-un sistem inel-perie asemănător motorului de inducție. Motoarele sincrone cu poli aparenți pot avea cuplu chiar și în lipsa curentului de excitație, motorul reactiv fiind cel ce funcționează pe baza acestui cuplu, fără înfășurare de excitație și fără magneți permanenți.

Înfășurarea rotorică (de excitație) a motorului parcursă de curent continuu creează un câmp magnetic fix față de rotor. Acest câmp „se lipește” de câmpul magnetic învârtitor statoric și rotorul se rotește sincron cu acesta. Datorită inerției, câmpul magnetic rotoric nu are timp să se lipească de câmpul magnetic învârtitor și motorul sincron nu poate porni prin conectare directă la rețea. Există trei metode principale de pornire a motoarelor sincrone:

pornirea în asincron – pe tălpile polare rotorice este prevăzută o colivie asemănătoare coliviei motorului de inducție și motorul pornește pe același principiu ca al motorului de inducție.

pornirea la frecvență variabilă – este posibilă doar atunci când este disponibilă o sursă de tensiune cu frecvență variabilă sau un convertor cu frecvență variabilă. Creșterea frecvenței se face lent, astfel încât câmpul învârtitor să aibă viteze suficient de mici la început pentru a putea permite rotorului să se „lipească” de câmpul magnetic învârtitor.

pornirea cu motor auxiliar – necesită un motor auxiliar ce antrenează motorul sincron conectat la rețea. Când motorul ajunge la o turație apropiată de turația de sincronism motorul auxiliar este decuplat, motorul sincron se mai accelerează puțin până ajunge la turația de sincronism și continuă să se rotească sincron cu câmpul magnetic învârtitor.

Motorul sincron monofazat

Este realizat uzual ca motor sincron reactiv cu sau fără magneți permanenți pe rotor. Asemănător motoarelor de inducție monofazate, motoarele sincrone monofazate necesită un câmp magnetic învârtitor ce poate fi obținut fie folosind o fază auxiliară și condensator fie folosind spiră în scurtcircuit pe polii statorici. Se folosesc în general în acționări electrice de puteri mici precum sistemele de înregistrare și redare a sunetului și imaginii.

Motorul pas cu pas

Motorul pas cu pas este un tip de motor sincron cu poli aparenți pe ambele armături. La apariția unui semnal de comandă pe unul din polii statorici rotorul se va deplasa până când polii săi se vor alinia în dreptul polilor opuși statorici. Rotirea acestui tip de rotor se va face practic din pol în pol, de unde și denumirea sa de motor pas cu pas. Comanda motorului se face electronic și se pot obține deplasări ale motorului bine cunoscute în funcție de programul de comandă. Motoarele pas cu pas se folosesc acolo unde este necesară precizie ridicată (hard disc, copiatoare).

Principiul de funcționare

Majoritatea motoarelor electrice funcționează pe baza forțelor electromagnetice ce acționează asupra unui conductor parcurs de curent electric aflat în câmp magnetic. Există însă și motoare electrostatice construite pe baza forței Coulomb și motoare piezoelectrice.

Utilizare

Fiind construite într-o gamă extinsă de puteri, motoarele electrice sunt folosite la foarte multe aplicații: de la motoare pentru componente electronice (hard disc, imprimantă) până la acționări electrice de puteri foarte mari (pompe, locomotive, macarale).

Clasificare

Motoarele electrice pot fi clasificate după tipul curentului electric ce le parcurge:

motoare de curent continuu

motoare de curent alternativ.

În funcție de numărul fazelor curentului cu care funcționează, motoarele electrice pot fi motoare monofazate sau motoare polifazate (cu mai multe faze).[19]

Motoare pneumatic liniare

Aceste motoare din punct de vedere constructiv – funcțional nu diferă semnificativ de

cele hidraulice. Diferențele care apar, valabile de altfel pentru toate echipamentele pneumatice, se referă la următoarele aspecte: etanșarea camerelor active se face întotdeauna cu elemente de etanșare nemetalice; datorită vâscozității reduse a mediului fluid de lucru, în cazul motoarelor pneumatice nu se poate realiza o etanșare "vie" sau o etansare cu segmenți metalici, așa cum se întâmplă uneori în hidraulică; materialele folosite pot avea proprietăți mecanice mai modeste, iar dimensiunile unora dintre elementele constructive sunt mai reduse datorită solicitărilor mai mici care apar ca o consecință a presiunilor de lucru, limitate la 10 … 12 [bar]; nu de puține ori în construcția acestor motoare se întâlnesc aliaje pe bază de aluminiu.

Dupa modul în care sunt separate cele două camere funcționale, motoarele pneumatice se pot clasifica în:

– cilindri: la aceste motoare separarea se face prin intermediul unui piston, iar etansarea se realizeaza prin intermediul unor garnituri nemetalice;

– camere ca membrana la aceste motoare rolul pistonului este preluat de o membrană nemetalică, care realizează și etanșarea celor două camere.

Din punct de vedere constructiv motoarele pneumatice liniare sunt formate din două subansambluri principale:

¦ subansamblul carcasa: format din cămașă si capace;

¦ subansamblul piston: format din piston și tijă.

În functie de subansamblul ce se deplasează, motoarele pneumatice liniare se pot clasifica în:

– motoare cu carcasă fixă și piston mobil;

– motoare cu carcasă mobilă și piston fix.[20]

Compresoare

Mașinile hidraulice care vehiculează fluide compresibile (aer, gaze), în scopul modificării presiunii lor se numesc compresoare.

Din punct de vedere energetic, compresorul este o mașină de lucru care ridică energia specifică a gazului care îl parcurge. Diferența esențială între pompă și compresor constă în faptul că, în timp ce pompa ridică energia lichidelor incompresibile, compresorul, lucrând cu gaze, modifică presiunea și deci volumul lor (procesul modificării presiunii este legat de modificarea volumului precum și a energiei interne, fiind astfel un proces termic). Compresorul este deci o mașină hidraulică în care se produce modificarea nu numai a energiei specifice ci și a energiei termice a gazelor în timp ce în pompă are loc numai modificarea energiei specifice a lichidelor.

Energia cedată gazului în timpul procesului de comprimare, respectiv diferența între energia conținută înainte și după comprimare, constă într-o anumită creștere a energiei calorice, a energiei cinetice și a energiei potențiale a gazului. Din punct de vedere practic prezintă interes numai creșterea energiei potențiale (creșterea presiunii gazului), deoarece energia calorică se disipează în timpul mișcării prin conducte, iar creșterea energiei cinetice, înainte și după compresor este neînsemnată.

Fig. 24 Compresor

Unitatea de măsură a creșterii presiunii gazului care a trecut prin compresor este raportul presiunii finale P2 față de cea inițială P1, numit grad sau raport de comprimare.

, – raportul de comprimare.

După raportul de comprimare mașinile pneumatice se împart:

– ventilatoare,

– suflante,

– compresoare,

După principiul de funcționare compresoarele se împart în două categorii:

compresoare volumice, care pot fi cu piston sau rotative;

compresoare centrifuge, care pot fi turbocompresoare, turbosuflante, ventilatoare, axiale.

Compresoarele industriale cele mai răspândite sunt cele cu aer, care au presiuni de (obișnuit )

Compresoarele din industria petrolieră și de transport realizează presiuni între , iar cele din industria chimică ajung uneori chiar la .

Compresoarele axiale imprimă energie gazului prin intermediul unor pale profilate; sunt indicate pentru debite foarte mari și presiuni foarte scăzute ().

Compresoarele centrifuge sau turbocompresoarele realizează comprimarea gazelor prin acțiunea forței centrifuge asupra masei de gaz la trecerea prin rotor; sunt indicate pentru debite medii și .

Compresoarele volumice rotative realizează comprimarea prin variația continuă a spațiului ocupat de gaz în timpul trecerii prin rotor; sunt indicate pentru debite mici și .

Compresoarele volumice cu piston se caracterizează prin periodicitatea procesului de comprimare, motiv pentru care necesită supape; sunt indicate pentru debite mici și presiuni oricât de mari. Gradul de comprimare pentru un cilindru variază între 3,5 și 6. Se poate ajunge la un grad de comprimare de 1000, aceasta realizându-se prin comprimarea succesivă în mai multe trepte. Aerul comprimat se folosește la comenzile pneumatice de la instalațiile de foraj și la acționarea diferitelor scule și dispozitive cât și la forajul cu aer.[21]

Fig. 25 Circuit pneumatic

Structura

Indiferent de tipul motorului, acesta este construit din două părți componente: stator și rotor. Statorul este partea fixă a motorului, în general exterioară, ce include carcasa, bornele de alimentare, armătura feromagnetică statorică și înfășurarea statorică. Rotorul este partea mobilă a motorului, plasată de obicei în interior. Este format dintr-un ax și o armătură rotorică ce susține înfășurarea rotorică. Între stator și rotor există o porțiune de aer numită întrefier ce permite mișcarea rotorului față de stator. Grosimea întrefierului este un indicator important al performanțelor motorului.

CAPITOLUL 5

SISTEMUL SENZORIAL

5.1 Acționarea cu motoare electrice pas cu pas (M.P.P.)

Utilizarea motoarelor pas cu pas în acționarea roboților industriali, conferă în principiu, următoarele avantaje :

asigură univocitatea conversiei număr de impulsuri-deplasare și pot fi utilizate în circuit deschis;

gamă largă de frecvențe de comandă;

precizie de poziționare și rezoluție mare;

permit porniri, opriri, reversări fără pierderi de pași;

memorează poziția;

sînt compatibile cu comanda numerică.

Dezavantajele motoarelor pas cu pas sunt:

unghi de pas, deci increment de rotație, de valoare fixă pentru un motor dat;

viteza de rotație relativ scăzută;

„pierdere de pași” în anumite condiții;

putere dezvoltată la arbore de valoare redusă ( necesitând amplificatoare de putere) ;

randament energetic scăzut;

necesită o schemă de comandă complexă.

Fig. 26 Caracteristicile mecanice ale moroarelor pas cu pas

Cel mai mare dezavantaj al motoarelor pas cu pas este scăderea cuplului motor odată cu creșterea frecvenței și de aici restrângerea domeniului de frecvență pe care poate fi exploatat motorul. Această scădere a cuplului motor se datorează creșterii impedanței înfășurărilor statorice cu frecvența și deci scăderea în consecință a valorii curentului absorbit.

Se constată că după o perioadă de ascensiune, utilizarea motorului pas cu pas în acționarea roboților industriali, a scăzut în ultimul timp.

Pentru utilizarea motorului pas cu pas în acționarea roboților industriali se consideră necesară evidențierea câtorva aspecte legate de particularitățile lanțurilor cinematice cu acționare și comandă numerică(NC).

De aici rezultă și cele două principii de funcționare: în buclă deschisă când poziția elementului mobil acționat este anticipată prin cunoașterea precisă a funcției “semnal de intrare”, introducând anumite limitări privind valorile admise ale accelerației și frecvenței, respectiv în buclă închisă (simplă sau dublă) când funcția “semnal de intrare” este corelată în performanță cu poziția și viteza reală a elementului acționat. În figura 27 (a, b și c) se prezintă cele mai uzuale scheme bloc de comandă ale sistemelor numerice cu acționare prin motoare pas cu pas.

Aceste sisteme funcționează pe baza corelației biunivoce între funcția “semnal de intrare” și funcția “deplasare element mobil”.

Fig. 27 Scheme bloc de comandă cu motoare electrice pas cu pas.

Funcția “semnal de intrare” este definită, pe de o parte, de numărul de impulsuri generate de echipament, amplificate și trimise spre fazele motorului electric pas cu pas, iar pe de altă parte de legea de variație a acestora cu variabila independentă-timp.

Astfel, în cazul “a” sistemul este prevăzut cu două bucle de reacție: cea de viteză – măsurată la arborele motor și cea de deplasare – măsurată la elementul mobil acționat.

La baza închiderii celor două bucle de măsurare stau cei doi traductori: un traductor de deplasare montat pe elementul mobil acționat, acesta permițând o măsurare foarte precisă a deplasării și a unui tahogenerator montat pe axul motorului pas cu pas, semnalul acestuia servind pentru controlul vitezei unghiulare.

Deoarece în general sistemele de transmitere a mișcării de la motor spre elementul mobil acționat au la bază mecanisme de precizie cu raport de transmitere constant, rezultă că fără a aduce prejudicii privind precizia măsurării poziției elementului mobil acționat, traductorul de măsurare al deplasării se poate monta, ca în cazul “b”, în imediata vecinătate a axului motorului, printr-o transmisie cinematică convenabil aleasă.

Soluția, pe ansamblu, poate fi mai simplă și mai ieftină și se aplică în schemele de comandă a sistemelor de acționare pe trei axe, cu generare de traiectorie.

Deși pare o complicație suplimentară, utilizarea celor două bucle reale de măsurare este mai rațională decât substituirea uneia din ele sau a celeilalte cu sisteme servohard sau servosoft. Bucla închisă se utilizează numai în cazul unor acționări de precizie.

În cazul sistemelor deschise (figura 27 c), precizia și siguranța elementului condus este determinată de siguranța executării comenzii de către motor, precum și de precizia elementelor componente ale mecanismului.

Siguranța executării comenzii reprezintă abilitatea motorului de a răspunde la toate impulsurile de intrare când nu există alte facilități de control.

Sistemele de poziționare pe bază de motoare electrice pas cu pas aduc avantaje constructive și funcționale față de sistemele de poziționare cu comandă numerică aplicate la mașini-unelte, în sensul că sunt mai simple și necesită echipamente de comanda de complexitate mai redusă și deci mai ieftine.

Pentru aplicații în acționarea roboților industriali, unde se cer viteze de deplasare ridicate, se impun unele măsuri și soluții de îmbunătățirea formei caracteristicii cuplu – frecvență, lărgind cât mai mult domeniul de frecvențe pe care poate fi exploatat un asemenea motor.

Îmbunătățirea caracteristicii de cuplu a unui motor pas cu pas, este una din problemele de care depinde posibilitatea aplicării lui în acționarea roboților industriali.

Ca și în cazul altor tipuri de motoare electrice, și în cazul motoarelor pas cu pas, valoarea cuplului motor depinde de curentul total absorbit, și aceasta la rândul lui – de numărul fazelor active în conducție simultană.

Din cele prezentate rezultă avantajele și dezavantajele fiecărui tip de acționare electrică, și în funcție de aplicație se alege soluția cea mai convenabilă.[22]

ENCODER DE ROTAȚIE: Encoder 100 impulsuri/rotatie 05.2400.1122.0100

Specificatii tehnice:

RoHS :
ENCODER, INCREMENTAL, 100PPR, 2400
Rotation Speed: 12000rpm
Supply Voltage Range: 5Vdc to 24Vdc
Connector Type: Cable
Operating Temperature Max: 90C
Operating Temperature Range: -20C to +90C
Pulse Output Count: 100
Rotational Speed: 12000rpm
Rotational Speed Max: 12000rpm
Series: 2400
Shaft Diameter: 4mm
Supply Voltage Max: 24V DC
Supply Voltage Min: 5V DC
Temperature Operating Min: -20C
Torque: 1mN-m
Type: Incremental Encoder
No. of Pulses Per Revolution: 100

RELEU REED: Releu 24V DC RM699H-P-24 6A SPDT

RM699H-P-24 Releu: intermediare; SPDT; Ubobina:24V DC; Uintrerup: max24VDC; 6A

Simbol original: RM699BH-3011-85-1024

Producator: RELPOL

Grupa: Relee electromagnetice miniatura

Specificatii tehnice

Tip releu: intermediare

Configuratie pini: SPDT

Tensiune nominala bobina: 24V DC

Tensiune comutata: max 24V DC, max 250V AC

Curent comutat: 6A

Rezistenta bobina: 3.39kΩ

Tensiune min. bobbina: 18V DC

Tensiune max. bobina: 36V DC

Timp actionare: 8ms

Timp descarcare: 4ms

Selectare putere prin bobina: 170mW

Clasa etanseitate: IP64

Pas pini: 5mm

Temperatura de lucru: -40C / 85C

Dimensiuni exterioare : 15 x 28 x 5 mm

MOTOR PAS CU PAS : Motor pas-cu-pas bipolar MY4001

Specificatii tehnice:

RoHS :  Da
STEPPER MOTOR, 14, 34, MM
Coil Type: Bipolar
Torque Max: 11N-cm
Current Rating: 750mA
No. of Phases: 2
Resistance: 5.7ohm
Inductance: 7mH
Rotor Inertia: 14g-cm²

Current per Phase: 0.75A
Frame Size: 14
Holding Torque: 11N-cm
Indexing Angle: 1.8
Overall Length: 34mm
Phase Resistance: 5.7ohm
Shaft Length – Metric: 24mm
Termination Type: Wire Leads
Weight: 180g

SISTEM DE ACHIZIȚIE

NI USB-6009

14-Bit, 48 kS/s Low-Cost Multifunction DAQ

Specificații:

8 intrări analogice (14-bit, 48 kS/s)

2 ieșiri analogice (12-bit, 150 S/s); 12 digital I/O; 32-bit counter

Bus-powered for high mobility; built-in signal connectivity

OEM version available

Compatible with LabVIEW, LabWindows/CVI, and Measurement Studio for Visual Studio .NET

NI-DAQmx driver software and NI LabVIEW SignalExpress LE interactive data-logging software

CILINDRU PNEUMATIC:

Cilindru compact Seria ACQ alungit

Descriere

Standardul JIS este implementat. Este dotat cu tija lunga.

Cilindrul, partea din fata si din spate sunt fixate cu flansa tip C. 

Diametrul interior al cilindrului este tratat pentru rezistenta la frecare si durabillitate.

Structura compacta este eficienta in reducerea spatiului de instalare.

Cilindrul dispune de sloturi pt senzori magnetici

Specificatii

DISTRIBUITOARE PNEUMATICE

Distribuitoare actionate pneumatic Seria 3A200

Descriere

Distribuitoarele bistabile au funcție de memorie.

Nu este necesara ungerea.

Modalități de prindere: diverse.

Specificații

DROSEL FURTUN – FURTUN

Regulatoare debit cu drosel la 180˚ din policarbonat.

Diametre port-furtun: Ø4, Ø6, Ø8, Ø10, Ø12.

Presiune lucru max 20 bar

Temperatura -20*C … +80*C

CUPLE RAPIDE

Fig. 28 Sistemul senzorial

Fig. 29 Schema electrică a sistemului senzorial

Sistemul sensorial (Fig. 28) este compus din patru relee reed, astfel releul reed 1 monitorizează poziția retrasă la cilindrul 1 iar releul reed 2 monitorizează poziția extinsă a cilindrului 1. Releul reed 3 monitorizează poziția retrasă a cilindrului 2 iar releul reed 4 monitorizează poziția extinsă a cilindrului 2. Encoderul rotativ este de tip Encoder 100 impulsuri/rotatie 05.2400.1122.0100 ce monitorizează motorul pas cu pas de tip Motor pas-cu-pas bipolar MY4001.

Astfel cupla de rotație este monitorizat de encoderul rotativ, respectiv cupla de translație 1 este monitorizată de perechea de senzori reed 1, reed 2 respectiv cupla de translație 2 este monitorizată de perechea de senzori reed 3, reed 4.

Semnalul de la sistemul sensorial sunt achiziționate prin intermediul sistemului de achiziție NI USB-6009.