Lucrarea de față este dedicată studiului acționărilor electrice de curent alternativ [608907]

REZUMAT

Lucrarea de față este dedicată studiului acționărilor electrice de curent alternativ
care utilizează motoare asincrone trifazate , alimentate de la convertizor.
Pentru a exemplifica multitudinea de acționări electrice ce pot fi studiate pe standul
de teste, s -a realizat calculul de dimensionare a mărimilor de intrare și ieșire din sistem,
pentru două aplicații cu tipuri de sarcină diferite .
Prima aplicație studiată este una de tip pompă, pentru această aplicație s -a folosit un
cuplu rezistent pătrat ic, dependent de turația motorului. La pompe, reglarea turației
motorului electric se folosește pentru reglarea debitului pompei, astfel se face o economie
importantă de energie, față de reglajul clasic al debitului,utilizând motorul la turație
nominală, i ar ajustarea debitului este realizată de la un robinet.
O a doua aplicație studiată este una de tip bandă transportoare . Pentru această
aplicație s -a folosit motorul la turația nominală , iar de acestă dată s -a impus o sarcină
variabilă, indepentă de turați a motorului. În realitate sarcina pe banda transportoare
variază în funcție de încarcarea acesteia.
Structura lucrării
Lucrarea este compusă din 4 capitole , după cum urmează:
În primul capitol s -au trecut în revistă următoarele informații: noțiuni generale
despre acționările electrice reglabile, un scurt istoric al acționarilor electrice, tipurile de
sarcină întâlnite în domeniul acționărilor electrice și prezentarea standului de teste realizat
pentru laborator.
În capitolul doi s -a realizat prezentarea și dimensionarea aplicației de tip pompă cât
și pentru aplicația de tip bandă transportoare .
În al treilea capitol s -a realizat dimensionarea și alegerea aparatajului electric,
necesar aplicațiilor unu și doi.
În ultimul capitol sunt prezentate schemele elect rice de bază, specifice acestor tipuri
de aplicații. Tot în ultimul capitol sunt prezentate o parte din rezultatele ce pot fi obținute
în timpul funționării unei aplicații menționate în lucrare. Printre rezultatele prezente se pot
enumera următoarele: cure ntii măsurați pe cele trei faze, curenții id și iq, viteza impusă și
viteza măsurată la mașina electrică, sarcina impusă mașinii electrice, etc.

2
CUPRINS

INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… – 1 –
Capitolul 1. Sisteme de acționă ri reglabile ………………………….. ………………………….. ……………………….. – 2 –
1.1 Sisteme de acționări reglabile – noțiuni generale ………………………….. ………………………… – 2 –
1.2 Istoricul actionărilor electrice ………………………….. ………………………….. ………………………….. … – 4 –
1.3 Tipuri de sarcină ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………….. – 5 –
1.4 Prezentarea standului de teste realizat pentru laborator ………………………….. ………….. – 9 –
Capitolul 2 Dimensionarea Sistemului de acționare electrică ………………………….. ………………… – 14 –
2.1 Aplicația 1: Acționare d e tip pompă ………………………….. ………………………….. ………………… – 14 –
2.1.1 Calculul randamentului pompelor ………………………….. ………………………….. …………… – 15 –
2.1.2 Calculul puterii la pompele hidraulice ………………………….. ………………………….. …….. – 16 –
2.1.3 Calculul pentru debitul pompei ………………………….. ………………………….. ………………… – 16 –
2.1.4 Calculul puterii mecanice la pompe ………………………….. ………………………….. …………. – 16 –
2.1.5 Calculul momentului la pompe ………………………….. ………………………….. …………………. – 17 –
2.1.6 Calculul t urației la pompe ………………………….. ………………………….. ………………………….. – 17 –
2.1.7 Alegerea pompelor ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. – 18 –
2.2 Aplicația 2: Acționare de tip bandă transportoare ………………………….. ……………………. – 18 –
Capitolul 3 Dimensionarea aparatajului electric ………………………….. ………………………….. …………. – 22 –
3.1 Alegerea cablurilor ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. – 23 –
3.2 Alegerea întreruptoarelor ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. – 26 –
3.3 Alegerea contactoarelor ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. – 28 –
3.4 Alegerea aparatajului de comandă și semnalizare ………………………….. ………………… – 30 –
Capitolul 4 Standul de teste ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… – 32 –
4.1 Prezentarea programului de emula re ………………………….. ………………………….. …………….. – 32 –
4.2 Rezultate obținute pentru aplicația de timp pompă cu debit variabil ……………….. – 33 –
4.3 Rezultate obtinute pentru aplicația de tip bandă transportoare ………………………… – 37 –
Concluzii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… – 41 –
Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. – 42 –

Cuprins

3
LISTA TABELELOR

Tabel 1 Parametri motoare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. – 9 –
Tabel 2 Parametri convertizor VLT 5000 ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. – 10 –
Tabel 3 Parametri convertizor N100 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. – 10 –
Tabel 4 Parametri întreruptor GV2 -P20 ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. – 12 –
Tabel 5 Parametri întreruptor DPN -C10a ………………………….. ………………………….. ………………………….. . – 12 –
Tabel 6 Valori de greutate a sarcinii pe metru de bandă ………………………….. ………………………….. ….. – 20 –
Tabel 7 Categorii de utilizare ale contactoarelor ………………………….. ………………………….. ……………… – 29 –

4
LISTA FIGURILOR
Fig. 1 Menținerea constantă a vitezei de rotație, la cuplu static rezistent variabil.[4] ………… – 3 –
Fig. 2 Variația vitezei de rotație la cuplu rezistent variabil.[4] ………………………….. ……………………. – 4 –
Fig. 3 Cuplul static rezistent constant în raport cu turația [6] ………………………….. ……………………… – 6 –
Fig. 4 Cupluri statice rezistente dependente de turație: ………………………….. ………………………….. …….. – 7 –
Fig. 5 Cuplul static rezistent pulsatoriu [8] ………………………….. ………………………….. ………………………….. . – 8 –
Fig. 6 Cuplu static rezistent aleatoriu [9] ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. – 9 –
Fig. 7 Grupul de motoare electrice ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. – 10 –
Fig. 8 Convertiz oarele de frecvență ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. – 11 –
Fig. 9 Rezistentă de frânare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………….. – 12 –
Fig. 10 Întreruptoarele și contactoarele ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. – 13 –
Fig. 11 Electropompe din seriile NM4, B -NM4, NMS4, B -NMS4 [] ………………………….. ………………. – 14 –
Fig. 12 Convertizor de frecvență Hyundai N100 ………………………….. ………………………….. ………………… – 15 –
Fig. 13 Foaie catalog turbo -pompă [13] ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. – 18 –
Fig. 14 Bandă transportoare fabrică de reciclare. [12] ………………………….. ………………………….. …….. – 19 –
Fig. 15 Bandă transportoare cu unghi ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. – 21 –
Fig. 16 Schemă monofilară stand teste ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. – 22 –
Fig. 17 Exe mple de cablare și metode de instalare ………………………….. ………………………….. ……………. – 24 –
Fig. 18 Factori de corecție pentru temperaturi ale aerului, altele decât 30°C …………………….. – 24 –
Fig. 19 Factori de reducere pentru grupuri mai mari decât un circuit sau cablu multifilar – 25
–
Fig. 20 Capacitatea transport a cablului în regim continuu la temperatura de 85°C ………… – 25 –
Fig. 21 Cabluri electrice ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. – 26 –
Fig. 22 Alegere întreruptor ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. – 27 –
Fig. 23 Selectivitatea întreruptoarelor ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. – 28 –
Fig. 24 Alegere tensiune de alimentare a bobinei ………………………….. ………………………….. ………………. – 30 –
Fig. 25 Pagină ca talog contactoare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. – 30 –
Fig. 26 Modul aparataj comandă și semnalizare ………………………….. ………………………….. ……………….. – 31 –
Fig. 27 Limitator cursă ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. – 31 –
Fig. 28 Presostat Danfoss ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. – 31 –
Fig. 29 Interfață ControlDesk ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. – 32 –
Fig. 30 Schema electrică a pompei ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. – 33 –
Fig. 31 Curentii pe ce le trei faze măsurați pe mașina electrică ………………………….. …………………… – 34 –
Fig. 32 Curenții celor trei faze măsurați pe sarcină ………………………….. ………………………….. ………….. – 34 –
Fig. 33 Curenții id si iq pe mașina electrică ………………………….. ………………………….. …………………………. – 35 –
Fig. 34 Turatia impusă și truația reală ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. – 35 –
Fig. 35 Deplasarea punctului de funcționare în timpul testului: ………………………….. ………………… – 36 –
Fig. 36 Sarcina impusă ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. – 36 –
Fig. 37 Schemă electrică bandă transportoare ………………………….. ………………………….. ………………….. – 37 –
Fig. 38 Curenții celor trei faze măsurați pe mașina electrică ………………………….. ……………………… – 38 –

Cuprins

5
Fig. 39 Curenții celor trei faze măsurați pe sarcină ………………………….. ………………………….. ………….. – 38 –
Fig. 40 Curentii id si iq pe mașina electrică ………………………….. ………………………….. …………………………. – 39 –
Fig. 41 Turația impusă și turația reală ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. – 39 –
Fig. 42 Deplasarea punctului de funcționare în timpul testului: ………………………….. ………………… – 40 –
Fig. 43 Sarcina impusă ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. – 40 –

Introducere

– 1 –
INTRODUCERE

Actionăr ile electrice sunt echipamente complexe menite să asigure alimentarea ș i comanda
optimală a elementelor de execu ție din cadrul proceselor tehnologice.
Obiectivele lucrării sunt :
Dimensionarea a două aplicaț ii pentru un motor de 1,5 [kW]
Alegerea aparataju lui potrivit pentru alimentare, comandă și protecție a motorului.
Realizare scheme electrice pentru aplicațiile alese.
Realizarea părții de forță a standului.
Punerea în funțiune a sistemului de acționare electrică.
Achiziția datelor pentru aplicațiile rea lizate.

– 2 –
CAPITOLUL 1 . SISTEME DE ACȚIONĂRI REGLABILE

Acționările electrice au o prezență foarte mare în consumul de energie electrică. Se
aproximează că peste 60% din energia electrică produsă este folosită în acționările
electrice. Dezvoltarea electronic ii de putere și a electronicii de comandă a dete rminat atât
apariția unui flux de informații foarte mare, cât și completarea structurii energetice astfel
încât în prezent sisteme le de acționare electrică se reg ăsesc în mai toate industriile .
În instalațiil e cu acționare electrică se realizează conversia electromecanică a
energiei, mașina electrică îndeplinind rolul de convertor al energiei electrice în energie
mecanică și uneori, în regim de frânare prin recuperare, de convertor al energiei mecanice
în ener gie electrică în funcție de condițiile de funcționare determinate de procesul
tehnologic efectuat de mecanismul executor sau de lucru. Între toate componentele acestor
instalații există o interdependență strânsă, permițând considerarea acționării ca un sis tem
prin care se realizează conversia electromecanică a energiei și în care se asigură pe cale
electrică controlul energiei mecanice. [4]
Convertoarele statice sunt echipamente electrice realizate cu elemente specifice
electronicii de putere cum ar fi: diode, tiris toare, tranzistoare, având și o parte de comandă .
Acestea au rolul de a furniza și distribui semnalele de comandă în funcție de topologia
părții de forță astfel încât să se comande puterea electr ică necesară mașinii electrice .
Acționările electri ce reglabile se regăsesc în toate ramurile industriei : mașini unelte,
metalurgie, industria cimentului, industri a alimentară , distribuția apei, industria
petrochimică, industria farmaceutică etc.

1.1 Sisteme de acționări reglabile – noțiuni generale

Reglare a vitezei de rotație a mașinilor de lucru acționate cu m așini electrice a fost
cerută de necesită țile proceselor tehnologice. Primele sisteme de acționare electrică
permiteau o reglare a vitezei în limite mici si deseori cu pierde ri mari de putere. În prez ent
au crescut atât cerințele în privința domeniului de reglare realizat, cât și posibilitățile prin
care aceste reglări sunt posibile , cu pierderi de putere minime .
S-a trecu t, de asemenea printr -un proces de evoluție pozitiv, de la reglarea mecanica a
vitezei de rotație , sau de la modificarea raportului de transmisie dintre m așina electric ă la
turație constantă și mașina de lucru, la reglarea electrică modernă. În ultimul caz se
recurge la reglarea vitezei de rotație a m așinii electric e, cu tensiune și frecvență vari abilă

Capitolul 2. Dimensionarea sistemului de acționare electrică

– 3 –
de alimentare constituie o clasă modernă de acționari electrice reglabile, cu utilizări largi
(mașini de fabricat hîrtie, laminoare, mașini unelte, metalurgie, etc)
În fig. 1 este prezentată menținerea constantă a vitezei de r otație, când cuplul static
este variabil între doua limite . Această reglare se face pe o infinitate de caracteristici
mecanice ar tificiale, realizate în practică cu ajutorul sistemelor de reglare automata.
Punctul de funcționare trebu ie sa poată trece de pe o caracteristică mecanică pe una infinit
vecină.

Fig. 1 Menținerea constantă a vitezei de rotație, la cuplu static rezistent variabil. [4]

În fig. 2 este prezentată reglarea vitezei la cuplu static constan t. Pentru a varia în
această situație viteza motorului de a cționare pe cale electrică, ace sta va trebui să
funcționeze pe caracteristici mecanice artificiale, obținute pe calea modifică rii a cel puțin
unui parametru e lectric sau magnetic.

– 4 –

Fig. 2 Variația vitezei de rotație la cuplu rezistent variabil. [4]

1.2 Istoricul actionărilo r electrice

În decursul dezvoltării istorice acționarea electrică a apărut prin înlocuirea motorului
hidraulic, cu abur sau cu combustie in ternă printr -o mașină electrică. Astfel s -a obținut
acționarea pe grupe, la care mai multe mașini de lucru sunt acționate de la aceeași mașină
electrică.
Folosirea mașinilor electrice a permis însă trecerea la acționarea individuală, în care
fiecare mașină de lucru are motorul său de acționare, obținându -se avantajul dispunerii
utilajelor în flux tehnologic și înlocuirea vechilor transmisii prin curele la distanțe mari și
voluminoase prin transmisii compacte de angrenaje individuale. Cerințele obținerii unor
performanțe de nivel superior pentru mașinile de lucru, în vederea realizării unui
rantament cât mai crescut , au determinat creșterea complexității lor funcționale și
constructive, inclusiv perfecționarea sistemului de acționare electrică. Astfel apare tendința
de ap ropiere a mașinilor elec trice de mecanismele executoare. Așa a luat naștere sistemul
de acționare electrică, numit și acționarea multiplă . La care fiecare mecanism de execuție al
mașinii de lucru are motorul său de acționare.
Aplicarea pe scară tot mai l argă a acționării multiple și pretențiile crescânde de
econom isire a energiei și productivitate a instalațiilor industriale, au determinat mărirea
exigențelor privind reglajul vitezei, pornirea, frânarea, reversarea și corelarea funcționării

Capitolul 2. Dimensionarea sistemului de acționare electrică

– 5 –
mașinilor elec trice ale aceleiași instalații. Pentru satisfacerea acestor cerințe s -au dezvoltat
din ce în ce mai mult acționările complexe, reglabile și automatizarea proceselor de
producție. O altă consecință a fost răspândirea unor noi tipuri de organe de transmisie
dintre mașina electrică și mecanismul executor, cum ar fi de exemplu cuplajele
electromagnetice, care favorizează extinderea comenzii automate și asupra acestei părți a
sistemului de acționare.
Majoritatea motoarelor rotative de acționare, peste 96% este constituită de motoare
asincrone trifazate cu rotorul în scurtcircuit sau bobinat. Primul motor asincron de tip
industrial apare în 1889, construit de M.O. Dolivo -Dobrovolski, care a fructificat lucrările
anterioare ale lui G. Ferraris și N. Tesla. Folosir ea pe scară largă a motoarelor asincrone se
poate explica prin robustețea și simplitatea sa, preț redus, siguranța în exploatare.
Acționările electrice cu motoare asincrone se folosesc în toate sectoarele consumatoare de
energie electrică: industrie, agric ultură, tran sporturi, casnic, medicină, etc.
1.3 Tipuri de sarcină

Mașina de lucru primește de la motor energia necesară pentru a învinge toate forțele ce
apar în timpul procesului de lucru, a forțelor rezistente statice Fs și a forțelor rezistente
dinamice F d.
Forțele rezistente statice sunt constituite din forțe utile și din forțe de frecare.
Forțele rezistente dinamice apar datorită inerției pieselor în mișcare din întregul
sistem de acționare; deci, ele apar numai pe durata variațiilor de viteză (porniri , opriri,
frânări, accelerări).
În cazul acționărilor cu mișcare liniară, motorul poate pune în mișcare o mașină de
lucru dacă dezvoltă o forță F egală cu suma tuturor forțelor rezistente, statice și dinamice:
(1)
Cunoscută și sub de numirea de ecuația fundamental a mișcării pentru acționările liniare.

În cazul acționărilor cu mișcare de rotație, care sunt cele mai numeroase, ecuația
mișcării capătă o formă specifică, în care forțele se înlocuiesc cu momente:
(2)

– 6 –
În care: M – cuplul motor [Nm]
Ms – cuplul rezistent static [Nm]
Md – cuplu rezistent di namic [Nm]
Prin caracteristică mecanică a unei mașini de lucru se înțelege modul de variație a
cuplului rezistent static al acesteia în funcție de un parame tru care determină valoarea
acestui cuplu.
Cuplul rezistent static al unei mașini de lucru poate depinde de diferiți parametri, cum ar fi:
– viteza de deplasare sau de rotație;
– un unghi pe care un organ component al mașinii de lucru îl face cu o anumită poziție
de referință;
– drumul parcurs de mașina de lucru.
În funcție de acești parametri se poate face o clasificare a mașinilor de lucru:
a. Mașini de lucru cu cuplul rezistent static constant.
La această categorie de mașini, cuplul rezistent static este, p ractic, constant (fig. 3).

Fig. 3 Cuplul static rezistent constant în raport cu turația [6]

Din această categorie de mașini de lucru fac parte, de exemplu: mecanismele de ridicat
greutăți, podurile rulante, macaralele, ascensoare le, benzile transportoare cu sarcină
uniformă de -a lungul lor, laminoarele reversibile, mașinile de imprimat etc.
b. Mașini de lucru cu cuplul rezistent static dependent de viteză

Capitolul 2. Dimensionarea sistemului de acționare electrică

– 7 –
Mașinile de lucru din această categorie pot avea:
– cuplul rezistent static de pendent liniar de viteză ( Fig 4.a) – valțurile din industria
cauciucului, mașinile de bobinat etc.
– cuplul rezistent crescător cu pătratul vitezei (Fig 4.b) – ventilatoarele,
turbocompresoarele, pompele centrifuge, elicele de pe navelor maritime etc.
– cuplul rezistent variabil invers proporțional cu viteza ( Fig 4.c) – mașini de înfășurat
sârmă, tablă, hârtie, mașini de prelucrare prin așchiere etc.

Fig. 4 Cupluri statice rezistente dependente de turație:
a – variație liniară; b – variație pătratică; c – variație invers proporțională [7]

c. Mașini de lucru cu cuplul rezistent static dependent de unghi.
Din această categorie de mașini fac parte: roboți, manipulatoare, fierăstraie mecanice,
foarfece de tăiat metal, ciocane mecanice , compresoare cu piston, pompe de adâncime
pentru extracția de țiței și în general toate mașinile care au în componența lor mecanisme
bielă -manivelă (fig.5)

– 8 –

Fig. 5 Cuplul static rezistent pulsatoriu [8]

d. Mașini de lucru la care cu plul rezistent static depinde de drumul parcurs
Din această categorie de mașini fac parte instalațiile de ridicat la mare înălțime sau de
la mare adâncime, la care greutatea cablului de ridicare este comparabilă cu sarcina utilă:
macarale, ascensoare, inst alații de foraj, instalații de extracție minieră etc. Spre deosebire
de instalațiile de ridicat la înălțime mică la care greutatea cablului este mult mai mică decât
sarcina utilă și la care cuplul static este, practic, constant, la instalațiile de ridicat la mare
înălțime, lungimea cablului (și deci, și greutatea sa) variază în timpul acționării
proporțional cu deplasarea sarcinii utile.

e. Mașini de lucru pentru care cuplul rezistent static variază aleatoriu în timp
Din această c ategorie de mașini fac parte, de exemplu : ferăstraiele pentru lemn,
malaxoarele, morile cu bile, sondele de foraj etc. Cuplul rezistent static depinde de un
număr apreciabil de parametri, care se modifică permanent, fără a exista o lege de variație
a acestora în timp (fig.6).

Capitolul 2. Dimensionarea sistemului de acționare electrică

– 9 –

Fig. 6 Cuplu static rezistent aleatoriu [9]

1.4 Prezentare a stand ului de teste realizat pentru laborator

Standul este compus din următoarele elemente.
– Două motoare identice asincrone trifazate, cu următorii parametri :
Tabel 1 Parametri motoare
Pn
[kW] In
[A] Un
[V] cos𝜑 f
[Hz] n
[rpm]
1,5 3,8 380 0,8 50 1405

– 10 –

Fig. 7 Grupul de motoare electrice

Motoarele sunt alimentate de d ouă convertizoare de frecvență , unul de tip Danfoss VLT
5000, iar altul Hyundai N100 .
– Convertizorul Danfoss VLT 5000 .
Tabel 2 Parametri convertizor VLT 5000
Pn
[kW] In
[A] Un
[V] f
[Hz] cos𝜑 Uout
[%] fout
[Hz] Timp de accelerare
[s]
3 7,2 400 50 0,98 0-100 0-1000 0,05 -3600

– Convertizorul Hyundai N100 .
Tabel 3 Parametri convertizor N100
Pn
[kW] In
[A] Un
[V] f
[Hz] cos𝜑 Uout
[%] fout [Hz] Timp de
accelerare [s]
2,2 7,2 400 50 0,98 0-100 0,1-400 0,1-3000

Capitolul 2. Dimensionarea sistemului de acționare electrică

– 11 –

Fig. 8 Convertizoarele de frecv ență

Convertizorul N100 are conectat și un rezistor de frânare cu rezistența R=145Ω. Acesta are
rolul de a consuma energia disipată pe circuitul intermediar în timpul frânării.

– 12 –

Fig. 9 Rezistentă de frânare

Aparatajul pentru protecție și comutație :
– Întreruptorul pentru circuitul de forță este GV2 -P20 (Schneider), cu urmatorii
parametri:
Tabel 4 Parametri întreruptor GV2 -P20
U [V] Ir [A] Curent
scurtcircuit [kA] Nr. poli Categorie de
utilizare
400 13-18 50 3 AC3

– Întreruptorul pentru circuitul de comandă este DPN C10a (Merlin Gerin ), cu
următorii parametri:
Tabel 5 Parametri întreruptor DPN -C10a
U [V] In [A] Curent
scurtcircuit [kA] Nr. poli Categorie de
utilizare
240 10 4,5 2 AC1

Capitolul 2. Dimensionarea sistemului de acționare electrică

– 13 –
– Comutarea este asigurată de contactoarele LC1D18P7 (Schneider), care au
următorii parametri:
In=18 [A]
U=440 [V]
Categorie de utilizare=AC3
Contacte auxiliare= 1 NO+1NC

Fig. 10 Întreruptoarele și contactoarele

– 14 –
CAPITOLUL 2 DIMENSIONA REA SISTEMULUI DE ACȚION ARE ELECTRICĂ

2.1 Aplicația 1: Acționare de tip pompă
Una din a plicațiile ce se pot studia pe standul realizat este acționarea unei pompe.
Dimensionarea elementelor necesare s -a facut pornind de la mașinile electric e existent e în
laborator, de tip asincron trifazat cu P=1,5 [kW].
Pentru simular ea sarcinii se va folosi unul din motoarele asincron e trifazat e de 1,5
[kW]. Aceasta va generea un cuplu similar unei pompe.
În continuare este prezentată și procedura ce se poate utiliza pentru alegerea unei
pompe centrifugale, dimensionarea fiind facută la puterea motorului existent. Datele
necesare sunt preluate din catalogul de pompe al firmei Calpeda -Romania. Se va conside ra
că sistemul de pompare va deservi o instalație de apă menajeră și va transporta apa dintr –
un rezervor pentru alimentarea unor locuințe.

Fig. 11 Electropompe din seri ile NM4, B -NM4, NMS4, B -NMS4 [ ]

Alimentarea mașinii electri ce ce va antrena sarcina (pompa) se va face printr -un
convertizor de frecvență de la firma Hyundai, modelul N100.

Capitolul 2. Dimensionarea sistemului de acționare electrică

– 15 –

Fig. 12 Convertizor de frecvență Hyundai N100

2.1.1 Calculul randamentului pompelor
Puterea generată de pompă reprezi ntă putera înmagazinată de agentul motor
refulat de pompă. Ipotetic s -a stabilit că presiunea maximă pe care o va putea atinge fluidul
pe coloana principală este de 5 bari. Valorile standardizate ale randamntelor unei pompe
sunt definite de STAS 7145 -86 și sunt :
(3)
(4)
(5)
Randamentul pompei, notat cu p se calculează prin produsul celor trei randamente
(volumic, mecanic si hidraulic) și reprezintă capacitatea pompei de a -și menține
caracteristicile de performanță și randamentul inițial în instalația în care a fost montată
pentru un timp cât mai îndelungat.
(6)

– 16 –
(7)

2.1.2 Calculul puterii la pompele hidraulice

(8)
(9)

În care: p – reprezintă randamentul pompei a cărui valoare s -a calculat în relația ( 6);
Ph – reprezintă puterea hidraulică a pompei și s -a calculat în realatia ( 9);
Pe – reprezintă puterea motorului electric = 1,5 [kW] .

2.1.3 Calculul pentru debitul pomp ei
Datele necesa re pentru calcularea debitului unei pompe centrifuge sunt
urmatoarele: puterea motorului electric, înălțimea nominală de pompare, randamentul
pompei si densitatea lichidului pompat. Debitul este dat de relația de mai jos.

(10)
În care: – densitatea lichidului pompat = 997 [kg/m3];
Pe – puterea electrică = 1,5 [kW];
H – înălțimea de pompare = 20 [m]
înlocuid valo rile rezultă un debit al pompei de:

(11)

2.1.4 Calculul puterii mecanice la pompe
Produsul dintre puterea electrică , randamentul mecanic si randamentul volumic
este definit ca putere mecanică, notată cu P m măsurată în [kW]
(12)

Capitolul 2. Dimensionarea sistemului de acționare electrică

– 17 –
Înlocuin d (4), (5), si ( 10) în ( 12) rezultă o putere mecanică de:
(13)

2.1.5 Calculul momentului la pomp e
Momentul hidromotorului este determinat cu relația:

(14)

În care: q – reprezintă capacitea teore tică = 15 [cm3];
p – presiunea maximă = 5 [bar] ;
înlocuind ( 5) în ( 14) se poate determina momentul pompei.

(15)

2.1.6 Calculul turației la pompe
Pornind de la relația cuplului:

(16)

(17)
Turația (n) a pompei se poate calcula cu relatia ( 17):

(18)
Înlocuind ( 13), (15), în relația ( 18) rezultă o turație a pompei de:

(19)

– 18 –
2.1.7 Alegerea pompelor
În urma studiului amănunțit asupra ofertelor mai multor producători de turbopompe în
vederea alegerii unei pompe adecvate care să satisfacă rezultatele reieșite din calcule, s-a
decis alegerea unei turbo -pompe tip NM4 40/25/B , produ se de firma Calpeda -Romania .
Această pompă poate fi utilizată pentru lichide curate, fără substanțe abrazive, care
sunt neagresive pentru materialele pompei (conținutul de solide de până la 0,2%). Pentru
alimentare cu apă. Pentru instalații de încălzire, climatizare, răcire și de circulație. Pentru
instalații civile și industriale. Pentru irigare.

Fig. 13 Foaie catalog turbo -pompă [13]

2.2 Aplicația 2: Acționare de tip b andă transportoare
O a doua aplicație care se poate studia pe standul realizat este acționarea unei benzi
transportoare.
Cunoscând înălțimea de ridicare a materialului, tipul de material si viteza maximă pe
care acesta o suportă, se vor calcula urmatorii parametri: productivitatea benzii
transportoare, puterea elect rică a motorului pentru antrenarea benzii , tangeta de și
posibilitatea de a construi transportorul .
Pentru simularea sarcinii de tip bandă transportoare s -a folosit motorul asincron
trifazat din fig. 7
Această bandă va transporta peturi de plastic cătr e un tocător la înălțimea de 2 [m] .
Instalația electrică va fi prevăzută cu limitatori de cursă ce vor fi folosiți pentru a detecta
dacă există personal in apropierea benzii și se va opri sau nu va porni dacă personalul se

Capitolul 2. Dimensionarea sistemului de acționare electrică

– 19 –
afla prea aproape de bandă. Banda va funcționa la viteză variabilă, în funcție de cât de
aglomerat este tocătorul. Pentru acest lucru este nevoie acționarea motorului cu ajutorul
unui convertizor de frecvență. Iar în acest caz se va folosi convertizorul de la Hyundai,
modelul N100.

Fig. 14 Bandă transportoare fabrică de reciclare. [12]

Productivit atea se determină cu relatia (20 ), iar greutatea sarcinii se găseste în
tabelul 1
(20)
(21)
în care:

– 20 –
q – este g reutatea sarcinii pe metru de banda, [ kgf/ m];
v – viteza benzii, [m/s].

Greutatea sarcinii pe metru de bandă, cum și viteza de deplasare a benzii, sunt în
general limitate de tipul de material transportat. În tabelul de mai jos se gasesc valorile
pentru diferite materiale.

Tabel 6 Valori de greutate a sarcinii pe metru de bandă
Tipul materialului Greutatea sarcinii pe
metru de bandă
[kgf/m] Viteza maximă
admisa a benzii
[m/s] Unghiul admis al
benzii fața de
orizontală
[o]
Argil ă de turnătorie 25 1,6 16
Argilă umedă 30 1,6 17
Ciment uscat 16 1,3 14
Cocs 5 1,3 13
Huilă 13 1,5 14
Peturi plasic 2 2 30
Nisip uscat, piatră
sparta 16 1,3 13
Rumeguș 6 2 14
Zahăr brut 25 1,6 13

Pentru o înălțime H=2 [m] și o viteză v=1,8 [m/s] , puterea pentru motorul necesar
benzii transportoare, este similară cu puterea motorului din laborator

(22)

(23)
în care:
H – înălțimea de ridicare a materialului;
v – viteza benzii;
L0 – proiecția orizontală a drumului sarcinii transportate, 4 [m];

Capitolul 2. Dimensionarea sistemului de acționare electrică

– 21 –
L – poiecția orizontală a lungimii transportorului între tamburi, la capetele benzii, 5
[m];

Fig. 15 Bandă transportoare cu unghi

Având în vedere că distanța de transport este de 4 m, iar înălțimea la care se ridică
de 2 m, rezultă că tangenta unghiului de înlinare față de orizontală este:

(24)
Iar β≈ 28ᵒ, fiind sub valoar ea unghiului de înclinare maxim admis pentru transportul
peturilor de plastic .
Prin ur mare, transportul este posibil.

– 22 –
CAPITOLUL 3 DIMENSIONAREA APARATAJULUI ELECTRIC

Proiectarea sistemului de acționare pentru cele două aplicații
În această parte a lucr ării se va alege cablul, aparatajul pentru protecția instalației,
aparatajul de comutare și cel de semna lizare pentru cele două aplicații.

Fig. 16 Schemă monofilară stand teste

Capitolul 3. Dimensionarea aparatajului electric
– 23 –

3.1 Alegerea cablurilor

Producatorii ofera tabele in c are sunt precizate valorile curentilor in functie de sectiunea
conductorului. Insa aceasta este insuficient, intrucat este doar un caz ideal, in care se
considera conductorul pozat singur pe un traseu de cablu si intr -un mediu termic de 30
grade. Insa, con ditiile reale de lucru ale cablului, in majoritatea situatiilor sunt mult
diferite, motiv pentru care conductorul sau cablul nu mai suporta curentul dat in tabel de
catre producator. Acest curent trebuie ajustat printr -o serie de factori de corectie, care tin
de metoda de instalare (K1), temperatura ambianta (K2) si influenta mutuala a celorlalte
cabluri (K3).
În cazul de față cablul de alimentare este prins în cleme, pe un perete din beton, la o
temperatură ambiantă de 25 C
Asadar, capacitatea de trans port a cablului va fi:

(25)
(26)
În care: I t – curentul de sarcină corectat, care se va compara cu capacitatea de transport a
cablului ales
In – curentul nominal al instalației
k – factor de corecție
K1 – factor de corecție ce ține de metoda de instalare
K2 – factor de corecție ce ține de temperature ambiantă
K3 – factor de corecție ce tine de influența mutual ă a celorlalte cabluri
Determinarea factorului de corecție K1

– 24 –

Fig. 17 Exemple de cablare și metode de instalare

Pentru metoda de insta lare se va folosi parametrul C , rezultă cu K1=0,95
Detereminarea factorului de corecție K2
Temperatura ambianta a mediului în care va lucra pompa și prin care va trece cablul de
alime ntare a motorului pompei este de 25 °C

Fig. 18 Factori de corecție pentru temperaturi ale aerului, altele decât 30°C

Pentru cazul acestei aplicații se va lua un factor de corecție K2 egal cu 1 ,06

Capitolul 3. Dimensionarea aparatajului electric
– 25 –
Determinarea factorului de corecți e K3

Fig. 19 Factori de reducere pentru grupuri mai mari decât un circuit sau cablu multifilar

Din fig.19 reiese ca factorul de corectie K3 este egal cu 1
Curentul nominal al mașinii electrice , este de 3,8A , iar cel al motorului ce simulează sarcina
este identic.
Înlocuind în relația (25) si (26 ) rezulta:

(27)

Fig. 20 Capacitatea transport a cablului în regim continuu la temperatura de 85°C

Din fig.20 si relația (27), pentru alimentarea de la distribuție a convertizoarelor, cât și a
motoarelor rezultă un cablu cu sectiunea conductorului de 1 mm2 ,iar p entru alimentarea
distribuție curentul va fi dublu deoarece motoarele M1, M2 au același curent nominal,
rezultă I t=7,54, pentru siguranța în exploatare, se va alege un cablu cu secțiunea
conductorului de 2,5 mm2

– 26 –

Fig. 21 Cabluri electrice
3.2 Alegerea întreruptoarelor
În alegerea întreruptoarelor trebuie să se țină cont de următorii parametri:
– Curentul nominal al instalației în care este montat întreruptorul
– Tensiunea la care funcționează instalatia electrică
– Curentul de scurtcircuit
– Tipurile de consumatori din instalație
Întreruptoarele au fost alese de la producătorul Schneider.
Alegere intrerupt orul Q din fig.17
Tipul: GV2ME143
Categoria: AC3
Curent: 10 [A]
Curent scurtcircuit: 10 [kA]
Tensiune: 400/415 [V]
Pe același principiu se vor alege î ntreruptoarele Q1, Q2 din fig.16 , pentru mașina electrică
si sarcină
Tipul: GV2ME083
Categoria: AC3
Curen t: 4 [A]
Curent scurcircuit 10 [kA]
Tensiune: 400/415 [V]

Capitolul 3. Dimensionarea aparatajului electric
– 27 –

Fig. 22 Alegere întreruptor

În programul Curve Direct de la producatorul Schneider s -a realizat selectivitatea
întreruptoarelor, construind curba de sarcină a protecțiil or alese pentru cele două aplicații.
După cum se poate observa în fig. 24 curentul I r pentru GV2ME083 s -a reglat la valoarea de
4 [A], iar pentru GV2ME143 s -a reglat la valoarea de 10 [A], în urma acestor reglaje există
selectivitate între întreruptoare.

– 28 –

Fig. 23 Selectivitatea întreruptoarelor

3.3 Alegerea contactoarelor
Contactorul este echipament electric de comutatie (inchidere -deschidere). El este
specializat pe comutatie, avand o anduranta (cicluri inchidere -deschidere) de pana la 10 ori
mai mare decat un întreruptor . întreruptorul este echipament electric de comutatie si
protectie, fiind destinat in principal pentru protectie.
În alegerea contactoarelor trebuie avut in vedere categori a de utilizare a acestora,
parametrii de lucru ai instalatiei electrice cum ar fi: tensiunea la care funcționează
instalația, curentul maxim care poate trece prin contactor, tensiunea de alimentare a
bobinei conta ctorului și numarul de contacte auxiliare.

Capitolul 3. Dimensionarea aparatajului electric
– 29 –
Categoria de utilizare se referă la curentu l pe care il suporta contactorul la pornirea unui
consumator , în funcț ie de natura sarcinii acestuia (rezistiva, usor inductiva sau puternic
inductiva).
Tabel 7 Categorii de utilizare ale contactoarelor
Categorii de utilizare pentr u curent alternativ
Categoria Raport curenți I p/In Natura sarcinii Tipuri de aplicații
AC1 ∼1 Rezistive si usor
inductive cu un
cos𝜑=0,95 Sisteme de încalzire cu
rezistențe
AC2 ∼2,5 Inductive Electromagneți,
iluminat
AC3 5÷7 Aplicații cu
motoare(lif turi,
compresoare, pompe,
etc)
AC4 >5÷7 Mașini de printare,
macarale, elevatoare,
industie metalurgică

Mașina electrică, cât și motorul ce simulează sarcina au urmatorii parametri:
P=1,5 [kW]
I=3,8 [A]
U=380 [V]
Mașina electrică este alimentat ă de la un convertizor. Prin urmare curentul la pornirea
motorului tinde spre 0.
În convertizor au fost facute setări de limitare a curentului pe care îl cere motorul, astfel
încât acesta să nu depasească valoarea nominala de 3,8 [A]
Tensiunea de alimentare a bo binei contactorului este de 230 [V]
Din catalogul prodrucatorului Schneider se va alege urmă torul contactor:
Tipul: LC1D09P7
Categoria: AC -3
Curent: 9 [A]
Tensiunea 380/400 [V]

– 30 –

Fig. 24 Alegere tensiune de alimentare a bobinei

Fig. 25 Pagină catalog contactoare

3.4 Alegerea aparatajului de comandă și semnalizare
Pentru realizarea comenzilor de pornire -oprire a convertizorului este nevoie de aparataj de
comandă, care constă în două butoane cu revenire, în care, unul are un contact normal

Capitolul 3. Dimensionarea aparatajului electric
– 31 –

închis, iar altul are un contact normal deschis, iar pentru semnalizare s -a folosit o lampă ce
semnalizează că instalația este în funcționare .
Pentru cele două aplicații s -au ales si elementele de protecț ie-control ale mas inii electrice.

Fig. 26 Modul aparataj comandă și semnalizare

Fig. 28 Presostat Danfoss
Fig. 27 Limitator cursă

– 32 –
CAPITOLUL 4 STANDUL DE TESTE

4.1 Prezentare a program ului de emulare

Interfata software a placii de achiziție a datelor și control dSPACE DS1102 se
numește Contr olDesk. Cu ajutorul acestuia s -a realizat pagina grafică folosind
instrumentație virtuală.
Programele de test/simulare sunt realizate în Matlab Simulink. Pentru ca programul sa
poată fi citit de ControlDes k, acesta trebuie compilat. După compilare se încar ca automat pe
placă dSPACE, dacă aceasta este deschisă in momentul compilării. După încărcarea
programului se poate crea si interfața grafică. În această interfață se pot adăuga slidere la
care se pot asigna elementele de gain sau constantele, se mai pot a dauga plotere pentru a
vedea unul sau mai multe, bu toane pentru comutarea pe anumite funcții ale programului ce
rulează.
În partea stângă din fig. 29 , se poate observa instrumentul pentru înregistrarea semnalelor
primite de către placa de achizitie. Din ac est menu se poate seta durata înregistrării si pasul
de eșantionare
Performanțele plăcii limitează durata de achiziție a unui set de date , în cazul aplicației
testate la aproximativ 6 [s]

Fig. 29 Interfață ControlD esk

Capitolul 4. Standul de teste

– 33 –
4.2 Rezultate obținute pentru aplicația de timp pompă cu debit variabil
Schema electrică necesară pentru o astfel de aplicație este formată din două părti. Partea
de forță care este compusă din: întrerupotorul Q1, contactorul K1, convertizorul G, motorul
M1. Și partea d e comandă compusă din: întreruptorul F1, butonul de oprire S1, butonul
pentru pornire S2, lampa de semnalizare H si contactele B1, B2 ale presostatulu , unde: B1
este contactul normal închis, iar B2 contactul normal deschis. Acestea acționează atunci
când p resiunea depășește intervalul setat.

Fig. 30 Schema electrică a pompei

– 34 –
Emularea aplicației de tip pompă
Pentru emularea sarcinii de tip pompă s-a folosit un cuplu rezistent pă tratic dependent de
turația motorului .
În fig. 3 1 se observă variația curentului absorbit de motorul electric încărcat la arbore cu
sarcina de tip pompă.

Fig. 31 Curentii pe cele trei faze măsurați pe mașina electrică

În figura de mai jos se observă curentul absorbit de mașina el ectrică care emulează sarcina .

Fig. 32 Curenții celor trei faze măsurați pe sarcină

Capitolul 4. Standul de teste

– 35 –
În fig. 33, se observă cunrentul i d, care arată variația flu xului în motor, și curentul iq care arată
vatiația cuplului electromagnetic

Fig. 33 Curenții id si iq pe mașina electrică
Verde – iq; roșu – id.
În figura de mai jos se observă impunerea de viteză si turația reală. Controlul se face în
buclă deschisă .

Fig. 34 Turatia impusă și truația rea lă

– 36 –
Pe caracteristica mecanică , fig. 35 , se observă variația patratică a cuplului, în raport cu
viteza de rotație a motorului.

Fig. 35 Deplasarea punctului de funcționare în timpul testului:
axa x – cuplul, axa y – turația

Fig. 36 Sarcina impusă

Capitolul 4. Standul de teste

– 37 –
4.3 Rezultate obtinute pentru aplicația de tip bandă transportoare
Schema electrică necesară pentru o astfel de aplicație este formată din două părti. Partea
de forță, care este compusă din: întrerupotorul Q1, cont actorul K1, convertizorul G,
motorul M1. Și partea de comandă compusă din: întreruptorul F1, butonul de oprire S1,
butonul pentru pornire S2, lampa de semnalizare H si limitatorul de cursă S3.

Fig. 37 Schemă electrică bandă trans portoare

– 38 –
Emularea benzii transportoare
Pentru emularea benzii transportoare, s -a considerat o viteza constantă, iar cuplul variabil.

Fig. 38 Curenții celor trei faze măsurați pe mașina electrică

Fig. 39 Curenții celor trei faze măsurați pe sarcină

În fig. 40 se observă curenții id si iq , măsurați pe mașina electrică

Capitolul 4. Standul de teste

– 39 –

Fig. 40 Curentii id si iq pe mașina electrică
Verde – iq; roșu – id
În fig. 41, se observă viteza impusă (verde ), împreună cu viteza masurată la mașina
electrică (roșu).

Fig. 41 Turația impusă și turația reală
În fig. 4 1 este prezentată variația cuplului în raport cu viteza, în prima parte a graficului
viteza creste odată cu cuplul, pana l a valoarea de 2,5 [Nm], apoi cuplul rămâne constant și

– 40 –
motorul ajunge la turație nominală, apoi cuplul are doua variații, crește până în 5 [Nm],
scade în 0, creste iar până la 5 [Nm] și trece din nou în 0. Această v ariație se observă si in
fig. 43 , unde es te reprezentată sarcina impusă.

Fig. 42 Deplasarea punctului de funcționare în timpul testului:
axa x – cuplul, axa y – turația

Fig. 43 Sarcina impusă

Concluzii

– 41 –

CONCLUZII

Prin realizarea acestui stand s -au put ut realiza emulări pe ntru diverse tipuri de sarcini,
cum au fost și cele două aplicații prezentate.
Utilizând placa de achizitii DSPACE 110 2 împreună cu programele ControlD esk si Matlab
Simulink, se pot realiza o multitudine de scenarii în care este impli cată maș ina electrică
asincronă .
Pentru realizarea standului a fost nevoie de montarea aparatajului pe un perete perforat.
Apoi a fost realizată cablarea aparatajelor, alimentarea convertizoarelor și a motoarelor .
Dupa terminarea montajului, a trebuit real izată o parametrizare a convertoarelor pentru
motoarele conectate la acestea.
Punerea în funcțiune a întreg montajului s -a făcut după o verificare amănuntită a
conexiunilor între elementele standului.
Acest stand de teste este folositor atât procesului di dactic cât și studenților dornici să
studieze sistemul de acționare electrică cu mașina asincronă în diferite condiții de sarcină
și să vizualizeze răspunsul sistemului de actionare, cât mai aproape de realitate.

– 42 –

BIBLIOGRAFIE

1. N.V. Botan. –Cum se aleg motorarele electrice ale mecanismelor industriale
2. Nicolae Vasiliu, Daniela Vasiliu. -Acționări hidraulice si pneumatice vol.1, București,
2004
3. I. Novac, E. Micu, E. Andreescu, R. Codoiu, E. Roșu, M. Babescu, Gh. Atanasiu, I.Bivol, Gh.
Dudiță, D. Irhașiu, I. Pop. Mașini și acționări electrice, Editura didactică și pedagogică,
Bucuresti, 1980
4. C. Saal, I. Țopa, Al. Fransua, E. Micu, Acționări electrice și automatizări , Editura didactică
și pedagogică, Bucuresti, 1980 ;
5. Electrotehnica Echipamente Electrice, Acțio nări electrice reglabile
6. Tatiana Bălășoiu, Ileana Măjinescu, Sisteme de acționare electrică, 2006
7. Danfoss, VLT5000 Instruction m anual
8. Danfoss, VLT5000 Operating instruction
9. DS1102 DSP Controller board, 2003
10. Hyundai, N100 User manual
11. Kelemen Árpád, Imecs Ma ria: Vector Control of AC Drives. Volume 2: Vector Control of
Synchronous Machine Drives. Ecriture -Publisher, Budapest, Hungary, 1993, ISBN
9635931409
12. Arpad Kelemen, Acționări electrice, Întreprinderea poligrafică Cluj, 1979
13. Danfoss, VLT HVAC Drive, Applic ation Guide
14. Curs Sisteme de acționare electrică eprofu.ro/ct/absolvire/sae.doc
15. www.iv p.ro/presostat -danfoss -KP135
16. Electric com 3M -Grup Energo
17. Catalog S chneider, nov. 2014
18. www.electricalequipment.ro/limitator -de-cursa -seria -cm-1703 -468113.html
19. www.calp eda-romania.ro