Programul de Actionare Automata a Motorului Asincron

Cuprins

Cuprins

Capitolul I

Introducere în domeniul mașinilor asincrone

Mașina de inducție

Construcția mașini de inducție

Domenii de utilizare

Principiul de funcționare

Regimuri de funcționare ale mașinilor de inducție

Modificarea turației motorului asincron trifazat

Modelul matematic al mașinii de inducție

Capitolul II

Convertizoare de frecvență

Generalități

Convertizoare de frecvență indirecte

Convertizoare de frecvență directe

Aplicațiile convertizoarelor de frecvență

Convertizor de frecvență Altivar 71

Generalități

Explicarea circuitelor de control a variatorului de viteze

Altivar 71

Integrarea în sistemele de control

Utilizări speciale ale convertizorului Altivar 71

Caracteristicile cuplului și a rezistențelor de frânare

Comunicația prin Modbus

Capitolul III

Releul logic Zelio

Generalități

Descrierea panoului frontal al releului

Prezentarea meniurilor

Programarea modulului Zelio Logic

Prezentarea software-ului Zelio Soft

Crearea unei aplicații

Prezentare editor Ladder

Prezentare editor FDB

Limbajul de programare Ladder

Relee auxiliare

Blocul de funcții Clock

Bloc de funcție Counter

Funcția bloc Counter comparator

Blocul de funcții Fast counter

Bloc de funcții Timer

Blocul de funcții Analog Comparator

Bloc de funcții Schimbare ora iarna/vara

Bloc de funcții ecran LCD cu iluminare din spate

Bloc de funcții Text

Capitolul IV

Programul de reglare automată a turației unui motor asincron

Generalități

Programul releului logic Zelio

Setările convertizorului de frecvență Altivar 71

4.4 Explicarea programului de acționarea automată a motorului asincron

Concluzii

Bibliografie

Capitolul I

Introducere în domeniul mașinilor asincrone

Astăzi mașinile și, în general sistemele electrice de curent alternativ sunt cele mai răspândite. Competiția cu sistemele folosind curentul continuu a început în urmă cu aproape un secol și finalmente a fost decisă în favoarea sistemelor de curent alternativ. Cu toate acestea, motorul de curent continuu a supraviețuit datorită controlabilității sale superioare, fiind folosit pe o scară foarte largă în diferite domenii ca: accesorii pentru calculatoare, recordere, roboți, mașini, unelte, etc. De peste un secol motoarele de curent alternativ au avut de suferit datorită problemelor legate de controlul lor. Atât motoarele de inducție (asincrone) cât și motoarele sincrone, sunt incomode în ceea ce privește operațiile de pornire-oprire: ele sunt inferioare din punctul de vedere al controlului vitezei, iar răspunsul lor la controlul cuplului nu este la fel de rapid ca și cel al motorului de curent continuu.

Toate aceste limitări au fost impuse nu de motoarele de curent alternativ, ci de sursele lor de alimentare. În trecut, frecvența și tensiunea surselor de alimentare de curent alternativ erau fixate și dificil de modificat, în vreme ce tensiunea surselor de curent continuu putea fi adaptată simplu prin reglaje ale grupului motor-generator și ale redresoarelor cu tuburi electronice. Apariția tiristoarelor a ajutat mai mult motorul de curent continuu decât pe cel de curent alternativ, prin creșterea controlabilității surselor de c.c. și reducerea prețului lor de cost.

Ulterior dezvoltarea rapidă a electronicii de putere a schimbat rapid situația în ceea ce privește sursele de alimentare. Apariția tiristoarelor GTO și a tranzistoarelor de putere de frecvență mare cu poartă izolată (IGBT), alături de îmbunătățirea tehnicilor de aprindere/stingere a tiristoarelor au ajutat în mod remarcabil tehnica de realizare a invertoarelor. Astfel, invertorul PWM, care a devenit uzual, a mărit considerabil posibilitățile practice de a controla sursele de curent alternativ, din punct de vedere al tensiunii și frecvenței. Dispare astfel inferioritatea motorului de c.a. față de cel de c.c. deoarece aceasta se datora sursei de alimentare, și nu motorului însuși. Prin dezvoltarea și îmbunătățirea tehnicilor de control ale motorului de inducție, aceasta are potențialul de a oferi un răspuns mai rapid față de motorul de c.c. la controlul cuplului.

Trebuie precizat că, actualmente, inconveniențele controlului de c.a. provenind de la sursa sa de alimentare au dispărut complet. Problema care se pune este adoptarea unei teorii de control a motorului de c.a. adecvate și care să impună cât mai puține limitări.

În general printr-un control de înalt nivel al motorului electric se înțelege controlul cuplului dezvoltat de motor. Acest control se poate realiza în buclă închisă sau deschisă, dar variabila de stare a cărei valoare trebuie precis controlată este cuplul motorului. Folosind metodele clasice, singurul motor care se pretează la un control al cuplului ar fi motorul de curent continuu, motorul de inducție fiind considerat mult inferior acestuia.

Pentru înlăturarea acestui neajuns a fost propusă metoda controlului vectorial, care tratează motorul de inducție și motorul de curent continuu în același mod. Respectiv, dacă în motorul de curent continuu în același cuplu este produs prin interacțiunea dintre fluxul de excitație și a curentului din indus, a căror fazori spațiali sunt perpendiculari (prin însăși construcția motorului), teoria controlului vectorial încearcă să privească motorul de inducție dintr-un punct de vedere similar. În motorul de inducție, pentru a realiza ortogonalitatea spațială se folosește o transformare de coordonate (Park, 1924), care aduce motorul de inducție trifazat la un model bifazat, care are înfășurările de fază echivalente cu axele ”d” și ”q” (în cuadratură), perpendiculare.

Mașina de inducție

Mașina de inducție este cunoscută mai ales sub denumirea de mașină asincronă.

Primele propuneri de mașini asincrone, denumite și mașini de inducție, datează de la sfârșitul secolului trecut. Una dintre acestea este cunoscută înainte de 1885 și aparține lui Galileo Ferraris, care a construit un motor asincron reprezentat schematic in figura1.1.

Fig.1.1 Motorul asincron al lui Galileo Ferraris

Acest motor se compune dintr-un miez feromagnetic cu polii ieșiți, așezați în stator; polii sunt echipați cu două înfășurări notate cu respectiv care se alimentează de la o sursă difazată. Rotorul este format dintr-un cilindru de cupru. Printr-o analogie cu doua fascicule de lumină polarizate în plan și în cuadratură în timp și în spațiu, care se combină și formează un fascicul de lumină polarizată circular, s-a ajuns la câmpul magnetic învârtitor rezultat prin compunerea a două câmpuri magnetice alternative. Câmpul magnetic rezultant induce tensiuni electromotoare în cilindrul de cupru și se produc curenți în rotor; prin interacțiunea acestora cu câmpul magnetic se produce un cuplu electromagnetic suficient pentru a pune în mișcare rotorul. Deși această idee nu a căpătat o dezvoltare tehnică imediată, motorul Ferraris, într-o formă modificată, este construit în prezent pentru puteri mici ca servomotor asincron difazat cu rotorul sub formă de pahar.

O importanță deosebită o prezintă lucrările lui Dolivo-Dobrovolski, care în 1889 a conceput și realizat mașina asincronă cu rotorul bobinat, respectiv în scurtcircuit, în forma în care se utilizează aproape și în prezent; Dolivo-Dobrovolski a conceput de asemenea motorul asincron cu colivie dublă în rotor.

Este utilizată cu precădere ca motor, generatoarele asincrone fiind utilizate de regulă numai în cazul micro-centralelor eoliene sau hidro.

Este cel mai des întâlnit motor în aplicațiile industriale. Robust și cu o mentenanță necostisitoare îl întâlnim atât în aplicații de turație fixă când este alimentat direct la rețeaua electrică industrială de curent alternativ trifazat de joasă sau medie tensiune cât și în aplicații unde se impune o turație variabilă în plaja largă când îl alimentăm de la convertizoare de frecvență. Și în acest caz motorul poate să fie de joasă sau medie tensiune.

În afară de clasificarea uzuală de motor asincron de joasă (3AC-230V, 3AC-400V, 3AC-690V de exemplu) sau de medie tensiune (de exemplu 3AC-6kV) întâlnim des clasificarea care derivă din construcția bobinajului rotoric:

motor asincron cu rotor în colivie (sau cu rotor în scurtcircuit);

motor asincron cu rotor bobinat

Cum motorul cu rotor bobinat este destinat aplicațiilor în care se urmărește modificarea turației motorului sau îmbunătățirea pornirii acestuia în condițiile alimentării de la o rețea cu tensiune și frecvență fixă, făcând concesii la fiabilitatea motorului, ușurința mentenanței și mai ales a prețului mașinii și a energiei consumate (randament mai scăzut), odată cu introducerea pe scară largă a convertoarelor de frecvență (de joasă sau medie tensiune) cu prețuri atractive și mai ales cu randamente energetice aproape unitare, ponderea acestui tip de motor asincron a scăzut față de motorul cu rotor în colivie.

Mașinile de inducție ocupă în prezent un segment important de piață și se constituie pentru puteri de la sute de Watt la sute de KWatt și chiar peste 1 MW. Mașinile de inducție speciale pot coborî până la puteri de ordinul watt-ului.

Construcția mașini de inducție

Elementele constructive de bază ale mașinii asincrone sunt cele caracteristice oricărei mașini electrice rotative, în construcția ei intrând două părți constructive fundamentale: statorul și rotorul. În figura 1.2 este redată o fotografie cu piesele componente ale unui motor asincron.

Fig. 1.2 Subansamble ale unui motor asincron:

stator; 2- rotor; 3- ventilator; 4- apărătoare ventilator; 5- scut.

Statorul constituie partea imobilă a mașinii; acesta este format din miezul feromagnetic care poartă o înfășurare polifazată (la mașina trifazată m = 3) sau monofazată (la mașina monofazată) și este așezat într-o carcasă cu rol de consolidare și protecție.

Miezul feromagnetic are o formă cilindrică și se execută din tole ștanțate din tablă silicioasă normal aliată de 0,5 mm grosime, laminată la cald sau laminată la rece; tolele sunt izolate între ele cu o peliculă de lac izolant, sau printr-un strat de oxizi. În tole, de partea întrefierului, se ștanțează crestăturile repartizate uniform în care se așează înfășurarea. De partea carcasei se prevăd una sau două crestături de ghidare la împachetare, care servesc totodată la consolidarea pachetului de carcasă. Tolele se împachetează în interiorul carcasei în pachete de 5….7 mm grosime; între pachete se prevăd canale radiale de răcire cu o lărgime de aproximativ 1 cm. Miezul feromagnetic se consolidează cu tole marginale de 1…3 mm grosime și se strânge cu ajutorul unor plăci din oțel masiv; miezul este presat până la o valoare a presiunii de pentru a se evita apariția vibrațiilor în timpul funcționării, distrugerea izolației dintre tole și deteriorarea izolației înfășurării.

Înfășurarea statorului la mașinile asincrone este repartizată (numărul de crestături pe pol și fază fiind q > 1) și se conectează la rețeaua electrică de curent alternativ cu care mașina efectuează schimbul principal de putere electrică. Înfășurarea se execută cu conductor de cupru izolat cu email, bumbac, hârtie, fibre de sticlă etc. Înfășurarea este monofazată, difazată, trifazată, după cum mașina este monofazată, difazată, trifazată. La mașina asincronă trifazată, înfășurarea statorului se conectează în stea, sau în triunghi. La mașinile de puteri mici și mijlocii, înfășurarea trifazată are toate capetele înfășurărilor de fază scoase la cutia de borne pentru a face posibilă conectarea acestora în stea sau triunghi, după necesități. Fiecare înfășurare de fază este bobinată pentru același număr de perechi de poli.

Carcasa mașinii se execută prin turnare din aluminiu sau fontă, sau prin sudare din tablă de oțel. Carcasa poartă tălpile de fixare ale mașinii, inelul de ridicare, cutia de borne, plăcuța indicatoare și scuturile frontale. În scuturi se montează lagărele pe care se sprijină axul rotorului.

La mașina asincronă cu inele, unul din scuturile frontale susține port-periile, împreună cu periile de contact și dispozitivul de în pachete de 5….7 mm grosime; între pachete se prevăd canale radiale de răcire cu o lărgime de aproximativ 1 cm. Miezul feromagnetic se consolidează cu tole marginale de 1…3 mm grosime și se strânge cu ajutorul unor plăci din oțel masiv; miezul este presat până la o valoare a presiunii de pentru a se evita apariția vibrațiilor în timpul funcționării, distrugerea izolației dintre tole și deteriorarea izolației înfășurării.

Înfășurarea statorului la mașinile asincrone este repartizată (numărul de crestături pe pol și fază fiind q > 1) și se conectează la rețeaua electrică de curent alternativ cu care mașina efectuează schimbul principal de putere electrică. Înfășurarea se execută cu conductor de cupru izolat cu email, bumbac, hârtie, fibre de sticlă etc. Înfășurarea este monofazată, difazată, trifazată, după cum mașina este monofazată, difazată, trifazată. La mașina asincronă trifazată, înfășurarea statorului se conectează în stea, sau în triunghi. La mașinile de puteri mici și mijlocii, înfășurarea trifazată are toate capetele înfășurărilor de fază scoase la cutia de borne pentru a face posibilă conectarea acestora în stea sau triunghi, după necesități. Fiecare înfășurare de fază este bobinată pentru același număr de perechi de poli.

Carcasa mașinii se execută prin turnare din aluminiu sau fontă, sau prin sudare din tablă de oțel. Carcasa poartă tălpile de fixare ale mașinii, inelul de ridicare, cutia de borne, plăcuța indicatoare și scuturile frontale. În scuturi se montează lagărele pe care se sprijină axul rotorului.

La mașina asincronă cu inele, unul din scuturile frontale susține port-periile, împreună cu periile de contact și dispozitivul de scurtcircuitare a inelelor de ridicare a periilor. Carcasa susține miezul statorului împreună cu înfășurarea și asigură posibilitatea de centrare a rotorului față de stator.

Rotorul , partea mobilă a mașinii asincrone, se compune din miezul feromagnetic de formă cilindrică, la periferia exterioară a căruia sunt practicate crestături în care se așează o înfășurare polifazată. Miezul este montat pe axul mașinii.

Axul se rotește în lagăre de rulare sau de alunecare, fixate pe scuturi port-lagăre sau pe suporți separați. Pe ax se mai prevede, la mașinile mijlocii și mari de turație ridicată, un ventilator.

Miezul feromagnetic al rotorului se execută din tole de 0,5 mm grosime din același material cu statorul; tolele nu se izolează. La periferia acestora, spre exterior, se ștanțează crestături în care se așează înfășurarea rotorului. Spre interior, tolele sunt prevăzute cu una sau doua crestături de ghidare și fixare față de axul mașinii. Pachetul de tole al rotorului se consolidează pe axul mașinii sau pe butucul rotorului prin tole marginale și plăci frontale de presare și strângere.

Înfășurarea rotorului, la mașina asincronă de construcție normală, se realizează cu același număr de poli ca înfășurarea statorului și se construiește fie ca înfășurare trifazată (bobinată), fie ca înfășurare polifazată(sub formă de colivie); bobinele înfășurării se așează în crestăturile rotorului. Înfășurarea se execută, fie ca înfășurare bobinată din conductor de cupru sau aluminiu, izolat, fie ca înfășurare în colivie din bare de aluminiu, cupru sau alamă; colivia din aluminiu se realizează prin turnare.

Întrefierul este spațiul liber rămas între miezul feromagnetic al rotorului și miezul statorului. Lărgimea întrefierului la mașina asincronă este constantă(dacă se neglijează deschiderea crestăturilor) și are o valoare foarte mică(0,1…2 mm) în vederea obținerii unui curent de magnetizare cât mai redus, respectiv a unui factor de putere ridicat.

1.4 Domenii de utilizare

Mașinile asincrone se utilizează aproape în exclusivitate ca motor și formează cea mai mare categorie de consumatori de energie electrică din sistemul energetic. Ele sunt utilizate în toate domeniile de activitate (mașini-unelte, pompe, compresoare, macarale electrice, poduri rulante, etc.).

Motoarele asincrone cu rotorul în scurtcircuit capătă și o largă utilizare în acționările individuale cu turație variabilă, când alimentarea se face de la convertizoare statice de frecvență al căror cost este în continuă scădere.

Motoarele asincrone cu rotorul bobinat se utilizează când se urmărește o pornire fără șocuri de curent, la cuplu dorit, o reglare a turației prin dublă alimentare(în stator și în rotor) sau prin introducerea de rezistențe în circuitul înfășurării rotorice. Motorul cu rotorul bobinat se mai utilizează în sistemele de acționări cu motoare în cascadă, pentru arborele electric sau pentru a fi sincronizate. Motoarele cu rotorul bobinat se realizează numai pentru turații până la 1500 rot/min, la frecvența de 50 Hz și 1800 rot/min,la 60 Hz.

Motoarele monofazate, cu răspândire mai redusă decât cele trifazate datorită parametrilor de funcționare mai scăzuți, sunt utilizate în special în instalațiile de uz gospodăresc sau cele care formează bunuri de larg consum (ventilatoare, aeroterme, pompe, mașini de spălat rufe, polizoare, casetofoane, etc.).

Utilizarea pe scară largă a motoarelor asincrone este justificată de tehnologia de realizare mai simplă, deci mai ieftine, de robustețea și de siguranța în exploatare mai mare față de celelalte mașini electrice.

SEMNE CONVENȚIONALE

Semnele convenționale pentru mașinile asincrone sunt standardizate, o parte din ele fiind redate in fig. 1.3.

Fig.1.3 Semne convenționale pentru motoare asincrone:

motor asincron trifazat cu rotorul în scurtcircuit; b- motor cu rotorul bobinat; c- motor monofazat; d- motor monofazat cu fază auxiliară.

Marcarea extremităților înfășurărilor și corelarea acestor notații cu sensul de rotație al motoarelor sunt standardizate.

La motoarele asincrone extremitățile înfășurărilor sunt notate printr-o literă care desemnează înfășurarea, literă urmată de cifra 1 pentru începutul ei și de cifra 2 pentru sfârșitul ei (fig.1.4).

Fig. 1.4 Notarea capetelor înfășurării trifazate și așezarea bornelor pe placă la motoarele asincrone trifazate : a – conexiunea stea; b – conexiunea triunghi

Motoarele de mică putere, care nu au placă de borne, au evidențiate capetele înfășurările prin culori distincte, atât pentru înfășurări, cât și pentru începuturi și sfârșituri.

Motoarele asincrone trifazate cu rotorul bobinat au înfășurarea rotorică concentrică în stea, cu nulul izolat, iar cele trei capete libere sunt legate la trei inele fixe față de arborele rotorului și izolate electric față de el și între ele. Pe fiecare inel poate luneca una sau mai multe perii fixe față de stator, astfel încât cele trei capete ale înfășurării devin prin contactul alunecător inel-perie fixe față de stator și aduse la o placă de borne separată de placa de borne a înfășurării statorului.

Datele nominale care caracterizează motorul asincron sunt trecute pe plăcuța indicatoare care este standardizată ca dimensiuni și conținut, în funcție de puterea și tipul mașinii. Aceasta conține puterea utilă nominală la arbore, tensiunea sau tensiunile de linie și conexiunile corespunzătoare, curenții de linie corespunzători puterii și tensiunilor nominale, frecvența tensiunii rețelei de alimentare, turația la sarcina nominală, randamentul, factorul de putere etc. La cele cu rotorul bobinat se mai dă tensiunea măsurată între două inele când circuitul înfășurării rotorice este deschis, rotorul este calat, iar la înfășurarea statorică s-a aplicat tensiunea nominală. Totodată se dă curentul din înfășurarea rotorică scurtcircuitată pentru sarcina nominala.

În afara acestor date, pe placa indicatoare se mai inscripționează serviciul de funcționare, clasa termică de izolație, masa mașinii, firma constructoare, etc.

Principiul de funcționare

La bornele înfășurării statorice se aplică un sistem trifazat de tensiuni, care stabilesc un sistem trifazat de curenți, iar acesta produce un câmp magnetic învârtitor. Armonica fundamentală de spațiu a inducției magnetice a acestui câmp se rotește față de stator, cu turația rot/min, unde este frecvența tensiunii la bornele înfășurării statorice, iar este numărul de perechi de poli ai înfășurării.

Când rotorul este în repaus, câmpul magnetic învârtitor al statorului întâlnește succesiv fazele înfășurării rotorice, în care induce tensiuni electromotoare. Înfășurarea statorică fiind închisă, tensiunile electromotoare induse generează un sistem trifazat de curenți, care produc de asemenea un câmp magnetic învârtitor. Sub acțiunea câmpului magnetic produs de stator se exercită forțe asupra conductoarelor rotorului parcurse de curenți și ca urmare apare un cuplu, care tinde să rotească rotorul în sensul de rotație al câmpului magnetic învârtitor statoric, sens dat de succesiunea fazelor statorice, figura 1.5. Dacă cuplul rezistent nu este prea mare, motorul pornește și rotorul ajunge la turația . Aceasta poate fi apropiată de turația câmpului magnetic învârtitor al statorului, dar mai mică. Dacă rotorul ar avea turația , a câmpului magnetic învârtitor al statorului, s-ar spune că are turația de sincronism. Dacă rotorul depășește turația de sincronism datorită unui cuplu motor aplicat la arbore, figura 1.5 mașina trece în regim de generator. În figura 1.5 s-a apelat la o reprezentare intuitivă, în mod normal statorul mașinii de inducție nu are polii aparenți și câmpul învârtitor se datorează variației curenților din fazele înfășurării statorice.

Fig. 1.5 Regimuri de funcționare ale motorului de inducție

a) motor ; b) generator

Tensiunile electromotoare induse în înfășurarea rotorică sunt proporționale cu turația relativă a câmpului magnetic învârtitor al statorului față de rotor, adică .

Definind alunecarea prin :

turația rotorului se poate scrie sub forma :

iar turația câmpului magnetic învârtitor al statorului față de rotor este :

Relația dintre frecvența a curentului din stator și turația câmpului învârtitor față de stator este :

Frecvența tensiunii electromotoare induse în circuitul rotorului este determinată de turația relativă a câmpului magnetic învârtitor față de rotor, care are același număr de perechi de poli ca și statorul.

Deci frecvența tensiunilor electromotoare induse în rotor este proporțională cu alunecarea.

Motorul nu poate funcționa cu rotorul la turația de sincronism. Intr-adevăr la turația de sincronism , deci iar câmpul magnetic al statorului este imobil față de rotor și astfel nu se mai pot induce tensiuni electromotoare în înfășurarea rotorică. In acest caz nu mai pot apărea în rotor curenți și nu se va dezvolta nici un cuplu care să pună rotorul în mișcare. Deoarece această mașină nu poate dezvolta cuplu la turația de sincronism, se numește mașină asincronă.

La pornire , deci când rotorul este imobil ( ) alunecarea este egal cu unitatea .

Turația câmpului magnetic rotoric în raport cu statorul se obține compunând cele două turații, turația câmpului magnetic învârtitor față de rotor, cu turația rotorului în raport cu statorul și se obține :

Deci turația câmpului magnetic învârtitor al rotorului în raport cu statorul este egală cu turația câmpului magnetic învârtitor al statorului față de stator.

Dacă cuplu rezistent crește, trebuie să crească și amplitudinea curentului rotoric , cu care este proporțional cuplul, deoarece . Tensiunea electromotoare indusă în circuitul rotoric este proporțională cu frecvența. Ca urmare se mărește alunecarea până la valoarea la care curentul rotoric, care este proporțional cu tensiunea electromotoare, și deci cu alunecarea, asigură cuplul necesar.

Odată cu creșterea curentului rotoric, crește și câmpul magnetic rotoric, denumit și câmp magnetic de reacție. Cum, amplitudinea câmpului magnetic rezultant rămâne constantă și solenațiile statorice și rotorice sunt opuse, cu creșterea amplitudinii intensității câmpului magnetic rotoric, la o creștere a cuplului, crește și amplitudinea intensității câmpului magnetic statoric, astfel încât suma lor algebrică, adică diferența valorilor absolute și deci intensitatea câmpului magnetic rezultant să aibă amplitudinea constantă.

In ceea ce privește turația, aceasta descrește puțin când cuplul crește. Intr-adevăr, alunecarea este mică, deoarece valoarea impedanței rotorice este prin construcția motorului mică și de aceea este suficientă o tensiune electromotoare redusă, care se obține la o valoare redusă a alunecării, spre a stabili curentul rotoric de intensitatea necesară pentru producerea cuplului.

Când motorul de inducție funcționează fără a dezvolta vreun cuplu la arbore, se spune că s-a realizat cuplul rezistent datorat frecărilor în lagăre și cuplul rezistent datorat frecări cu aerul (ventilației).

De, aceea alunecarea este diferită de zero, dar are o valoare pozitivă foarte mică. Dacă motorul este antrenat din exterior la turația de sincronism, adică când se spune că s-a realizat regimul de funcționare în gol ideal.

Dacă antrenarea din exterior face ca turația mașinii să depășească turația de sincronism mașina intră în regim de generator, adică debitează pe rețea putere electrică.

Regimuri de funcționare ale mașinilor de inducție

Mașina asincronă trifazată poate funcționa în trei regimuri :

de motor,

de generator,

de frână.

Regimul de motor. În regimul de motor, mașina transformă puterea electrică primită în putere mecanică cedată la arbore.

Regimul de generator. În regim de generator mașina transformă puterea mecanică primită pe la arbore în putere electrică debitată într-o rețea.

Regimul de frână. În cazul funcționării în regim de frână mașina primește putere mecanică la arbore și putere electrică de la rețea și le transformă în căldură.

Fig. 1.6 Frecvența curenților din secundar în funcție de alunecare

1.7 Modificarea turației motorului asincron trifazat

Reglarea vitezei unui sistem de acționare electrică înseamnă modificarea parametrilor funcționali ai sistemului în scopul menținerii stabile a unei anumite viteze de lucru la orice acțiune perturbatoare.

Posibilitățile de reglare a vitezei, în limite largi sau înguste, în trepte sau în mod continuu, rapid sau lent, cu bun randament sau cu un randament scăzut, cu mijloace costisitoare sau ieftine, constituie criterii de alegere a motoarelor de antrenarea mecanismelor.

Motorul asincron cu rotorul în scurtcircuit are turația dependentă de numărul de perechi de poli, de frecvență și valoarea efectivă a tensiunii de alimentare, iar la motorul cu rotorul bobinat, și de rezistența reostatului din circuitul rotorului.

Turația de regim permanent corespunde punctului de intersecție al caracteristicii cuplului electromagnetic cu caracteristica cuplului rezistent a mecanismului antrenat (inclusiv pierderile prin frecare în rotorul motorului) ca funcție de turație. Motorul asincron are o caracteristică mecanică ( turație – cuplu) în general dură (turația se modifică foarte puțin la variația cuplului) în zona stabilită a caracteristicii. De aceea, viteza de regim permanent este practic constantă, oricare ar fi sarcina impusă de mecanismul antrenat în limitele coeficientului de supraîncărcare. Face excepție motorul cu rotor bobinat și cu reostat în circuitul rotorului (reostat de alunecare) la care caracteristicele mecanice artificiale pot fi moi (turația se modifică mult la variația cuplului).

Reglarea vitezei motoarelor asincrone se poate face în mod continuu (prin variația frecvenței și tensiunii sursei de alimentare sau a rezistenței circuitului rotoric ) sau discontinuu (prin modificarea conexiunii bobinajelor încât să se schimbe numărul de perechi de poli ai motorului de construcție specială, denumit motor cu mai multe viteze).

Caracteristicele mecanice ale motorului asincron, , sunt prezentate în figura 1.7.

Fig. 1.7 Caracteristicele mecanice ale motorului asincron

Prin modificarea rezistențelor rotorice nu se modifică cuplul critic, numai alunecarea critică. Micșorarea tensiunii de alimentare duce la micșorarea cuplului critic, fapt ce limitează metoda la acționarea mașinilor cu caracteristică de ventilator (scăderea cuplului rezistent la scăderea turației).

Prin modificarea frecvenței se modifică viteza câmpului magnetic învârtitor (viteza de mers în gol ideal ). Pentru menținerea constantă a fluxului magnetic, deci a cuplului critic, trebuie ca tensiunea să se modifice proporțional cu frecvența (relația lui Kostenko, ). La frecvențe mici (sub 0,5 ), tensiunea trebuie să aibă valori ceva mai ridicate decât cele date pentru această relație, pentru compensarea căderii de tensiune pe rezistența statorică, care devine preponderentă.

Modelul matematic al mașinii de inducție

La scrierea ecuațiilor de tensiuni se consideră sens de receptor în toate înfășurările. Toate înfășurările rotorice sunt raportate la stator deci inductivitățile utile pe o axă sunt unice. Utilizând notațiile uzuale ecuațiile de tensiuni sunt:

unde unghiurile dintre axa periilor și axa înfășurării statorice, respectiv axa înfășurării rotorice sunt:

– tensiunea la bornele înfășurărilor statorice de pe axa , respectiv .

– tensiunea la bornele înfășurărilor rotorice , respectiv , raportate la stator.

– rezistența fazei statorice (transformarea de coordonate conservă parametrii).

– curenții din înfășurările statorice de pe axele , respectiv .

– curenții din înfășurările rotorice , și respectiv , raportați la stator.

– fluxurile totale din înfășurările statorice și respectiv .

– fluxurile totale din înfășurările rotorice , și respectiv , raportați la stator.

– rezistențele înfășurărilor rotorice de pe axele , și , raportate la stator.

Fig. 1.8 Mașina model generalizat

Echivalența dintre mașina generală (model) și mașina reală trifazată se obține în urma unei transformări ortogonale. Mărimile de stare corespunzătoare mașinii model se obțin prin proiectarea pe axele acestei mașini a mărimilor de stare ale mașinii reale, proiecții înmulțite cu factorul , corespunzător transformării ortogonale. Astfel pentru tensiuni relațiile de transformare sunt:

Rezultă matricea de transformare de la sistemul la sistemul

Matricea de transformare de la sistemul la sistemul se obține imediat, adică:

Matricele de transformare pentru rotor, rezultă din cele obținute pentru stator înlocuind cu, adică, de exemplu:

și rezultă:

La scrierea relațiilor dintre fluxuri și curenți se aplică două reguli și anume:

Înfășurările parcurse de curenți în același sens (receptor sau generator) produc fluxuri de același sens.

Fluxul produs de o înfășurare prin ea însăși este întotdeauna pozitiv.

În cazul în care toate înfășurările sunt parcurse de curenți în același sens, convenția corespunzătoare sensului de receptor, toate fluxurile sunt pozitive și fluxurile utile pe o axă sunt aceleași pentru toate înfășurările. Se obține, în consecință:

unde fluxurile utile sunt:

, ,

iar curenții de magnetizare pe cele două axe se obțin ca sumă a curenților fazelor, adică

Cu notațiile:

– inductivitatea de dispersie a fazei statorice (transformarea de coordonate conservă parametrii).

– inductivitățile de dispersie ale înfășurărilor rotorice , și respectiv, raportate la stator.

– fluxurile de magnetizare totale pe axele și respectiv .

– curenții de magnetizare rezultanți pe axele și respectiv .

– inductivitățile utile pe axele și respectiv .

– inductivitatea de cuplaj între înfășurările și de pe axa rotorică, raportată la stator.

Ecuația de echilibru a cuplurilor este:

cu notațiile uzuale, adică:

– cuplul electromagnetic, – cuplul de sarcină, – momentul de inerție și – coeficientul cuplului de frecări.

Cuplul electromagnetic produs de mașină se poate obține din bilanțul energetic calculat în stator, adică:

de unde rezultă imediat:

ultima grupă de termeni din relația reprezentând puterea electromagnetică.

În exprimarea puterii electromagnetice s-a ținut cont de faptul că înfășurările din stator sunt identice,

și că derivata unghiului , este pulsația mecanică la perii, , unghiul inițial fiind constant,

Modelul mașinii generale în teoria celor două axe, numit și modelul , este format deci din ecuațiile de tensiuni, relațiile fluxuri-curenți, ecuația de echilibru a cuplurilor și expresia cuplului electromagnetic.

Trecerea de la modelul la modelul cu fazori reprezentativi este imediată, fazorii reprezentativi fiind definiți, de exemplu pentru stator, cu relațiile:

În fapt s-a considerat, pentru definirea fazorilor reprezentativi, că axa este axă reală iar axa axă imaginară, fazorii definindu-se, uzual, ca niște numere complexe.

Înmulțindu-se a doua ecuație din sistemul (3.1) cu și adunând-o cu prima se obține ecuația de tensiuni pentru statorul mașinii model, adică:

unde fluxul reprezentativ statoric este:

Cuplul electromagnetic este:

Dacă se exprimă fazorii reprezentativi ai fluxului statoric și ai curentului statoric, adică

și fiind defazajele fazorilor reprezentativi ai fluxului, respectiv curentului statoric

față de o axă oarecare, se obține pentru cuplul electromagnetic:

unde este defazajul dintre fazorii reprezentativi ai curentului și fluxului care produc cuplu electromagnetic.

Fig. 1.9 Echivalarea mașină trifazată reală-mașină model

Rezultă imediat că în cazul în care , deci fazorii reprezentativi sunt în fază cuplul produs este nul iar în cazul în care cuplul produs are valoarea maximă, aceasta fiind baza teoretică a controlului cu orientare după câmp la mașinile de curent alternativ.

Echivalența dintre mașina generală (model) și mașina reală trifazată se obține în urma unei transformări ortogonale. S-a optat pentru această transformare având în vedere că matricea de transformare inversă este transpusa matricei de transformare directe, deci se poate obține fără calcul, și că prin această transformare parametrii se conservă.

CAPITOLUL 2

Convertizoare de frecvență

Generalități

Convertizoarele de frecvență transformă curentul alternativ de o anumită frecvență, în curent alternativ de o altă frecvență.

După structura circuitului energetic convertizoarele de frecvență pot fi:

Convertizoare de frecvență indirecte;

Convertizoare de frecvență directe.

Convertizoarele de frecvență indirecte realizează modificarea frecvenței în două trepte, prin intermediul proceselor de redresare și invertire. Aceste convertizoare sunt întâlnite în literatură și sub denumirea de convertizoare de frecvență cu circuit intermediar de curent continuu. Spre deosebire de convertizoarele de frecvență indirecte, convertizoarele de frecvență directe permit modificarea frecvenței într-o singură treaptă, fără transformarea prealabilă a curentului alternativ în curent continuu.

2.2 Convertizoare de frecvență indirecte

Structura convertizoarelor de frecvență indirecte rezultă din combinarea redresoarelor și invertoarelor. În figura 2.1 este reprezentată schema structurală a unui convertizor de frecvență indirect constituit dintr-un redresor R , un filtru F și un invertor autonom I. Reglarea frecvenței tensiunii de ieșire se realizează prin sistemul de comandă SCI al invertorului, iar amplitudinii tensiunii prin sistemul de comandă SCR al redresorului.

Fig. 2.1 Schema structurală a unui convertor de frecvență indirect

În unele cazuri, atât reglarea frecvenței cât și amplitudinea tensiunii de ieșire se realizează prin intermediul invertorului; în aceste cazuri se folosește un redresor necomandat. Reglarea frecvenței tensiunii de ieșire poate fi făcută într-un domeniu larg de variație, cu valori mai mici sau mai mari decât frecvența tensiunii de intrare.

În scopul recuperării energiei electrice, se construiesc convertizoare de frecvență indirecte care permit schimbarea sensului fluxului energiei electrice. Schema unui asemenea convertizor este reprezentată în figura 2.2. Transferul energiei electrice de la sursă la receptor se realizează prin redresorul comandat cu tiristoare și prin invertorul cu ventile comandate .

Fig. 2.2 Schema unui convertor de frecvență indirect care permite schimbarea sensului fluxului de energie electrică

Recuperarea energiei electrice, transferul energiei electrice de la receptor la sursă se realizează prin redresorul necomandat și prin invertorul cu ventile comandate . În cazul convertizoarelor de frecvență de mică putere se utilizează ca ventile comandate tiristoare cu revenire cu o poartă sau tranzistoare în regim de comutație. La convertoarele de frecvență de putere medie și mare funcția ventilelor comandate este îndeplinită de tiristoare prevăzute cu ramură de comutație forțată. Se construiesc de asemenea, convertoare de frecvență indirecte cu circuit energetic realizat cu grupuri de elemente de comutație statice care îndeplinesc funcția de contact comandat.

2.3 Convertizoare de frecvență directe

După modul în care se realizează comutația, se disting două clase de convertizoare de frecvență directe (CFD): CFD cu comutație naturală și CFD cu comutație forțată.

Convertizoare de frecvență directe cu comutație naturală , primele CFD cu comutație naturală au fost construite cu ventile ionice și sau folosit în tehnica încă în deceniul al patrulea al secolului XX, la stațiile electrice destinate alimentării rețelei de tramvaie, în curent alternativ monofazat cu frecvența de 16 2/3 Hz. CFD cu ventile ionice nu s-au extins prea mult, atât datorită dezavantajelor ventilelor ionice, cât și a stadiului nesatisfăcător al tehnici comenzii. Odată cu progresele realizate în domeniul tehnicii comutației circuitelor de putere prin apariția tiristoarelor și în tehnica comenzii prin apariția tranzistoarelor CFD cu comutație naturală au cunoscut o evoluție rapidă. În literatura de specialitate, CFD cu comutație naturală sunt cunoscute și sub denumirea de cicloconvertizoare, întrucât funcționarea acestora se bazează pe conectarea ciclică a fazelor sistemului receptor la fazele sistemului generator.

Circuitul energetic al CFD cu comutație naturală nu se deosebește de cel al redresoarelor reversibile comandate. Ca și redresoarele reversibile comandate, CFD cu comutație naturală conțin ventile sau grupe de ventile, unde este numărul de faze la ieșirea convertizorului. Comutarea curentului de la un nivel la altul ca și în cazul redresoarelor, are loc datorită tensiunilor rețelei de alimentare. Deosebirea dintre CFD cu comutație naturală și redresoarele reversibile constă în legea de comutare a ventilelor, respectiv, în structura diferită a sistemului de comandă.

După numărul fazelor de intrare și a fazelor de ieșire se disting următoarele clase de CFD cu comutație naturală:

convertizoare mono-fazate ;

convertizoare poli-monofazate , cele mai răspândite fiind convertizoarele tri-monofazate ;

convertizoare poli-polifazate ;

Aplicațiile convertizoarelor de frecvență

Convertizoarele de frecvență au numeroase aplicații. Cea mai importantă aplicație a convertizoarelor de frecvență o constituie utilizarea lor în sisteme de acționare cu motoare de curent alternativ. Aceste sisteme se utilizează tot mai mult în: acționarea electrică a mașinilor, utilajelor și agregatelor din industrie; în acționarea electrică a mijloacelor de transport (autovehicule rutiere, nave maritime, aeronave); în instalațiile electromagnetice folosite în agricultură. Convertizoarele de frecvență sunt folosite, de asemenea, în sistemele electrice ale utilajelor și agregatelor utilizate în: electrotehnologie, electrotermie, sudare electrică, iluminat și multe altele. În aplicațiile menționate pot fi întâlnite atât convertizoare de frecvență indirecte (CFI), cât și convertizoare de frecvență directe (CFD). CFI au față de CFD următoarele dezavantaje: randament mai mic, putere instalată mai mare și sunt mai grele și mai voluminoase. În schimb, CFI au sistemul de comandă mai simplu.

Convertizoarele de frecvență alimentate de la rețeaua de curent alternativ monofazată sunt mai puțin răspândite, în comparație cu cele alimentate de la rețeaua de curent alternativ trifazat. Acest fapt se explică prin aceea că , la aceeași putere de ieșire, elementele de comutație (diode, tiristoare, triacuri) din structura circuitului energetic sunt de putere mai mică, la convertizoarele alimentate de la rețeaua de curent alternativ trifazat. Un alt avantaj al convertizoarelor de frecvență alimentate de la rețeaua de curent alternativ trifazat este acela că permite obținerea unor tensiuni de ieșire cu o formă de undă mai bună.

Convertizor de frecvență Altivar 71

Generalități

Fig. 2.3 Convertizorul de frecventă Altivar 71

Această nouă generație de variatoare de viteză (fig. 2.3 ) este disponibilă pentru game largi de puteri, putând controla motoare asincrone de la 0,37 până la 500 kW, 200 – 240 V c.a. și 380 – 480 V c.a.

Funcțiile avansate combinate cu performanțe deosebite în buclă deschisă și închisă oferă soluții ideale pentru a satisface cerințele mașinilor complexe și/sau de puteri mari (manipularea materialelor, macarale, prelucrarea lemnului, mașini de proces, mașini textile, împachetare etc.).

Robust, Altivar 71 asigură continuitatea în servicii. Suportă căderi de tensiune până la -50%, poluare industrială prin existența filtrelor RFI și temperaturi de până la 50 °C (fără declasare).

Altivar 71 răspunde total cerințelor de securitate: numeroasele funcții de protecție sunt active simultan la nivel de variator, de motor (prin relee electronice și sonde PTC) și la nivel de mașină. Funcția de securitate „Power Removal“ previne orice pornire neintenționată a motorului, fiind asigurată astfel securitatea personalului (conform cu standardul de securitate a mașinilor SR EN 954-1 categoria a 3-a și cu standardul de securitate funcțională a sistemelor SR CEI 61508 SIL2).

În ciuda performanțelor atinse de Altivar 71, acesta rămâne foarte simplu. Partea sa frontală încorporează un terminal grafic (fig. 2.4).

Fig. 2.4 Afișajul grafic

Acesta intermediază și simplifică dialogul utilizatorului cu variatorul prin ușurința citirii mesajelor, afișării grafice, existența unui buton de navigare, chei funcționale pentru crearea unor scurtături, help online etc.

Este deschis total cerințelor utilizatorilor prin ușurința parametrizării individuale, afișării clare, monitorizării permanente etc. Poate fi creat și un „meniu al utilizatorului“.

Modul de pornire „Simply Start“ permite porniri imediate, utilizatorul beneficiind imediat de performanțele Altivar 71 în condiții de securitate totală.

Macroconfigurările dedicate aplicațiilor specifice simplifică programarea variatorului. Terminalul grafic oferă numeroase servicii care simplifică parametrizarea,

monitorizarea și diagnoza mașinilor.

Altivar 71 poate fi configurat prin intermediul software-ului Power Suite, disponibil pe PC sau pe Pocket PC. Acest soft este o unealtă de configurare a întregii game de variatoare de viteză Altivar precum și a gamei de demaroare electronice Altistart. Altivar 71 poate fi conectat la atelierul Power Suite și prin intermediul conexiunii fără fir, Bluetooth®.

Având incluse 150 de funcții specializate, numeroare, intrări/ieșiri, protocoale de comunicație Modbus și CANopen, Altivar 71 înseamnă o soluție economică și completă

care se pretează majorității aplicațiilor de acționări electrice.

Pentru sisteme de automatizări se cer uneori funcții specifice ca intrări/ieșiri suplimentare, diferite protocoale de comunicație, interfețe de encodere incrementale etc. Aceste funcții sunt realizate de carduri distincte care pot fi încorporate în corpul variatorului (maxim 3).

Având integrate protocoalele de comunicație Modbus și CANopen, Altivar 71 se integrează în sisteme de automatizări industriale fără costuri suplimentare.

Sunt disponibile peste 10 carduri de comunicație care acoperă toate rețele de comunicații industriale.

Pe Ethernet, funcția de Web server oferă accesibilitate din orice loc de pe glob.

Gama Altivar 71 este conformă cu standardele internaționale în vigoare din domeniul acționărilor electrice: UL/CSA, CE, C-Tick, GOST.

A fost proiectat în concordanță cu principiile „Eco-Design“. Astfel, Altivar 71 este conform cu directivele europene ROHS (Restriction of Hazardous Substances / substanțe periculoase) și WEE (Waste Electrical & Electronic Equipment / reciclarea produsului).

Aplicații cu Altivar 71

Variatorul de viteză Altivar 71 este capabil să răspundă celor mai exacte cerințe datorită modurilor de controlare a motorului și numeroaselor funcții încorporate. Este cel mai potrivit pentru majoritatea solicitărilor operațiilor:

turație și viteză precisă la viteză redusă, înaltă dinamicitate cu Flux Vector Control (cu sau fără senzor).

limită de frecvență extinsă pentru viteze mari ale motoarelor.

conexiune a motoarelor și operațiilor în paralel datorită raportului U/f.

viteză statică precisă și salvarea de energie pentru motoare sincrone în modul de inel deschis.

Funcționalitatea lui Altivar 71 ridică performanțele și mărește flexibilitatea mașini pentru folosirea multiplelor aplicații.

Pentru ridicare:

frână controlată adaptată pentru traducerea urcării și coborârii.

măsurarea greutății utilizând senzor de greutate.

viteză mare de urcare.

frână administrată pentru mișcare inversă.

comutator limită pentru conducere.

Pentru manipulare:

timp de răspuns foarte scurt la transmiterea unei comenzi: 2 ms (0.5 ms).

control prin principalele rețele de comunicație.

control de poziție prin limitarea comutatorului cu optimizarea timpului la joasă viteză.

setarea multiplelor parametrii prin setarea comutatoarelor.

Pentru împachetare:

mai sus de 50 Hz limita de frecvență.

timp de răspuns foarte rapid la schimbarea referinței: 2 ms (0.5 ms).

control de poziție prin limitarea comutatoarelor.

Pentru ascensoare:

frână controlată pentru a asigura confortul pasagerilor.

proces de măsurare a încărcării prin senzor de greutate.

conexiune la CANopen bus.

Pentru mașini de proces:

regulator PID.

înaltă rezoluție de referință.

viteză și cuplu controlată.

conexiune la principalele rețele de comunicație.

element de frânare prin re-injectarea la linia de alimentare.

Explicarea circuitelor de control a variatorului de viteze Altivar 71

Variatorul de viteză Altivar 71 oferă o programare rapidă și ușoară utilizând macro-configurațiile corespunzătoare diferitelor aplicații ale utilizatorilor: pornire/oprire, manipularea materialelor, ridicare, utilizare generală, conexiunea la rețeaua de comunicație, regulator PID, master/slave. Fiecare din aceste configurații este realizată pentru a putea fi modificată (fig. 2.4).

Fig. 2.5 Moduri de comandă a convertizorului Altivar 71

Variatorul de viteză Altivar 71 1 este suplimentat cu un terminal cu ecran grafic 2 pentru executarea operațiilor:

buton de navigație pentru acces în meniu rapid și ușor.

afișaj grafic pe 8 lini cu 24 de caractere text.

funcții avansate pe afișaj pentru a avea acces la cele mai complexe funcții.

în afișaj ,meniul și parametrii pot fi modificați de utilizator sau de mașină.

Configurațiile pot fi memorate și stocate

Afișajul grafic

Fig. 2.6 Descrierea afișajului grafic

Acest afișaj grafic (fig. 2.6) este atașat în fața driverului. Acest afișaj poate fi :

Utilizat de la distanță printr-o legătură cu accesoriile apropiate.

Conectat la mai multe drivere utilizând componente de legătură multidrop.

Pentru a controla, adjusta și configura driverul.

Pentru a indica valorile curente (motor,valori de intrare/ieșire, etc.)

De a salva și introduce configurații; 4 tipuri de configurații pot fi salvate.

Acest terminal operează la o temperatură maximă de C și are caracteristica sa de protecție IP 54.

Descriere :

1-Afisaj grafic :

Pe 8 linii, rezoluție de 240 X 160 pixeli.

Numere mari care pot fi citite de la 5 m depărtare.

2-Funcții stabilite de chei F1, F2, F3, F4:

Funcții de dialog : acces direct, meniu de ajutor, navigație.

Funcții de aplicație :”Local Remote”, viteze presetate.

3-” STOP / RESET ” : control local al motorului de resetare stop/greșeală.

4-” RUN ” : control local al motorului în cazul operațiilor.

5-Butoane de navigație :

Prin apăsare: se salvează valorile curente (ENT)

Prin răsucire : mărește sau descrește valorile, conduce către linia următoare sau anterioară.

6-” FWD / REV ” : inversează direcția de rotație a motorului.

7-” ESC ” : anulează o valoare, un parametru sau se reîntoarce în meniu la selecția anterioară.

Descrierea unităților afișajului grafic

“Simply start” meniu

Meniul Simply start poate fi folosit pentru a se asigura aplicațiile corect operate și obținerea performanțelor maxime ale motorului și pentru asigurarea protecției motorului.

Arhitectura, ierarhia structurilor parametrilor și accesul direct la funcții fac ca programarea sa fie rapidă și ușoară, chiar și pentru cele mai complexe funcții.

Accesoriile terminalului de afișaj grafic

Accesoriile (fig. 2.7) disponibile sunt:

Kit de montare a ușii împrejmuitoare cu IP 54 grad de protecție. Acesta include:

toate garniturile mecanice

toate șurubele și piulițele

o ușă transparentă care este atașată la piesele mecanice pentru a obține un grad de protecție IP 65

un cablu echipat cu două conectoare RJ45 și în acest fel afișajul grafic poate fi conectat la driverul Altivar 71 (1, 3, 5 sau 10m lungime disponibilă)

Fig. 2.7 Accesoriile afișajului grafic

Integrarea în sistemele de control

Fig. 2.8 Integrarea sistemelor de control

Variatorul de viteze Altivar 71 1 poate integra (fig. 2.8) maxim trei carduri opționale simultan care:

2 pot fi selectate din urmărirea dintre:

I/O carduri extinse 2 .

Carduri de comunicare 2 (Ethernet TCP/IP, Modbus/Uni-Telway, Fipio, Modbus Plus, Profibus DP, DeviceNet, INTERBUS, etc).

Programabil “Controller Inside” card 2 . Acesta este utilizat pentru a adapta driverul la aplicațiile specifice rapid și progresiv, descentralizând funcțiile sistemului de control.

1 poate fi interfață decodificare a cardului 3

Opțiunile externe pot fi asociate la Altivar 71 ca:

unități de frânare sau rezistoare

unități de rețele de frânare

linie ajutătoare, DC ajutătoare și filtre pasive , pentru a reduce armonicile de curent.

filtru de intrare adiționale EMC

Fig. 2.9 Echiparea unui drive

Exemplu de drive echipat (fig.2.9) cu un card de comunicație și un card programabil “Controller Inside”.

Altivar 71 integrează o combinație de porturi Modbus sau CANopen pentru o rapiditate, exacticitate a controlului de mișcare, modificare, supervizare și configurare. Al doilea port este valabil pentru conectarea terminalului Magelis pentru dialogul cu mașina.

Driverul poate fi de asemenea conectat la alte rețele de comunicație utilizând cardurile opționale de comunicație.

Utilizări speciale ale convertizorului Altivar 71

Utilizarea la viteze înalte a motoarelor speciale

Aceste motoare sunt proiectate pentru aplicații la cuplu constant cu limită de frecvență înaltă. Altivar 71 suportă operații de modificări de frecvență până la 1000 Hz.

Din punct de vedere al proiectării acest tip de motor este mai sensibil la tensiune scăzută decât un motor standard.

Diferite soluții sunt disponibile:

funcție limitată la tensiune scăzută

filtru de ieșire

Utilizarea motorului la viteze joase

Frecvența maximă de ieșire poate fi modificată de la 10 la 1000 Hz pentru drivere stabilite la mai puțin decât sau egal cu 37 KW și de la 10 la 500 Hz pentru ritmuri înalte.

Când se utilizează un motor asincron la viteză scăzută, se verifică caracteristicele mecanice (fig. 2.10) la viteze reduse din datele motorului selectat.

Aplicația trebuie să fie capabilă să permită acestui tip de motor să funcționeze la cuplu scăzut, viteze mari de operație.

Fig.2.10 Caracteristicele de cuplu la viteze joase

cuplu mașină (cuplu încet)

cuplu mașină (cuplu motor scăzut)

cuplu motor continuu

Aplicații tipice: mașini de spălat, mașini de croitorie, pentru viteze mari de ridicare.

Puterea motorului mai mică decât puterea driverului

Driverul lui Altivar 71 poate acționa orice motor cu o rată mai scăzută decât a fost proiectat driverul. Această combinație motor/drive face să fie potrivită pentru aplicații cu cerințe înalte, pauze de cuplu scăzut.

Aplicații tipice: mașini cu foarte mare cuplu de pornire, aparate de măcinat, aparate de frământat.

Exemplu: utilizarea unui motor de 11 KW cu un driver de 15 KW

Puterea de răcire a motorului mai mare decât puterea driverului

Această combinație motor/drive face posibilă utilizarea unui motor cu o putere de răcire in operații continue și viteze mari. Utilizarea motorului cu o putere mai mare decât a driverului este posibilă numai dacă curentul (fig. 2.11) care circulă prin acest motor este mai mic sau cel puțin egal cu curentul nominal al driverului.

Fig. 2.11 Caracteristicele de curent ale driverului

1-Puterea motor = puterea driverului = 2,2 KW.

2-2,2 KW a driverului combinat cu 3 KW a motorului: prag de viteză mărită la 2,2 KW

Conectarea motoarelor în paralel

Curentul nominal al driverului trebuie să fie mai mare sau egal decât suma curenților a motoarelor care urmează să fie controlate.

În acest caz se prevede o protecție termică pentru fiecare motor utilizând sonde sau relee termice.

Fig. 2.12 Conectarea mai multor motoare în paralel

Dacă mai multe motoare sunt utilizate în paralel (fig.2.12), există doua scenarii posibile:

Motoarele au putere egală, și în acest caz caracteristicele de cuplu vor rămâne optimizate după ce driverul a fost configurat.

Motoarele au puteri diferite, în acest caz caracteristicele de cuplu nu vor fi optimizate pentru toate motoarele.

Caracteristicile cuplului și a rezistențelor de frânare

Caracteristicele de cuplu (curbe caracteristice)

Curbele de mai jos (fig. 2.13) definesc cuplu continuu disponibil și trecerea la cuplu scăzut pentru ambele forțe de răcire și răcirea automată a motorului. Singura diferență este în abilitatea motorului cuplu continuu ridicat la cel puțin jumătate din viteza nominală.

Open loop applications Closed loop application

Fig. 2.13 Caracteristicele de cuplu

1-răcire automată a motorului: cuplu util continuu

2-răcire forțată a motorului: cuplu util continuu

3-cuplu scăzut pentru maxim 60s

4-cuplu scăzut tranzitoriu pentru maxim 2s

5-cuplu la viteză scăzută și putere constantă

Protecție termică a motorului

Variatorul de viteză Altivar 71 are o protecție termică caracteristică proiectată special pentru răcire automată sau răcire forțată pentru viteze variabile ale motorului. Driverul calculează starea termică a motorului chiar și când acesta nu funcționează.

Această protecție termică a motorului este proiectată pentru temperatura ambientală de maxim C în jurul motorului. Dacă temperatura din jurul motorului depășește C, protecția termică trebuie să transmită direct sondei termistorului (PTC) integrat în motor. Sonda transmite direct driverului.

Determinarea unităților de frânare și ale rezistențelor

Calcularea variațiilor puterii de frânare face posibilă determinarea unităților de frânare și ale rezistențelor de frânare.

Avem două tipuri de operații:

Tipul A

Puterea de frânare în timpul decelerației este caracterizată de vârful puteri obținut la începutul decelerației, care descresc către 0 în mod proporțional cu viteza.

Exemple : mișcare de translație, schimbarea direcției, etc.

Calculul timpului de frânare din inerție

cuplu de frânare motor [Nm]

inerția totală aplicată motorului

turația motorului înaintea cutiei de viteze [rpm]

turația motorului în urma cutiei de viteze [rpm]

timpul de frânare [s]

vârful puterii de frânare [W]

puterea medie în timpul [W]

cuplu rezistiv [Nm]

Tipul B

Puterea de frânare la putere constantă .

Exemple: mișcări verticale de urcare – coborâre, benzi rulante, etc.

1. Puterea de frânare a unei încărcături în mișcare orizontală cu o decelerație constantă.

W – energia cinetică -[Joule]; m – greutatea – [Kg]; v – viteza – [m/s]

– timpul de frânare – [s]; – vârful puterii de frânare – [W];

– puterea medie în timpul – [W];

2. Puterea de frânare pentru o încărcătură activă.

– puterea medie în timpul – [W]; – cuplu de frânare – [Nm];

n – turația motorului – [rpm]

3. Puterea de frânare a unei mișcări de urcare – coborâre pe verticală.

– puterea medie în timpul – [W]; m – greutatea – [Kg]; g – accelerația -9,81

a – decelerația – ; v – viteza lineară de urcare – coborâre – m/s ;

J – momentul de inerție – ; – viteza unghiulară – [rad/s];

Toate puterile de frânare calculate sunt reale numai dacă se verifică că nu sunt pierderi și nu există cuplu rezistiv.

Prin urmare pentru a fi mai exacte, trebuie luate în considerare:

pierderile și cuplul rezistiv al sistemului, care reduce puterea de frânare necesară.

cuplu de conducere (vântul, de exemplu) care mărește puterea de frânare.

Exemplu unei curbe caracteristice (fig. 2.14)

Fig. 2.14 Curba caracteristică pentru diferite puncte

Punctul A – pentru un ciclu de 200 s, rezistența de 2,75 acceptă o supraîncărcare de 7 x 25 kW (putere continuă) pentru 24 s, ie. frânare 175 kw la fiecare 200 s.

Punctul B – pentru un ciclu de 120 s, rezistența de 2,75 acceptă o supraîncărcare de 5 x 25 kW (putere continuă) pentru 20 s, ie. frânare 125 kw la fiecare 120 s.

Punctul C – pentru un ciclu de 60 s, rezistența de 2,75 acceptă o supraîncărcare de 5 x 25 kW (putere continuă) pentru 10 s, ie. frânare 125 kw la fiecare 60 s.

2.5.6 Comunicația prin Modbus

Modbus este un protocol master/slave.

Sunt posibile două schimbări de mecanisme:

Cerere/răspuns: cererea de la master este adresată la slave. Masterul așteaptă apoi răspunsul de la slave care a fost interogat.

Rețea radio: rețeaua master recepționează cererile de la toate stațiile slave de pe traseu, care execută comanda fără a transmite un răspuns.

Variatorul de viteze Altivar 71 include un protocol Modbus în varianta standard.

Poate fi accesat direct cu ajutorul a două porturi integrate de comunicație :

Un port terminal pentru conectarea afișajului grafic sau un terminal industrial HMI (de tipul Magelis).

Port de rețea Modbus.

Opțional variatorul de viteze Altivar 71 poate fi de asemenea echipat cu un card de comunicație VW3 A3 303 Modbus/ Uni-Telway care oferă caracteristici adiționale (4-wire RS 485, ASCII mode, etc).

Cele două porturi Modbus de pe variatorul de viteze Altivar 71 pot fi folosite pentru a înțelege funcțiile:

Configurație

Adjustare

Control

Monitorizare

Altivar 71 suportă:

Două fire RS485

Mod de transmisiune RTU

Cablu conector RJ45 (fig. 2.15) se va conecta la oricare din conectori de pe variatorul de viteze Altivar 71:

Fig. 2.15 Conectarea cablului conector RJ45

Conectarea pinilor RJ45:

Semnal CANopen

Putere furnizată ( 10V 20 mA) pentru convertorul RS232/RS485 sau pentru afișajul grafic.

Capitolul 3

Releul logic Zelio

3.1 Generalități

Releele inteligente sunt concepute ca sa simplifice cablajul electric al soluțiilor inteligente. Un releu inteligent este foarte ușor de implementat. Flexibilitatea si performanta sa ridicata permit utilizatorilor sa facă economii semnificative de

timp si bani.

Aceste relee sunt utilizate în toate aplicațiile industriale și comerciale.

În industrie:

Automatizarea mașinilor de asamblare, producție sau împachetare.

Automatizarea sistemelor pentru mașinile agricole (pentru irigații, pompe, sere agricole, etc.).

Pentru sectoarele și clădirile comerciale:

Automatizarea barierelor, controalelor de acces;

Automatizarea instalațiilor de iluminat;

Automatizarea compresoarelor și a sistemelor de aer condiționat.

Mărimile lor și setările ușoare fac o competiție alternativă soluțiilor bazate pe cabluri logice sau carduri specifice.

Releele Zelio pot fi:

Zelio Logic Compact SR2:

Până la 20 I/O

Cu sau fără afișaj

Programare numai Ladder, sau Ladder și FDB

Zelio Logic Modular SR3:

Pot fi extinse pana la 40 I/O

Modul de extensie pentru comunicația pe Modbus

Utilizarea a doua limbaje de programare (LADDER sau FBD)

Simbolizare

3.2 Descrierea panoului frontal al releului

Fig. 3.1 Panoul frontal al releului Zelio

1 – Picioare de montaj retractabile.

2 – Bloc terminal cu șurub pentru sursa de alimentare.

3 – LCD, 4 rânduri, 18 caractere.

4 – Bloc terminal cu șurub pentru intrări.

5 – Bloc terminal cu șurub pentru intrări analogice 0-10 V, utilizabile in modul discret la unele modele.

6 – Conector pt. memoria backup sau pt. cablul de conexiune la PC.

7 – Tasta Shift.

8 – Tasta de alegere și validare.

9 – Bloc terminal cu șurub pentru ieșire pe releu.

10 – Taste cu săgeți sau, după prima configurare a lor, butoanele Z.

Descrierea afișajului grafic (LCD)

Fig. 3.2 Afișajul grafic

1 – Afișarea stării intrărilor (B…E reprezintă intrările analogice).

2 – Afișarea modului de funcționare (RUN/STOP) si a modului de

programare (LD/FBD).

3 – Afișarea datei (ziua si ora pentru produsele cu ceas).

4 – Afișarea stării ieșirilor.

5 – Meniuri contextuale / butoane / icoane care indica modurile de

operare.

3.3 Prezentarea meniurilor

Fig. 3.3 Meniul releului Zelio

Funcțiile sunt grupate împreuna in meniul principal (fig.3.3). Acest meniu poate fi accesat prin apăsarea tastei "Menu/OK".

FUNCTIE Descriere

INPUTS/OUTPUTS Afișare stări I/O , limbaj utilizat LD/FBD , stare

RUN/STOP si primul parametru .

PROGRAMMING Introducere diagrama Ladder (accesare când

modulul se afla in STOP).

PARAMETER Introducere parametri (mod LD sau FBD).

MONITORING Afișare diagrame Ladder in timp real, modificare

parametri (in starea RUN).

FBD DISPLAY Afișare text sau valori pe afișor (limbaj FBD).

RUN/STOP Start/stop program.

CONFIGURATION Accesare configurare meniu (parola, filtru I/O ,

ceas, etc.).

CLEAR PROG. Șterge întregul program (daca programul este introduceți parola).

TRANSFER Transferare program: De la modul la memorie si

vice versa.

VERSION Identificare modul: referința, hardware si

versiune firmware.

LANGUAGE Selectare limba utilizata de câtre modul

FAULT Accesarea erorii/alarmei detectata de modul si

ștergerea acestora.

Meniul CONFIGURATION poate fi accesat din meniul principal (selectează funcția "CONFIGURATION" si confirma apăsând pe tasta "Menu/OK" ).

FUNCTIE Descriere

PASSWORD Este utilizata pentru a preveni accesarea meniurilor

si programului.

FILTER Modificarea vitezei de tranziție a intrărilor digitale

Zx KEYS Taste activate/dezactivate Z1 la Z4

CHANGE D/H Modificarea datei si orei (doar la modulele cu ceas

de timp real)

CHANGE SUMM/WINT Program vara/iarna (doar la modulele cu ceas de

timp real)

CYCLE WATCHDOG Modificare program cycle si watchdog

Tasta de navigare este utilizata pentru a selecta o funcție. Se confirma selecția prin apăsarea tastei "Menu/OK".

Pentru a ieși din meniul CONFIGURATION , se apasă tasta .

Taste de comandă

Tastele amplasate pe panoul frontal (fig. 3.3) al releelor inteligente se utilizează la

configurarea, programarea si comanda aplicației cat si la monitorizarea

progresului aplicației.

Ecranul de tip LCD se aprinde timp de 30 secunde, atunci când utilizatorul

apasă oricare buton de pe panoul frontal

Tasta Shift

Corespunde tastei albe amplasate pe partea dreapta a ecranului de tip LCD.

Când se apasă tasta "Shift" , deasupra celorlalte taste Z apare un meniu

contextual (ins, del, Param, etc.).

Tasta Meniu / OK

Corespunde butonului albastru amplasat sub ecranul LCD.

Aceasta tasta se utilizează pentru validare: meniuri, submeniuri,

programe, parametrii etc.

Taste de navigare sau taste Z

Tastele Z sunt tastele de culoare gri pe un rând de la stânga (Z1) la dreapta

(Z4) amplasate sub LCD. Săgețile care indica direcția de mișcare asociate

cu navigarea sunt marcate deasupra tastelor.

Tastele de navigare se utilizează pentru deplasarea sus, jos, stânga,dreapta.

Poziția pe ecran apare ca o zona cu lumina pâlpăietoare:

Pătrata pentru o poziție care corespunde unui contact (numai in

modul programare).

Circulara pentru o bobina (numai in modul programare).

Meniuri contextuale

Atunci când cursorul se plasează pe un parametru modificabil, daca se

apasă tasta Shift, apare un meniu contextual.

Utilizarea funcțiilor meniului contextual:

+ / -: utilizat pentru defilarea prin diferitele valori posibile ale câmpului selectat (tipuri de intrări, ieșiri, funcții de automatizare, numere, valori numerice, etc ).

Ins.: Inserează un rând când cursorul se afla deasupra unui parametru, sau inserează o funcție de automatizare când este deasupra unui spațiu liber.

Del.: Șterge elementul sau linia specificata, daca este goala.

Param.: Afișează ecranul parametrilor specific funcției de automatizare (vizibil numai daca funcția de automatizare are un parametru).

: Direcția urmei de conexiuni (vizibila numai daca cursorul

se afla deasupra unei casete cu linkuri ).

1 2 3 4: acest rând apare când tastele se utilizează ca intrări de tip

tasta intr-un program.

: Alegerea parametrilor de modificat.

+ / -: Permite defilarea printre diferitelor valori posibile pentru

parametrul selectat.

Indica starea: daca modulul se afla in RUN înseamnă ca este activ,

in STOP înseamnă ca este oprit.

Arata ca au apărut defecte (vezi meniul FAULT).

Arata ca modulul este conectat la stația de lucru.

3.4 Programarea modulului Zelio Logic

Exista 2 modalități de programare a unui modul Zelio:

Direct de pe modul, utilizând tastele de control(numai programare in limbaj Ladder)

Sau utilizând software-ul Zelio Soft (programare in limbaj Ladder sau Function Block Diagram (FBD)).

Limbaj Ladder Limbaj FBD

Capacitate de procesare pentru 120 de linii Capacitate de procesare pentru 200

scrise in limbaj Ladder Diagram de functii bloc (FBD)

– 5 contacte + 1 bobina per linie program – Funcții pre-programate: timer,

– Funcții bloc: timer, counter, etc. counter, etc.

– Programare de pe modul sau PC – Funcții Grafcet (Sequential

Function Chart).

– Funcții logice: AND, OR, etc.

– Programare numai cu PC-ul

Prezentarea software-ului Zelio Soft

Modurile de operare ale software-ului Zelio Soft sunt:

Editare : introducere program in limbaj Ladder sau FBD

Simulare : Executare program in mod local pe PC

Monitorizare : Afișare program, I/O parametrii funcțiilor in timp real

Crearea unei aplicații

Când software-ul Zelio Soft este lansat, apare ecranul Welcome.

Alegerea tipului de releu Zelio:

Adăugarea unei extensii la releul Zelio ales anterior:

Selectare limbaj de programare care poate fi Ladder sau FBD:

Editarea unui program:

Meniul Program:

Este utilizat la accesarea următoarelor sub-meniuri: Fișier, Editare, Mod, Modul, Transfer, Opțiuni, Afișaj si Fereastra.

Meniul Transfer

Acest meniu este utilizat pentru a accesa următoarele funcții:

Transfer program: Transferarea programului de la PC la modul si invers.

RUN modul: Start program.

STOP modul: Stop program.

Compara programul cu datele modulului: Compara programul si parametrii din modul cu cele din aplicația locala.

Șterge program: Șterge întregul program din modul.

Comanda de la distanta a panoului frontal: Pune modulul in stare RUN/STOP

Configurare comunicație: Selectează portul de comunicație a PC-ului.

Funcția Import :

Aceasta funcție este utilizata pentru a importa un program sau anumite parți din acesta intr-o aplicație.

Pentru a importa un program, aplicația in care se va face acest import trebuie sa fie deschisa.

In meniul”Fișier”, apasă “Importa” si selectează fișierul ce conține programul ce urmează a fi importat.

Toolbar: Este utilizat pentru a accesa direct funcțiile.

Configurarea unui program:

Acest meniu poate fi accesat prin apăsarea pictogramei “Configurare Program” sau din meniul Editare/Configurare Program. Este utilizata la configurarea aplicației si a modulului Fereastra de configurare conține 3 tab-uri: Proprietăți, Configurare si Format data.

Prezentare Editor Ladder

Programul Zelio Soft va permite sa editați liniile Ladder in doua moduri:"Free entry" sau "Zelio entry". Pentru a schimba modul de editare, faceți “double-click” pe funcția "Zelio entry" sau "Free entry".

Modul “Zelio entry”

O diagrama ladder poate fi creata prin utilizarea butoanelor existente pe panoul frontal al modulului Zelio.Tasta shift poate fi accesata prin tasta shift de pe tastatura PC-ului. Acest mod poate fi utilizat de asemenea si pentru setarea parametrilor diferitelor funcții.

1 – Inserează/modifica un caracter

Cele 4 butoane sunt utilizate sub forma de cursor. Când pătrățelul palpaie, atunci se poate insera sau modifica un caracter.

2 – Când se folosește cursorul, apare o zona ce pâlpăie:

Pâlpăie pătrat: indica faptul ca un contact sau o bobina poate fi inserata.

Pâlpăie cerc: indica faptul ca se poate insera o legătura verticala sau orizontala.

Modul “Free entry”

Prezentare editor FDB

Editarea unei funcții:

3.6 Limbajul de programare Ladder

O aplicație poate fi creata atât de pe panoul frontal al modulului cât și de pe PC utilizând ZelioSoft in modul de programare Ladder.

Capacitate program:

120 linii in limbaj Ladder

Maxim 5 contacte si 1 bobina pe linie de program

Funcții disponibile:

28 relee intermediare

16 timere

16 up/down countere

1 fast counter

8 counter comparators

16 comparatoare analogice (pentru versiunea 24 VDC)

8 funcții ceas de timp real

16 funcții text

Afișare backlit

Schimbare timp vara/iarna

Fiecare linie cuprinde un maxim de cinci contacte si totdeauna trebuie sa includă o bobina. Atunci când aplicația necesita mai mult de cinci contacte pentru a activa o acțiune, se pot utiliza relee auxiliare.

Exemplu de diagrama Ladder :

Contact:

Intrări discrete:

O intrare discreta nu poate fi utilizata decât ca un contact.

Ix: Închis când intrarea este in starea 1(NO contact)

ix: Închis când intrarea este in starea 0 (NC contact)

Ieșiri discrete (utilizate ca și contact):

Qx: Deschis când bobina este in starea 1

qx: Deschis când bobina este in starea 0

Bobină:Acțiuni

Ieșiri discrete:

O ieșire discreta poate fi utilizata fie drept bobina, fie drept contact.

Qx: Bobina ea valoarea rezultatului părții de contact

Qx: Bobina este activata la schimbarea unei stări

SQx: Bobina este activata când rezultatul părții de contact este 1

RQx: Bobina este dezactivata când rezultatul părții de contact este 1

Exemplu: Diagrama de pornire a unui motor

3.6.1 Relee auxiliare

Releele auxiliare, M in notația utilizata, lucrează exact ca bobinele de ieșire Q. Singura diferență este ca acestea nu au nici un terminal de conexiune.

Exista 31 relee auxiliare (numerotate in notație hexadecimală de la 1 la 9 si de la A la Y, deși fără sa utilizeze literele I, M si O).

Acestea se utilizează pentru a salva sau a transmite mai departe o stare.

Starea salvata va fi apoi utilizata drept contact.

Exemplu – Utilizarea releelor auxiliare

Utilizarea a doua relee auxiliare pentru a salva poziția unui număr de intrări.

Aceste relee sunt apoi utilizate pentru a comanda o bobina.

Acest tip de diagrama Ladder se utilizează adesea pentru a controla diferitele stări ale unui aparat.

Inițializare

Starea contactelor la inițializarea programului:

Modul normal deschis (starea directa) este inactiv,

Modul normal închis (starea inversa) este activa.

Blocare

In mod implicit, după o întrerupere in alimentare, releul este acela care corespunde inițializării programului.

Pentru a restabili starea releului salvat in momentul întreruperii alimentarii, se activează blocarea releului in fereastra cu parametrii prin validarea parametrului .

3.6.2 Blocul de funcții Clock

Blocul de funcții Clock se utilizează pentru a valida intervalul de timp in care

se pot executa acțiunile. Lucrează exact ca un timer programabil săptămânal si are patru game (A, B, C, D) utilizate pentru comanda ieșirii.

Reglajul parametrilor blocului de funcții poate fi accesat:

Când se introduce un rând dintr-o diagrama Ladder,

Din meniul PARAMETER daca blocul nu a fost "încuiat".

Activarea ceasului se face săptămânal, si nu trebuie decât sa fie configurat:

Ziua din săptămâna,

Gama timpului de activare, prin setarea timpului de pornire: ON si a timpului de oprire: OFF.

3.6.3 Bloc de funcție Counter

Blocul de funcție Counter se utilizează pentru a mari sau scădea impulsurile de

numărare. Funcția Counter poate fi resetata la zero sau la valoarea presetata (depinde de parametrul ales) pe durata utilizării.

Poate fi utilizata pe post de contact pentru a afla daca :

A fost atinsa valoarea presetata (numărare înainte),

A fost atinsa valoarea 0 (numărare înapoi).

Configurarea parametrilor blocului de funcții se poate accesa :

Când se introduce un rând intr-o diagrama Ladder ,

Din meniul PARAMETER daca blocul n-a fost "încuiat".

Utilizare pe post de contact

In acest caz, numărătorul arata ca valoarea presetata si valoarea curenta sunt egale:

Valoarea curenta a numărătorului a atins valoarea presetata (mod TO),

Valoarea curenta a numărătorului este egala cu 0 (mod FROM).

Utilizat ca bobină

3.6.4 Funcția bloc Counter comparator

Aceasta funcție se utilizează pentru a compara valorile de numărare curenta

a doua countere cu o valoare data.

Utilizat drept contact

Parametrii comparației

Formula de comparare este următoarea:

Parametrii sunt următorii :

Offset X si Offset Y: aceștia sunt constante intre: -32768 si 32767,

Valoare1 si Valoare2: reprezintă numărătorii de comparat.

Operatorii de comparare care se pot selecta din fereastra Parameters sunt cei de mai jos:

3.6.5 Blocul de funcții Fast counter

Funcția Fast Counter permite numărarea impulsurilor pana la o frecventa de 1KHz.

Se utilizează drept contact K1, pentru a afla daca:

A fost atinsa valoarea presetata (numărare înainte),

A fost atinsa valoarea 0 (numărare înapoi).

Intrările de numărare rapida sunt conectate implicit la intrările I1 si I2

ale modulului:

Un impuls (front ascendent) de la intrarea I1 incrementează numărătorul,

Un impuls (front ascendent) de la intrarea I2 decrementează numărătorul.

Acestea nu vor fi utilizate pe foaia de cablaj.

Funcția Fast counter poate fi resetata la zero utilizând RK1, sau la valoarea presetata (in funcție de parametrul selectat) in timpul utilizării, cu intrarea Reset.

Numărătorul funcționează numai daca intrarea funcției TK1 este activa.

Utilizat drept contact

Atunci când se utilizează drept contact K, numărătorul arata ca valoarea

presetata si valoarea curenta sunt egale (pragul de numărare atins):

Valoarea curenta a numărătorului a atins valoarea presetata (mod TO),

Valoarea curenta a numărătorului este egala cu 0 (mod FROM).

Utilizat drept bobina

3.6.6 Bloc de funcții Timer

Blocul de funcții Timer se utilizează pentru a temporiza, prelungi si comanda acțiuni pe parcursul unei anumite perioade de timp. Are o intrare de resetare, o intrare de comanda si o ieșire utilizata pentru a indica pauza timerului.

Setarea parametrilor blocului de funcții poate fi accesata :

La introducerea unui rând intr-o diagrama Ladder,

Din meniul PARAMETER daca blocul nu a fost blocat.

Duratele pot fi setate utilizând una sau doua valori presetate, in funcție de

tipul de timer.

Exista 11 tipuri de timere:

Funcțion A: Funcționarea cu control held down

Funcțion PA: On-delay timer on a rising edge

Function C: Funcționare în gol

Function B: Comutator de activare comandă cu impulsuri: impuls calibrat pe frontul ascendent al intrării de comandă

Function W: Comutator de dezactivare comandă cu impulsuri: impuls calibrat pe frontul descendent

Function D: Palpăire simetrică

Function PD: Symmetrical startup flasher on a rising edge

Function T: Activitate totală

Function AC: Combinație de timere A/c

Function L: Dispozitiv de palpăire cu comandă held/down: asincron

Function I: Dispozitiv de palpăire cu comandă de start/stop impuls :asincron

3.6.7 Blocul de funcții Analog Comparator

Blocurile de funcții Analog Comparator se utilizează pentru a compara o valoare analogica măsurata cu o valoare interna de referință cat si pentru a compara doua valori analogice măsurate.

Rezultatul obținut din aceasta comparație se utilizează sub forma unui contact.

Funcțiile analogice de automatizare se pot utiliza la relee inteligente echipate cu ceas si alimentate in c.c.

Existenta a acestor intrări mixte discrete / analogice se caracterizează prin prezenta intrărilor discrete numerotate de la IB la IG (configurația maxima).

Funcția Analog Comparator A se utilizează pentru:

A executa o comparație intre o valoare analogica măsurată si o valoare interna a unei referințe .

A compara doua valori analogice măsurate.

A compara doua valori analogice măsurate cu valorile de histerezis.

Rezultatul obținut din aceasta comparație se utilizează sub forma unui contact.

3.6.8 Bloc de funcții Schimbare ora iarna/vara

Ieșirea acestei funcții este pe STOP pe durata timpului de iarna, si trece pe RUN pe durata timpului de vara.

Implicit, nu exista modificare a timpului iarna/vara.

Aceasta funcție poate fi activata din meniul CONFIGURATION/ CHANGE SUMMER/WINTER.

Daca se validează aceasta opțiune, schimbarea datelor trebuie definita:

Fie utilizând una dintre zonele geografice predefinite,

Fie configurând data manual (luna/Duminica).

3.6.9 Bloc de funcții ecran LCD cu iluminare din spate

Ieșirea ecran cu iluminare din spate se utilizează pentru comanda iluminatului

LCD pe program.

In modurile STOP si RUN, ecranul LCD este aprins 30 secunde când utilizatorul

apasă oricare din butoanele de pe panoul frontal.

3.6.10 Bloc de funcții Text

Funcția TEXT se utilizează pentru a afișa un text sau o valoare numerica (valoare curenta sau valoare presetata) pe LCD in loc de ecranul INPUTS-OUTPUTS.

Un bloc TEXT poate afișa maxim 4 rânduri, corespunzătoare la o combinație de:

Text (unul pe rând de LCD) de pana la 18 caractere,

Valori numerice (se va consulta manualul de help Zelio Soft 2 Text Block on-line).

Intr-un program se pot utiliza simultan pana la 16 blocuri de text (X1 la XG),

dar nu se afișează decât ultimul bloc de activat.

Prin apăsarea tastelor Shift si Menu/OK pe rând si simultan se comuta afișorul din ecranul TEXT in ecranul INPUTS-OUTPUTS.

Apăsarea simultana din nou a celor doua taste face ca afișorul sa revină

la ecranul TEXT.

Capitolul IV

Programul de reglare automată a turației unui motor asincron

Generalități

În acest capitol este prezentat programul de reglare automată a turației unui motor asincron folosind releul inteligent Zelio. Pentru această acționare s-a folosit un releu logic Zelio SR3B101FU, soft-ul ZelioSoft, converti-zorul Altivar 71 și un motor asincron cu următoarele caracteristici: putere 0,55 KW; ∆/Y 220/380; cosφ=0,63, IP 44.

Programul constă în modificarea turației motorului asincron prin intermediul convertizorului de frecvență Altivar 71, care va modifica frecvența motorului asincron în funcție de comenzile pe care le primește de la releul logic Zelio.

Această comunicație dintre releul logic Zelio și Altivar 71 se realizează printr-o comandă pe două fire, având două viteze preselectate (viteză inferioară și viteză superioară) și două sensuri de rotație care se vor comanda în funcție de programul introdus în releul Zelio.

Fig. 4.1 Poza de ansamblu a standului releu – convertizor – motor

4.2 Programul releului logic Zelio

Programul după care va rula motorul asincron a fost creat pe PC și transferat ulterior în memoria releului Zelio cu ajutorul unui cablu de date, această aplicație având rolul în comanda unei manipulări a materialelor, motorul asincron urmând a executa comenzile stabilite de programul care a fost implementat în releul Zelio.

În figura de mai jos este prezentată schema electrică a releului logic Zelio SR3B101FU cu intrările ( I ) și ieșirile aferente ( Q ).

Fig. 4.2 Schema electrica a releului Zelio SR3B101FU

Programul care a fost creat și introdus în memoria releului Zelio are următoarea descriere:

prin acționarea intrări I1 aceasta va alimenta bobina Q1 care va comanda pornirea convertizorului Altivar 71, acesta automenținându-se prin contactul Q1 care este in paralel cu I1;

in momentul punerii în funcțiune timerul TT1 va acționa după un timp contactul T1, care alimentează bobina Q2 care va pune în mișcare motorul în primul sens de rotație;

în acest timp un alt timer TT2 este setat ca după un timp de la conectarea bobinei Q2 să acționeze contactul T2 pentru acționarea bobinei Q4 a celei de a doua viteze prestabilită în primul sens de rotație al motorului;

după o perioada de timp prestabilită timerul TT3 va acționa contactul T3 care va reseta acționarea sensului mers înainte data de Q2 și cea de-a doua viteza a sensului de mers înainte, după care se va acționa bobina Q3 care va acționa sensul de mers înapoi al motorului asincron;

după o perioadă de timp timerul TT5 va acționa contactul T5 acționând bobina Q4 punând în acțiune cea de-a doua viteză a convertizorului;

timerul TT4 va acționa contactul T4 care va reseta contactul T3 care va întrerupe mișcarea in sens invers urmând a se acționa mișcarea in primul sens după timpi de lucru prestabiliți.

În desenele de mai jos se arată programul executat pe PC cu ajutorul ZelioSoft, acest program urmând a fi transferat în releul Zelio.

Fig. 4.3 Programul de comandă automată a motorului asincron prin intermediul convertizorului Altivar 71

4.3 Setările convertizorului de frecvență Altivar 71

Setările convertizorului se realizează cu ajutorul afișajului grafic de care dispune convertizorul acestea urmând a fi stabilite în funcție de aplicația pe care am executat-o.

Setările vor fi următoarele:

Viteza inferioară: 45 Hz; această viteză este frecvența motorului la referința minimă și poate fi setata între 0 și viteza superioară.

Viteza superioară: 95 Hz; această viteză este frecvența motorului la referința maximă și poate fi setata între viteza inferioară și frecvența maximă.

Accelerația : 9,5 sec; timpul de accelerație poate fi setat de la 0 la frecvența nominală a motorului.

Decelerația: 0,5 sec; timpul de decelerare poate fi setat de la frecvența nominală a motorului până la 0.

Toate aceste setări pot fi modificate în timpul funcționări sau în starea oprit.

4.4 Explicarea programului de acționarea automată a motorului asincron.

Programul a fost astfel construit pentru a putea fi folosit în cazul unei manipulări de materiale. Programul funcționează în următorul mod:

La închiderea contactului intrări I1 se va pune în funcțiune convertizorul de frecvență.

La 20 de secunde de la punerea în funcțiune a convertizorului de frecvență se va pune în mișcare la viteză inferioară de 45 Hz motorul asincron, urmând a rula la această viteză timp de 30 sec.

După 30 sec. de rulare la viteză inferioară se va comuta automat pe următoarea viteză, adică cea superioară de 95 Hz, unde va rula timp de 30 sec.

După 30 sec. de rulare la viteză inferioară, programul va reseta sensul de rotație , motorul urmând a se roti în sens invers la aceeași viteză inferioară de 45 Hz.

La fel, după 30 sec. se va acționa automat viteza superioară de 95 Hz, care va rula tot 30 sec, după care programul va reseta sensul de rotație, făcând o pauză de 20 sec. după care își va relua ciclul inițial.

Această lucrarea a fost realizată practic de

către subsemnatul absolvent Bota Ioan în

laboratorul de mașini electrice.

Prin această lucrare am dorit să arăt

modul de conectare al unui convertizor de

ultimă generație la un releu inteligent,

precum și modul de funcționare al acestora

Concluzii

O dată cu creșterea nevoilor de producție în aproape toate domeniile, automatizarea a fost cheia succesului. În acest context conectarea proceselor industriale la calculator a fost rezolvarea la această problemă. Soluțiile pe care le oferă softurile create pentru controlul și monitorizarea proceselor industriale au dus la creșterea producției, la creșterea calității produselor și toate acestea au un preț mic de producție și un număr mult mai mic de personal.

Un astfel de produs este releul Zelio logic produs de firma Schneider Electric, cu ajutorul căruia se poate conduce și automatiza un domeniu foarte larg de procese industriale.

Introducerea calculatoarelor și a proceselor de automatizare a scăzut considerabil numărul accidentelor la locurile de muncă, personalul nefiind în contact direct cu utilajele de producție.

Începând cu ultimii ani înlocuirea acționărilor de curent continuu cu cele de curent alternativ, mașini asincrone, pentru că ele nu au perii și elemente mobile (perii) dar dezavantajul acestora a început să dispară prin apariția convertizoarelor de frecvență care au reușit să înlăture dezavantajul reglării turației care se poate realiza foarte fin prin modificarea frecvenței.

Dezavantajul motoarelor asincrone față de motoarele sincrone constă în consumul de energie reactivă inductivă, ceea ce duce implicit la scăderea factorului de putere și deci și la un consum neproductiv de energie electrică. Dar acest dezavantaj se poate mult micșora , chiar anihila printr-o serie de măsuri.

Un alt dezavantaj este faptul că la pornire apar probleme privind mărimea cuplului și șocului de curent. Pentru ca motorul să poată accelera, trebuie să dezvolte un cuplu mai mare decât cuplul rezistent produs de mecanismul antrenat și de frecări. Într-o serie de cazuri este necesar un cuplu de pornire relativ mare, chiar mai mare decât cuplul nominal.

Bibliografie

[1]. Preda M., Cristea P., Spinei F., Bazele Electrotehnicii, Vol. I și Vol. II, Editura Didactică și Pedagogică, București 1980;

[2]. Simion E., Electrotehnică, Editura Didactică și Pedagogică, București 1978;

[3]. Micu E., Mașini Electrice I, Editura Universității de Nord, Baia Mare 2001;

[4]. Micu E., Electrotehnica de la A la Z, Editura Științifică și Enciclopedică, București 1985;

[5]. www.telemecanique.com

[6]. www.schneider-electric.com

[7]. www.google.com

Bibliografie

[1]. Preda M., Cristea P., Spinei F., Bazele Electrotehnicii, Vol. I și Vol. II, Editura Didactică și Pedagogică, București 1980;

[2]. Simion E., Electrotehnică, Editura Didactică și Pedagogică, București 1978;

[3]. Micu E., Mașini Electrice I, Editura Universității de Nord, Baia Mare 2001;

[4]. Micu E., Electrotehnica de la A la Z, Editura Științifică și Enciclopedică, București 1985;

[5]. www.telemecanique.com

[6]. www.schneider-electric.com

[7]. www.google.com