Acționări Electrice

CAPITOLUL 1

ELEMENTE DE MECANICA ACŢIONĂRILOR ELECTRICE

1.1. Introducere

Scopul principal al unei acţionări electrice este antrenarea, pe cale electrică, a unei maşini de lucru (mecanism, maşină – unealtă, dispozitiv mecanic etc.).

Sistemul de acţionare electrică (SAE) va reprezenta deci ansamblul de dispozitive care transformă energia electrică în energie mecanică şi controlează această energie. În cazul unei acţionări individuale (un singur motor acţionează o singură maşină de lucru, prin intermediul unei transmisii), schema – bloc generală a unui sistem de acţionare electrică este reprezentată in fig. 1.1.

Un sistem modern de acţionare electrică reglabilă conţine patru componente:

1. Maşină electrică – de curent continuu sau alternativ;

2. Convertorul de putere – redresor, chopper, invertor sau cicloconvertor;

3. Sistemul de reglare – regulatoare, circuite de comandă, traductoare etc;

4. Sarcină – de natură mecanică, la arborele maşinii electrice.

Maşina electrică

Maşinile electrice folosite în prezent pentru aplicaţii de reglare a vitezei sunt următoarele:

Maşini de curent continuu – cu excitaţie (separată, în deviaţie sau mixtă), cu magneţi performanţi, fără perii şi comutaţie electronică.

Maşini de curent alternativ – asincrone, cu rotor bobinat, sincrone cu magneţi permanenţi.

Maşini speciale – motoare pas – cu – pas, motoare cu reluctanţă variabilă (sau cu reluctanţă în comutaţie).

Toate tipurile de maşini enumerate sunt disponibile într-o gamă de puteri mergând până la câţiva MW, cu excepţia maşinilor cu magneţi permanenţi, pas–cu–pas şi a celor cu reluctanţă în comutaţie care sunt realizate până la 150kW.

Convertoare de putere

Alimentarea maşinilor electrice în acţionări de viteză reglabilă se face de la convertoare de putere. Acestea pot fi de mai multe tipuri, dintre care enumerăm:

Redresoare comandate – alimentate de la reţeaua mono – sau trifazată, furnizând la ieşire o tensiune continuă variabilă pentru comanda maşinilor de curent continuu sau pentru alimentarea invertoarelor pentru maşinile de curent alternativ.

Choppere sau convertoare c.c. – c.c. – realizează conversia unei tensiuni continue, de valoare fixă, într-o tensiune continuă, variabilă şi controlabilă.

Invertoare – furnizează tensiune şi curent alternativ de amplitudine, frecvenţă şi fază variabile. Sunt alimentate cu tensiune continuă fie de la o baterie, ca în cazul vehciulelor electrice, fie de la un redresor de tensiune comandat sau necomandat (cu diode). Datorită circuitului intermediar de curent continuu între reţeaua de tensiune alternativă şi ieşirea invertorului, frecvenţa tensiunii de ieşire nu este limitată decât de capacitatea de comutaţie a dispozitivelor punţii invertoare.

Cicloconvertoare – asigură conversia directă a tensiunii de frecvenţă variabilă pentru reglarea maşinilor de curent alternativ. Frecvenţa tensiunii de ieşire este limitată în gama 33 – 50% din frecvenţa tensiunii de alimentare pentru a evita distorsiunile în forma de undă. De aceea, cicloconvertoarele sunt folosite numai în aplicaţii de viteză redusă, dar de foarte mare putere.

Sistemul de reglare

Pentru acţionările electrice reglabile, care impun şi limitarea uneia sau a mai multor mărimi auxiliare, cel mai potrivit principiu de reglare este procedeul reglării în cascadă. Acest principiu – aplicat iniţial sistemelor de reglare de c.c. – poate fi extins şi la sistemele de reglare de c.a. bazate pe reglarea vectorială (reglarea cu orientare după câmp) ca urmare a analogiei matematice dintre o maşină de c.a. şi una de c.c. complet compensată.

Sarcina

Maşina electrică antrenează o sarcină care are propriile caracteristici mecanice, reprezentate prin dependenţa dintre cuplu şi turaţie. Datorită diversităţii maşinilor de lucru (antrenate), acestea se pot împărţi, în general, în cinci categorii: cu cuplu de sarcină constant, variabil cu turaţia, cu poziţia, cu drumul parcurs şi variabil în timp.