Comanda secvențială a acționărilor electrice - capitolul 1

INTRODUCERE

Caracteristica generală şi clasificarea sistemelor de comandă automatizată ale acţionărilor electrice

Acţionările electrice (AE) ale mecanismelor şi maşinilor de lucru (ML) industriale moderne se caracterizează prin anumite particularităţi. În primul rând, ele sunt relativ complexe (complicate), deoarece includ mai multe elemente componente:

- identice sau de natură diferită (mecanice, electromecanice, electrice, electronice);

- de aceeaşi putere sau de puteri diferite;

- atât în partea de forţă (motoare, reductoare, organe de lucru), cât şi în partea de comandă (traductoare, dispozitive de comandă, reglare, protecţie, semnalizare);

- unele elemente sunt interdependente unele de altele (la strunguri puterea de aşchiere a metalelor, pentru arborele principal depinde de adâncimea cuţitului de tăiere sau frezare şi de viteza mecanismelor de avans), sau sunt legate printr-un parametru tehnologic la funcţionarea în paralel (presiunea de ieşire a unei pompe acţionează asupra unei alte pompe, conectate la aceeaşi reţea).

În al doilea rând, majoritatea maşinilor de lucru sau a instalaţiilor industriale sunt automatizate cu ajutorul unui sistem de automatizare (SA), chiar dacă viteza motorului sau motoarelor nu este reglabilă.

În al treilea rând, automatizarea complexă a multor instalaţii industriale nu poate fi făcută fără acţionări electrice reglabile (cu viteză lin-variabilă), la fel ca şi stabilizarea unor parametri tehnologici în procesul de variaţie a perturbaţiilor (de exemplu, stabilizarea presiunii unei pompe la variaţia debitului de consum).

În legătură cu toate acestea acţionările electrice ale multor maşini şi instalaţii industriale reprezintă un sistem de acţionare electrică (SAE) sau un sistem de mai multe acţionări electrice cu funcţionare în grup, automatizate în conformitate cu cerinţele unui proces tehnologic. Ca urmare, analiza, elaborarea, proiectarea, modernizarea şi implementarea acestor sisteme automatizate pot servi ca un obiect de studiu aparte – sisteme de comandă automatizată ale acţionărilor electrice (SCA AE) sau ca o continuare a cursului general de acţionări electrice, adică partea a II a lui. Dacă cursul general (partea I) pune accentul pe principiile generale de comandă – pornirea, frânarea, reglarea şi inversarea vitezei motoarelor şi acţionărilor electrice, alegerea sau calculul puterii lor, atunci cursul SCA AE are ca obiective principale automatizarea complexă şi reglarea automată a regimurilor generale menţionate, precum şi optimizarea lor.

Ultima funcţie subînţelege optimizarea tuturor parametrilor principali : energetici, electromagnetici, mecanici, tehnologici. Evident, că această optimizare nu poate fi obţinută fără automatizare, de aceea ele trebuie concepute împreună.

Reieşind din aceste obiective, cursul SCA AE poate fi împărţit în 2 sau 3 părţi principale:

1. Sisteme de comandă automatizată ale acţionărilor electrice nereglabile;

2. Sisteme de comandă şi reglare automată ale acţionărilor electrice reglabile;

3. Sisteme de comandă automatizată ale acţionărilor electrice combinate.

Fiecare din aceste sisteme conţine 2 părţi principale:

- partea de forţă (putere sau tensiune înaltă);

- partea de comandă (de tensiune joasă).

Partea de putere se clasifică, la rândul ei, după tipul motoarelor de acţionare:

- de curent continuu:

- de curent alternativ(asincrone, sincrone, speciale)

precum şi după numărul acestor motoare:

- cu un singur motor (individuală);

- cu mai multe motoare (în grup).

SAE reglabile de curent continuu se realizează cu redresoare comandate, în cazul unei reţele de alimentare de curent alternativ, sau cu variatoare discrete de curent continuu, numite şi choppere, în cazul unei reţele de alimentare de curent continuu. SAE reglabile de curent alternativ se realizează în prezent cu convertizoare de frecvenţă cu invertoare autonome de tensiune modulată în frecvenţă înaltă.

Partea de comandă a SAE reglabilă în trecut se compunea din blocuri şi dispozitive separate cu funcţii constante şi ne programabile. Dintre aceste dispozitive cele mai principale erau următoarele :

- de generare, convertire, divizare, comparare, numărare, memorizare, temporizare şi amplificare a semnalelor;

- de reglare automată;

- de prescriere şi de măsurare;

- de protecţie şi de separare;

- de afişare şi semnalizare.

Aceste dispozitive pot fi realizate cu semnale analogice, sau discrete (logice sau digitale). În prezent majoritatea din aceste funcţii se realizează în variantă discretă (numerică) şi programabilă cu ajutorul microprocesoarelor şi microcontrolerelor. Acestea din urmă pot avea diferite principii şi limbaje de programare – unele mai simple, iar altele mai complicate. Însă oricare ar fi ele, majoritatea microcontrolerelor moderne se programează cu ajutorul calculatoarelor, utilizând nişte programe speciale.

Automatizarea SAE nereglabile în trecut se realiza cu relee şi elemente logice discrete (microscheme), iar în prezent se efectuează cu ajutorul unor microcontrolere programabile mai simple. Însă oricare ar fi varianta de realizare, ele se numesc sisteme de comandă automatizată secvenţială, deoarece au la bază un algoritm consecutiv de operaţii, funcţii şi secvenţe.

Conţinutul capitolelor următoare va avea la bază principiile şi criteriile de clasificare ale sistemelor de comandă, menţionate mai sus.

Prezentat in cadrul facultatii de Energetica UTM