Studiul comenzii unui motor de curent continuu utilizând sistemul inteligent de acţionare IPS 110

Studiul comenzii unui motor de curent continuu utilizând sistemul inteligent de acţionare IPS 110

CAPITOLUL 1

DISPOZITIVE ELECTRONICE DE PUTERE

1.1. Dioda de putere

Dioda de putere este un dispozitiv semiconductor necomandat, cu proprietăţi

conductive unidirecţionale, fiind constituită dintr-o joncţiune pn prevăzută cu două terminale.

Simbolizarea diodei redresoare de uz general se face ca în fig. 1.1.

Fig. 1.1. Simbolizarea diodei

Diodele de putere au în plus faţă de diodele de mare putere un strat suplimentar cu

dopare scăzută.

Fig. 1.2. Structura stratificată a diodei de putere.

Concentraţia impurităţilor donoare în regiunea n- este mai mică decât în regiunea n+.

Regiunea n- are rol de extindere a barierei de potenţial ce apare la polarizarea inversă a diodei,

bariera extinzându-se mai mult în zona slab dopată. Cu cât lăţimea acestei regiuni este mai

mare, cu atât tensiunea inversă aplicată diodei este mai mare.

Caracteristica diodei de putere este liniară în cadranul I, datorită căderii de tensiune pe

regiunea de drift care maschează caracterul exponenţial al joncţiunii.

1


Fig. 1.3. Caracteristica diodei de putere

Zonele de pe caracteristică reprezintă :

I - zona de conducţie;

II - zona de blocare;

III - zona de străpungere;

1.1.2. Comutaţia diodelor

Considerăm o diodă căreia i se inversează polaritatea tensiunii la borne într-un timp

t0. Evoluţia curentului şi a căderii de tensiune pe diodă pot fi urmărite în fig. 1.4.

Fig. 1.4. Evoluţia curentului şi a tensiunii la blocarea diodei

2


Se observă că procesul comutaţiei nu este instantaneu şi se deosebesc următorii

timpi:

0 - t1 – timp de stocare. Acesta corespunde evacuării purtătorilor mobili

din zona de drift;

t1 - t2 – timp de tranziţie;

0 - t2 – timp total de revenire.

Cele mai întâlnite tipuri de diode sunt:

diode redresoare;

diode rapide (timpi de comutare de ordinul ns);

diode Zenner (funcţionează în regiunea de străpungere);

diode Scottky (diode metal-semiconductor).

1.1.3. Protecţia diodelor

Diodele de putere trebuie protejate împotriva supratensiunilor inverse ce pot apare pe

acestea (de la sarcină sau de la reţea). Soluţia clasică este conectarea în paralel a grupului

RS-CS. Montajul este prezentat în fig. 1.5 şi este eficient numai la supratensiuni de scurtă

durată.

Fig. 1.5. Grup de protecţie pentru diode

La apariţia supratensiunii, condensatorul CS se încarcă prin rezistenţa RS, iar la

dispariţia supratensiunii se descarcă pe aceiaşi cale. Dacă condensatorul se încarcă la o

tensiune superioară tensiunii inverse maxime pe diodă VRRM, montajul devine ineficient.

1.2. Tranzistorul bipolar de putere

3


Tranzistorul bipolar de putere este o structură formată din două joncţiuni pn, care

poate intra în conducţie prin aplicarea unui potenţial pe terminalul bază, şi poate fi blocat prin

anularea comenzii sau printr-o comandă de polaritate complementară.

Simbolizarea tranzistorului bipolar de putere este prezentată în fig. 1.6.

Fig. 1.6. Simbolizarea tranzistorului bipolar de putere

Constructiv tranzistorul bipolar de putere este realizat din patru straturi ca în fig. 1.7.

Fig. 1.7. Structura stratificată a tranzistorului bipolar de putere

O structură foarte cunoscută realizată cu tranzistoare bipolare este Darlingtonul

monolitic.

Dioda D1 permite extragerea sarcinilor din baza lui M la blocarea structurii, iar dioda

D2 oferă o cale de scurgere a curenţilor prin structură inversă decât sensul curentului prin

tranzistor.

4


Fig. 1.8. Darlingtonul monolitic

1.2.1. Caracteristica tranzistoarelor bipolare de putere

Fig. 1.9. Caracteristica tranzistorului bipolar de putere

1 – zona primei străpungeri;

2 – zona celei de-a doua străpungeri.

1.2.2. Comutaţia tranzistoarelor bipolare

Reprezintă trecerea din starea de blocare în starea de conducţie şi invers. Cu cât timpul

de comutaţie este mai mic cu atât puterea disipată pe tranzistor este mai mică. Pentru ca timpii

de comutaţie să fie minimi, tranzistorul trebuie menţinut în zona de saturaţie incipientă

(punctul A din fig. 1.10).

5


Fig. 1.10. Caracteristica tranzistorului bipolar

A – saturaţie incipientă;

B – saturaţie profundă.

Funcţionarea în punctul A de pe caracteristica anterioară presupune existenţa unui

număr mai mic de sarcini acumulate în bază şi deci a unui timp mai mic de extragere a

acestora, în timp ce funcţionarea în punctul B presupune un timp de comutaţie mai mare, deci

o putere disipată mai mare.

Evoluţia în timp a curentului şi a tensiunii colector-emitor la trecerea din starea

blocată în starea de conducţie este prezentată în fig. 1.11.

Fig. 1.11. Intrarea în conducţie a tranzistorului bipolar

Pentru micşorarea timpilor de comutaţie la intrarea în conducţie, se forţează curentul

prin baza tranzistorului (curba 1) prin utilizarea unui condensator de accelerare aşa cum este

arătat în figura următoare:

6


Fig. 1.12. Forţarea întrării în conducţie

La blocare, viteza de extragere a sarcinilor trebuie să fie constantă pentru ca energia

disipată la comutaţie să fie minimă. O soluţie constructivă pentru aceasta este prezentată în

figura următoare:

Fig. 1.13. Circuit de comandă pe bază

Pentru intrarea în conducţie a tranzistorului T curentul de comandă trece prin

rezistenţa RB1 şi condensatorul Ca, iar pentru blocare, calea de evacuare a sarcinilor din baza

tranzistorului, trece prin rezistenţa RB2, asigurând o viteză de extragere a sarcinilor constantă.

1.2.3. Reţele de protecţie pentru tranzistoare bipolare de putere

a) Protecţia la blocare

La blocarea tranzistorului, datorită caracterului inductiv a sarcinii apare o

supratensiune care se suprapune peste tensiunea de alimentare şi care poate duce la

distrugerea tranzistorului, în cazul în care suma celor două tensiuni depăşeşte tensiunea

directă la blocare VDRM, aceasta din urmă fiind un parametru al tranzistorului. Pentru a evita

distrugerea tranzistorului prin supratensiune, acesta este prevăzut cu o reţea de protecţie ca în

fig. 1.14.

7


Fig. 1.14. Protecţie la blocare

La blocarea tranzistorului T, condensatorul Cs, se încarcă prin dioda Ds, iar la

deschiderea tranzistorului, condensatorul se va descărca prin rezistenţa Rs şi prin tranzistor.

Rezistenţa Rs are rol de limitare a curentului de descărcare a condensatorului, astfel încât

tranzistorul să nu fie suprasolicitat în curent.

Montajul este eficient dacă tensiunea la care se încarcă condensatorul este mai mică

decât tensiunea maximă directă VDRM. Dioda Df are rol de descărcare a energiei înmagazinate

în sarcina Zs.

b) Protecţia la deschidere

În cazul unei sarcini cu caracter preponderent capacitiv, (de exemplu redresor sau

chopper cu condensator de filtrare), curentul care apare la deschiderea tranzistorului poate

duce la distrugerea acestuia. Pentru limitarea acestui curent se poate folosi montajul din

fig. 1.15.

La deschiderea tranzistorului T, are loc o creştere a curentului prin bobina Ls, ceea ce

duce la apariţia unei tensiuni contraelectromotoare ce se va opune creşterii curentului. La

blocarea tranzistorului, bobina Ls va crea o tensiune electromotoare ce se va opune scăderii

curentului. Această tensiune poate deveni periculoasă, şi se impune folosirea grupului de

protecţie la deschidere, prezentat anterior. Dioda Ds şi rezistenţa Rs se folosesc pentru

descărcarea locală a energiei înmagazinate în bobina Ls, la blocarea tranzistorului T. Dioda Df

are rol de descărcare locală a sarcinii înmagazinate în impedanţa sarcinii.

8


Fig. 1.15. Protecţia la deschidere

Montajul este eficient dacă bobina Ls tinde spre o bobină ideală, astfel încât efectul ei

să se facă simţit numai în regim tranzitoriu. De asemeni este necesar ca supratensiunea indusă

în bobină la blocarea tranzistorului T, adunată cu tensiunea de alimentare să nu ducă la

distrugerea tranzistorului prin supratensiune directă.

c) Protecţia la supratensiuni

Pentru supratensiunile care apar şi care nu se datorează sarcinii, se poate folosi

următoarea schemă de protecţie:

Fig. 1.16. Protecţia la supratensiuni

9


La apariţia supratensiunii e, condensatorul Cov se încarcă prin dioda Dov, iar la

dispariţia tensiunii, condensatorul se descarcă prin rezistenţa Rov. În lipsa supratensiunii,

condensatorul Cov este încărcat la tensiunea V+, iar la apariţia supratensiunii, tensiunea pe

condensator creşte. Condensatorul trebuie dimensionat astfel încât tensiunea pe acesta să nu

depăşească tensiunea maxim admisibilă pe tranzistor. Valoarea condensatorului depinde şi de

rezistenţa sarcinii.

1.3. Tranzistorul MOS-FET de putere

Tranzistoarele MOS-FET au apărut ca o alternativă la tranzistoarele bipolare, fiind

utilizate la frecvenţe mari de comutaţie. Simbolizarea tranzistoarelor MOS-FET este

prezentată în fig. 1.17.

MOS-FET cu canal n MOS-FET cu canal p

Fig. 1.17. Simbolizarea tranzistoarelor MOS-FET

Structura stratificată a tranzistoarelor MOS-FET de putere este constituită din patru

regiuni plasate ca în fig. 118..

Fig. 1.18. Structura stratificată a tranzistoarelor MOS-FET

10


Structura din figura de mai sus este un tranzistor MOS-FET cu canal n.

1.3.1. Funcţionarea tranzistorului MOS-FET

La aplicarea unui potenţial terminalului poartă, pozitiv faţă de sursă, în zona

izolatorului de SiO2 apare o aglomerare de sarcini negative care fac legătura între drenă şi

sursă permiţând trecerea curentului. Deoarece poarta este izolată de corpul tranzistorului

printr-un strat de SiO2, curentul de comandă absorbit de tranzistor va fi foarte mic (curentul

necesar încărcării condensatorului ce are ca dielectric stratul de SiO2).

1.3.2. Caracteristica tranzistorului MOS-FET

Caracteristica de ieşire cu tensiunea VGS ca parametru, este prezentată în

figura de mai jos.

Fig. 1.19. Caracteristica tranzistorului MOS-FET

VDSS – tensiunea drenă-sursă de străpungere

Dacă tensiune drenă-sursă aplicată tranzistorului depăşeşte VDSS, curentul prin

tranzistor creşte necontrolat, ducând la distrugerea acestuia.

11


1.3.3. Soluţii pentru comanda tranzistoarelor MOS

Circuitele de comandă trebuie să asigure o încărcare (descărcare) rapidă a capacităţilor

parazite şi, atunci când este cazul, o izolare a comenzii faţă de circuitul de forţă. [B2]

Soluţia cea mai simplă presupune utilizarea unei porţi logice MOS pentru comandă,

fig. 1.20, a, sau în cazul în care se urmăreşte obţinerea unui curent mai mare, eventual şi

separare galvanică cu optocuplor se poate utiliza schema de comandă din fig. 1.20, b.

a) b)

Fig. 1.20. Soluţii de comandă utilizând porţi logice MOS

Dar se poate utiliza pentru comanda tranzistoarelor MOS şi două tranzistoare în

contratimp, fig. 1.21, a, dar trebuie avută în vedere ca frecvenţa acestora de lucru să fie mai

mare decât a celor MOS. O altă soluţie pentru separare galvanică o reprezintă şi

transformatorul de impulsuri, dar trebuie luate măsuri suplimentare pentru protecţia

MOS-ului cu diode Zener, fig. 1.21, b.

a) b)

Fig. 1.21. Soluţii de comandă a tranzistoarelor MOS

12


1.4. Tranzistorul bipolar de putere cu grilă izolată – IGBT

Aceste tranzistoare îmbină avantajele oferite de tranzistoarele bipolare, referitor la

puterile vehiculate, cu avantajele oferite de tranzistoarele MOS-FET privind frecvenţele de

comutaţie. Simbolizarea tranzistorului bipolar cu grilă izolată în figura de mai jos.

cu canal n cu canal p

Fig. 1.22. Simbolizarea tranzistorului bipolar cu grilă izolată

Tranzistoarele bipolare cu grilă izolată se construiesc pentru curenţi nominali de

ordinul zecilor de amperi şi tensiuni nominale drenă-sursă de sute de volţi. Mai recent se

construiesc structuri integrate de şase tranzistoare şi şase diode antiparalel, utilizate în

construcţia invertoarelor de tensiune trifazate.

Structura stratificată a IGBT cu canal n este prezentată în fig. 1.23.

Fig. 1.23. Structura stratificată a unui IGBT

13


Din punct de vedere a comenzii, prin poarta tranzistorului nu circulă un curent

continuu. Curentul apare doar pe durata încărcării condensatorului ce are ca dielectric stratul

de SiO2.

Schema echivalentă a IGBT-ului conţine două tranzistoare bipolare complementare.

Fig. 1.24. Schema echivalentă a unui IGBT

Rd – rezistenţă de drift;

T1 – tranzistor pnp;

T2 – tranzistor npn;

MOS – tranzistor MOS-FET ideal

IGBT-ul trebuie construit astfel încât tranzistorul parazit T2 să nu se amorseze

niciodată. Fenomenul de amorsare a acestui tranzistor se numeşte agăţarea IGBT-ului. Un

astfel de tranzistor agăţat în conducţie permanentă nu mai poate fi blocat, iar dacă nu se

limitează curentul, IGBT-ul se distruge termic.

Când se dă comanda de blocare pe poartă, tranzistorul MOS tinde să se blocheze

instantaneu, înainte ca T1 şi T2 să se blocheze. Curentul prin tranzistorul T1 determină o cădere

de tensiune pe rezistenţa RCS ce poate duce la amorsarea tranzistorului T2. O soluţie pentru

evitarea agăţării IGBT-ului, este reducerea valorii rezistenţei RCS. O altă soluţie pentru evitarea

agăţării este controlul scăderii tensiunii de comandă pe poarta IGBT-ului. Astfel curentul prin

tranzistorul MOS va fi din ce în ce mai mic, până când tranzistorul T1 se va bloca, blocarea

acestuia făcându-se înainte ca tranzistorul MOS să se blocheze. Aceasta va duce la evitarea

agăţării IGBT-ului .

Puterile mari vehiculate şi frecvenţele relativ ridicate de comutaţie au făcut ca aceste

tranzistoare să fie din ce în ce mai folosite.

14


Caracteristica de ieşire a IGBT-ului este asemănătoare cu a tranzistorului

MOS-FET.

Fig. 1.25. Caracteristica de ieşire a IGBT-ului

VDSS – tensiunea de străpungere la polarizare directă;

VBR – tensiunea de străpungere la polarizare directă.

Caracteristica de transfer are alura ca în figura următoare:

Fig. 1.26. Caracteristica de transfer a IGBT-ului

Vp – tensiunea de prag.

Tranzistorul bipolar cu poartă izolată (IGBT – Insulated Gate Bipolar Transistor)

are înglobată o serie din avantajele MOSFET-urilor, tranzistoarelor bipolare de putere şi

GTO-urilor cum ar fi:

15


similar ca MOSFET-urile, IGBT-urile necesită circuite de comandă de mică putere

(impedanţa de intrare mare);

similar ca tranzistoarele bipolare de putere, IGBT-urile au o cădere de tensiune

UDS mică în paralel cu o capabilitate mare de blocare a tensiunii în polarizare directă şi

inversă;

similar cu GTO-urile, IGBT-urile sunt blocate cu tensiune de polaritate negativă.

O comparaţie privind unele performanţe ale unor dispozitive controlabile este

prezentată în tabelul 1.1.

Tabelul 1.1

Dispozitivul controlabil Capabilitatea de putere Viteza de comutaţieTranzistorul bipolar medie medie

MOSFET mică MareGTO mare MicăIGBT medie medieMCT mare Mare

1.4.1. Circuite pentru comanda tranzistoarelor bipolare cu poarta izolată (IGBT)

Aceste circuite au unele proprietăţi generale cum ar fi:

au un grad de izolare galvanică foarte ridicat;

semnalul de comandă compatibil cu nivelele logice;

frecvenţa mare de lucru;

stările semnalelor de la ieşire sunt ferme şi neinfluenţate de perturbaţii externe;

În fig. 1.27 este prezentat circuitul HCPL3101, realizat de firma Hewlett Packard,

care permite comanda unui tranzistor de tip IGBT. Un dezavantaj major al acestui tip de

circuit este că are nevoie de o sursă dublă de 12 V. Iar pentru comanda unei punţi

trifazate cu IGBT-uri este necesar şase astfel de surse duble separate galvanic între ele cu o

tensiune de izolaţie foarte mare. [*H]

16


Fig. 1.27. Schema tipică de aplicaţie a circuitului HCTL3101

Un alt circuit, pentru comanda tranzistoarelor MOS, dar de o complexitate mult mai

ridicată, produs de firma International Rectifier este prezentat în fig. 1.28 şi prezintă o serie de

avantaje cum ar fi:

permite comanda unei punţi trifazate cu tranzistoare, precum şi circuitul de

frânare al motorului;

permite monitorizarea continuă a curentului prin cele trei ramuri ale punţii, cu

anularea impulsurilor de comandă a tranzistoarelor la depăşirea curentului;

furnizează un timp mort de 300 ns între impulsurile de comandă a tranzistoarelor

din acelaşi braţ al punţii;

cu ajutorul intrării Soft Shutdown se pot bloca simultan impulsurile de comandă

către toate cele şase tranzistoare;

este alimentat cu o singură tensiune, eliminând astfel unul din dezavantajele

circuitului prezentat anterior;

prezintă o ieşire Fault care avertizează blocul numeric de comandă de apariţia

unui defect.

Fig. 1.28. Schema tipică a circuitului IR2237

17


O problemă importantă în cazul IGBT-urilor, si nu numai, o reprezintă alegerea

soluţiei optime pentru protecţia acestora. În cazul protecţiei la supracurenţi prin utilizarea unui

circuit de comandă performant (de exemplu IR2233) care este prevăzut cu intrare de defect în

cazul supacurenţilor, această protecţie este mai uşor de realizat. O problemă mai deosebită o

reprezintă protecţia la supratensiunile tranzitorii datorate frecvenţei mari de comutaţie a

IGBT-urilor.

Când dispozitivul de putere intră în procesul de blocare energia înmagazinată în

inductanţa parazită a circuitului determină apariţia de supratensiuni. Amplitudinea acestei

supratensiuni este proporţională cu valoarea inductanţei parazite şi viteza de variaţie a

curentului. Se poate concluziona că pericolul de distrugere a IGBT-urilor este cu atât mai

mare cu cât frecvenţa este mai mare, astfel aceste dispozitive comută într-un timp extrem de

scurt curenţi de amplitudini mari.

În cazul utilizării unor IGBT-uri de curenţi mici se recomandă utilizarea unui

condensator de decuplare. Acesta se montează ca în fig. 1.29, a, iar valoarea acestuia se

calculează cu formula (1.1):

(1.1)

unde:

Ls - inductanţa de scăpări,

I0 - valoarea maximă a curentului,

Vpk - valoarea maximă admisă a supratensiunii

Vcc - valoarea tensiunii de curent continuu.

Pentru a se reduce cât mai mult inductanţa de scăpări acest condensator se montează

cât mai apropiat de bornele IGBT-urilor şi dacă este posibil fără a se utiliza conductoare de

legătură. Pentru aceasta firmele producătoare au realizat diverse variante constructive de

condensatoare care se montează direct la bornele IGBT-urilor, fig. 1.29, b şi c.

18


b) c)

Fig. 1.29. Condensatorul de decuplare

Acesta soluţie oferă unele avantaje:

- este cea mai simplă şi are pierderile foarte mici;

- are un efect direct şi favorabil asupra supratensiunilor datorate comutării

IGBT-urilor;

- noile variante constructive de condensatoare de decuplare sunt mult mai eficiente în

limitarea supratensiunilor.

Un dezavantaj major a acestei soluţii este că produce oscilaţii de tensiune şi curent în

reţeaua de curent continuu, ceea ce implică utilizarea unui condensator cu valoare ridicată.

În cazul schemelor cu curenţi de valoare medie se utilizează ca soluţie de protecţie la

supratensiuni circuit cu descărcare restrictivă şi condensator de decuplare. Aceasta oferă

performanţe mai ridicate în cazul supratensiunilor la intrarea în conducţie a IGBT-urilor.

19


a) b)

Fig. 1.30. Circuit de încărcare descărcare RCD

În cazul schemelor cu tensiuni mici şi curenţi mari (aplicaţii cu choppere) se utilizează

ca soluţie de protecţie la supratensiuni circuitul de încărcare descărcare RCD, prezentat în

fig. 1.30. Acesta oferă o protecţie individuală a fiecărui IGBT.

Ca avantaje majore ale acestei scheme putem enumera:

- reduce supratensiunile de blocare;

- reduce major pierderile din IGBT la blocarea acestuia;

- nu produce oscilaţii în reţeaua de curent continuu.

Dar ca dezavantaje ale acestei soluţii putem enunţa:

- prezintă pierderi mari în circuitul de protecţie;

- determină creşterea pierderilor la conectare în configuraţia punţii;

- o selectare mai complicată a componentelor din reţeaua de protecţie;

- necesită multe componente.

Pentru a se reduce numărul acestora firmele constructoare realizează module de

protecţie, fig. 1.30, b, la care se adaugă rezistorul extern. Astfel modulele se realizează în

variante separate pentru IGBT-ul conectat la linia pozitivă a reţelei de curent continuu,

respectiv pentru cel conectat la linia negativă.

În cazul schemelor de curenţi mari pentru protecţia la supratensiuni se utilizează

circuitul de blocare RCD, fig. 1.31, a. Acesta, ca şi varianta de mai sus, asigură o protecţie

individuală a IGBT-urilor.

20


a) c)

Fig. 1.31. Protecţie cu circuit de blocare RCD

Ca avantaje notabile ale acestei variante de protecţie avem:

- este un circuit de protecţie cu pierderi mici;

- nu produce oscilaţii în reţeaua de curent continuu;

- limitează supratensiunile atât la intrarea cât şi la ieşirea din conducţie a IGBT-ului.

Un dezavantaj major al acestei variante îl reprezintă numărul ridicat de componente.

În sprijinul acestui dezavantaj, firmele producătoare au realizat module de protecţie

pentru a diminua numărul de componente şi a reduce inductivitatea echivalentă a circuitului.

De exemplu fig. 1.31, b unde este prezentat un modul de protecţie pentru IGBT-urile din

acelaşi braţ al punţii şi la care mai trebuie de montat în exterior doar rezistorii. Schema

echivalentă a modulului de protecţie este prezentată în fig. 1.31, c.

1.5. Tiristorul

Tiristorul convenţional este o structură formată din patru straturi pnpn, care poate intra

în conducţie printr-un semnal de comandă pe poartă, pozitiv faţă de catod, ieşirea din

conducţie realizându-se prin forţarea scăderii curentului prin dispozitiv sub valoarea de

automenţinere.

Simbolizarea tiristorului:

Fig. 1.32. Simbolul tiristorului

21


Tiristorul se construieşte la tensiuni de mii de volţi şi curenţi de mii de amperi, fiind

cea mai robustă structură semiconductoare comandată până în prezent.

Structura stratificată a tiristorului.

Fig. 1.33. Structura stratificată a tiristorului

Această structură poate fi considerată ca realizată din două tranzistoare bipolare

conectate ca în figura de mai jos:

Fig. 1.34. Schema echivalentă a tiristorului

1.5.1. Funcţionarea tiristoarelor

a) Polarizarea directă

La polarizarea directă a tiristoarelor, joncţiunile J1 şi J3 sunt polarizate direct, iar

joncţiunea J2 este polarizată invers. Apare astfel o barieră de potenţial la joncţiunea J2,

valoarea curentului prin tiristor fiind foarte mică, neglijabilă.

22


Fig. 1.35. Polarizarea directă

La aplicarea unui potenţial pe terminalul poartă, pozitiv faţă de catod, tranzistorul T2

intră în conducţie şi absoarbe un curent din baza tranzistorului T1, determinând intrarea în

conducţie şi a acestuia. În continuare structura rămâne în conducţie, chiar după anularea

semnalului de comandă pe poartă, semnalul de comandă a tranzistorului T2 fiind asigurat de

tranzistorul T1 prin colectorul acestuia.

Uneori tiristorul poate intra în conducţie chiar în lipsa semnalului pe poartă. Acest

lucru este nedorit şi poate avea drept cauze: creşterea temperaturii, creşterea tensiunii peste

valorile nominale sau variaţia tensiunii în timp ( ) a depăşit valoarea maximă

admisibilă.

b) Polarizarea inversă

În aceste condiţii joncţiunile J1 şi J3 sunt polarizate invers, dând naştere la bariere de

potenţial care determină o valoare foarte mică a curentului prin tiristor.

Fig. 1.36. Polarizarea inversă

Tensiunea inversă aplicată tiristorului poate fi crescută până în apropierea zonei de

străpungere.

23


1.5.2. Caracteristica statică a tiristorului

Fig. 1.37. Caracteristica statică a tiristorului

VDRM (VRRM) – tensiunea directă (inversă) maximă ce poate fi aplicată tiristorului (date

de catalog);

VFBO – tensiunea la care tiristorul polarizat direct se deschide necontrolat;

VBR – tensiunea la care tiristorul polarizat invers se străpunge;

IH – curentul de automenţinere.

Pe caracteristica statică a tiristorului se disting zonele:

01 – zona de blocare la polarizare directă;

12 – zona de rezistenţă negativă;

23 – zona de conducţie;

04 – zona de blocare la polarizare inversă;

45 – zona de străpungere.

1.5.3. Amorsarea tiristoarelor prin efect

Aplicarea în direct pe un tiristor a unei rampe de tensiune cu viteză de creştere foarte

mare, poate duce la amorsarea necontrolată a tiristorului la o tensiune de polarizare mai mică

chiar decât VFB0. Capabilitatea în este un parametru al tiristorului şi reprezintă viteza

medie de creştere a tensiunii pe tiristor pentru care acesta nu se deschide necontrolat.

24


Mărirea capabilităţii în a tiristoarelor poate fi realizată prin utilizarea unor

şunturi între catod şi poartă care pot fi interne (în structura tiristorului), sau externe (o

rezistenţă). De asemenea se poate limita viteza de creştere a tensiunii pe tiristor prin

conectarea în paralel cu acesta a unui grup RC, şi în serie cu acesta a unei inductanţe.

1.5.4. Efectul

O viteză de creştere a curentului prin tiristor mai mare decât valoarea maxim admisă

poate duce la distrugerea tiristorului. Viteza maximă de creştere a curentului prin tiristor pe

durata amorsării se numeşte capabilitate în şi este o dată de catalog a tiristorului.

Creşterea curentului prin tiristor depinde de aria iniţială în conducţie şi de viteza de

extindere a ariei în conducţie. Îmbunătăţirea capabilităţii în se poate realiza prin

mărirea ariei iniţiale în conducţie, lucru realizabil pin forţarea comenzii.

25


CAPITOLUL 2

MAŞINA DE CURENT CONTINUU

2.1. Elementele constructive de bază ale maşinii de curent continuu

Ca orice maşină electrică rotativă, maşina de curent continuu se compune dintr-un

inductor şi un indus, între care există un spaţiu de aer numit întrefier. Întotdeauna la maşinile

de curent continuu inductorul este fix, constituind statorul maşinii, iar indusul este mobil,

constituind rotorul.

Elementele constructive ale maşinii de curent continuu pot fi identificate din fig. 2.1.

Fig. 2.1. Secţiune longitudinală şi transversală printr-o maşină de curent continuu:

26


1 - carcasă; 2 - pol principal cu bobină de excitaţie; 3 - miez feromagnetic rotor; 4 - arbore;5 - înfăşurare rotor (indusă); 6 - colector; 7 - perii; 8 - cruce portperii; 9, 10 - scut port - palier;

11 - ventilator; 12 - rulmenţi; 13 - placă borne; 14 - pol auxiliar cu bobina lui.

Carcasa este un cilindru din oţel turnat sau sudat, în interiorul căruia sunt fixaţi prin

şuruburi polii principali iar la maşinile mai mari şi polii auxiliari, numiţi şi poli de comutaţie.

În maşinile de curent continuu, câmpul inductor este produs de înfăşurarea de excitaţie

aşezată pe polii principali sau de magneţi permanenţi (fig. 2.2). Polii de excitaţie, totdeauna în

număr par, sunt executaţi din tole de oţel electrotehnic cu grosimea de 0,5 – 1 mm strânse cu

ajutorul unor nituri, pe care sunt fixate bobinele de excitaţie.

Fig. 2.2. Circuitul magnetic al maşinii de curent continuu

Bobinele se construiesc din conductoare izolate de cupru pe şabloane având forma

polilor sau direct în carcase izolante. Aceste bobine sunt izolate de miezul polar şi de carcasă.

Bobinele polilor de excitaţie se leagă în serie şi se alimentează în curent continuu.

Legăturile bobinelor se realizează în aşa fel încât fluxul magnetic să fie dirijat în dreptul unui

pol dinspre stator spre rotor (pol nord), iar în dreptul polului următor în sens invers (pol sud).

Statorul mai cuprinde: scuturile, sistemul de perii şi portperii, palierele şi bornele.

Indusul maşinii este sediul propriu-zis al procesului de transformare a energiei, fiind

compus din: miezul feromagnetic, arbore, înfăşurarea indusă şi colector. Miezul

feromagnetic al rotorului se realizează din tole de oţel electrotehnic cu grosimea de 0,5 mm,

izolate între ele, în scopul micşorării pierderilor prin curenţi turbionari. Aceste tole sunt

executate din tablă laminată la rece, izolată cu oxizi ceramici. Tolele se împachetează direct

pe arbore prin presare şi sunt solidarizate de arborele rotorului cu ajutorul unei pene. Miezul

rotoric se prezintă sub forma unui cilindru având la periferie crestături deschise în care sunt

27


plasate conductoarele înfăşurării rotorice. Aceste conductoare sunt izolate faţă de pereţii

crestăturii cât şi între ele şi sunt solidarizate cu miezul rotoric prin pene şi bandaje.

Colectorul este o piesă caracteristică maşinii de curent continuu la care se leagă

înfăşurarea rotorică. Acesta este un corp cilindric constituit din plăcuţe de cupru, denumite

lamele. Lamelele colectorului sunt izolate una faţă de alta prin micanită şi sunt izolate faţă de

piesele de strângere. Capetele bobinelor înfăşurării rotorice se lipesc cu cositor de

aripioarele(steguleţele) lamelelor colectorului. Colectorul se roteşte solidar cu rotorul. Pentru

a realiza o legătură între înfăşurarea rotorică care se învârteşte şi circuitele exterioare, pe

colector freacă o serie de perii, fabricate în general din grafit. Prin intermediul unei piese

speciale-portperie-periile realizează un contact sub presiune constantă cu lamelele

colectorului. Portperiile sunt fixate pe un colier cu o serie de tije. Periile sunt legate la cele

două borne ale maşinii alternativ: una la o bornă, iar următoarea la cealaltă bornă. Ele sunt

plasate simetric la periferia colectorului. Numărul lor este egal cu numărul polilor de excitaţie.

2.2. Principiul de funcţionare a maşinii de curent continuu

Maşina de curent continuu poate fi considerată ca o maşină de curent alternativ

prevăzută cu un redresor special – colectorul – intercalat între indusul propriu-zis şi circuitul

exterior.

Pentru comparaţie, se consideră cazul unui generator de curent alternativ monofazat.

În spira care se învârteşte într-un câmp magnetic omogen, în jurul unui ax perpendicular pe

direcţia câmpului, cu o viteză unghiulară constantă Ω, se induce o t.e.m. variabilă în timp, care

schimbă semnul de două ori la o rotaţie completă a indusului. Dacă presupunem că în timpul

rotirii spirei, fluxul care o străbate variază sinusoidal, atunci şi t.e.m. indusă va descrie o

sinusoidă completă în timpul unei rotaţii complete (fig. 2.3).

28


Fig. 2.3. Tensiunea electromtoare într-o spiră

Legând capetele spirei la două inele fixate pe axul de rotaţie şi izolate de acesta şi

plasând pe cele două inele a şi b fixe în spaţiu, conectate la un circuit exterior, maşina va

debita în acel circuit un curent alternativ.

În fig. 2.4 este reprezentată variaţia curentului în circuitul exterior; se observă că

pulsaţia negativă a curentului din spiră a fost redresată.

Fig. 2.4. Curentul prin sarcină

Să presupunem acum că cele două capete ale spirei sunt legate la două segmente de

inel, fixate pe axul rotorului şi izolate atât între ele cât şi faţă de arbore. Aceste segmente

constituie cel mai simplu colector cu două lamele (fig. 2.5).

29


Fig. 2.5. Schema de funcţionare a maşinii de curent continuu

Spira are două laturi active: MP şi RQ. În conductorul MP, care trece prin dreptul

polului nord se induce o t.e.m. dirijată de la P către M pentru sensul câmpului şi al vitezei de

rotaţie ales. Când acelaşi conductor trece prin dreptul polului sud, t.e.m indusă este dirijată în

sens invers, de la M la P. Deoarece conductoarele active se găsesc în condiţii identice din

punct de vedere magnetic, însă în câmpuri de polaritate diferită, t.e.m indusă în ele sunt în

orice moment egale şi de sens contrar. În circuitul spirei considerate aceste t.e.m. au însă

acelaşi sens, deci ele se adună dând t.e.m. rezultantă a spirei.

Peria a se găseşte în permanenţă în contact cu lamela colectorului la care este legat

conductorul care se află în dreptul polului nord. Peria b freacă tot timpul pe lamela

colectorului la care este legat conductorul care se află în dreptul polului sud. Presupunem că

închidem, în situaţia din fig. 2.5, circuitul exterior periilor, pe o rezistenţă. Curentul va circula

prin spiră în direcţia RQPM, iar în exterior de la peria a la peria b. Când conductorul MP a

ajuns în partea inferioară, în dreptul polului sud, iar conductorul RQ în partea superioară, sub

polul nord, curentul va circula în spiră în sensul MPQR (invers faţă de situaţia precedentă),

dar în exterior curentul va circula tot de la peria a către b, întrucât de data aceasta peria b calcă

pe lamela la care este legat conductorul MP.

30


T.e.m. indusă într-o secţie a înfăşurării rotorice este o mărime periodică alternativă în

timp. Faptul că la perii se poate culege o tensiune continuă se explică numai prin intermediul

colectorului şi a sistemului de contacte alunecătoare perii-lamele.

Să presupunem că maşina se roteşte cu viteză constantă şi că periile sunt plasate în axa

neutră(adică scurtcircuitează cele două lamele atunci când cele două laturi ale secţiei ajung în

axele interpolare), polii maşinii fiind excitaţi. În spirele secţiei se induce o t.e.m. es care

variază alternativ în timp. Se observă că peria legată la borna A a maşinii este în contact

întotdeauna (exceptând cazul în care scurtcircuitează cele două lamele) numai cu acea lamelă

a colectorului la care este legată latura de secţie care se află momentan sub polul nord, în timp

ce peria legată la borna B este în contact electric numai cu acea lamelă la care este legată

latura de secţie ce se află sub polul sud.

Tensiunea electrică uAB ce apare între bornele A şi B respectiv între cele două perii care

în permanenţă îşi păstrează fiecare polaritatea, şi anume: borna A este mereu pozitivă, iar

borna B mereu negativă. Această tensiune pulsează între un maxim şi zero. Valoarea sa medie

pe care o notăm cu UAB0 este egală cu valoarea medie a t.e.m. es pe o alternanţă pe care o vom

nota cu:

Prin urmare, colectorul reprezintă un dispozitiv care transformă tensiunea alternativă

u12 care apare între lamelele 1 şi 2 într-o tensiune pulsatorie uAB, dar mereu pozitivă între

bornele A şi B. Această tensiune pulsatorie reprezintă de fapt t.e.m. indusă în secţia

considerată, cu deosebirea că alternanţele negative ale t.e.m. au devenit pozitive, realizându-se

redresarea alternanţelor negative.

2.3. Câmpul magnetic al polilor de excitaţie

Considerăm o maşină de curent continuu cu doi poli, cu înfăşurările polilor de excitaţie

parcursă de curent (fig. 2.6).

31


Fig. 2.6. Spectrul liniilor câmpului magnetic

Liniile câmpului magnetic al polilor de excitaţie ies din polul nord, pătrund în rotor şi

ies prin polul sud, închizându-se apoi prin carcasă. Miezul feromagnetic al maşinii având o

permeabilitate foarte mare în raport cu aerul, liniile de câmp străbat întrefierul aproape radial.

Făcând abstracţie de existenţa crestăturilor rotorului, întrefierul sub piesa polară este uniform

şi creşte brusc în intervalul dintre piesele polare. În consecinţă, câmpul magnetic al polilor de

excitaţie este uniform şi de aceeaşi valoare absolută sub cei doi poli de nume contrar şi nul în

axa de simetrie interpolară (axa neutră). Convenim să considerăm câmpul de sub polul nord ca

pozitiv şi cel de sub polul sud ca negativ. Evident, cu cât curentul de excitaţie este mai mare

cu atât câmpul este mai puternic sub pol. Există deci o relaţie de proporţionalitate între

inducţia câmpului magnetic şi curentul Ie din înfăşurările de excitaţie. Această

proporţionalitate este reală la valori reduse ale curentului Ie, cât timp diferitele părţi ale

circuitului magnetic al maşinii rămân nesaturate. Dacă curentul de excitaţie creşte intervine

fenomenul de saturaţie, situaţie în care inducţia Bδ a câmpului magnetic din întrefier nu mai

creşte proporţional cu acesta. Dacă maşina a mai fost excitată înainte, deci dacă a circulat

curent prin bobinele de excitaţie ale polilor, la dispariţia curentului de excitaţie, ,

câmpul magnetic al polilor nu scade la zero. Polii de excitaţie păstrează deci un câmp

remanent Bδrem. Variaţia funcţiei pe baza celor expuse este reprezentată în fig. 2.7.

32


Fig. 2.7. Variaţia inducţiei magnetice (fluxului)

Se numeşte pas polar partea ce revine unui pol din periferia rotorului:

(2.1)

unde:

D - diametrul rotorului;

2p - numărul de poli ai maşinii.

Dacă luăm ca origine de spaţiu un punct situat la periferia rotorului pe axa interpolară,

fluxul magnetic corespunzător unui pol al maşinii este:

(2.2)

în care :

- inducţia magnetică în întrefier într-un punct aflat sub piesa polară;

– aria infinitezimală, elementul de arie fiind orientat spre interiorul rotorului

Considerăm că inducţia ar fi constantă la o valoare medie Bδmed, deci:

(2.3)

33


Pentru o maşină ale cărei dimensiuni geometrice L şi τ sunt date, fluxul Φo al unui pol

este funcţie numai de curentul de excitaţie Ie. Pentru o maşină dată, dependenţa

este identică (dar la altă scară) cu dependenţa reprezentată în fig. 2.7.

Inducţia medie în întrefier, sub un pol, poate fi calculată cu relaţia:

(2.4)

în care Bδi reprezintă o ordonată a funcţiei corespunzătoare benzii i, dacă intervalul de

însumare s-a împărţit în k părţi egale.

2.4. Tensiunea electromotoare indusă într-o secţiune rotorică

Presupunem că rotorul maşinii este rotit în câmpul polilor de excitaţie şi că în două

crestături ale rotorului situate la periferia acestuia la distanţa y1 una de alta se află plasate ws

spire ale înfăşurării rotorului, care formează o bobină aparte, denumită secţie de înfăşurare.

Atunci când secţia cu cele ws spire ale sale roteşte cu viteza de rotaţie n, fluxul fascicular φ

printr-o spiră oarecare t, în rotaţia sa, latura de ducere a secţiei considerate (prin latură de

ducere se înţelege ansamblul conductoarelor secţiei care, în raport cu sensul de parcurgere a

spirelor, străbat crestătura care le conţine dinspre colector spre partea opusă a rotorului; prin

latură de întoarcere se înţelege ansamblul conductoarelor secţiei care străbat crestătura

cealaltă, înspre colector) se află în câmpul polilor de excitaţie, la distanţa x măsurată la

periferia rotorului, din dreptul axei interpolare de simetrie. Cealaltă latură a secţiei, latura de

întoarcere, va fi plasată în câmp la distanţa , în raport cu aceeaşi axă de referinţă.

T.e.m indusă este:

sau:

34


Coordonata x este o funcţie de timp: . Cu aceasta t.e.m. indusă în secţie va

fi:

(2.5)

adică t.e.m. indusă prin rotaţie în secţia considerată depinde de viteza de rotaţie a rotorului

şi de diferenţa dintre inducţiile magnetice din întrefier, în dreptul laturii de ducere şi

respectiv de întoarcere.

Dacă , caz care se întâlneşte de cele mai multe ori în practică, atunci

,

deoarece este o funcţie alternativă cu perioada .

În concluzie:

(2.6)

adică t.e.m. depinde în acest caz numai de inducţia din dreptul laturii de ducere a secţiei.

Dacă aceasta se află în câmpul unui pol nord, atunci t.e.m. este pozitivă şi are acelaşi

sens cu sensul pozitiv ales de parcurgerea spirelor secţiei. Dacă secţia se află cu latura de

ducere pe axa interpolară de simetrie, t.e.m. este nulă. Dacă latura de ducere a secţiei se află în

câmpul unui pol sud, atunci t.e.m. este negativă, sensul ei fiind invers sensului pozitiv ales.

Valoarea t.e.m. variază deci în timp, depinzând de poziţia secţiei în câmpul polilor de

excitaţie. Dacă viteza de rotaţie este constantă, t.e.m. este o mărime alternativă în timp.

2.5. Conexiunile maşinilor de curent continuu

35


Înfăşurarea de excitaţie a maşinii de curent continuu poate fi alimentată de la surse

exterioare maşinii, când maşina este cu excitaţia separată sau chiar de la maşină, fiind în acest

caz autoexcitată. Maşinile autoexcitate pot avea înfăşurarea de excitaţie conectată în derivaţie,

în serie sau compound (fig. 2.8).

Fig. 2.8. Schema de principiu pentru excitarea maşinilor de curent continuu:

a - excitaţie separată; b - excitaţie derivaţie; c - excitaţie serie; d - excitaţie compound.

2.6. Funcţionarea generatorului de curent continuu cu excitaţie separată

În regim de generator, maşina transformă puterea primită la arbore de la motorul care o

antrenează, în puterea electrică.

36


2.6.1. Principiul de funcţionare. Ecuaţia de tensiuni.

Presupunem ca maşina de curent continuu este angrenata de motorul primar cu o viteză

de rotaţie n şi că dezvoltă cuplul activ Ma cu acelaşi sens ca şi viteza de rotaţie, rezultând o

putere mecanica . Generatoarele pot avea mai multe tipuri de excitaţie. Considerăm

un generator având o excitaţie separată sau independentă. În aceste condiţii, în secţiile

înfăşurări rotorice, rotite în câmpul magnetic al polilor de excitaţie, se vor induce t.e.m., încât

între bornele A şi B ale maşinii va apare o tensiune UAo egală cu t.e.m. Eo indusă într-o cale de

curent. Dacă între aceste borne conectăm o rezistenţă oarecare, t.e.m. Eo va da naştere unui

curent Ia, care va străbate înfăşurarea rotorului, având în secţiile înfăşurării acelaşi sens ca şi

t.e.m. Eo.

În cazul funcţionării în sarcină, tensiunea Ua la bornele înfăşurării rotorului va fi

diferită de t.e.m. Eo ,datorită căderilor de tensiune, determinate de trecerea curentului prin

înfăşurarea rotorului, înfăşurarea polilor auxiliari şi prin periile maşinii. Aplicând teorema a

2-a a lui Kirchhoff unui contur Г care porneşte de la borna A2, trece prin înfăşurarea polilor

auxiliari, înfăşurarea rotorului, borna A1 şi prin aer, înapoi la A2 şi, aplicând convenţia de

sensuri pentru dipolul generator, rezultă:

(2.7)

unde RA reprezintă rezistenţa totală a înfăşurării rotorului şi a înfăşurării polilor auxiliari, care

totdeauna sunt legate în serie.

Căderea de tensiune în contactul perie-colector s-a neglijat, fiind foarte mică,

(1,5…4) V.

Relaţia (2.7) se numeşte ecuaţia de funcţionare a maşinii în regim de generator. Ea se

mai poate scrie şi sub forma:

(2.8)

37


Mărimile care caracterizează funcţionarea generatorului de curent continuu sunt UA, IA,

n şi curentul de excitaţie.

Generatoarele de curent continuu au următoarele caracteristici:

- caracteristica de funcţionare în gol,

- caracteristica externă şi caracteristica de reglaj.

2.6.2. Caracteristica de funcţionare în gol

Caracteristica la constant şi se ridică experimental considerând

maşina cu excitaţie independentă, cu întrerupătorul K deschis şi citind la voltmetru V valoarea

tensiunii Eo pentru diferite valori ale curentului de excitaţie Ie, citite la ampermetrul Ae,

(fig. 2.9). La , maşina are o tensiune remanentă Ur de 3 până la 10 % din tensiunea

nominală Un situată în zona cotului curbei.

Fig. 2.9. Caracteristica la funcţionarea în gol a maşinii de curent continuu

2.6.3. Caracteristica externă

Dacă constant, atunci constant, şi din relaţia (2.8) rezultă că dacă curentul de

sarcină Ia creşte, tensiunea la bornele maşinii scade treptat conform unei curbe numită

38


caracteristica externă a generatorului. Prin urmare, maşina transformă puterea mecanică

primită de la motorul primar în putere electrică cedată unui receptor. Deci maşina

funcţionează în regim de generator electric.

Fig. 2.10. Caracteristica externă a generatorului de curent continuu

Căderea nominală de tensiune este de 5…15 % din tensiunea nominală, valorile mai

mari fiind pentru maşinile mai mici.

2.6.4. Bilanţul puterii

Puterea mecanică transmisă maşinii de curent continuu de către motorul primar, prin

intermediul arborelui va fi:

unde:

Pm - reprezintă pierderile datorită frecărilor mecanice;

PFe - pierderile în fierul motorului;

39


P - partea din puterea mecanică primită de maşină şi care se transformă în putere electrică.

La rândul ei aceeaşi putere electromagnetică are două componente:

(2.9)

şi anume:

- puterea care se transmite receptorului conectat la bornele maşinii şi

reprezintă puterea electrică utilă

- puterea care reprezintă pierderile Joule în înfăşurările rotorului şi polilor

auxiliari.

2.7. Funcţionarea generatorului de curent continuu cu excitaţie derivaţie

Generatorul cu excitaţie derivaţie este cel mai răspândit tip de generator de curent

continuu. Acesta este un generator auto excitat, care nu are nevoie de o sursă exterioară de

curent continuu pentru alimentarea înfăşurării de excitaţie. Excitaţia este alimentată de însăşi

înfăşurarea rotorului cu care este legată în derivaţie (fig. 2.11). Să presupunem că rotorul

acestui generator este rotit de motorul primar cu o viteză de rotaţie constantă. Dacă maşina a

mai funcţionat anterior şi prezintă o anumită magnetizaţie remanentă, apare la borne o

tensiune Ur când întrerupătorul K’ este deschis (fig. 2.12). Maşina se poate excita dacă prin

închiderea comutatorului K’ curentul de excitaţie produce un flux care se adaugă la fluxul

remanent. Dacă la închiderea lui K’, Ur scade, se comută K’ pe cealaltă poziţie. Când sensul lui

Ie dat de tensiunea Ur este corespunzător, fluxul produs întăreşte fluxul remanent, iar t.e.m. va

creşte şi o dată cu ea, curentul Ie, până la stabilirea unui echilibru între tensiunea la borne şi

curentul de excitaţie în zona cotului curbei. Curentul de excitaţie creşte liniar cu tensiunea,

dar, în zona cotului curbei, la aceleaşi valori de creştere ale curentului, valorile de creştere ale

tensiunii scad, până la stabilirea unui echilibru.

40


Fig. 2.11. Schema de principiu pentru încercarea generatorului cu excitaţie derivaţie

Fig. 2.12. Explicativă pentru procesul de autoexcitare

Se aplică legea inducţiei electromagnetice circuitului format din înfăşurarea rotorului

şi înfăşurarea de excitaţie (întrerupătorul K deschis) şi folosind notaţiile:

e0 - t.e.m. instantanee la un moment dat t oarecare din intervalul de timp în care se

desfăşoară procesul de autoexcitare,

ie – curentul respectiv din circuit,

Re – rezistenţa înfăşurării de excitaţie,

Rc – rezistenţa reostatului de câmp,

Le – inductivitatea înfăşurării rotorului.

41


Obţinem:

(2.10)

Prin urmare, unei tensiuni electromotoare e0 date îi corespunde un anumit curent de

excitaţie ie, care verifică ecuaţia de mai sus. De asemenea, unui anumit curent de excitaţie ie îi

corespunde o anumită t.e.m. indusă e0, exact ca la generatorul cu excitaţie separată, conform

relaţiei , reprezentată printr-o caracteristică (curba a din fig. 2.12).

Între e0 şi ie există deci o dublă dependenţă. Dacă constant, Re şi RA fiind mărimi

date pentru o maşină dată, căderea de tensiune variază proporţional cu ie şi

poate fi reprezentată grafic printr-o dreaptă, numită dreapta excitaţiei (linia b).

Din triunghiul dreptunghic OBC, rezultă că:

Prin urmare, fiecărei valori Rc a rezistenţei reostatului de câmp îi corespunde o dreaptă

care trece prin origine, dar care are o pantă diferită (un unghi diferit).

În fig. 2.12, segmentul pe ordonată între caracteristica a de mers în gol şi

dreapta b reprezintă diferenţa:

Acest segment care depinde de variaţia în timp a curentului ie poate fi considerat ca o

măsură a intensităţii procesului de autoexcitare. Acest proces se încheie atunci când diferenţa

, respectiv t.e.m. e0 nu mai variază în timp. Deci acest proces de

autoexcitare este terminat atunci când e0 şi respectiv ie au atins valorile corespunzătoare

punctului M de intersecţie a curbelor a şi b din figura 2.12. Observăm că procesul de

autoexcitare este convenabil pentru funcţionarea generatorului dacă punctul de intersecţie M

se află în zona cotului curbei a sau după acest cot, adică dacă rezistenţa Rc variabilă a

42


reostatului de câmp are o astfel de valoare încât dreapta b să se afle sub porţiunea liniară a

caracteristicii a, adică este îndeplinită inegalitatea :

în care este unghiul format de porţiunea liniară a caracteristicii cu axa

absciselor.

Dacă rezistenţa Rc este mai mare (curba c) punctul de intersecţie M coboară în zona

t.e.m. foarte mici, de ordinul de mărime a t.e.m. remanente. În această situaţie, procesul de

autoexcitare nu permite funcţionarea normală a generatorului.

Caracteristica externă este asemănătoare cu cea a generatorului cu excitaţie independentă. Generatorul cu excitaţie serie nu se foloseşte în practică.

2.7.1. Caracteristica de reglaj

Caracteristica reglajului pentru constant este definită de la

constant şi nu are sens decât la generatoarele cu excitaţie separată şi derivaţie. Forma acestei

caracteristici (fig. 2.13) se justifică de caracteristica externă. Dacă trebuie ca constant

reiese din relaţia (2.8) că la creşterea curentului IA trebuie să crească E0, deci curentul de

excitaţie Ie care produce fluxul . Din cauza saturaţiei circuitului magnetic creşterile

curentului Ie sunt mai mari decât căderile de tensiune pe care le compensează, depăşind cu 10

% până la 30 % valoarea curentului de excitaţie pentru care se obţine tensiunea nominală Un,

când .

Fig. 2.13. Caracteristica reglajului la generatorul de curent continuu

43


2.8. Funcţionarea motorului de curent continuu cu excitaţie derivaţie

Maşina de curent continuu poate funcţiona şi în regim de receptor de energie electrică

(motor electric). Un motor electric transformă puterea electrică primită de la o reţea electrică

în putere mecanică, prin intermediul câmpului electromagnetic.

Să considerăm un motor de curent continuu cu excitaţie-derivaţie (fig. 2.14) alimentat

de la o reţea un anumit curent continuu, cu tensiunea constantă. Maşina va absorbi de la reţea

un anumit curent I, care se va ramifica în cele două înfăşurări în derivaţie ale maşinii: IA în

înfăşurarea rotorului şi a polilor auxiliari şi Ie în înfăşurarea de excitaţie, deci .

Fig. 2.14. Schema de principiu a motorului de curent continuu cu excitaţie derivaţie

Conductoarele înfăşurării rotorului fiind străbătute de curent şi aflându-se în câmpul

polilor de excitaţie vor fi solicitate de forţe electromagnetice care vor da naştere unui cuplu de

rotaţie. Dacă acest cuplu este mai mare decât cuplul static total la arborele motorului, atunci,

rotorul se va pune în mişcare. Această mişcare este accelerată până la momentul în care cuplul

dezvoltat de motor este egalat de cuplul total rezistent, după care mişcarea devine uniformă.

Prin urmare, maşina primeşte putere electrică de la reţeaua electrică de curent continuu şi o

cedează la arbore sub forma de putere mecanică. Desigur că în secţiunile înfăşurării rotorului

e induc tensiuni electromotoare, întocmai ca şi la generatorul de curent continuu, diferitele

secţii rotindu-se în câmpul polilor de excitaţie. Dacă n este viteza de rotaţie a motorului şi

44


fluxul rezultant pe un pol, atunci, considerând ca sens pozitiv de parcurgere a diferitelor secţii

sensul curentului IA, rezultă că t.e.m. pe o cale de curent este dată de expresia:

(2.11)

Semnul minus al t.e.m. induse între bornele motorului arată că acesta are sens invers

sensului pozitiv ales, adică este de sens invers curentului absorbit IA.

Adoptând pentru motor convenţia privind sensurile pozitive adoptate pentru dipolul

receptor (fig. 2.14), putem deduce ecuaţia de funcţionare a motorului. Pentru aceasta aplicăm

teorema a doua a lui Kirchhoff unui contur , care începe de la borna A, străbate înfăşurarea

rotorului prin interiorul conductoarelor din care sunt realizate secţiile înfăşurării şi se ajunge

la borna B, închizându-se apoi prin aer la borna A. Se obţine:

sau ordonând termenii în alt mod:

(2.12)

Multiplicând fiecare termen al relaţiei (2.12) cu curentul IA, rezultă:

Ţinând seama că , obţinem:

Puterea electrică absorbită de motor de la reţea se distribuie deci astfel:

- în rezistenţa înfăşurării rotorului prin efect Joule;

- în contactul electric dintre perii şi colector;

- în înfăşurarea de excitaţie, prin efect Joule

- în puterea mecanică.

Notând cu viteza unghiulară a rotorului, putem scrie:

45


unde M este cuplul total dezvoltat în motor.

Dacă se ţine seama de expresia t.e.m. (2.11) rezultă formula cuplului electromagnetic

dezvoltat de motor devine:

Aşadar, cuplul electromagnetic al motorului de curent continuu este proporţional cu

fluxul polilor de excitaţie şi cu curentul absorbit de înfăşurarea rotorului.

Pentru o maşină dată mărimile p, a, N sunt cunoscute, deci se poate scrie:

unde s-a notat:

, .

O parte din puterea mecanică totală produsă de motor se pierde

chiar în maşină, pentru acoperirea pierderilor mecanice Pm, care apar datorită frecărilor în

lagăre, frecărilor cu aerul, cu ventilatorul şi pierderilor în fierul rotorului PFe.

De obicei, cea mai mare parte, şi anume P2, este transmisă instalaţiei mecanice

antrenate de motor (macara, tramvai, etc.).

Deci:

(2.13)

Cum tensiunea UA a reţelei de alimentare este presupusă constantă, indiferent de

condiţiile de funcţionare a motorului electric, înfăşurarea de excitaţie funcţionează complet

independent de înfăşurarea rotorului. Prin urmare, motorul de curent continuu cu excitaţie

derivaţie poate fi considerat în acelaşi timp motor cu excitaţia separată.

46


Deoarece , unde ke este o constantă pentru o maşină dată, se poate baza

ecuaţia de funcţionare:

(2.14)

Această relaţie pune în evidenţă factorii care determină valoarea vitezei de rotaţie. O

caracteristică importantă a motorului derivaţiei o reprezintă caracteristica vitezei la mersul în

sarcină. Ea este definită prin , pentru constant şi constant. Deoarece, în

general, curentul de excitaţie în regim normal de funcţionare reprezintă câteva procente din

curentul înfăşurării rotorului şi deci , se poate considera că această

caracteristică este practic aceeaşi cu .

Aşadar, reluând ecuaţia putem scrie că:

(2.15)

unde:

reprezintă aşa-numita viteză la mersul în gol ideal ( ; motorul nu are pierderi).

Atunci când curentul IA creşte, deoarece 0 şi implicit Ie sunt constante, viteza de rotaţie

scade. Scăderea este puţin importantă faţă de viteza la mersul în gol corespunzătoare aceluiaşi

curent de excitaţie (care se menţine constant), deoarece chiar la plină sarcină căderea de

tensiune nu reprezintă decât câteva procente din tensiunea UA. Deci în sarcină normală,

în raport cu mersul în gol, viteza scade cu câteva procente (fig. 2.15).

47


Fig. 2.15. Caracteristica vitezei la mersul în sarcină a motorului cu excitaţie derivaţie

O altă caracteristică importantă a motorului este caracteristica mecanică, definită prin

ecuaţia pentru constant şi constant. Această caracteristică este derivată

din caracteristica vitezei la mersul în sarcină.

Deoarece

M= N IA

atunci pentru o maşină dată .

Dacă curentul de excitaţie este constant, cuplul este proporţional cu curentul IA din

înfăşurarea rotorului. În consecinţă, caracteristica are aceeaşi alură ca şi caracteristica vitezei

la mersul în sarcină. Expresia analitică a caracteristicii mecanice se deduce din

relaţia (2.15) înlocuind

.

În acest fel se obţine:

(2.16)

48


Dar:

reprezintă viteza de mers în gol ideală.

Pe de altă parte, cuplul de pornire, corespunzător vitezei , se deduce din relaţia

(2.16):

(2.17)

În consecinţă, caracteristica mecanică se poate scrie sub forma:

(2.18)

ţinând seama că:

O asemenea caracteristică mecanică, în care viteza de rotaţie scade foarte puţin (câteva

procente ) la mersul în sarcină faţă de mersul în gol este denumită caracteristică dură.

Motorul electric cu excitaţie derivaţie are, aşadar, o caracteristică mecanică dură.

Această caracteristică permite utilizarea motorului cu derivaţie excitaţie la acele

instalaţii care necesită o viteză de rotaţie practic constantă.

2.9. Funcţionarea motorului de curent continuu cu excitaţie serie

Acest tip de motor are o largă utilizare în industrie. Schema de principiu utilizată pentru

determinarea caracteristicilor acestui tip de motor este reprezentată în fig. 2.16.

49


Fig. 2.16. Schema de principiu pentru încercarea motorului cu excitaţie serie

Funcţionarea motorului cu excitaţie serie nu se deosebeşte principal de cea a motorului

cu excitaţie – derivaţie. Ecuaţia de funcţionare este dată de aceeaşi relaţie (2.12) în care UA

reprezintă tensiunea la bornele înfăşurării rotorului şi a polilor auxiliari.

Dacă U este tensiunea reţelei de alimentare, atunci putem scrie relaţia:

(2.19)

Ecuaţiile referitoare la cuplul electromagnetic şi la bilanţul de puteri sunt identice cu

cele ale motorului cu excitaţie derivaţie.

Înfăşurarea de excitaţie fiind legată în serie cu înfăşurarea rotorului, va fi străbătută de

acelaşi curent, deci: .

Caracteristica vitezei la mersul în sarcină a motorului este pentru

constant. Alura acestei caracteristici se deduce din expresia (2.14), unde se înlocuieşte

:

(2.20)

Când curentul absorbit de la reţea creşte, numărătorul expresiei scade. În

acelaşi timp, numitorul creşte deoarece . Când curentul IA variază de la mersul în

gol al motorului la mersul în sarcină nominală, numitorul creşte sensibil, la început 50


proporţional cu curentul IA, iar apoi, când se face resimţită saturaţia circuitului magnetic,

rămâne practic constant. În consecinţă, viteza de rotaţie variază sensibil cu curentul de sarcină,

viteza de rotaţie este foarte mare, iar la sarcini mari, viteza scade simţitor (fig. 2.17).

Fig. 2.17. Caracteristica vitezei la motorul de curent continuu cu excitaţie serie

În apropierea curentului de sarcină nominal IAn, viteza de rotaţie nu mai scade decât în

foarte mică măsură (numitorul fracţiei rămâne practic constant).

Caracteristica mecanică este definită prin ecuaţia pentru constant.

În cazul acestui tip de motor, şi atunci când circuitul magnetic este nesaturat,

este proporţional cu IA, şi deci .

Înlocuind pe IA cu

,

se obţine:

51


adică o caracteristică mecanică asemănătoare unei hiperbole (fig. 2.18).

Fig. 2.18. Caracteristica mecanică a motorului de curent continuu cu excitaţie serie

Aşa cum se poate observa caracteristica este rapid căzătoare, încât ea este denumită

caracteristică elastică (suplă). Acest tip de motor se pretează la acţionările electrice din

instalaţiile de ridicat şi în tracţiunea electrică.

O deficienţă a motoarelor serie constă în faptul că la sarcini mici rotorul poate atinge

turaţii foarte mari (maşina se ambalează). Pentru acest motiv, la unele motoare cu excitaţie

serie de putere mică se prevăd limitatoarele automate de viteză.

2.10. Pornirea şi inversarea sensului de rotaţie a motoarelor de curent continuu

În baza relaţiei , maşina poate dezvolta un cuplu la arbore dacă este

excitată, adică există un flux inductor, şi dacă indusul este parcurs de curent, adică maşina este

alimentată de la o sursă de energie.

La pornire, când , t.e.m. şi în această situaţie relaţia devine

. Considerând că tensiunea de alimentare a maşinii este tensiunea

nominală Un, notând valoarea curentului la pornire cu Ip, astfel încât sau

( arată de câte ori este mai mare curentul de pornire faţă de curentul

nominal). Cum căderea de tensiune pe înfăşurarea indusului pentru o sarcină nominală este

52


, valorile mai mici fiind la maşinile mai mari, atunci ,

curentul de pornire Ip ar fi de la 6 până la 20 de ori curentul nominal In. Aşadar, motoarele de

curent continuu absorb în momentul pornirii un curent deosebit de mare în raport cu curentul

nominal. Curentul absorbit are tendinţa de a creşte foarte repede, atingând într-un timp scurt

valori ridicate (fig. 2.19). În acelaşi timp cu acest şoc de curent se înregistrează şi un şoc de

cuplu, fiindcă aceasta este funcţie de curentul IA. Pe măsură ce motorul se accelerează şi viteza

sa creşte, apare t.e.m. E0 (al cărei sens real este opus curentului IA) şi curentul începe să se

micşoreze în timp, atingând, atunci când mişcarea de rotaţie devine uniformă, valoarea

staţionară relativ redusă, în funcţie de cuplul rezistent la arborele maşinii.

Fig. 2.19. Variaţia în timp a curentului absorbit de motor în cursul procesului de pornire

Maşinile de mică putere, la care , deci şi timpul de pornire este

sub o secundă, se pot porni prin conectare directă de la reţea. Maşinile de putere mai mare

trebuie pornite fie prin alimentarea cu o tensiune redusă fie prin introducerea în serie cu

indusul a unui reostat de pornire de rezistenţă Rp pentru a limita curentul iniţial de pornire la

valori . Pentru un curent dat Ip, tensiunea la borne va fi , iar în cazul

folosirii reostatului de pornire de rezistenţă Rp, (fig. 2.20):

53


şi deci este necesar ca:

(2.21)

Curentul Ip fiind limitat şi ştiind că , cuplul iniţial de pornire, ,

va mai putea fi mărit numai prin creşterea curentului de excitaţie Ie. La motorul serie, la care

este asigurat un cuplu bun de pornire, . La motoarele cu excitaţie serie

reostatul de câmp se va pune pe poziţie de rezistenţă minimă pentru un curent de excitaţie Ie

maxim admis, iar la motoarele de excitaţie derivaţie, în afara reostatul de câmp care se pune

pe poziţia trebuie ca înfăşurarea de excitaţie să fie legată la reţea înaintea reostatului de

pornire pentru a nu micşora tensiunea de excitaţie la pornire cu valoarea .

Pentru motorul cu excitaţie derivaţie remarcăm faptul că atunci când se conectează în

serie cu înfăşurarea rotorului o rezistenţă de pornire Rp, caracteristica mecanică se schimbă

conform relaţiei:

, iar

rezultă:

(2.22)

caracteristica devenind cu atât mai scăzătoare cu cât Rp este mai mare.

La deconectarea motorului cu excitaţie derivaţie de la reţeaua electrică de alimentare,

trebuie să nu se întrerupă circuitul de excitaţie, întrucât, datorită inducţiei mari a înfăşurării de

excitaţie, energia localizată în câmpul magnetic al maşinii este relativ mare, iar la întreruperea

circuitului de excitaţie pot apărea arcuri electrice importante şi supratensiuni.

Deconectarea se face în ordinea următoare :

- se întrerupe circuitul indusului;

- reostatul Rc se pune pe poziţia maximă (curentul de excitaţie Ie să fie minim);54


- se întrerupe circuitul de excitaţie.

Inversarea sensului de rotaţie a motoarelor de curent continuu se obţine prin inversarea

sensului cuplului electromagnetic M dezvoltat de motor. Cum , rezultă că prin

inversarea sensului de rotaţie este suficient să se inverseze sensul curentului în înfăşurarea de

excitaţie şi în nici un caz amândouă în acelaşi timp. Trebuie reţinut că prin schimbarea între

ele a legăturilor motorului la reţea nu se realizează inversarea sensului de rotaţie, întrucât se

schimbă simultan atât sensul curentului Ie (deci a fluxului ), atât la motorul cu excitaţie

derivaţie cât şi la cel cu excitaţie serie.

2.11. Reglarea vitezei motoarelor de curent continuu

Motoarele de curent continuu prezintă în privinţa reglării vitezei (manual sau automat)

avantaje nete faţă de motoarele de curent alternativ, atât în privinţa limitelor de reglare cât şi a

economicităţii reglării. Din studiul expresiei :

rezultă metodele de reglare a vitezei:

- prin variaţia tensiunii sursei de alimentare a motorului (cu variatoare de tensiune

electronice sau cu grup Ward – Leonard ( caracteristici de tensiune);

- prin introducerea unei rezistenţe în serie cu rotorul (caracteristici de flux).

2.11.1 Reglarea turaţiei prin variaţia tensiunii U a sursei de alimentare la flux

constant

Această metodă se aplică numai când este necesară o reglare a vitezei în limite foarte

largi.

În fig. 2.20 este prezentată schema electrică de principiu a uni grup generator-motor

(denumit uneori grup Ward-Leonard), în care:

MA - motor de curent alternativ (motor antrenare);

G - generator de curent continuu;

M - motor de curent continuu;

55


E - generator de curent continuu, denumit excitatoare, necesar alimentării înfăşurătorilor de

excitaţie ale generatorului G şi motorului M.

Fig. 2.20. Grup generator-motor

Fig. 2.21. Caracteristicile mecanice pentru diferite tensiuni

Generatorul G alimentează direct motorul M.

Reglarea vitezei de rotaţie a motorului M se poate realiza în două moduri:

56


a) se menţine constant fluxul de excitaţie al motorului, în general la valoarea sa

nominală şi se modifică tensiunea electromotoare E0G a generatorului prin variaţia fluxului de

excitaţie a generatorului cu ajutorul reostatului RcG.

b) se menţine constantă tensiunea electromotoare E0G a generatorului la valoarea sa

nominală şi se micşorează fluxul magnetic al motorului, acţionând asupra reostatului RcM.

Variaţia simultană a celor două fluxuri nu se utilizează în practică, preferându-se

succesiunea indicată. În acest fel se obţine un domeniu larg de reglare a vitezei şi valori

acceptabile pentru curentul din circuitul rotoric al maşinilor de curent continuu.

2.11.2. Reglarea vitezei de rotaţie cu ajutorul unui reostat în serie cu rotorul

Considerând-se că tensiunea U a reţelei electrice de alimentare şi curentul de excitaţie

Ie sunt constante, această metodă se poate aplica motoarelor cu excitaţie derivaţie introducând

o rezistenţă în serie cu înfăşurarea rotorului (fig. 2.22).

Fig. 2.22. Reglarea vitezei prin conectarea de rezistenţe în circuitul indusului

Considerând un motor derivaţie, putem scrie următoarele ecuaţii de funcţionare :

57


Eliminând tensiunea UA şi ţinând seama că , obţinem:

Va rezulta că:

şi putem scrie:

(2.23)

ce reprezintă o caracteristică mecanică artificială de forma unei drepte.

Atunci când cuplul electromagnetic este nul ( ) rezultă că . Deci, întocmai

ca şi caracteristica naturală, noua caracteristică trece prin punctul (0, n0), în schimb este rapid

căzătoare. În fig. 2.23 sunt reprezentate diferite caracteristici mecanice care se obţin pentru

diferite valori ale rezistenţei variabile RS, conectate în serie cu înfăşurarea rotorului. Aşa cum

se poate observa pentru acelaşi cuplu motorul poate dezvolta diferite turaţii n, în funcţie de

valoarea rezistenţei RS, curentul absorbit şi deci puterea absorbită rămânând constante (dacă

constant, în cazul când constant, rezultă constant). Rezistenţa de reglare poate

fi utilizată şi ca rezistenţa de pornire, în schimb nu este permisă întrebuinţarea rezistenţei de

pornire ca rezistenţă de reglare nefiind dimensionată în acest scop.

58


Fig. 2.23. Caracteristicile mecanice în cazul unei rezistenţe variabile conectate în serie

Această metodă de reglare a vitezei este însă neeconomică, prin pierderea importantă

de putere în rezistenţa RS prin efect Joule, iar randamentul este din ce în ce mai slab la viteze

din ce în ce mai mici.

2.11.3. Reglarea vitezei prin modificarea fluxului de excitaţie

Metoda poate fi aplicată prin variaţia curentului de excitaţie Ie, cu ajutorul reostatului

de câmp Rc. Ne vom referi pentru început la motorul derivaţie, şi să presupunem că

constant şi ; prin urmare constant. Pentru două valori diferite Ie1 şi Ie2 ale

curentului de excitaţie, rezultă două valori diferite ale fluxurilor , respectiv , fie

.

Din relaţia:

(2.24)

ţinând seama că termenul nu afectează decât cu câteva procente suma

, rezultă că . Prin urmare, micşorarea curentului de excitaţie conduce la creşterea

vitezei de rotaţie şi a curentului absorbit de înfăşurarea indusului, în condiţii de cuplu

constant. Caracteristicile mecanice obţinute sunt redate în figura 2.24.

59


Fig. 2.24. Caracteristicile mecanice ale motorului cu excitaţie variabilă, la flux variabil

Fig. 2.25. Conectarea reostatului de câmp pentru

reglarea vitezei motorului cu excitaţie serie

Remarcăm faptul că, dacă cuplul rămâne constant, odată cu micşorarea fluxului de

excitaţie, curentul IA absorbit de motor creşte.

60


CAPITOLUL 3

DESCRIEREA PLĂCII DE DEZVOLTARE IPS110

3.1. Introducere

IPS110 este o familie de mini-dispozitive de acţionare a motorului pas cu pas

inteligent, bazat pe tehnologia DSP de ultimă oră şi care oferă performanţe de acţionare

nemaipomenite combinate cu un controler de mişcare încapsulat. Corespunzător pentru

control motorului de curent continuu şi motoarelor pas-cu-pas, acţionările cu IPS110 acceptă

ca reacţie de poziţie codificatoarele de tip incrementale. Toate acţionările execută

poziţionarea, controlul vitezei şi cuplului şi lucrează fie în configuraţie mono- sau multiaxe,

fie în configuraţie de sine-stătătoare. Cu ajutorul controlerului de mişcare încapsulat,

acţionarea cu IPS110 combină controlul, acţionarea şi funcţionalitatea PLC într-o singură

unitate compactă şi este capabil pentru executarea unor mişcări complexe fără necesitarea

unei intervenţii unui controler de mişcare extern. Folosind tehnologia de înalt-

nivel Technosoft Motion Language (TML), pot fi executate următoarele operaţii direct la

nivelul unităţii:

Configurarea diverselor moduri de mişcare (profile, PVT, PT, viteză electronică,

etc.)

Modificarea modurilor de mişcare şi/sau parametrilor de mişcare

Executarea succesiunilor de revenire

Controlul curgerii programului prin:

Salturi condiţionale şi apelări de funcţii TML

Întreruperi TML generate pe condiţii predefinite sau programabile

(declanşatoare de protecţie, tranziţii pe pe întrerupător de sfârşit de cursă sau intrări de

captură, etc.)

Manipularea intrărilor/ieşirilor digitale şi semnalelor de intrare analoge

Executarea operaţiunilor aritmetice şi logice

Executarea transferurilor de date între axe

61


Controlarea mişcării unei axe de la o altă axă prin comenzi de mişcare date între

axe

Trimiterea comenzilor unui grup de axe (distribuţie). Aceasta include posibilitatea

pornirii simultane a secvenţelor de mişcare către toate axele din grup.

Sincronizarea tuturor axelor dintr-o reţea.

Folosind programul Easymotion Studio pentru programarea TML se poate distribui în

mod real inteligenţa între dispozitivul master şi aplicaţiile complexe multi-ax, reducând

deopotrivă timpul de dezvoltare şi cerinţele de comunicare totale. De exemplu, în loc de a

încerca să comandăm fiecare mişcare a unui ax, putem să programăm dispozitivele acţionate

folosind TML pentru a executa sarcini de mişcare complexe şi de a informa dispozitivul

master când aceste sarcini sunt îndeplinite. Astfel, pentru fiecare axă, controlul operaţiei de

acţionare poate fi rezumat la: apelarea funcţiilor TML înmagazinate în EEPROM (cu

posibilitate renunţării execuţiilor lor dacă este necesar) şi aşteptarea unui mesaj, care confirmã

executarea funcţiilor TML.

Independent de dispozitivul master CANopen, unităţile IPS110 pot fi controlate de la

un calculator sau PLC folosind familia de biblioteci de mişcare TML_LIB. Pentru toate

opţiunile de programare a mişcării, împuternicirea IPS110 pentru aplicaţie este îndeplinită

folosind Easysetup

3.2. Caracteristicile plăcii IPS110

Acţionarea digitală pentru controlul motoarelor de curent continuu şi motoarelor

pas-cu-pas având controler de mişcare încapsulat şi limbaj de mişcare TML de înalt nivel

Control de poziţie, viteză şi cuplu

Diverse moduri de programare a mişcării:

Profile de poziţie cu aspect trapezoidal sau în formă de S a vitezei

Ordin de interpolare a poziţiei, vitezei, timpului (PVT)

Ordin de interpolare a poziţiei, timpului (PT)

Angrenaj electronic sau cu came

Referinţă analogică sau digitală externă

33 de moduri de homing

Interfaţă de codare incrementală dublă: 5 V simetric sau cu colector în gol

Interfaţă de impuls şi direcţie (5 V sau 24 V simetric, cu colector în gol sau RS-

422 diferenţial) pentru referinţe digitale externe (master)

62


Interfaţă cu senzor liniar Hall

Intrări/ieşiri digitale:

Două linii digitale de intrare/ieşire (compatibile TTL) în comun cu două

intrări analogice (0...3,3 V)

Intrare RESET

Întreruptoare de limitare (LSP sau LSN)

Interfaţă serială RS-232 care transmite până la 115 kbaud

CAN-bus 2.0A/2.0B până la 1 MB/s, cu protocoale de comunicare selectabile:

CANopen – compatibil cu standardul CiA: DS301 şi DSP402

TMLCAN – compatibl cu toate acţionările Tehnosoft şi interfaţă CANbus

Memorie 1.5K 16 SRAM pentru achiziţii de date şi 8K 16 E2ROM pentru datele

de instalare şi programele TML

Selecţie hardware Axis ID – suduri îmbinate

Frecvenţă de schimbare nominală PWM 20 kHz

Frecvenţa de actualizare nominală pentru ciclu de cuplu 10 kHz

Frecvenţa de actualizare pentru ciclul vitezei/cuplului 1-10 kHz

Curentul de ieşire continuu 0,5ARMS

Curentul de ieşire de vârf 1 A

Tensiunea de alimentare logică 5 V curent continuu

Tensiunea de alimentare a motorului V curent continuu

Inductanţa de sarcină minimă 25 H la 12 V; 100 H la 45 V

Temperatura ambientală de operare 0-40 0C

3.3. Configuraţii motor-senzor suportate

1. Controlul poziţiei, vitezei sau cuplului unui motor de curent continuu rotativ cu un

codificator de tip incremental pe axul lui.

Factorii de scalare ţin seama de raportul de transformare dintre motor şi sarcină

(rotativă sau liniară). De aceea, comanda mişcării (pentru poziţie, viteză şi acceleraţie)

exprimată în unităţi de măsură SI (sau derivate) se referă la sarcină, în timp ce aceleaşi

comenzi, exprimate în unităţi de măsură IU, se referă la motor.

63


Fig. 3.1. Motor rotativ de curent continuu. Controlul poziţiei/vitezei/cuplului.

Codificator de tip incremental pe motor.

2. Control în buclă deschisă a unui motor bifazat pas-cu-pas în poziţie sau viteză.

Factorii de scalare ţin seamã de raportul de transformare dintre motor şi sarcină

(rotativă sau liniară). De aceea, comanda mişcării (pentru poziţie, viteză şi acceleraţie)

exprimată în unităţi de măsură SI (sau derivate) se referă la sarcină, în timp ce aceleaşi

comenzi, exprimate în unităţi de măsură IU, se referă la motor.

Fig. 3.2. Fără reacţie de poziţie sau viteză.

Control în buclă deschisă: poziţia motorului sau viteză.

3. Control în buclă închisă de poziţie a sarcinii folosind un codificator pe sarcină,

combinat cu un control în buclă deschisă a unui motor bifazat pas-cu-pas în viteză, cu

referinţa de viteză furnizată de un controler de poziţie.

Comenzile mişcării în ambele unităţi de măsură SI şi IU se referă la sarcină.

64


Fig. 3.3. Codificator pe sarcină. Control în buclă închisă: poziţia sarcinii.

Control în buclă deschisă: viteza motorului.

4. Control în buclă închisă a unui motor bifazat pas-cu-pas în poziţie, viteză sau cuplu.

Factorii de scalare ţin seama de raportul de transformare dintre motor şi sarcină

(rotativă sau liniară). De aceea, comanda mişcării exprimată în unităţi de măsură SI (sau

derivate) se referă la sarcină, în timp ce aceleaşi comenzi, exprimate în unităţi de măsură IU

se referă la motor.

Fig. 3.4. Codificator pe axul motorului. Control în

buclă închisă: poziţia motorului, viteza şi cuplu.

3.4. Dimensiunile dispozitivului de acţionare IPS110

În fig. 3.5 se prezintă dimensiunile dispozitivului de acţionare IPS110.

65


Fig. 3.5. Dimensiunile dispozitivului de acţionare IPS110

3.5. Instalarea hardware

3.5.1. Montarea lui IPS110

IPS110 a fost proiectat să fie răcit prin convecţie naturală. El va fi montat orizontal pe

o placă de circuite integrate (fig. 3.6).

66


Fig. 3.6 Montarea recomandată a lui IPA110 pe o placă de circuite integrate

3.5.2. Diagramele de conectori şi conexiuni

3.5.2.1. Amplasamentul conectorilor

În fig. 3.7. se prezintă amplasamentul conectorilor.

Fig. 3.7. Aranjamentul conectorilor lui IPS110

67


3.5.2.2. Conectorii J1

Pin Numele pinului Numele TML Tipul Funcţia / Funcţia alternantă / Comentarii

1 +VMOT - ITerminalul pozitiv al alimentării motorului

Vcc

2 +VMOT - ITerminalul pozitiv al alimentării motorului

Vcc

3 A+ - IFaza A+ pentru motorul pas-cu-pas

Motor+ pentru motorul de curent continuu

4 A- - IFaza A- pentru motorul pas-cu-pas

Motor- pentru motorul de curent continuu

5 B+ - IFaza B+ pentru motorul pas-cu-pas

Motor+ pentru motorul de curent continuu

6 B- - IFaza B- pentru motorul pas-cu-pas

Motor- pentru motorul de curent continuu

7 GND - - Împământarea

8 GND - - Împământarea

9 +5V - ITerminalul pozitiv al alimentării logice

+5V cc

10 TX232 - O Transmisia de date TX232

11 RX232 - I Recepţia de date RX232

12 RESET - ISemnalul de RESET – conectează GND

pentru a reseta placa

68


3.5.2.3. Conectorii J2

Pin Numele pinului Numele TML Tipul Funcţia / Funcţia alternantă / Comentarii

1 ENCA - I Semnal codificator A

2 ENCB - I Semnal codificator B

3 Puls+

IN#38 /

PULSE

I Terminalele pozitive şi negative ale

întrării IN#38 / PULSE sunt compatibile

RS-422

Poate fi utilizat ca intrare PULSE în

modul de mişcare Puls şi Direcţie

4 Puls- I

5 Dir+

IN#37 /

DIR

I Terminalele pozitive şi negative ale

întrării IN#37 / DIR sunt compatibile

RS-422

Poate fi utilizat ca intrare DIRECTION

în modul de mişcare Puls şi Direcţie

6 Dir- I

7IO#35 / Sin /

LSP / CAPI

IO#35 /

CAPII

IO#35 – intrare/ieşire digitală

(compatibilă TTL)

Sin – intrare analogă 3,3 V pentru senzor

liniar Hall

Comutator limitator – pozitiv

(compatibil TTL)

CAPI – semnal codificator Z (compatibil

TTL)

8IO#36 / Cos /

LSN / CAPI2

IO#36 /

CAPI2I

IO#35 – intrare/ieşire digitală

(compatibilă TTL)

Cos – intrare analogă 3,3 V pentru

senzor liniar Hall

Comutator limitator –negativ

(compatibil TTL)

CAPI – index codificator secundar

(compatibil TTL)

9 Referinţă AD5 I

Intrare analogă 0...3,3 V. Poate fi utilizată

ca poziţie analogă, viteză sau referinţă de

cuplu.

69


10 Reacţie AD2 I

Intrare analogă 0...3,3 V. Poate fi utilizată

ca poziţie analogă sau reacţie de viteză (de

la un tahometru).

11 CAN_H - I/O

Linie pozitivă CAN-Bus (pozitivă în timpul

bitului dominant). Neconectat la execuţia

no-CAN al lui IPS110 (P045.001.E001).

12 CAN_L - I/O

Linie negativă CAN-Bus (negativă în

timpul bitului dominant). Neconectat la

execuţia no-CAN al lui IPS110

(P045.001.E001).

3.5.2.4. Conexiunea de alimentare

3.5.2.4.1. Recomandări pentru conductorul de alimentare.

1. Se folosesc conductoare scurte şi groase între IPS110 şi sursa de alimentare a

motorului. Dacă conductoarele sunt mai lungi de 2 m, se folosesc conductoare răsucite pentru

alimentare şi întoarcerea la pământ. Pentru conductoare mai lungi de 20 m, se adaugă un

condensator electric de cel puţin 1.000 F (evaluat la o tensiune corespunzătoare) direct pe

terminalele dispozitivului IPS110.

2. Când se întrebuinţează aceeaşi sursă de alimentare a motorului pentru unităţi

multiple, se face o conexiune de stea centrată (electric) în jurul ieşirilor alimentării. Se

conectează fiecare unitate la alimentarea comună a motorului folosind conductoare separate

pentru plus şi nul.

3.5.2.4.2. Recomandări de limitare a supratensiunii în timpul frânării

În timpul frânării abrupte sau inversării mişcării, energia de recuperare este injectatã în

sursa de alimentare a motorului. Acest poate să cauzeze o sporire a tensiunii de alimentare a

motorului (depinzând de caracteristicile sursei de alimentare). Dacă tensiunea depăşeşte

valoarea , este declanşată protecţia de supratensiune a unităţii şi alimentarea unităţii este

dezactivată.

70


Fig. 3.8. Conexiunea de alimentare J1

Pentru a evita aceastã situaţie se adaugă un condensator electric pe alimentarea

motorului destul de mare pentru a absorbi energia electromotoare. Condensatorul electric

trebuie să fie evaluat la o tensiune egală sau mai mare decât supratensiunea maximă aşteptat şi

poate se fie dimensionat cu formula:

unde:

- limita de protecţie a supratensiunii [V]. Se poate citi aceastã valoare în dialogul Drive

Info, care poate să fie deschis de la Drive Setup.

- tensiunea nominală de alimentare a motorului [V]. Se poate citi aceastã valoare în

dialogul Drive Info, care poate să fie deschis de la Drive Setup.

- energia electromotoare totală [J].

În cazul unui motor rotativ şi sarcină poate sã fie calculat cu formula:

71


unde:

- inerţia totală a rotorului [kgm2];

- inerţia totală a sarcinii suportată la axul motorului după transmisie [kgm2];

- viteza unghiulară a motorului înainte de frânare [rad/s];

- masa motorului, când motorul se deplasează într-un plan ne-orizontal [kg];

- masa sarcinii, când sarcina se deplasează într-un plan ne-orizontal [kg];

g - acceleraţia gravitaţională, 9,8 m/s2;

- înălţimea iniţială a sistemului [m];

- înălţimea finală a sistemului [m];

- curentul motorului în timpul frânării [ARMS/fază];

- rezistenţa fazei motorului [ ];

- timpul de frânare [s];

- cuplul de frecare total suportat pe axul motorului - include sarcina şi transmisia [Nm].

În caz unui motor liniar şi sarcină, inerţia motorului şi inerţia sarcinii vor fi

înlocuite cu masa motorului şi masa sarcinii măsurate în [kg], viteza unghiulară va deveni

viteza liniară măsurată în [m/s] iar cuplul de frecare va deveni forţa de frecare măsurată în

[N].

Dacă calculul de mai sus al lui nu poate să fie făcut datorită pierderii datelor, o

bună valoare de pornire pentru condensatorul electric poate să fie 10.000 F / 100V.

3.5.2.5. Conexiunile motorului

72


În fig. 3.9 şi 3.10 se prezintă conexiunile motorului pas-cu-pas J1 şi J2.

Fig. 3.9. Conexiunea motorului pas-cu-pas J1

73


Fig. 3.10. Conexiunea motorului de curent continuu J2

3.5.2.6. Recomandări pentru conductorul motorului.

a) Evitarea rulării conductoarelor motorului cu alte conductoarele paralele pentru o

distanţă mai mare de 2 metri.

Dacã aceastã situaţie nu poate să fie evitată, se foloseşte un cablu izolat pentru

conductoarele motorului. Se conectează cablul izolat la pinul GND al IPS110. Se lasă celălalt

capăt deconectat.

b) Capacitatea electricã parazită între conductoarele motorului nu trebuie să

depăşească 100 nF.

Dacă se întrebuinţează cabluri foarte lungi (sute de metri), această condiţie poate să fie

îndeplinită. În acest caz, se adaugă inductori în serie între ieşirile lui IPS110 şi cablu.

Inductorii trebuie să fie izolaţi magnetic (de exemplu, toroidal), şi trebuie evaluaţi pentru

curentul de val al motorului. Caracteristic, valorile necesare sunt în jurul a 100 H.

c) O bună izolare poate fi obţinutã dacă conductoarele motorului rulează înăuntru unui

ghidaj de cablu metalic.

74


3.5.2.7. Conexiunile reacţiei

În fig. 3.11 se prezintă conexiunea codificatorului cu un singur terminal / cu colector

în gol, iar în fig. 3.12 conexiunea master-slave folosind intrarea codificatorului secundară.

Fig. 3.11. Conexiunea codificatorului cu un singur terminal / cu colector în gol

75


Fig. 3.12. Conexiune master-slave folosind intrarea codificatorului secundară

3.5.2.7.1. Recomandări pentru conductoarele dispozitivului de reacţie.

a) Trebuie păstrată conexiunea de legare la pământ dintre codificator şi dispozitivul

IPS110 chiar dacă alimentarea codificatorului nu este furnizată de dispozitiv. Când folosind

cablu izolat, conectăm cablul izolat la pinul GND al IPS110. Lăsăm izolatorul neconectat la

partea de codificator. Niciodată nu trebuie folosit izolatorul ca un conductor transportând un

semnal, de exemplu ca linia de nul. Această situaţie poate duce la o comportament mai rău

decât un cablu neizolat.

76


b) Totdeauna trebuie folosit cablurile izolate pentru a evita zgomotul de cuplare

capacitiv când folosim cablu cu lungime peste 1 m. Trebuie conectat cablul izolat la

potenţialul pământului, doar la un singur capăt. Acest punct ar putea sã fie ori IPS110

(folosind pinul GND) sau codificatorul / motorul. Nu trebuie conectat izolatorul la ambele

capete.

3.5.2.8. Conexiuni de intrare/ieşire digitale

3.5.2.8.1. Conexiunea de intrare digitală 5V

În fig. 3.13 este reprezentată conexiunea de intrare digitală 5V.

Fig. 3.13. Conexiunea de intrare digitală 5V

Magistralele IO#35, Sin (in), LSP (in) şi CAPI (in) sunt comune, de asemenea şi

magistralele IO#36, Cos (in), LSN (in) şi CAPI2 (in) sunt comune. Nu se pot folosi aceste trei

magistrale simultan ca intrare analogică şi intrare/ieşire digitală.

77


3.5.2.8.2. Conexiunea de intrare Pulse & Direction

În fig. 3.14 este reprezentată conexiunea de intrare Pulse & Direction.

Fig. 3.14. Conexiunea de intrare Pulse & Direction

Când IN#38 PULSE se întrebuinţează ca intrare PULSE în modul de deplasare

Pulse & Direction, pe fiecare margine crescătoare (sau reacţie) este incrementat / decrementat.

Când IN#37 DIR se întrebuinţează ca intrarea DIRECTION în modul de deplasare

Pulse & Direction, referinţa (sau reacţia) este crescută dacă acest pin este pus la pământ.

Trebuie folosit o pereche răsucită pentru fiecare grup diferenţial de semnale după cum

urmează: Puls+ cu Puls- şi Dir+ cu Dir-. De asemenea trebuie conectat pinul GND între

IPS110 şi generatorul P&D.

78


3.5.2.8.3. Conexiunea de ieşiri digitale

În fig. 3.15 este reprezentată conexiunea de ieşiri digitale.

Fig. 3.15. Conexiunea de ieşiri digitale

Pinii IO#35 şi IO#36 trebuie să fie programaţi ca ieşiri pentru acest mod de exploatare.

Magistralele IO#35, Sin (in), LSP (in) şi CAPI (in) sunt comune, de asemenea şi

magistralele IO#36, Cos (in), LSN (in) şi CAPI2 (in) sunt comune. Nu se pot folosi aceste trei

magistrale simultan ca intrare analogică şi intrare/ieşire digitală.

79


3.5.2.9. Conexiunea de intrări analogice

În fig. 3.16. este reprezentată conexiunea de intrări analogice.

Fig. 3.16. Conexiunea de intrări analogice

3.5.2.9.1. Recomandări pentru conductoarele de semnal analogic

Trebuie folosit un conductor izolat după cum urmează: conductorul interior conectează

semnalul activ la intrarea analogică a dispozitivului; izolatorul conectează semnalul de nul la

pinul GND.

Dacă tensiunea de ieşire a sursei de semnal este în afara domeniului 0-3,3 V, trebuie

folosiţi un divizor diferenţial cu două rezistenţe, localizat în apropierea conectorului de

intrare/ieşire a IPS110. Trebuie alese rezistenţele divizorului cât mai mici posibile ca valoare,

cât mai aproape limita curentului de ieşire a sursei de semnal, pentru minimalizarea

zgomotului.

80


3.5.2.10. Conexiunile de comunicare seriale RS-232

În fig. 3.17 este reprezentată conexiunea serială RS-232.

Fig. 3.17. Conexiunea serială RS-232

3.5.2.10.1. Recomandări pentru cablurile conexiunii RS-232

Întotdeauna deconectăm alimentările dispozitivului IPS110 înainte de

introducerea/scoaterea conectorului serial RS-232. Trebuie de utilizat un cablu izolat cu 9

conductoare standard 1-la-1 (neinversor), preferabil cu carcasă metalică sau metalizată.

81


3.5.2.11. Conexiunea de comunicare CAN

În fig. 3.18. este reprezentată conexiunea de comunicare CAN.

Fig. 3.18. Conexiunea de comunicare CAN

Reţeaua CAN necesită două rezistoare de capăt de 120 chiar şi pentru cabluri

scurte. Aceşti rezistori nu sunt incluşi în dispozitiv. Ambele semnale CAN nu pot fi izolate de

toate celelalte circuite ale IPS110.

Semnalele CAN (pinii CAN_H şi CAN_L ai conectorului J2) nu sunt pini conectaţi pe

P045.001.E001 ai dispozitivului IPS110.

3.5.2.11.1. Recomandări pentru conductorul reţelei CAN

Trebuie construită reţeaua CAN folosind cabluri cu conductoare răsucite cu 2 perechi

(2 conductoare/pereche) după cum urmează: o pereche pentru CAN_H cu CAN_L şi cealaltă

pereche pentru CAN_V+ cu CAN_GND. Impedanţa cablului trebuie să fie de 105...135

(obişnuit 120 ) şi o capacitanţă sub 30 pF/m. Când lungimea totală a magistralei CAN este

peste 40 m, este obligatoriu folosirea de cabluri răsucite izolate. Trebuie conectat cablul izolat

82


la pământ/izolator. Când folosind o placă de circuit imprimat (PCB) bazată pe materialul

FR-4, se construieşte reţeaua CAN folosind o pereche de piste de 12mil (0,012”), spaţiate din

8...10 mils (0,008...0,010”), amplasate peste un plan local (făşie) care se extinde pe cel puţin

1 mm în stânga şi în dreapta pistelor. Oricând este posibil, trebuie să folosim legături

înlănţuite între nodurile reţelei CAN. Trebuie de evitat folosirea cioturilor. Un ciot este o

conexiune în T, unde o derivare este luată de pe magistrala principală. Când cioturile nu pot fi

evitate, trebuie păstrate cât mai scurte cu putinţă. Pentru 1 Mbit/s (cel mai rău caz), ciotul cu

lungimea maximă trebuie sã fie sub 0,3 m. Rezistorii de capăt de 120 trebuie sã fie evaluaţi

la minim 0,2 W. Nu se folosesc rezistori răsuciţi, care sunt inductivi.

Fig. 3.19. Reţea CAN cu axe multiple

83


3.6. Configuraţia jumperilor şi articulaţiilor lipite

În fig. 3.20 sunt reprezentaţi jumperii J1 şi J2 si articulaţiilor lipite.

Fig. 3.20. Jumperii (J1 şi J2) şi articulaţiile lipite

JP1: Auto / Ext

ÎNCHIS: IPS110 este în modul Autorun (de sine stătător). După reiniţializare,

în se execută în mod automat un program din memoria internă E2ROM.

DESCHIS: IPS110 este în modul Extern (slave). După reiniţializare, aşteaptă

comenzi de la un dispozitiv extern.

JP2: FU / Norm

ÎNCHIS: Activează programul de actualizare.

DESCHIS: Funcţionare normală

ID5...ID0: Articulaţii lipite a denumirilor axelor

Aceste articulaţii sunt mostre în timpul pornirii şi denumirile axelor sunt configurate în

consecinţă.

84


3.7. Prima pornire

Pentru a seta dispozitivul pentru aplicaţie trebuie să comunicăm cu acesta. Modul cel

mai uşor este printr-o legătură serială RS-232 între calculator şi dispozitiv. De aceea, înaintea

de prima pornire, trebuie verificate următoarele lucruri:

Conexiunile de alimentare şi nivelul tensiunilor lor;

Conexiunile motorului;

Conexiunile cablurilor seriale;

Configurarea articulaţiilor lipite a denumirilor axelor;

Programul EasySetUp este instalat pe calculator, care este conectat în serie cu

dispozitivul.

85


CAPITOLUL 4

APLICAŢII SOFTWARE

4.1. Instalarea programului EasySetUp

Programul EasySetUp este un program soft de calculator pentru instalarea

dispozitivelor Technosoft. El poate fi descărcat gratuit din pagina web Technosoft. EasySetUp

vine cu un program de actualizare prin Internet prin care se verifică dacă versiunea de soft

este actualizată şi dacă sunt necesare descărcarea şi instalări ale ultimelor actualizări.

EasySetUp include un dispozitiv de programare prin care se poate actualiza dispozitivul la

ultima revizuire.

EasySetUp poate fi instalat în mod independent sau împreunã cu platforma

EasyMotion Studio pentru programarea deplasării folosind TML. Vom avea nevoie de

EasyMotion Studio numai dacă plănuim să folosim caracteristicile avansate ale programului.

O versiune demonstrativă de EasyMotion Studio incluzând versiunea funcţională completă de

EasySetup poate fi descărcată gratuit din pagina web Technosoft.

La cerere, EasySetup poate, de asemenea, să fie furnizat pe CD. În acest caz, după

instalare, se foloseşte actualizarea prin Internet pentru a verifica ultimele actualizări. Odată

pornită instalarea pachetului, se urmăresc indicaţiile sale.

4.2. Configurarea programului EasySetUp

Utilizând programul EasySetUp putem instala rapid un dispozitiv de acţionare pentru

aplicaţia dorită. Dispozitivul poate fi:

conectat direct la calculator printr-o legătură serială RS-232;

orice dispozitiv de acţionare de la o reţea CANbus unde calculatorul este

conectat cu unul din celelalte dispozitive de acţionare.

Rezultatul programului EasySetUp este un set de informaţii de instalare, care pot fi

descărcat în memoria EEPROM sau salvat pe calculator pentru folosirea ulterioară a acestora.

EasySetUp include un set de unelte de evaluare cum ar fi Data Logger, Control Panel

şi Command Interpreter care ne ajută la măsurarea rapidă, verificarea şi analizarea cerinţelor

dispozitivului.

86


EasySetUp lucrează cu date de instalare. O instalare conţine toate informaţiile necesare

pentru configurarea şi parametrizarea dispozitivului Technosoft. Aceste informaţii sunt

păstrate în memoria EEPROM într-un tabel de instalare. Tabelul de instalare este copiat la

punerea în funcţiune în memoria unităţii RAM şi se întrebuinţează în timpul execuţiei. De

asemenea, cu EasySetUp este posibilă recuperarea completă a informaţiei de instalare de la un

dispozitiv programat anterior.

Cu EasySetUp putem face doar cerinţele dispozitivului/motorului. Pentru programarea

deplasării trebuie urmate următoarele opţiuni:

Folosirea dispozitivului master CANopen

Utilizarea EasyMotion Studio pentru crearea şi descărcarea unui program TML în

memoria dispozitivului

Utilizarea unei bibliotecile de deplasare TML_LIB pentru controlarea

dispozitivelor/motoarele de la dispozitivul gazdă/master. Dacă gazda este un calculator,

TML_LIB oferă o colecţie de funcţii de deplasare de nivel înalt care pot fi apelate din aplicaţii

scrise în C/C+ +, Visual Basic, Delphi Pascal sau Labview. Dacă gazda este un dispozitiv

PLC, TML_LIB oferă o colecţie de blocurile funcţionale pentru programarea deplasării, care

sunt compatibile IEC61131-3 şi care pot fi reunite în programul PLC dorit.

Implementarea în dispozitivul master a comenzilor TML, de care avem nevoie de

pentru trimiterea către dispozitiv/motor folosind unul din canalele de comunicare suportate.

Implementarea trebuie să fie făcută în acord cu protocoalele de comunicare Technosoft.

Combinarea programării TML la nivelul de dispozitiv de acţionare cu una din opţiuni

4.2.1. Stabilirea comunicaţiei

Programul EasySetUp porneşte cu o fereastră goalã de unde putem crea o nouă

instalare, putem deschide o instalare creată anterior care a fost salvată pe calculator, sau să

actualizăm o instalare de la dispozitiv/motor.

87


Fig. 4.1. Fereastra meniului programului software EasySetUp

Înainte de selectarea uneia dintre opţiunile de mai sus, avem nevoie de stabilirea

comunicării cu dispozitivul cu care vrem să lucrăm. Folosim meniul Communication / Setup

pentru verificarea / schimbarea setărilor de comunicare cu calculatorul. Apăsăm butonul de

dialog Help. Aici putem găsi informaţii detaliate despre cum să setăm dispozitivul şi să

efectuăm conexiunile. Apăsăm butonul Power al dispozitivului, apoi închidem dialogul

Communication Setup cu OK. Dacă comunicarea se stabileşte, programul EasySetUp afişează

în bara de stare (linia de jos) textul ”Online” plus denumirea axelor dispozitivului/motorului şi

versiunea de program utilizată. Altfel textul afişat este ”Offline” şi un mesaj de eroare de

comunicare vã spune tipul de eroare apărut. În acest caz, ne întoarcem la dialogul

Communication Setup, apăsăm butonul Help şi verificăm problema ivită.

88


4.2.2. Iniţializarea dispozitivului/motorului

Apăsăm butonul New şi selectăm tipul dispozitivului.

Fig. 4.2. Fereastra de selectare a tipului dispozitivului din program

Selectarea continuă cu tehnologia motorului şi tipul dispozitivului de reacţie

(codificatorul de tip incremental).

Selectarea deschide două dialoguri de instalare: pentru Motor Setup şi pentru Drive

setup prin care putem configura şi parametriza dispozitivul Technosoft, plus câteva panouri de

control predefinite personalizate pentru produsul selectat.

89


Fig. 4.3. Fereastra de selecţie a tehnologiei motorului şi tipului

dispozitivului de reacţie (codificatorul de tip incremental)

În dialogul Motor Setup putem introduce date despre motorul ales şi senzorii asociaţi

acestuia. Introducerea datelor este însoţită de o serie de teste având scop de verificare a

conexiunilor dispozitivului şi/sau de determinare sau validare a unei părţi a motorului şi

parametrilor senzorilor. În dialogul Drive setup putem configura şi parametriza dispozitivul

pentru aplicaţia dorită. În fiecare dialog vom găsi Guideline Assistant, care ne va îndruma

prin întreg procesul de prezentare şi/sau verificare a datelor. Închidem dialogul Drive setup cu

OK pentru a păstra toate schimbările în ceea ce priveşte motorul şi setarea dispozitivului.

4.2.3. Descărcarea datelor de instalare pentru dispozitiv/motor

Apăsăm butonul de Download to Drive/motor pentru a descărca datele

de instalare în memoria EPROM a dispozitivului/motorului în tabelul de instalare. De acum

90


înainte, la fiecare pornire, datele de instalare sunt copiate în memoria RAM a

dispozitivului/motorului care se întrebuinţează în timpul execuţiei. De asemenea, este posibil

să salvăm datele de instalare pe calculator, folosind butonul Save , şi utilizarea

lor în alte aplicaţii.

4.3. Schimbarea denumirii axelor dispozitivului

Denumirea axelor unui dispozitiv IPS110 se pot seta în două moduri:

Hardware (H/W) - corespunzând cu configuraţia articulaţiilor lipite în domeniu

1 până la 31 sau 255;

Software – orice valoare între 1 şi 255, memorată în tabelul de instalare.

Denumirea axelor este reiniţializată la punerea în funcţiune, folosind următorul

algoritm:

a) Dacă există un tabel de instalare valid, cu valoarea citită de la el. Aceastã valoare

poate fi un număr de axă de la 1 la 255 sau poate se indice că acea denumire de axă va fi

setată corespunzător cu selectarea unui comutator DIP.

b) Dacă tabelul de instalare este invalid, cu ultima valoare configurată în tabelul de

instalare valabil. Aceastã valoare poate fi un număr de axă de la 1 la 255 sau poate să indice

că acea denumire de axă va fi setată corespunzător cu selectarea unui comutator DIP.

c) Dacă nu există o denumire de axă setată de un tabel de instalare valid,

corespunzător cu configuraţia de articulaţie lipită.

91


Fig. 4.4. Fereastra de schimbare a denumirii axelor dispozitivului

4.4. Configurarea frecvenţei magistralei CANbus

Dispozitivele IPS110 pot lucra cu următoarele frecvenţe ale CAN: 125 kHz, 250 kHz,

500 kHz, 1 MHz. În dialogul Drive Setup putem alege frecvenţa iniţială CAN după pornire.

Această informaţie este memorată în tabelul de instalare.

Frecvenţa CAN foloseşte următorul algoritm:

a) Dacă există un tabel de instalare valid, cu valoarea frecvenţei CAN citită. Aceasta

poate să fie oricare din frecvenţele suportate sau poate să indice valoarea implicită (F/W

default), care este 500kHz.

b) Dacă tabelul de instalare este invalid, cu ultima valoare a frecvenţei CAN setată de

un tabel de instalare valid. Aceasta poate fi din frecvenţele suportate sau poate să indice

valoarea implicită (F/W default).

c) Dacă nu este o valoare a frecvenţei CAN setată de un tabel de instalare valid, cu

valoarea implicită care este 500 kHz.

92


Fig. 4.5. Fereastra de configurare a frecvenţei magistralei CANbus

4.5. Crearea unui fişier imagine cu ajutorul datelor de instalare

O dată validată instalarea, putem crea cu comanda din meniul Setup | Create EEPROM

Programmer un fişier software (cu extensia .sw) care conţine toate datele de instalare pentru a

fi înregistrate în memoria EEPROM a dispozitivului.

Un fişier software este un fişier de tip text care poate fi citit cu oricare editor de texte.

El conţine blocuri de date despărţite prin spaţii goale. Fiecare bloc de date începe cu o adresă

de start de bloc, urmată de valorile de date plasate în ordine crescătoare la adrese consecutive:

prima informaţie se scrie la adresa de start, a doua informaţie se scrie la adresa de start + 1,

etc. Toate datele sunt valorile hexazecimale pe 16 biţi (maxim 4 digiţi hexazecimali). Fiecare

rând conţine o singură valoare a informaţiei. Când mai puţin de 4 digiţi hexazecimali sunt

arătaţi, valoarea trebuie să fie justificată în mod corect. De exemplu 92 reprezintă 0x0092.

93


Fişierul cu extensia .sw poate fi programat în dispozitiv:

De la un dispozitiv master CANopen, folosind obiecte de comunicare pentru

datele scrise în memoria EEPROM;

De la o gazdă calculator sau PLC, folosind funcţiile TML_LIB pentru datele

scrise în memoria EEPROM;

Folosind unealta de programare EEPROM Programmer, care vine cu programul

EasySetUp, dar care poate fi instalat şi separat. EEPROM Programmer a fost în mod special

proiectat pentru rapiditate şi o programare uşoară de fişiere .sw în dispozitivele Technosoft.

94


95


CAPITOLUL 5

ELEMENTE DE PROIECTARE

5.1. Dimensionarea circuitului de alimentare

Pentru alimentarea plăcii IPS110 este nevoie de o sursă de curent continuu cu

următorii parametrii electrici:

Tensiune de alimentare: V

Curent: A

96


Fig. 5.1

5.1.1. Alegerea condensatorului de filtrare C1

Pentru determinarea condensatorului de filtrare impunem (riplul) căderea de tensiune

la trecerea prin 0 a tensiunii redresate nefiltrate maximă pentru tensiunea filtrată de 10 %

din valoarea maximă a tensiunii de alimentare:

V.

Fig. 5.2.

Pentru o perioadă de 10 ms şi un curent A, cantitatea de sarcină pe care

o cedează condensatorul este:

,

unde perioada de timp ms.

C.

Capacitatea de filtrare C1 prin definiţie este:

97


F

Se alege valoarea standard: F.

Rezultă: V

V

5.2. Dimensionarea transformatorului.

Conectarea circuitului de comandă se face cu ajutorul unui transformator cu

următoarele caracteristici:

- Secundarul: V, mA;

Se calculează curentul de sarcină prin secundarul transformatorului:

unde:

q - numărul de pulsuri pe o perioadă ;

A, reprezentând valoarea maximă a curentului de sursă.

mA

Se calculează puterea aparentă în secundar:

98


VA

Considerând randamentul transformatorului de 70 %, se calculează puterea aparentă in

primar:

VA

Se calculează puterea totală utilizând relaţia:

VA

Se alege secţiunea miezului: cm2.

Aleg tola tip E10 (fig. 4.13) cu următorii parametri:

mm, mm, mm, mm, mm, cm2, cm2.

Fig. 5.3. Tola tip E10

99


Aleg inducţia: T.

Se determină numărul de spire din primar, respectiv în secundar din relaţia:

,

unde:

- tensiunea în primar V;

- tensiunea pe o semibobina secundarului, V;

- frecvenţa

Rezultă:

spire (în primar).

spire (secundar)

Se calculează raportul de transformare al transformatorului:

Se determină secţiunea conductoarelor:

Se determină cu relaţia:

,

unde:

J - densitatea de curent de valoare: A/mm2

I - valoarea curentului de sarcină (în primar, respectiv în secundar).

Se determină valoarea curentului de sarcină din primar:

mA;

mm2.

100


Aleg pentru primar:

- secţiunea conductorului neizolat: 0,010 mm2;

- diametrul conductorului neizolat: 0,14 mm;

- rezistenţa la 100 m conductor la 100 0C: 118 .

Se determină secţiunea conductorului din secundar. Pentru determinarea secţiunii

conductorului secundarului folosim relaţia:

,

unde:

mA;

J – densitatea de curent A/mm2;

mm2

Aleg pentru primul secundar:

- secţiunea conductorului neizolat: 0,038 mm2;

- diametrul conductorului neizolat: 0,22 mm;

- rezistenţa a 100 m conductor la 100 0C: 45,7 .

Se calculează aria bobinei primare:

mm2,

- înălţimea bobinei primare:

,

unde: gc - grosimea suportului de bobinare =1,5

101


mm;

- grosimea bobinei primare:

mm.

Se calculează aria secundară:

mm2;

Se calculează aria tuturor bobinelor secundare:

mm2

- grosimea bobinei secundare:

mm

- grosimea totală a bobinajului:

mm

Se va verifica condiţia:

(A).

mm

Se va verifica condiţia:

(A).

102


CAPITOLUL 6

DATE EXPERIMENTALE

În acest capitol se prezintă câteva aplicaţii practice realizate cu o placa de dezvoltare

IPS- 110, realizată de firma TECHNOSOFT ce acţionează un motor de curent continuu în

diferite regimuri de funcţionare (reglare de viteză, de poziţie)

Pentru a realiza reglarea de poziţie, sistemul are nevoie de un traductor de poziţie

incremental, iar în cadrul proiectului am utilizat un traductor cu rezoluţia de 500 impulsuri pe

turaţie.

Softul de programare este EasyMotionStudio şi are două componente de programare şi

parametrizare SETUP (Fig 6.1 a şi MOTION (Fig 6.1 b)

103


6.2. SETUP

Modulul de programare SETUP este format din două componente MOTOR SETUP şi

DRIVER SETUP

În dialogul Motor Setup putem introduce date despre motorul ales şi senzorii asociaţi

acestuia. Introducerea datelor este însoţită de o serie de teste având scop de verificare a

conexiunilor dispozitivului şi/sau de determinare sau validare a unei părţi a motorului şi

parametrilor senzorilor.

În dialogul Drive setup putem configura şi parametriza sistemul de acţionare în funcţie

de aplicaţia dorită.

În cadrul acestei componente se stabilesc următoarele:

- Valoarea curentului la care să se realizeze protecţia de scurt circuit

- Valoarea curentului şi timpul la care să acţioneze protecţia la suprasarcină

- Acordarea regulatoarelor de curent, viteză, poziţie în funcţie de schema de

acţionare utilizată.

În fiecare dialog vom găsi Guideline Assistant, care ne va îndruma prin întreg procesul de

prezentare şi/sau verificare a datelor. Închidem dialogul Drive setup cu OK pentru a păstra

toate schimbările în ceea ce priveşte motorul şi setarea dispozitivului

104


Fig.6.1 a

105


Fig.6.1 b

Figura 6.2

În figura 5.2 este prezentat un model de acordare al regulatorului de curent.

- cu galben este reprezentat curentul prin motor

- cu roşu este reprezentat referinţa de curent

- cu albastru este reprezentat tensiunea de referinta.

106


Fig.6.3a)

Fig.6.3b)

107


În figura 6.3 se prezintă principiul de acordare al regulatorului de poziţie din cadrul schemei

de acţionare al motorului de curent continuu . În figura a se prezintă cazul în care regulatorul

de poziţie este reglat corect ,iar în figura b un exemplu de reglare incorectă a

regulatorului(Kp are o valoare mult mai mică decât cea necesară)

Acest principiu de acordarea a regulatoarelor este util şi din punct de vedere didactic întrucât

ajută studentul pe de o parte să înţeleagă mai bine efectul pe care îl are un regulator acordat

necorespunzător într-un sistem de acţionare, pe de altă parte să vizualizeze semnalele ce

caracterizează funcţionarea regulatorului.

Programul permite şi vizualizarea variaţiei diferitelor mărimi prin intermediul

interfeţei LOGGER.

108


Figura 6.4

În figura 6.4 se prezintă schema de acţionare după care funcţionează placa IPS 110 pentru

reglarea în buclă închisă a motorului

109


Figura 6.5

În figura 6.5este prezentată modalitatea de a alege tipul de referinţă externă:analog sau digital.

110


Figura 6.6

În figura 6.6 se prezintă datele obţinute pentru funcţionarea programului cu următoarele date:

În sens direct viteza de 1000rpm, 10 rotaţii

În sens invers viteza de 100rpm, 2 rotaţii

Graficele ilustrează poziţia motorului respectiv viteza acestuia

111


Figura 6.7

În figura 6.7 se ilustrează aceleaşi semnale având modificată doar acceleraţia/deceleraţia.

motorului.

112


113


114


Figura 1

În figura 1 se prezintă un exemplu de program realizat cu motorul de curent continuu care execută două rotaţii intr-un sens şi două rotaţii în sens invers. Pentru aceasta s-a realizat o buclă în care programul rulează până se generează o cerere de întrerupere. O rutină (figura 2) de întrerupere rezolvă condiţia de mişcare a motorului într-un sens iar cealaltă rutină rezolva condiţia de mişcare în sens invers(figura3).

115

Viteza declarată

Numărul de rotaţii într-un sens

Declarare buclă

Numărul de rotaţii în sens invers

Generare întrerupere


Figura 2

116

Nivelul acceleraţiei

Viteza declarată

Numărul de rotaţii

Întreruperea


Figura 3Concluzii:

Cu ajutorul sistemului de acţionare studiat se pot realiza automatizări cu performanţe ridicate si preţ de cost relativ scăzut.

Programarea sistemului de acţionare nu necesită cunoştinţe avansate de programare.Întrucât sistemul are traductor de pozitie se pot realiza atât reglări de viteză cât şi poziţionări de mare precizie.

Componenta motion din cadrul programului Easy Soft este independentă de componenta setup, de aici rezultă avantajul că aceeaşi componentă motion poate fi utilizată pentru diferite tipuri de motoare.

Placa IPS 110 poate comanda atât motoare de curent continuu cât şi motoare pas cu pas.

Programul oferă raspunsul regulatorului acordat astfel putând analiza cât de bine a fost acordat acesta.

117

Nivelul acceleraţiei

Valoarea vitezei

Numărul de rotaţii în sens invers

Linia de program care generează întreruperea


Capitolul 7

Norme de tehnica securitaţii si protecţia muncii.

Protecţia muncii este un ansamblu de măsuri tehnice , sanitare şi organizatorice ,

având ca scop ocrotirea vieţii şi sănătăţii celor ce muncesc în timpul procesului de producţie şi

asigurarea unor condiţii optime de muncă . În ţara noastră statul acordă o deosebită atenţie

creării la locul de muncă a unor condiţii ne- periculoase , care să asigure deplina securitate a

muncii. Spre deosebire de cele mai mari tipuri de instalaţii , la care pericolele posibile sunt

sesizate de simţurile omeneşti , la instalaţiile electrice , tensiunea electrică nu poate fii astfel

sesizată , pentru ca omul să fie prevenit asupra pericolului posibil .

Efectul curentului electric asupra corpului omenesc :

În cazul în care omul atinge simultan două corpuri bune conductoare de

electricitate între care există o diferenţă de potenţial electric de exemplu , două

conductoare electrice neizolate, corpul său va fi străbătut de un curent electric , accident

care se numeşte electrocutare.

Electrocutarea poate avea loc prin atingerea directă a părţilor din circuitele electrice ,

sau prin atingerea indirectă , adică atingerea unei părţi metalice care nu face parte din circuitul

electric , dar este pusa accidental sub tensiune , de exemplu carcasa unui motor electric cu

izolaţia înfăşurării deteriorată .

Tensiunea la care este supus omul la atingerea unui obiect intrat accidental sub

tensiune este numită tensiune de atingere .

Efectele trecerii curentului electric prin corpul omului sunt : şocul electric şi

electrotraumatismele .118


Şocul electric – când valoarea curentului ce străbate corpul este sub 1 mA , omul nu

simte trecerea acestuia .

La valori mai mari, până la 10 mA , au loc comoţii nervoase la mâinile şi picioarele

prin care trece curentul ; se manifestă contracţii ale muşchilor de la mâini , astfel omul se

desprinde cu efort de obiectul aflat sub tensiune . Accidentul poate fi însoţit de acţiuni

necontrolate de apărare , care pot conduce la dezechilibrarea şi căderea omului de la înălţime .

Peste 10 mA , omul nu se mai poate desprinde singur de obiectul aflat sub tensiune şi

se poate produce şocul electric , curentul putând acţiona asupra sistemului nervos sau inimii.

Acţiunea curentului electric asupra sistemului nervos poate avea ca efecte mai grave

oprirea respiraţiei .

Electrotraumatismele sunt cauzate de arcurile electrice care pot apărea , de exemplu,

scurtcircuitarea accidentală a circuitelor electrice . Ele pot provoca orbirea , metalizarea pielii

sau arsuri care pot distruge pielea , muşchii sau chiar oasele . Dacă arsurile se produc pe o

suprafaţă mare sau ating organele vitale , pot provoca moartea accidentatului.

Factorii de care depinde gravitatea electrocutării sunt:

-Rezistenţa electrică a corpului omului . Ea poate fi considerată egală în medie cu 1000

şi depinde în cea mai mare măsură de starea pielii. Când stratul cornos al pielii este intact şi

uscat, rezistenţa corpului omenesc poate avea valori mult mai mari.

Când pielea este umedă sau reprezintă , rezistenţa corpului omenesc poate scădea până la

200.

Calea de trecere a curentului prin corp

Accidentul este mai periculos dacă în circuitul electric stabilit intră inima (mână-mână) ; sau

(mână-picior) sau locuri de mare sensibilitate nervoasă (încheietura mâinii , ceafa , gâtul,

talpa. etc . )

-Intensitatea curentului electric care trece prin corp . Limita maximă a curenţilor

nepericuloşi se consideră de 10 mA în curent alternativ şi 50 mA în curent continuu .

119

a) b) c)


Fig.5.1

-Frecvenţa curentului electric

Curentul continuu este mai puţin periculos decât curentul alternativ. Curentul

alternativ cu frecvenţa între 10 şi 100 Hz este cel mai periculos în ce priveşte producerea de

excitaţii. La frecvenţe foarte mari nu există efecte de excitaţii periculoase , chiar la intensităţi

foarte mari. Aceste frecvenţe (circa 500.000 Hz ) sunt folosite la unele aparate

electromedicale .

-Durata de acţiune

Cu cât această durată este mai mare, cu atât pericolul de fibrilaţie a inimii este mai

mare . Dacă timpul este foarte scurt , de ordinul miimilor de secundă , nu se produce fibrilaţia

Practic se consideră că un accident poate fi mortal , dacă durata de acţiune a curentului

depăşeşte 0,1 s .

Protecţia împotriva electrocutării

Clasificarea locurilor de muncă şi a măsurilor de protecţie a muncii:

La alegerea măsurilor pentru protecţia împotriva electrocutărilor se au în vedere

caracteristicile locurilor de muncă :acesta se clasifică în două categorii, în funcţie de gradul de

pericol;

-locurile de muncă foarte periculoase , în care există cel puţin unul din următorii

factori: umiditatea aerului de peste 97% , medii corozive ,obiecte conductoare în legătură

electrică cu pământul care ocupă o suprafaţă mai mare de 60% în zona de manipulare

-locurile de muncă periculoase, în care există cel puţin unul dintre factorii:

120


Protecţia împotriva electrocutărilor prin atingere directă :

Principalele măsuri pentru evitarea electrocutărilor prin atingere directă involuntară sunt:

-protecţia şi construirea instalaţiilor şi echipamentelor electrice astfel încât elementele

aflate normal sub tensiune (conductoare,borne,bare ) să nu poată fi atinse întâmplător,iar

producerea unor arcuri electrice să nu poată da loc la arsuri . Pentru aceasta se folosesc

închiderea în carcase de protecţie împotriva atingerii, izolarea electrică a elementelor sub

tensiune,amplasarea conducătoarelor la înălţimi inaccesibile atingerii întâmplătoare ,

îngrădirii care să nu permită trecerea persoanelor spre elementele aflate sub tensiune , blocări

electrice şi mecanice în instalaţie ;

- folosirea unor padoseli din materiale izolante ;

- folosirea unor tensiuni reduse.

Protecţia împotriva electrocutării prin atingere indirectă :

Pentru evitarea electrocutării prin atingerea unor elemente aflate accidental sub

tensiune se iau una sau cel mult două dintre următoarele măsuri :

Legarea la nul constituie o măsură principală de protecţie pentru utilajele fixe sau

mobile , alimentate de la reţele cu nul , care au punctul neutru al sursei de alimentare legat la

pământ. Carcasele metalice ale echipamentelor electrice sunt legate printr-un conductor de

secţiune suficient de mare , la conductorul de nul de protecţie.

Dacă are loc un efect, de exemplu, străpungerea izolaţiei între o fază şi carcasă, are loc

practic un scurtcircuit între fază şi conductorul de nul de protecţie. Curentul de scurtcircuit

este mare, topeşte fuzibilul siguranţei sau determină deconectarea întreruptorului automat care

protejează circuitul respectiv , scoţând astfel de sub tensiune carcasa . Până la declanşarea sau

topirea fuzibilului , tensiunea de atingere a carcasei este menţinută la valori ne periculoase.

Pentru realizarea unei protecţii corecte prin legarea la nul trebuie să se respecte în

principal , următoarele condiţii:

- legarea suplimentară la pământ a anumitor puncte al reţelei de nul pentru a se evita pericolul

ce s-ar ivi prin întreruperea reţelei de nul de protecţie . În cazul unei astfel de întrerupere ,

toate carcasele echipamentele legate la nul pe partea întreruptă ar rămâne fără protecţie .Cele

mai importante puncte care trebuie legate la pământ sunt tablourile de distribuţie , iar în cazul

121


linilor aeriene , toate punctele de ramificare capetele linilor şi puncte de traseu la distanţe de

maxim 1 km ;

-separarea nulului de protecţie de nulul de lucru . De la ultimul tablou de distribuţie în

sensul transportului de energie (tabloul care are borna de nul legată la pământ ) şi până la

echipamentele protejate , nulul de protecţie nu poate fi folosit şi drept nul de lucru .

-evitarea pericolului ce ar apărea prin inversarea rolului conductoarelor (inversarea

unui conductor de fază sau nulului de lucru cu conductorul de protecţie );

-la instalaţi alimentare de la aceeaşi sursă este interzis să se folosească pentru o parte

a instalaţiilor protecţie prin legare la nul , iar pentru altă parte , protecţia prin legare în pământ

deoarece pot apărea tensiuni de atingere periculoase la instalaţiile legat la nul .

Fig.7.2

122

Tablou de distribuţie

TSR

Nul de lucru

Nul de protecţie

1 2

1-receptor monofazat; 2-receptor trifazat


Legarea la pământ(fig.7.2) constituie o măsură principală de protecţie pentru utilajele

şi aparatele fixe sau mobile , mai ales a celor alimentate de reţele izolate faţă de pământ . Se

poate folosi ca mijloc suplimentar de protecţie în instalaţiile de protecţie prin legarea la nul .

Carcasele metalice ale echipamentelor electrice sunt legate printr-un conductor de legare la

pământ la o priză de pământ . Curentul de defect se închide prin rezistenţa izolaţiei reţelei faţă

de pământ şi în cea mai mare parte prin instalaţia de legare la pământ , iar tensiunea de

atingere rămâne nepericuloasă . Ea este cu atât mai mică , cu cât rezistenţa instalaţiei de

legare la pământ este mai mică .

Separarea de protecţie are ca scop alimentarea receptorului cu un circuit izolat faţă de

pământ şi separat (izolat ) faţă de reţea . Se realizează cu ajutorul unui transformator de

separare , care alimentează un singur receptor .

În cazul unui defect , curentul care se închide prin om este foarte mic , deoarece

trebuie să se închidă prin izolaţia circuitului de alimentare .Izolaţia cablurilor de alimentare

trebuie însă să fie totdeauna în stare bună .

Norme specifice atelierelor si laboratoarelor de lucru.

1. Fiecare om al muncii este obligat ca, înainte de folosirea mijloacelor individuale de

protecţie, să verifice lipsa defectelor exterioare, curăţenia lor, marcarea tensiunii la care este

permisă utilizarea precum şi dacă nu s-a depăşit termenul de menţinere a caracteristicilor

electrice.

2. Amestecul acizilor se face turnând pe cel mai concentrat în cel mai diluat;

3. La exploatarea băilor cu conţinut acid se va evita contactul soluţiilor cu pielea;

4. Comenzile de pornire şi oprire a lucrărilor se vor face de către şeful de lucrare, şi tot el

va conduce probele;

5. Cablurile mobile de legătură se vor controla înainte de punerea sub tensiune;

6. Este interzisă modificarea montajelor electrice aflate sub tensiune;

7. Se interzice atingerea legăturilor neizolate chiar dacă acestea sunt alimentate la tensiuni

joase;

8. Cositorirea şi lipirea se fac în locuri special amenajate şi prevăzute cu sisteme de

ventilaţie corespunzătoare;

123


9. Toate sculele electrice portabile folosite la lipire vor fi alimentate la o tensiune de sub

24V, iar în locurile periculoase din punct de vedere al electrocutării alimentarea se va face

la 12V;

10. Aparatele electrice şi dispozitivele auxiliare sa fie alimentate la o tensiune

corespunzătoare şi să aibă prize cu împământare.

Factori de care depinde gravitatea electrocutarii:

1. Rezistenţa electrică a corpului omenesc. Rezistenţa medie a corpului

(pielea este singurul organ izolator) este de 1000 şi poate avea valori

mai mari pentru o piele uscate sau valori mult mai mici (200 ) pentru o

piele udă sau rănită.

2. Frecvenţa curentului electric. Curentul alternativ cu frecvenţe între 10-

100Hz este cel mai periculos. La frecvenţe de circa 500.000Hz excitaţiile

nu sunt periculoase chiar pentru intensităţi mai mari ale curentului

electric;

3. Durata de acţiune a curentului electric. Dacă durata de acţiune a

curentului electric este mai mică de 0,01 efectul nu este periculos;

4. Calea de trecere a curentului prin corp. Cele mai periculoase situaţii sunt

cele în care curentul electric trece printr-un circuit în care intră şi inima

sau locuri de mare sensibilitate nervoasă (ceafa, tâmpla etc.) ;

5. Valorile curenţilor care produc electrocutarea. Acestea se pot calcula

simplu cu legea lui Ohm: unde R este suma rezistenţelor din

circuit. -valoarea limită a curenţilor nepericuloşi sunt 10mA curent

alternativ şi 50mA curent continuu.

Efectele trecerii curentului electric prin corpul omenesc se pot grupa în:

Electroşocuri şi electrotraumatisme. Când valoarea intensităţii curentului

electric este mai mică de 1mA, nu se simte efectul şocului electric. La valori mai mari de

10mA curent alternativ se produc comoţii nervoase în membre; contracţiile muşchilor fac ca

desprinderea omului de obiectul aflat sub tensiune să se facă greu. Peste valoarea de 10mA se

produce fibrilaţia inimii şi oprirea respiraţiei. Electrotraumatismele se datorează efectului

termic al curentului electric şi pot provoca orbirea, arsuri.

124


BIBLIOGRAFIE

1. Ardelean, I., Giuroiu, H., Petrescu, L.L., Circuite integrate CMOS. Manual

de utilizare,Editura Tehnica,Bucuresti,1986

2. Kelemen, A., Imecs, M., Electronica de putere,Editura Didactica si

Pedagogica, Bucuresti, 1983

3. *** I.P.A Bucureşti, Echipamente modulare cu semiconductoare de putere,

Vol. I – proiectare,Bucureşti,1972

4. Lăzăroiu,D.F.,Maşini electrice de mică putere,ET,Bucureşti,1973

5. Nicolau,E., Mariana,B., Măsurări electrice şi electronice.Editura Didactica şi

Pedagogică,Bucureşti,1984

6. www.wikipedia.com

7. www.microchip.com

8. www.technosoft.com

125

http://www.technosoft.com/

http://www.microchip.com/

http://www.wikipedia.com/

Documents

Studiul comenzii unui motor de curent continuu utilizând sistemul inteligent de acţionare IPS 110