acŢionĂri electrice cu servomotoare de curent continuu .doc

8/19/2019 ACŢIONĂRI ELECTRICE CU SERVOMOTOARE DE CURENT CONTINUU .doc

1/22

1.1.MAŞINI ELECTRICE SPECIALE SERVOMOTOARE

Într-un sistem automat servomotorul electric are rolul de a transforma unsemnal electric de comandă într-un cuplu electromagnetic, respectiv într-omişcare de rotaţie a arborelui său prin intermediul căruia este antrenatmecanismul care realizează operaţia dorită. În funcţie de sistemul automat încare funcţionează, servomotoarele sunt puse să lucreze în condiţii foarte variate,atât în ceea ce priveşte caracterul sarcinii, cât şi viteza, puterea, tensiunea şifrecvenţa de alimentare. Aceasta explică gama largă de tipuri de servomotoareelectrice utilizate, funcţie de loc şi scop adoptându-se modelul cel mai adecvat.a elemente de conversie electromecanică, servomotoarele electrice pot avea

puteri între zecimi de !att şi zeci de mii de "ilo!aţi. #ervomotoarele care intrăîn sfera noastră de investigaţie se limitează la puteri de ordinul zecilor de"ilo!aţi, maşinile peste aceste puteri nediferenţiindu-se practic de motoareleelectrice clasice.$a alegerea servomotoarelor ca şi în proiectarea şi construcţia lor, trebuie să seţină seama de cerinţele impuse de sistemul automat unde funcţionează %subcap.&.' şi &.(), ele trebuind să posede o serie de calităţi dintre care cele maiimportante sunt* posibilitatea regla+ului de viteză în limite largi prin variaţia

parametrilor tensiunii de comandă stabilitatea şi siguranţa în exploatare pentru

întreaga gamă de viteze liniaritatea caracteristicilor mecanice şi de regla+ absenţa autopornirii cuplu electromagnetic mare la pornire putere de comandămică viteză de răspuns mare gabarit şi greutate mică preţ de cost cât maiscăzut.1.1. Servomotoare de curent continuu#ervomotoarele de curent continuu se caracterizează prin posibilitatea reglăriicontinue a vitezei în limite largi %* şi c/iar mai mult), cu a+utorul unor instalaţii relativ simple prin caracteristici mecanice şi de regla+ practic lineare,cuplu specific ridicat, capacitate de supraîncărcare mare, greutatea specifică

mică, absenţa autopornirii, cuplu de pornire ridicat, moment de inerţie scăzut şiconstante de timp electromecanice mici. 0ezavanta+ele lor constau în prezenţacolectorului, a neliniarităţii contactului perie-colector, a fenomenelor decomutaţie şi scânteilor la colector care produc paraziţi radiofonici şi eventualc/iar semnale false în circuitele de comandă.1tilizarea acestor servomotoare este indicată acolo unde se cere un regla+continuu de viteză, când sarcina are un caracter variabil cu şocuri frecvente şicând funcţionează într-un mediu fără pericol de explozie.1.1.1. Construcţia servomotoarelor e curent continuuonstructiv, servomotoarele de curent continuu prezintă aceleaşi elemente ca şimaşinile de curent continuu clasice, particularităţile constructive fiind legate de


2/22

gabaritele mici, momentele de inerţie reduse şi gama mare de viteză la caretrebuie să funcţioneze 2, &3.0upă tipul lor constructiv, servomotoarele de curent continuu se pot împărţi întrei categorii*

4 cu rotor cilindric 4 cu rotor disc %sau cu întrefier axial) 4 cu rotor pa/ar %cu bobiră mobilă).#ervomotoare cu rotor cilindric. %ele mai apropiate de maşinile electriceclasice pot fi cu excitaţie electromagnetică %fig.., a), cu magneţi permanenţi%fig. ., b) sau c/iar o soluţie /ibridă cu ambele tipuri de excitaţie %fig. ., c).#ervomotoarele cu excitaţie electromagnetică se construiesc, în general, pentru

puteri mai mari şi rolul lor este astăzi tot mai mult preluat de motoarele cumagneţi permanenţi, motoare care pe lângă faptul că la aceleaşi performanţeelectromecanice au dimensiuni mai reduse, prezintă randamente mai bune şi

probleme de răcire mai simple.

5ig. .. 0iverse sisteme de excitaţie ale servomotoarelor de curent continuu 6

&


3/22

a 4excitaţie electromagneticăb — excitaţie cu magnet permanent

c4excitaţie /ibridă, cu magnet permanent şi electromagnetică

7 trecere în revistă a servomotoarelor cu rotor cilindric realizate pe plan

mondial pentru avansul maşinilor-unelte cu comandă numerică este prezentatăîn tabelul (. 2' 4 .'3. În tabelul .1 este prezentată seria de servomotoare curotor cilindric şi excitaţie prin magneţi permanenţi fabricată de întreprinderea8lectromotor 9imişoara, serie proiectată de către atedra de :aşini 8lectrice a;nstitutului tiinţifică şi ;nginerie8lectrote/nică %;7


4/22

Atunci când se utilizează feritele %care, aşa cum am arătat sunt mult maiieftine), datorită inducţiei remanente reduse şi câmpului coercitiv mai mare %laenergii magnetice maxime mai scăzute), magneţii vor avea o lungime mai mică,maşina un număr de poli mai mare %4&), iar funcţionarea va fi eficientă şi

la întrefieruri mai mari. 0ouă astfel de soluţii sunt prezentate în figura .(.1tilizarea magneţilor permanenţi cu metale rare şi energii magnetice maximeridicate conduce la un volum scăzut de magnet utilizat şi la dimensiuni reduseale maşinii. Aceşti magneţi permanenţi prezentând inducţii remanente apropiatede 9 se plasează în locul polilor de excitaţie, efectul reacţiei indusului fiindredus de către câmpul mare coercitiv prezentat de către material %fig l)

5ig..'. onfiguraţia circuitului magnetic al servomotoarelor cu rotor cilindric şi excitaţie cumagneţi Alnico *

a 4 poli realizaţi din magneţi permanenţi b 4 magneţi permanenţi plasaţi între poli.u excepţia uneia sau două firme care au anunţat construcţia de astfel de maşini

pentru cupluri medii şi mari, magneţii cu pământuri rare se utilizează numai lamaşini de putere mică, unde preţul lor de cost nu devine pro/ibitiv.

(


5/22

:otoarele din cea de a treia categorie, aşa-numita soluţie /ibridă, fig. (., c, cumagneţi permanenţi şi excitaţie electromagnetică, se utilizează acolo unde sedoreşte ca coeficientul de tensiune-cuplu al servomotorului să fie variabil înanumite limite, ca de exemplu în cazul servomotorului 8lectro 7raffc ?&, la

care viteza, de mers în gol cu înfăşurare de excitaţie nealimentată este do (?rotCmin, alimentată în sens adiţional 'D? rotCmin şi diferenţial &B? rotCmin 2E-.'(3. Înfăşurarea de excitaţie are o priză mediană şi sensul curentului de excitaţiese sc/imbă relativ simplu, fluxul produs adăugându-se sau scăzându-se fluxuluimagnetului permanent. Astfel de servomotoare se utilizează pentru antrenarea

benzilor magnetice, de memorie ale calculatoarelor numerice în sensul de citire,cu viteză mică şi cuplu rezistent mare şi la derulare, cu viteza mare 4 cuplurezistent mic.

5ig. .(. onfiguraţia circuitului magnetic al servomotoarelor cu rotor cilindric şi excitaţie cuferite*

a - poli realizaţii din magneţi permanenţi b - magneţi permanenţi plasaţi între poli.


6/22

Fotorul acestor servomotoare este realizat din tole de oţel electrote/nic,înfăşurarea de tip ondulat fiind plasată în crestături. restăturile sunt desc/ise

pentru a reduce efectele comutaţiei, motiv pentru care se utilizează şi un număr redus de spire pe secţie %c/iar şi w G ), 0eoarece, aşa cum vom vedea, aceste

maşini pot lucra pe timpi limitaţi la suprasarcini mari %?4 ori curentulnominal), densitatea liniară a solenaţiei rotorice în condiţii nominale este foartescăzută.Halorile tipice ale rezistenţei rotorului şi ale inductivităţilor se încadrează îndomeniul ,&4,? I şi ,@4( mJ, ceea ce conduce la constante de timpelectrice în general sub ms, mai mari însă decât la celelalte servomotoare decurent continuu.#ervomotoarele de dimensiuni mici %sub ? "g) se construiesc pentru vitezeridicate până la ? radCs, cu o perec/e de poli , cele medii %între ? şi ? "g)

până la ' radCs, cu ( sau D poli şi cele mari %peste & "g) sub radCs,folosind în +ur de & poli. Hiteze superioare nu pot fi, în general, atinse atât dinconsiderente mecanice, cât şi de comutaţie.Servomotoare cu rotor isc. #unt realizate prin dispunerea unei înfăşurări detip ondulat pe un disc de fibre de sticlă %fig. .?),disc care se roteşte prin faţaunor magneţi permanenţi plasaţi axial 2B-&?3.Înfăşurarea se execută prin stan ţâre din tablă de cupru %mai rar aluminiu) de ,&mm, înfăşurare care apoi este lipită cu o răşină epoxidică pe discul amintit.


7/22

Fezistenţele şi inductivităţile tipice ale acestor maşini sunt între ,? şi I şi&?4@? KJ , ceea ce conduce la constante de timp electric sub , ms.0eoarece rotorul maşinii nu conţine materiale feromagnetice, el este mult maiuşor decât cel al servomotoarelor cu rotor plin cilindric, dar acest avanta+ nu

este reflectat într-un moment de inerţie mai scăzut, deoarece raza lui de giraţieeste mult mai marc %constantele electromecanice au acelaşi ordin de mărime,sub ms). În lipsa fierului, înţepenirile magnetice nu apar, pierderile prin/isterezis sunt nule şi nu există saturaţie magnetică. el mai important avanta+este legat de faptul că având conductoarele în aer %discul poate funcţiona latemperaturi până la ?-&L), densitatea de curent poate fi mult crescută

până la (? ACmm& la funcţionare în regim continuu şi ACmm& în regim descurtă durată, faţă de maximum 0 respectiv ? ACmm& la maşinile cu rotor cilindric). 9oate acestea conduc la o economie de cupru, material deficitar şimai mult decât atât, deoarece cuprul utilizat este sub formă de bandă,"ilogramul de banda fund de două ori mai ieftin decât cuprul conductor-emailat

per global, la aceeaşi putere, costul cuprului este de patru ori mai mic decât la omaşină cu rotor cilindric. $a producţie în serie marc tot procesul de realizare alacestor maşini poate fi automatizat, ceea ce conduce la o reducerecorespunzătoare a costurilor.0eoarece aceste servomotoare se realizează cu magneţi permanenţi %veziexemplul din paragraful ), randamentul lor este relativ ridicat şi excitaţia nuridică probleme speciale.


8/22

prin curenţii 5oucault induşi în conductoarele plate ale maşinii) fac caservomotorul să nu funcţioneze decât la tensiuni relativ reduse %'4D H pedisc) 2&4&@3.$uând în consideraţie avanta+ele de utilizare a servomotoarelor cu întrefier

axial, în ţara noastră încă în urmă cu ? ani în cadrul ;7


9/22

perie şi colector se formează un film bun conductor, film care reduce uzura şi permite densităţi mari de curent.0urata de viaţă a periilor depinde de presiunea de apăsare a periei pe colector de sarcina maşinii, de viteza periferică a colectorului, de temperatura de lucru,

de nivelul de vibraţie, de suprafaţa colectorului, de calitatea periilor, de presiunea atmosferică etc. :aterialele actuale cu peste ? N metal permit oviaţă de lucru până la ? ore la aplicaţii curente şi doar D ore la aplicaţiiaerospaţiale, unde presiunea atmosferică redusă conduce la o uzură pronunţată.În figura . a este prezentată calitativ uzura unei perii funcţie de presiunea peea, zona optimă de utilizare găsindu-se între zona de uzură de natură electricămaximă %o presiune redusă reduce conductivitatea perie-colector şi conducţia

poate avea loc c/iar prin arc electric) şi zonă de uzură mecanică ridicată%provocată de o presiune specifică prea ridicată cate distruge filmul formatdintre perie şi colector). a urmare a acestui lucru, arcurile de presare trebuiauastfel proiectate, încât să asigure o presiune optimă pe toată durata de viaţă a

periei 2E. '(3.#arcina maşinii influenţează de asemenea puternic durata de viaţă a periilor.Acest lucru se vede în figura (., b, unde pentru un servomotor tip Eettsgabarit 4(, durata lui de viaţă este funcţie de comutaţie şi aceasta,, la rândulei, de turaţie şi sarcină 2&3,7 altă problemă legată de sistemul perie-colector este zgomotul produs deacesta. ;ntensitatea zgomotului depinde de starea suprafeţei colectorului, de

presiunea aplicată periilor, de poziţia periilor în portperie, de materialul din care

sunt făcute periile etc.


10/22

5ig. .B. $amele de colector pentru servomotoarele de c.c. *a - pentru viteze mari de rotaţie b-pentru performanţe mai reduse.

$a turaţii foarte ridicate, funcţionarea rulmenţilor nu unii este însă silenţioasă şiîn unele din astfel de aplicaţii se pot folosi lagăre de alunecare de bronz, bronz-grafitat sau molibden. $agărele de alunecare pun probleme mai delicate deungere şi întreţinere, ceea ce face ca în general utilizarea lor să fie redusă.

Aşa cum am văzut, foarte adesea servomotoarele utilizate trebuie să fie cuplatecu diverse traductoare, ca ta/ogeneratoare, transformatoare rotative %rezolvere),traductoare incrementale rotative, %encodere) etc, traductoare care adesea se

preferă să se introducă în aceeaşi carcasă cu maşina principală. În plus, înanumite aplicaţii, se cere ca la dispariţia tensiunii de comandă, maşina sărămână blocată, ceea ce pe de o parte poate conduce la o creştere a preciziei delucru şi a productivităţii în cazul maşinilor-unelte cu comandă program, iar pede altă parte, conduce la creşterea securităţii muncii.


11/22

1. # TRANSMISIA PRIN C$RELE A RO%O&ILOR IN'$STRIALI

#.1 Transmisii !rin curele#.1.1. Transmisii !rin curele late


12/22

ţesătură, cauciucată sau material plastic cu proprietăţi de frecare .superioare.

5ig. &.Tabelul 2.1aracteristicile materialelor uzuale de curele

:aterialulSr

:


13/22

În cazul transmisiei cu axe paralele şi curea încrucişată cu axe paralele şi roţimultiple %sau rolă de întindere) şt transmisiei cu axe încrucişate, elementelegeometrico caracteristice se deduc prin considerente geometrice similare 2P3.Felaţiile geometrice de mai înainte negli+ează, grosimea curelei # în raport cu

diametrele 0,&, ale roţilor de curea în cazul curelelor late pentru cureleletrapezoidale duplex şi dinţate, relaţiile geometrice consideră, diametrele 0,& cadiametre primitive %0 p,& în sensul #9A# D&-D@).În aceleaşi condiţii, viteza teoretică a curelei

D.CD.C &&-- n $n $) π π == %&.()1nde n,& sunt turaţiile roţilor de curea, iar raportul de transmitere teoretici12 G U IlCI& G nCn& G0&C0 %&.?)Criterii e (ia)ilitate.


14/22

5ig.&.?

5ig.&.Dşid5C%5 -5c) GKd`. %&.)


15/22

5ig. &.?

Tabelul 2.&'imensiunile secţiunii curelelor tra!e*oiale

%v. fig. &.D)9ipul urelei Înguste 9ipul curelei clasiceDx? #


16/22

curelelor late. 8xistenţa datelor experimentale pentru rezistenţa la oboseala permite determinarea unei durabilităţi, cu considerarea unor coeficienţi decorecţie adecvaţi.7bservaţii similare se pot face şi pentru durabilitatea la uzură.

% ,B@,BP,P,P',P(,PD,P@

,B',BD,BB,P,P&

Halorile coeficientului de funcţionare a la curele trapezoidale conform #9A# D' - @

D


17/22

9ipul motorului de acţionare

9ipul maşinii de lucru

:otoare asincrone cumoment normal de pornire %până la de &ori momentulnominal). :otoaresincrone şimonofazate, cu fază

auxiliara de pornire.:otoare asincronecu conectare stea,stea-triung/i şi cucolectoare. :otoarede curent continuuîn paralel. :otoarecu ardere internă şiturbine cu nG DrotCmin.

:otoare asincronecu moment mare de pornire %mai maredecât de & ori mo-mentul nominal).:otoare monofazatecu moment mare de

pornire. :otoare decurent continuu serieşi compound.:otoare cu ardereinternă cu n5% rotCmin.

Mumărul de sc/imburi pe zi & ' & '

9ransmisii uşoare %suprasarcina nulă)* pompecentrifuge şi compresoare, transportoare cu bandă

pentru obiecte uşoare), ventilatoare până la @,?"R . , ,& , .& ,'

9ransmisii mi+locii %suprasarcină &?N) foarfecede tablă, prese, transportoare cu lanţ sau bandă%pentru obiecte grele), sile oscilante, generatoareşi excitratice, maşini de frământat, maşini -unelte %strunguri şl maşini %le şlefuit) maşini despălat maşini tipografice, ventilatoare peste @,?"H

. .& ,' .& .' ,(

9ransmisii grele %suprasarcină ?N) mori, cucompresoare cu piston, transportoare grele %cuinele, cu plăci, cu cupe), elevatoare, prese de bric/etat, maşini din industria /ârtiei, pompe cu piston, pompe pentru /idromonitoare, gatere,

mori cu ciocane ,& ,' ,( , .? ,D9ransmisii foarte grele %suprasarcină N), mori puternic solicitate, concasoare, malaxoare,vinciuri şi macarale, excavatoare ,' .( ,? ,? ,D .B

8tapele de calcul se indică în tabelul &.P.0acă diametrul roţii este sub B mm, roata se face cu disc %v. fig. &.P), cugrosimea ? ma@ G=C'. În fig. &.P, a se prezintă tipul constructiv al roţii de cureacu lăţimea obezii mai mică decât B mm, în fig. &.P, b roata cu 3 B? mm,iar în fig. &..P, c, roata la care l 1 Q ' mm.

@


18/22

5ig. &.

8lementele componente alo roţii sunt supuse unor solicitări complexe. #piţelese calculează simplificat la încovoierea dată de forţa utilă u , considerând cănumai C' din numărul spiţelor participă la preluarea momentului încovoietor %fig. &.). #ecţiunea periculoasă este la îmbinarea spiţei cu butucul*

5uFG5u%0-d b)C&G!iSiiC'G( 'C'&C& i## i @ B σ π & @# %&.@) cu verificările cunoscute.

Foţi pentru curele trapezoidale. Acestea pot fi executate fie prin turnare dinfontă sau alia+e do aluminiu, fie sub formă de construcţii sudate %fig. &. &), fie

prin ştanţare din tablă %fig. &.&).5orma şi dimensiunile canalelor pentru curele, precum şi diametrele primitive

0,&, sunt precizate în #9A# D&-D@, funcţie de tipul curelei. #e recomandă caroţile de curea la care 0,&Q mm să fie executate monobloc %fig. &. &, a),cele la care Q 0,& Q & mm să fie executate cu butuc şi disc %fig. &.&, b),iar cele cu 0,& & mm să fie executate cu butuc şi spiţo %fig. &. &, c).

5ig.&. &


19/22

5ig. &.&

5ig. &.'#.1.+. Transmisii cu curele e ,ntinere


20/22

la ,& până la (& "R), distanţă mică între axe şi funcţionare liniştită.În funcţie de valoarea pasului n %fig. &.&?), curelele se execută în cinci serii dedimensiuni %tabelul &.).

5ig. &.?În structura curelei dinţate se pot observa următoarele elemente componente *structura de rezistenţă , formată din fibre de sticlă sau fibre de oţel, cu o marerezistenţă la tracţiune, dispuse pe un singur rând pe lăţimea curelei %fig. &.D),spatele 2 %partea nedinţată), dinţii ? din cauciuc sintetic dur şi învelişul D aldinţilor din ţesătură din fibre poliamidice.Tabelul 2.10odul curelei funcţie de pas


21/22

5ig. &.DTabelul 2.11 Fapoarte de transmitere maxime şi câţiva parametri limită pentruroata mică de curea9ipulcurelei

5 &%IH %întindere) H v 5 D2-%D 8 K>-L% 5 20 IH %întindere)

&


22/22

H H; 5 D2-%D8K>-L%8>25 102 IH %întindere)0in diagramă rezultă că secţiunea periculoasă se găseşte pe porţiunea H; a

barei, deoarece în această zonă modulul forţei axiale este maxim, iar secţiuneaeste mică.

BIBLIOGRAFIE

1. #isteme de roboţi celulari \ $ucian iobanu \ 8ditura9e/nică

2. 9e/nologie şi educaţie mecatronică \ Histrian :atieş şialţii \ 8ditura 8conomică

acŢionĂri electrice cu servomotoare de curent continuu .doc

Documents