CAPITOLUL 6

CAPITOLUL 6

ELEMENTE DE COMAND

Elementele de comand utilizate n mod obinuit sunt: releele electromagnetice i convertoarele.

6.1. Relee electromagnetice.

n schema bloc (structur) a unui SA (fig.1.3) este prezentat i regulatorul automat RA. n componena acestui regulator se afl n mod obinuit un amplificator A i un element de comand C ca n figura 6.1.

Fig. 6.1.

Prototipul elementului de comand este constituit de releul electromagnetic. Releul electromagnetic este un element de automatizare la care mrimea de ieire u(t) variaz brusc (n salt) atunci cnd mrimea de intrare (*(t) atinge o valoare prescris (p*(t).

n figura 6.2. este artat modul n care este realizat un releu electromagnetic.

Legend: 1-Miez feromagnetic; 2 Bobin parcurs de curentul de comand Ic; 3- Armtur mobil din material feromagnetic; 4 Arc; 5- Pastil din material nemagnetic; 6- Material izolator; 7 Lamele elastice din tombac; 8 contact normal deschis ( Ic=0).

Privit sub form bloc, la intrarea releului se aplic IC i se obine la ieire IS (fig. 6.3).

Cnd se aplic la intrare IC, acesta parcurge bobina 2, care creeaz un flux magnetic ( ce parcurge miezul feromagnetic 1, armtura mobil 3 i se nchide prin ntrefierul (.

Fig. 6.2.

n ntrefier apare fora de atracie Fa :

(6-1)

Arcul 4 d o for antagonist Fg :

(6-2)

Variaia Fa i Fg este artat n figura 6.4.

Fa variaz hiperbolic cu ( iar Fg variaz liniar cu (.

Se observ c:

(6-3)

crete mai repede cu ct ( scade.

Armtura mobil se oprete cnd ( =(min; n acelai timp se rotete n jurul punctului 0 i exercit o for de apsare asupra lamelor elastice 7 care nchid contactul 8. n aceast

situaie prin lamelele 7 circul curentul de sarcin IS ( IC (funcia de amplificare a releului fig. 6.5).

Cnd IC = 0, Fa scade Fg(Fa armtura mobil 3 se elibereaz, ntrefierul ( crete pn cnd ( =(min.

Rolul pastilei 5 este de a evita situaia n care magnetismul remanent n miezul 1 s mpiedice desprinderea armturii mobile 3 cnd IC=0.

Acest releu nu poate fi utilizat n c.a. deoarece Fa=f((2) i aceasta variaz n timp ca n figura 6.6.

Aceasta ar face ca armtura mobil s fie atras i apoi s fie readus n poziia deschis .a.m.d. ceea ce ar conduce la vibraia contactelor. Pentru a evita aceasta, se monteaz o spir n scurtcircuit 9, ca n figura 6.2. n aceast situaie spira n scurtcircuit (din cupru) produce un flux (2.

Fig. 6.6.

Diagrama vectorial a releului este dat n figura 6.7.

Variaia n timp a fluxurilor (1 i (2 i a forelor de atracie corespunztoare Fa1 i Fa2 rezult din figura 6.8,a i 6.8,b. n figura 6.8,c se vede cum fora de atracie rezultat Ft este tot timpul ( 0.

Fig. 6.7.

Observaie. La releele electromagnetice de c.c. armturile sunt confecionate din material feromagnetic moale. La releele electromagnetice de c.a. sunt utilizate tole de oel electrotehnic.

Releul prezentat este cunoscut sub denumirea de releu cu palet. Constructiv el este realizat din mai multe perechi de contacte 7 (funcia de multiplicare).

n figura 6.9. este prezentat releul electromagnetic cu plonjor. Legend: 1 Bobina de comand; 2 Plonjor; C1,C2,C3,C4 contacte; C1,C3 contacte normal deschise cnd (cnd Ic=0); C2,C4 contacte normal nchise cn (cnd Ic=0).

Fig. 6.8.

Fig. 6.9.

La apariia curentului IC se creeaz un flux magnetic ce produce fora de atracie care atrage plonjorul, i odat cu el sistemul mecanic ce face ca contactele normal deschise s devin normal nchise i cele normal nchise s devin normal deschise.

n schemele electrice, bobinele de releu i contactele lor se deseneaz ca n figura 6.10.

O alt explicaie a funcionrii releului electromagnetic este dat de circuitul RL (fig.6.11)

Fig. 6.11.

Aplicnd teorema a II-a a lui Kirchhoff n acest circuit se poate scrie:

(6-4)

(6-5)

(6-6)

(6-7)

(6-8)

Unde uR i uL sunt pierderile de tensiune pe rezistorul R respectiv bobina L (De fcut diferena ntre pierderea de tensiune i cderea de tensiune care este vectorial la circuite n c.a.).

Relaia (6-8) este o ecuaie diferenial liniar, de ordinul 1, neomogen, cu coeficieni constani. Soluia i se caut sub forma a dou soluii suprapuse it i if. n care it este componenta tranzitorie i este o soluie general a ecuaiei omogene iar uf este componenta forat (impus) care este o constant i o soluie particular a ecuaiei neomogene.

Se caut it de forma:

(6-9)

(6-10)

(6-11)

(6-12)

(6-13)

(6-14)

(6-15)

Reprezentarea grafic a variaiei este dat n figura 6.12.

(6-16)

Fig. 6.12.

T este de natura timpului (este pe axa timpului t) i este numit constanta de timp a circuitului.

T este timpul dup care s-ar ajunge la regimul permanent, dac viteza de variaie a curentului ar fi constant i egal cu cea din momentul iniial.

(6-17)

Pentru a determina cu mai mare precizie alura variaiei i, s-a determinat i coordonatele punctului P (fig. 6.18). Se construiete T. Se duce verticala. Se stabilete 0,64 E/R pe ordonat. Se duce orizontala i se determin P.

Fig. 6.13.

Pentru determinarea alurei lui i, el trebuie s treac prin 0, s fie tangent la dreapta OI, s treac prin P i apoi s fie asimptotic la regimul permanent. Din variaia i = f(t) rezultat n figura 6.13, se observ c i variaz de la 0 la E/R.

Releul nu va anclana deci n momentul iniial ci dup un anumit timp, Contactele prin care trece IS vor fi nchise cu o anumit ntrziere. Dac se consider c releul anclaneaz la i ( 0,95 E/R, atunci ntrzierea (temporizarea) va fi :

(6-18)

Aceasta se poate urmri i n figura 6.14.

Fig. 6.14.

Pentru a vedea cum variaz uR i uL, se pleac de la relaiile (5-5) i (5-6).

(6-19)

(6-20)

n figura 6.15 se poate urmri variaia uR i uL.

Fig. 6.15.

Aceste relee electromagnetice mai sunt numite i relee intermediare, datorit funciei de multiplicare a contactelor.

Observaie. Referitor la constanta de timp T (fig. 6.16).

Fig. 6.16.

(6-21)

(6-22)

Egalnd relaiile (6-21) i (6-22) se obine

(6-23)

Rezult c n orice punct se duce tangenta la curba i se obine T. /6.1/

Studiul circuitului RL se poate efectua i cu ajutorul plecnd de la relaia (6-8) :

(6-8)

Se aplic transformata Laplace:

(6-24)

(6-25)

(6-26)

este :

(6-27)

Se aplic forma a doua a teoremei lui Heaviside.

Dac , atunci

(6-28)

n cazul nostru:

(6-29)

(6-30)

(6-31)

(6-32)

La aceste relee, nchiderea respectiv deschiderea contactelor se realizeaz aproape instantaneu, constantele de timp fiind foarte mici. n practic este necesar de multe ori de a avea o ntrziere mai mare ntre momentul acionrii unui buton ce permite curentului s parcurg spirele bobinei i momentul cnd aceste contacte se nchid sau se deschid. Pentru aceasta au fost imaginate diferite dispozitive, care s realizeze ntrzierile dorite. Aceste dispozitive au fost ataate releelor electromagnetice obinuite (releelor intermediare) i s-au obinut releele de timp.

ntrzierile se pot obine cu mecanisme de ceasornic, cu micromotoare electrice, cu programatoare electromecanice, cu dispozitive pneumatice, hidraulice etc. Cele mai simple i cele mai utilizate sunt cele cu circuit RC.

Schema electric a unui astfel de circuit este dat n figura 6.17.

Fig. 6.17.

(6-33)

(6-34)

(6-35)

(6-36)

(6-37)

(6-38)

(6-39)

(6-40)

(6-41)

(6-42)

(6-43)

(6-44)

(6-45)

(6-46)

Fig. 6.18.

(6-47)

(6-48)

(6-49)

Circuitul st la baza funcionrii releului de timp (cu temporizare la anclanare sau revenire), deoarece pot avea constante de timp mari ce pot fi stabilite n funcie de R i C alese. n mod obinuit se utilizeaz poteniometre (rezisten variabil). Schema electric a unui releu de timp RC este dat n figura 6.19.

Fig. 6.19.

Fig. 6.20.

(6-50)

Din variaia , rezult c prin condensator nu trece curentul continuu.

Fig. 6.21.

(6-51)

(6-52)

Fig. 6.22.

Schema electric a releului de timp este dat n figura 6.23.

Fig. 6.23.

6.2. Convertoare

Convertoarele sunt elemente de automatizare ce realizeaz legtura sistemului de reglare automat cu elementul de execuie.

Sunt utilizate frecvent convertoare electropneumatice i electrohidraulice. Acestea sunt utilizate att n automatizri n general ct i la roboi n special /6.2/, /6.3/.

6.2.1. Convertoare electropneumatice

n figura 6.24 este prezentat un convertor electropneumatic curent-presiune.

Conversia este realizat n dou trepte: curent-deplasare i deplasare-presiune.

Convertorul curent-deplasare are la baz utilizarea unui electromagnet polarizat format din miezurile feromagnetice M1 i M2, voletul 1 care oscileaz n jurul punctului 0 i magneii permaneni 2, 3. Cnd voletul este pe poziie median arcul 4 este netensionat. Dac i ( 0 asupra voletului acioneaz numai cmpul de polarizare produs de magneii 2 i 3. Cum magneii 2 i 3 sunt identici, fluxurile de polarizare (p sunt egale. ntreferurile (1=(2=(3=(4 i voletul rmne n continuare pe poziia median. Dac i(0 voletul devine electromagnet. Fluxul produs de curentul i((I se mparte n fluxurile (1 i (2. n ntrefierul (2 va exista fluxul (p i (1. n ntrefierul (2 va exista fluxul (p i (2. n ntrefierul (1 va exista fluxul (p minus (2. n ntrefierul (3 va exista fluxul (p i (2 iar n ntrefierul (4 va exista fluxul (p i minus (1. Corespunztor fluxurilor vor aprea forele F1((1), F2((2), F3((3). F4((4). Deoarece F2(F1 i F3(F4, voletul i odat cu el paleta 6 se vor roti n sensul acelor de ceasornic cu un unghi (. Variaia unghiului ( este mic. Pentru valori mici se poate considera (((5.

Conversia este realizat n dou trepte: curent-deplasare i deplasare-presiune.

Fig. 6.24.

Convertorul curent-deplasare are la baz utilizarea unui electromagnet polarizat format din miezurile feromagnetice M1 i M2, voletul 1 care oscileaz n jurul punctului 0 i magneii permaneni 2, 3. Cnd voletul este pe poziie median arcul 4 este netensionat. Dac i ( 0 asupra voletului acioneaz numai cmpul de polarizare produs de magneii 2 i 3. Cum magneii 2 i 3 sunt identici, fluxurile de polarizare (p sunt egale. ntreferurile (1=(2=(3=(4 i voletul rmne n continuare pe poziia median. Dac i(0 voletul devine electromagnet. Fluxul produs de curentul i((I se mparte n fluxurile (1 i (2. n ntrefierul (2 va exista fluxul (p i (1. n ntrefierul (2 va exista fluxul (p i (2. n ntrefierul (1 va exista fluxul (p minus (2. n ntrefierul (3 va exista fluxul (p i (2 iar n ntrefierul (4 va exista fluxul (p i minus (1. Corespunztor fluxurilor vor aprea forele F1((1), F2((2), F3((3). F4((4). Deoarece F2(F1 i F3(F4, voletul i odat cu el paleta 6 se vor roti n sensul acelor de ceasornic cu un unghi (. Variaia unghiului ( este mic. Pentru valori mici se poate considera (((5.

Acest moment activ este echilibrat de momentul rezistent creat de arcul 4. Astfel curentul de 210 mA c.c. este convertit ntr-o deplasare unghiular ( sau liniar (5. S-a realizat prima treapt de conversie curent-deplasare (i((5). Sub form bloc acest convertor este artat n figura 6.25.

Fig. 6.25.

Dac voletul 1 s-a rotit spre dreapta, (5 se micoreaz. Sistemul duz 5, paleta 6 a intrat n aciune. Micorndu-se (5 iese mai puin aer prin duza 6 i crete Pc. Cnd duza este nchis complet ((5=0) atunci Pc=1 bar. Cnd duza este deschis complet ((5=(5max) Pc=0,2 bar. Duza 5 mpreun cu paleta 6 acionat de voletul 1, lucreaz ca o rezisten pneumatic variabil. Droselul 7 este o rezisten pneumatic fix care asigur n elementul de comand 8 o presiune de alimentare egal cu 1 bar. Deci prin modificarea mrimii (5 se obine o modificare a Pc, realizndu-se astfel a doua treapt de conversie, respectiv deplasare-presiune (fig.6.26).

Cum aciunea celor dou convertoare este nseriat se obine sub form bloc conversia curent-presiune ca n figura 6.27.

La i = 2 mA c.c. corespunde Pc = 0,2 bar iar la i = 10 mA c.c. corespunde Pc = 1 bar. Aciunea convertorului este proporional.

Treapta a doua deplasare unghiular (liniar) presiune, poate fi nlocuit cu o treapt de conversie ca cea din figura 6.28.

n figura 6.24, voletul 1 cu paleta 6 n funcie de i oscileaz n jurul axului 0 i produce deplasarea ( = (5. n figura 6.28 n funcie de i are loc deplasarea (. Cnd i crete, ( crete, scade (5 i crete (5. Ca urmare Pc1 la elementul de comand 8 crete iar Pc2 la elementul de comand 8 scade. Ca efect pistonul elementului de execuie 9 se va deplasa de sus n jos. Cnd i se micoreaz, ( scade, crete (5 i scade (5. n aceast situaie Pc1 scade i Pc2 crete. Ca urmare pistonul elementului de execuie 9 se va deplasa de jos n sus. Astfel s-a obinut conversia (5((5)( (l.

6.2.2. Convertoare electrohidraulice

n figura 6.29 este prezentat un convertor electrohidraulic. n funcie de curentul care parcurge bobinele 1, are loc o deplasare a paletei 2 care se materializeaz n modificarea distanelor (1 respectiv (2 (pentru sistemele duz-palet respective). Dac (1 = 0 uleiul cu presiunea p1 care trece prin distribuitorul 3 ajunge la orificiul 01 de unde acioneaz asupra pistonului distribuitorului n sensul de la stnga la dreapta; uleiul alimenteaz elementul de execuie 4 care se va deplasa de la stnga la dreapta. Acest convertor i (l este cunoscut i sub denumirea de servovalv.

Paleta 2 are acelai principiu de funcionare ca i voletul 1 cu paleta 6 din figura 6.24.

Fig. 6.29.

Fig.6.3.

Fig. 6.4.

Fig. 6.5.

Fig. 6.7.

Fig. 6.10.

i

Fig. 6.27.

Fig. 6.26.

Fig. 6.28.

EMBED Word.Picture.8

Pc=0,21 bar

(*(t)

((t)

(=(1

(2

(

Pc=0,21 bar

(5

(

(

(

(

(

(

179

_1053505496.unknown

_1053509702.unknown

_1053510110.unknown

_1053510708.unknown

_1054374560.unknown

_1054457835.unknown

_1054457852.unknown

_1054567291.unknown

_1054374682.unknown

_1054374714.unknown

_1054375140.doc

_1054374706.unknown

_1054374661.unknown

_1053510871.unknown

_1053511158.unknown

_1054374514.unknown

_1053510956.unknown

_1053511054.unknown

_1053510836.unknown

_1053510405.unknown

_1053510480.unknown

_1053510583.unknown

_1053510651.unknown

_1053510449.unknown

_1053510232.unknown

_1053510285.unknown

_1053510139.unknown

_1053509963.unknown

_1053510061.unknown

_1053510083.unknown

_1053510020.unknown

_1053509884.unknown

_1053509940.unknown

_1053509766.unknown

_1053506209.unknown

_1053506389.unknown

_1053506504.unknown

_1053506650.unknown

_1053506493.unknown

_1053506275.unknown

_1053506290.unknown

_1053506248.unknown

_1053505873.unknown

_1053506015.unknown

_1053506124.unknown

_1053505952.unknown

_1053505586.unknown

_1053505717.unknown

_1053505574.unknown

_1053505110.unknown

_1053505342.unknown

_1053505416.unknown

_1053505455.unknown

_1053505372.unknown

_1053505301.unknown

_1053505317.unknown

_1053505140.unknown

_1053504864.unknown

_1053504995.unknown

_1053505044.unknown

_1053504933.unknown

_1053504578.unknown

_1053504631.unknown

_1053504526.unknown