Portofoliu Curs1

Portofoliu Curs1

III. ECHIPAMENT DIDACTIC PENTRU REGLAREA TURAIEI MAINILOR ELECTRICE ROTATIVE

n instruirea tehnic se folosesc des ca modele de similitudine, bazate pe asemnare, machetele unor aparate, instalaii, maini sau echipamente care reproduc obiectul natural, n miniatur sau transparent, de exemplu, machetele din material plastic, precum i modelele secionate, care redau sub form modular structura intern, conform schemei bloc a echipamentului, la dimensiuni reale. Modelele prin analogie, denumite modele reale, abstracte sau mintale, redau simplificat, schematizat procese, aciuni, fenomene tehnice. Prin ele se ilustreaz principiile de funcionare a aparatelor, instalaiilor, echipamentelor, explicaia teoretic a proceselor i fenomenelor ce se petrec n diferite instalaii i se scot n eviden legile care stau la baza construciei aparatelor, instrumentelor sau echipamentelor tehnice [3].Echipamentul didactic a fost conceput pentru a oferi un instrument educaional pentru testarea cunotinelor practice ale elevilor, fixndu-i drept obiectiv nelegerea corect a temei n ansamblul ei.Caracterizat prin adaptabilitate la tehnologia aflat n continu ascensiune, echipamentul, este capabil s stimuleze deprinderile i aptitudinile elevului, att prin aplicaii de grup ct i individuale, oferind de asemenea profesorului un instrument eficient susinut de o metodologie de predare inovatoare.De fapt, elevul are posibilitatea s testeze, s exploreze, s experimenteze in mod direct i s asimileze cu uurin temele pe care le studiaz.O particularitate a acestui echipament didactic este faptul c se compune din module care reproduc circuitele reale, relevante pentru obiectul supus testrii.Elevul trebuie s studieze un circuit, s neleag partea teoretic relevant, s analizeze condiiile de operare i s verifice, cu ajutorul unei aparaturi adecvate, situaia prezent n diverse puncte de testare al circuitului.Echipamentul didactic este produs de firma DE LORENZO Italia, care cuprinde urmtoarele componente: un modul unitate de baz DL 3155AL2R care este suportul unor plci experimentale dedicate prezentrii diferitelor experimente; plci experimentale : un modul DL 3155E10 MOTOARE I CONTROLUL TURAIEI; un modul DL 3155E10R COMANDA MOTOARELOR cu TRIAC;Aceste plci experimentale pun la dispoziia elevilor urmtoarele: posibilitatea de a realiza lucrri practice de laborator; s efectueze msurtori folosind instrumente de msur i control; s noteze i s prelucreze valorile msurate; s trag concluzii asupra rezultatelor prelucrrii msurtorilor.De asemenea, aceste module dau posibilitatea profesorului de a introduce, pe placa experimental, defecte ce conduc la funcionarea defectuoas a sitemului sau a blocrii acestuia. n urma introducerii defectului pe plac i n procesul de depanare, elevul poate s demonstreze urmtoarele: nsuirea cunotinelor teoretice legate de sistemul n curs de depanare; folosirea aparatelor de msur i control; abiliti de depanare a circuitelor; formularea concluziilor pe baza unor msurtori efectuate i prelucrate.

III. 1. Unitate de baz DL 3155AL2REste un echipament suport pentru module experimentale avnd urmtoarele caracteristici tehnice: fig. III.1.1. unitatea de baz DL3155AL3Rtensiuni stabilizate (protejate mpotriva scurtcircuitelor i a suprasarcinilor) disponibile la panoul frontal al echipamentului. 0 / +15 V DC, 1A 0 / -15 V DC, 1A +15 V DC, 1A -15 V DC, 1A +5 V DC, 1A -5 V DC, 1A 6 6 V AC, 1A un slot pentru conectarea modulelor experimentale; alimentare de la reeaua electric 230V AC, 50 HzUnitatea de baz activeaz automat sistemul de protecie la apariia scurtcircuitelor sau a suprasarcinilor n circuitele studiate, i elibereaz elementele de protecie - tot automat - n momentul dispariiei cauzelor ce au dus la activarea proteciei.

III. 2. Modul experimental DL 3155E10

fig. III.2.1. modul experimental DL3155E10 pentru controlul turaiei motoarelor de c.c., c.a., p.p.Placa experimental pune la dispoziie trei motoare de dimensiuni mici i circuite de comand aferente, pentru studiul reglrii turaiei acestora. Sunt realizate circuite de comand i reglare cu componente electronice. Modulul ofer posibilitatea de a msura i/sau a vizualiza parametrii semnalelor de intrare, de ieire i a unor semnale intermediare din circuitele electronice de comand.Modulul are patru circuite de comand: reglarea turaiei motorului de curent continuu n circuit deschis reglarea turaiei motorului de curent continuu cu reacie negativ utiliznd un regulator de tip PID reglarea turaiei motorului de curent alternativ prin variaia frecvenei tensiunii de alimentare comanda motorului pas cu pas

III.2.1. Reglarea turaiei motorului de curent continuu n circuit deschis

fig.III.2.2. circuitul electric n bucl deschis cu reglare liniarCircuitul din fig.III.2.2. realizeaz reglarea vitezei m.c.c. prin variaia tensiunii de alimentare. Funcionarea motorului se face n ambele sensuri prin intermediul poteniometrului P i a celor doi tranzistori de putere care conduc pe rnd - ntr-un sens T1 iar n cellalt sens T2. S presupunem c poteniometrul P este n poziia de mijloc i tensiunea n punctul de msur B1 este 0 V. n acest caz ambele tranzistoare sunt blocate. Pe msur ce deplasm poteniometrul n stnga sau dreapta modificm tensiunea la baza tranzistoarelor n sens pozitiv sau negativ. Tranzistorul bipolar de putere T1 este de tip NPN; cnd jonciunea BE este polarizat direct (n punctul de msur B1 avem tensiune pozitiv) i curentul n baz crete, atunci tranzistorul intr n conducie iar motorul pornete, ct timp crete curentul de baz - crete i turaia motorului; n acest timp tranzistorul T2 fiind de tip PNP este blocat deoarece are polaritatea invers.Dac ns poteniometrul este nvrtit n cellalt sens atunci tensiunea la borna B1 devine negativ - tranzistorul T1 se blocheaz i intr n conducie tranzistorul T2 care este de tip PNP; acest lucru determin schimbarea sensului motorului.

y*cyReferinRegulator PM.C.Cfig.III.2.3. sistem de reglare n bucl deschisDiodele D1 i D2 au rolul de a proteja tranzistoarele de cureni prea mari n timpul conducerii lor.Reglarea turaiei motorului de curent continuu prin aceast schem este liniar datorit poteniometrului a crei rezisten se modific liniar. Din punct de vedere a unui sistem de reglare aceast schem reprezint un sistem deschis n care avem blocul de prescriere a referinei (y*) i un regulator proporional (de tip P); aici nu avem reacie negativ, deci putem avea modificri al ieirii (y) sistemului, altfel spus turaia masurat a motorului poate s difere de valoarea prescris.n acest sistem elevul poate s msoare cu ajutorul multimetrului digital valorile tensiunilor din anumite puncte al sistemului (fig.III.2.4.): valoarea tensiunii din punctul B1 care reprezint semnalul prescris y* ; valoarea tensiunii din punctul B0, pus la dispoziia utilizatorului de ctre fabricant, care reprezint semnalul de ieire y, n cazul nostru turaia motorului.

fig.III.2.4. diagrama topografic a modulului

Cele dou valori msurate se compar, iar diferena dintre ele reprezint eroarea de reglare. Dac valoarea acestei erori este foarte mic, tinde la zero, putem afirma c semnalul de ieire urmrete semnalul prescris, deci reglajul este precis. Dac eroarea nu tinde la zero, avem un semnal de ieire care nu urmrete semnalul prescris, deci reglajul este mai puin precis.n tabel. III.2.1. prezentm un set de date msurate pentru un sens de rotaie.nr.crt.1234567

y* (referin)011,482,032,4833,5

y (ieire)00,561,422,473,344,275,20

tabel.III.2.1. valori msurate

fig.III.2.5. reprezentarea grafic a valorilor msurate

Din reprezentarea grafic a valorilor msurate se poate vedea liniaritatea celor dou semnale msurate, dar i diferena dintre ele; se observ o abatere destul de mare a semnalului de ieire fa de semnalul de referin. Un astfel de sistem de reglare se poate folosi la aplicaii care nu necesit precizie ridicat; este simplu de realizat, cu piese puine i un pre redus.

III.2.2. Reglarea turaiei motorului de curent continuu n circuit nchis Pentru o precizie ridicat a unui sistem de reglare se introduce n circuit o reacie negativ, prin care se culege valoarea semnalului de ieire, se compar cu semnalul prescris, iar eroarea rezultat se supune unei reglri mai precise pentru ca comanda dat motorului s aduc semnalul de ieire la nivelul semnalului prescris.

fig.III.2.6. schema electric a comenzii cu PWM a motorului de curent continuu Schema electric a reglrii automate a motorului de curent continuu care implementeaz o lege de reglare de tip PID i comand elementul de execuie(T7) printr-un semnal PWM (Pulse Width Modulation - modificare n durat a impulsurilor) este prezentat n fig.III.2.6. n aceast schem identificm urmtoarele blocuri funcionale: blocul referin; blocul de reacie negativ; blocul regulator PID; blocul de execuie;

mfig.III.2.7. sistem de reglare n bucl nchisyM.C.Cy*ReferinEExcRegulator-rTraductor

Blocul de referin l constitue divizorul de tensiune format din rezistenele R40, R41, i poteniometrul P2, constituind un reglaj ntr-un singur sens al motorului cu o plaj de valori destul de mare. Valoarea tensiunii de referin poate fi msurat la borna B2.Blocul de reacie negativ este alctuit din circuitul din jurul amplificatorului operaional (AO) IC12 care corespunde unui element integrator(PI). Datorit faptului c acest element se afl n circuitul de reacie a sistemului de reglare automat, efectul lui se v-a transforma ntr-un efect derivativ (PD) pe SRA. Valoarea tensiunii de reacie (FEEDBACK) se poate msura la borna B0 al circuitului.Blocul regulator PID conine: elementul PI - format din componenta a doua (pinii 5, 6, 7) a amplificatorului operaional IC11, condensatorul C13 i rezistena R45; i elementul PD format practic tot dintr-un element PI descris la blocul de reacie negativ. Aceste dou circuite contribuie la formarea legii de reglare de tip PID (proporional - integrator - derivativ). n realitate AO IC11 realizeaz i funcia de comparare a referinei cu valoarea msurat, iar la ieirea lui (pinul 7) putem citi valoarea comenzii PID care contribuie n mare msur la reglarea turaiei motorului. Acest semnal poate fi msurat la borna B9 a plcii experimentale.

dinte de fierstrucomanda PIDPWMfig.III.2.8. generarea semnalului PWMBloocul de execuie este format dintr-un tranzistor bipolar de putere T7 care este comandat de un circuit PWM (impulsuri dreptunghiulare modificate n durat). Impulsurile de comand PWM se obin din transformarea unui semnal dinte de fierstru - prin compararea lui cu semnalul obinut de la ieirea regulatorului - ntr-un semnal dreptunghiular (fig.III.2.8.).

Generatorul de semnal PWM conine cele dou AO din circuitul integrat IC10, dioda D18, condensatorul C11, i rezistenele R36, R37, R38, R39 care formeaz generatorul de semnal dinte de fierstru i primul AO din circuitul integrat IC11, care are rolul de comparator. Semnalul triunghiular dinte de fierstru poate fi vizualizat cu ajutorul osciloscopului la borna B4, iar semnalul PWM la borna B5 al plcii experimentale(fig.III.2.9).

fig.III.2.9. semnal dinte de fierstru; semnal PWM Acest sistem de reglare automat realizeaz modificarea turaiei ntr-un singur sens de la o valoare minim fix. La pornirea circuitului motorul are o turaie minim. n urma msurrii valorilor mrimii de ieire (tensiunea la B0) i a mrimii de referin (tensiunea la B1) observm c cele dou valori sunt foarte apropiate, deci putem spune c ieirea urmrete referina, adic reglarea este foarte precis.

III.2.3. Reglarea turaiei motorului de curent alternativ prin variaia frecvenei tensiunii de alimentare

Motorul pus la dispoziia utilizatorilor, pe placa experimental, este un motor asincron cu rotorul n scurt circuit i cu dou bobine (faze) pe stator. Pentru alimentarea motorului de curent alternativ, respectiv controlul turaiei, placa experimental conine un circuit convertor de frecven. Variaia frecvenei se face rotind poteniometrul P3(FREQ. ADJ.) din circuitul generatorului de semnal sinusoidal. Dup cum tim, pentru obinerea cmpului magnetic nvrtitor al motorului de curent alternativ, avem nevoie de cte un semnal sinusoidal, pe fiecare faz a motorului, defazate una fa de cealalt. Astfel n circuit avem un singur generator de semnal sinusoidal. Semnalul astfel obinut se conecteaz, dup o amplificare corespunztoare, la una dintre bobinele motorului, iar cealalt bobin v-a fi conectat la acelai semnal care trece ns printr-un condensator n prealabil i astfel v-a fi defazat cu 90o fa de semnalul iniial.Modulul experimental ne permite s inversm sensul turaiei motorului, acest lucru se face inversnd semnalele aplicate fazelor motorului, lucru posibil prin acionarea comutatorului I2 din circuit. Acest comutator schimb poziia condensatorului din circuitul unei faze, n circuitul celeilalte faze, a motorului. Circuitul electric este prezentat n fig.III.2.10.

fig.III.2.10. comanda m.c.a. prin variaia frecvenei tensiunii de alimentareCircuitul electric din figur cuprinde dou blocuri distincte: generatorul de semnal sinusoidal de mic putere i cu fercvena variabil, a crei form poate fi vizualizat cu ajutorul osciloscopului la borna B6; etajul final de amplificare i alimentare a fazelor motorului de curent alternativ. Amplificarea este realizat de circuitele integrate IC8 i IC9, care sunt nite amplificatoare operaionale de putere. Se observ c n acest etaj final sunt create dou semnale amplificate i defazate ntre ele cu 90o cu ajutorul condensatoarelor electrolitice C9 i C10. n punctele de control B7 i B8 putem vizualiza forma semnalelor sinusoidale cu ajutorul osciloscopului, de asemenea, pe ecranul osciloscopului putem observa defazarea celor dou semnale (fig.III.2.11.)

fig.III.2.10. semnalele sinusoidale aplicate celor dou faze a m.c.a.Msurtorile care se pot face n acest montaj sunt: - tensiunea citit la borna B0 a plcii experimentale. Aceast tensiune reprezint viteza motorului (este proporional cu viteza m.c.a.). Pentru a obine aceast tensiune trebuie s conectm rotorul motorului de curent alternativ cu rotorul motorului de curent continuu cu o curea de transmisie; prin aceast operaie am obinut un generator de curent continuu a crei tensiuni generate este direct proporional cu viteza de rotaie a rotorului, deci i a rotorului motorului de curent alternativ. - frecvena citit la borna B6 a plcii, unde se poate vizualiza semnalul sinusoidal generat.Aceste dou valori se noteaz ntr-un tabel ca i n exemplul urmtor (tabelul III.2.2.) .nr.crt.12345

frecvena Hz (referin)3739424549

tensiunea V (ieire)0,1580,1680,1820,1950,212

tabel.III.2.2. valori msurateValorile msurate indic clar faptul c pentru orice cretere a frecvenei semnalului aplicat motorului de curent alternativ avem i o cretere a tensiunii msurate la bornele traductorului de turaie (format din m.c.a. i m.c.c. conectate prin curea) deci o cretere a vitezei de rotaie.

Bibliografia folosita pentru cele de mai sus:1Electrotehnic i electronicAl. Fransua, S. Cnescu,Ed. Did. Pedag., Buc. - 1969

2Elemente fundamentale de fizicGh.Cristea, I. Ardelean,Ed. Dacia, Cluj-N. - 1985

3Introducere in automaticM. VoicuEd. Polirom, -2002

4Acionri electriceA. KelemenEd. Did. Pedag., Buc. - 1979

5Electronic de putere n automaticC. Fetil, M. AbrudeanEd. Mediamira Cluj-N. - 2004

6http://memm.utcluj.ro/materiale_didactice/

7http://islavici.ro/cursuri/

8http://users.utcluj.ro/~csmartis/CET/

CuprinsIII.ECHIPAMENT DIDACTIC PENTRU REGLAREA TURAIEI MAINILOR ELECTRICE ROTATIVE1III. 1. Unitate de baz DL 3155AL2R2III. 2. Modul experimental DL 3155E103III.2.1. Reglarea turaiei motorului de curent continuu n circuit deschis4III.2.2. Reglarea turaiei motorului de curent continuu n circuit nchis7III.2.3. Reglarea turaiei motorului de curent alternativ prin variaia frecvenei tensiunii de alimentare9

14