sisteme de actionare iimec.upt.ro/dolga/saii_6.pdfprof. dr. ing. valer dolga 6 cerinţele dinamice...

27
SISTEME DE ACTIONARE II Prof. dr. ing. Valer DOLGA,

Upload: others

Post on 31-Jan-2020

16 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: SISTEME DE ACTIONARE IImec.upt.ro/dolga/SAII_6.pdfProf. dr. ing. Valer DOLGA 6 Cerinţele dinamice se referăla sistemele de acţionare cu sarcini inerţiale mari (şi cazul roboţilor

SISTEME DE ACTIONARE II

Prof. dr. ing. Valer DOLGA,

Page 2: SISTEME DE ACTIONARE IImec.upt.ro/dolga/SAII_6.pdfProf. dr. ing. Valer DOLGA 6 Cerinţele dinamice se referăla sistemele de acţionare cu sarcini inerţiale mari (şi cazul roboţilor

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 2

Cuprins_6

1. Introducere. Principii privind reglarea vitezei.2. SA prin m.c.c.

a) Introducereb) Ecuatiile si caracteristicile m.c.c.c) Regimul de pornired) Frinaree) Caracteristicile dinamice

Page 3: SISTEME DE ACTIONARE IImec.upt.ro/dolga/SAII_6.pdfProf. dr. ing. Valer DOLGA 6 Cerinţele dinamice se referăla sistemele de acţionare cu sarcini inerţiale mari (şi cazul roboţilor

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 3

Introducere

regimul de pornire - procesul de trecere de la starea de repaus la starea de mişcare caracterizată prin punctul de funcţionare. Acest lucru este posibil pe bazaunui cuplu de accelerare asigurat de servomotorul de acţionare;

regimul de oprire - procesul de trecere de la starea de funcţionare la starea de repaus, cuplul de frânare datorându-se numai frecărilor naturale din sistem;

regimul de frânare - procesul de reducere a vitezei prin introducerea unui cuplude frânare asigurat printr-un procedeu oarecare: mecanic, electromecanic;

regimul de reversare - schimbarea sensului de mişcare. Acest regim se poatedescompune într-un regim de frânare, oprire şi pornire în sens invers până înnoul punct de funcţionare;

reglarea vitezei - trecerea de la o viteză de lucru la altă viteză de lucru, impusă de desfăşurarea procesului tehnologic, printr-o intervenţie asupra parametrilorfuncţionali ai sistemului.

Page 4: SISTEME DE ACTIONARE IImec.upt.ro/dolga/SAII_6.pdfProf. dr. ing. Valer DOLGA 6 Cerinţele dinamice se referăla sistemele de acţionare cu sarcini inerţiale mari (şi cazul roboţilor

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 4

Cerintele reglarii vitezei

Cerinţele impuse reglării vitezei sunt în general de ordin:

funcţional: viteză, sarcină, dinamică, comandă;

Ω⋅= rMP

•Cerinţele de viteză se referă la stabilirea tuturor aspectelor privindfuncţionarea sistemului cu o viteză constanta, în trepte de viteze sau cu o reglare continuă

Page 5: SISTEME DE ACTIONARE IImec.upt.ro/dolga/SAII_6.pdfProf. dr. ing. Valer DOLGA 6 Cerinţele dinamice se referăla sistemele de acţionare cu sarcini inerţiale mari (şi cazul roboţilor

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 5

Page 6: SISTEME DE ACTIONARE IImec.upt.ro/dolga/SAII_6.pdfProf. dr. ing. Valer DOLGA 6 Cerinţele dinamice se referăla sistemele de acţionare cu sarcini inerţiale mari (şi cazul roboţilor

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 6

Cerinţele dinamice se referă la sistemele de acţionare cu sarcini inerţiale mari (şicazul roboţilor industriali).

In primul caz (1) (lungimea maximă a braţului), momentul de inerţie raportatla arborele motorului va fi mare cu influenţe negative asupra timpului de acţionare.

Cerinţele de comandă trebuie să precizeze dacă reglarea vitezei trebuie să se facă înambele sensuri de mişcare, dacă funcţionarea sistemului este continuă etc. Suntnecesare precizări privind aserviri sau interblocări între anumite componente ale sistemului.

Page 7: SISTEME DE ACTIONARE IImec.upt.ro/dolga/SAII_6.pdfProf. dr. ing. Valer DOLGA 6 Cerinţele dinamice se referăla sistemele de acţionare cu sarcini inerţiale mari (şi cazul roboţilor

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 7

Indici de calitate ai metodelorde reglare a vitezei

Gama de reglare a vitezei:

min

maxr n

nG = Fineţea reglării:

1i

ir n

nF

+=

Stabilitatea reglării este dată de rigiditatea caracteristicii de reglare. Cu câtcaracteristica este mai rigidă cu atât indicele de stabilitate este mai bun.

Indicele de răspuns al sistemului de reglare = durata regimului tranzitoriu de trecere de la o viteză la altă viteză stabilă.

Indicele de răspuns depinde în mare măsură de inerţia mecanică şi ceaelectromagnetică a sistemului prin cele două constante de timp.

Metoda de reglare este cu atât mai favorabilă cu cât durata regimului tranzitoriueste mai redusă.

Precizia reglării face referiri la abaterile relative ale vitezei (maxime şi minime) în urma stabiliriiunei anumite metode de reglare:

100nn

p1

11r ⋅

Δ= %

Page 8: SISTEME DE ACTIONARE IImec.upt.ro/dolga/SAII_6.pdfProf. dr. ing. Valer DOLGA 6 Cerinţele dinamice se referăla sistemele de acţionare cu sarcini inerţiale mari (şi cazul roboţilor

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 8

Introducere

Principiul de functionare a motorului de c.c.

CRESTĂTURA ROTORICĂ

COLECTOR

PERIE I

Page 9: SISTEME DE ACTIONARE IImec.upt.ro/dolga/SAII_6.pdfProf. dr. ing. Valer DOLGA 6 Cerinţele dinamice se referăla sistemele de acţionare cu sarcini inerţiale mari (şi cazul roboţilor

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 9

MAGNET PERMANENT

STATOR LAMELELE

COLECTORULUI

TERMINATIA ÎNFĂSURĂRILOR ROTORICE

RULMENT

ARBORE

Page 10: SISTEME DE ACTIONARE IImec.upt.ro/dolga/SAII_6.pdfProf. dr. ing. Valer DOLGA 6 Cerinţele dinamice se referăla sistemele de acţionare cu sarcini inerţiale mari (şi cazul roboţilor

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 10

CONDUCTOR ÎNFĂŞURARE

U

PERIE / COLECTOR BILF =

Page 11: SISTEME DE ACTIONARE IImec.upt.ro/dolga/SAII_6.pdfProf. dr. ing. Valer DOLGA 6 Cerinţele dinamice se referăla sistemele de acţionare cu sarcini inerţiale mari (şi cazul roboţilor

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 11

magnet permanent

+

_

a) b)

+

_

magnet+

_

rotor

c)

Page 12: SISTEME DE ACTIONARE IImec.upt.ro/dolga/SAII_6.pdfProf. dr. ing. Valer DOLGA 6 Cerinţele dinamice se referăla sistemele de acţionare cu sarcini inerţiale mari (şi cazul roboţilor

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 12

Ecuatiile si caracteristicile m.c.c

( )tdidLiRReu 2

A2A2 ⋅+⋅++=

Ω⋅= EKe

( ) Ω⋅+⋅+= E2A2 KIRRU

2IEP ⋅=

2E2 IKIkM ⋅=⋅Φ⋅=

MK

RRKU

2E

A

E

2 ⋅+

−=Ω

Page 13: SISTEME DE ACTIONARE IImec.upt.ro/dolga/SAII_6.pdfProf. dr. ing. Valer DOLGA 6 Cerinţele dinamice se referăla sistemele de acţionare cu sarcini inerţiale mari (şi cazul roboţilor

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 13

Pex - Pierderi în circuitul de excitaţie

Pcom - Pierderi prin comutaţie

Pc_in - 2aaIR - Pierderi în circuitul indusului

Pc_ad - 2aad IR - Pierderi în rezistenţele adiţionale

PFe - Pierderi în miezul fieromagnetic

Pm - Pierderi mecanice

Pe – puterea de ieşire

Pi – puterea de intrare

Page 14: SISTEME DE ACTIONARE IImec.upt.ro/dolga/SAII_6.pdfProf. dr. ing. Valer DOLGA 6 Cerinţele dinamice se referăla sistemele de acţionare cu sarcini inerţiale mari (şi cazul roboţilor

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 14

Exemplu

Un m.c.c are puterea Pn = 5 kW şi turaţia nominală n = 1500 rot /min. Pierderile de putere au valorile: Pcom= 0.005Pn ; Pc_ad = 0.005Pn ; PFe = 0.01Pn ; Pmec = 0.01Pn ; Pc_in= 0.04Pn .Se cer:

Suma pierderilor şi randamentul motorului

inmecFeadcom PPPPPP ++++=∑

∑ =++++= WP 35020050502525

9345.03505000

5000=

+=

+=

∑PPP

n

Page 15: SISTEME DE ACTIONARE IImec.upt.ro/dolga/SAII_6.pdfProf. dr. ing. Valer DOLGA 6 Cerinţele dinamice se referăla sistemele de acţionare cu sarcini inerţiale mari (şi cazul roboţilor

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 15

Curentul nominal şi rezistenţa indusului

AUPI

n

nn 64.48

1109345.05000

=⋅

==η

Ω=== 0845.064.48

20022

n

ina I

PR

Căderea de tensiune la perii

VI

PUn

com 51.064.48

25===Δ

Tensiunea electromotoare indusă

VURIUE ann 38.10551.00845.064.48110 =−⋅−=Δ−⋅−=

Page 16: SISTEME DE ACTIONARE IImec.upt.ro/dolga/SAII_6.pdfProf. dr. ing. Valer DOLGA 6 Cerinţele dinamice se referăla sistemele de acţionare cu sarcini inerţiale mari (şi cazul roboţilor

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 16

Cuplul electromagnetic

sradn /1576015002

602

=⋅

==ππω

NmIEPM aee 64.32

15764.4838.105

=⋅

=⋅

==ωω

Cuplul la arbore

NmPM nL 84.31

1575000

===ω

Page 17: SISTEME DE ACTIONARE IImec.upt.ro/dolga/SAII_6.pdfProf. dr. ing. Valer DOLGA 6 Cerinţele dinamice se referăla sistemele de acţionare cu sarcini inerţiale mari (şi cazul roboţilor

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 17

Posibilităţi de a regla viteza unghiulară a rotorului:•prin modificarea tensiunii de alimentare U2 a indusului;•prin modificarea rezistenţei electrice R, intercalate în circuitul indusului.

R

+R1+RRN

pM M

RN 1+R

N

2

M

U 2 N

U 2U 2

'"

U 2 NU 2 '

<<

0

N

N2AN2E

IRUKΩ

⋅−=

E

20 K

U=Ω

A

2Ep RR

UKM+⋅

=

Page 18: SISTEME DE ACTIONARE IImec.upt.ro/dolga/SAII_6.pdfProf. dr. ing. Valer DOLGA 6 Cerinţele dinamice se referăla sistemele de acţionare cu sarcini inerţiale mari (şi cazul roboţilor

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 18

Ω⋅−⋅

=A

2E

A

2E

RK

RUKM

U 2

M

z o n a" m o a rta "

Zona de insensibilitate a motorului este limitată pentru servomotoarele de comandă (sub 3 % U2).

Page 19: SISTEME DE ACTIONARE IImec.upt.ro/dolga/SAII_6.pdfProf. dr. ing. Valer DOLGA 6 Cerinţele dinamice se referăla sistemele de acţionare cu sarcini inerţiale mari (şi cazul roboţilor

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 19

Regimul de pornirePornirea prin conectare directă la reţea

8,135,8II

N

pK=

Pornirea reostatică (prin cuplare de rezistenţe adiţionale)

( ) Nmax i5,25,1i ⋅= K ( ) Nmin i2,11,1i ⋅= K

Page 20: SISTEME DE ACTIONARE IImec.upt.ro/dolga/SAII_6.pdfProf. dr. ing. Valer DOLGA 6 Cerinţele dinamice se referăla sistemele de acţionare cu sarcini inerţiale mari (şi cazul roboţilor

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 20

Page 21: SISTEME DE ACTIONARE IImec.upt.ro/dolga/SAII_6.pdfProf. dr. ing. Valer DOLGA 6 Cerinţele dinamice se referăla sistemele de acţionare cu sarcini inerţiale mari (şi cazul roboţilor

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 21

Frinare

1I

a)

v

F1U

ME

b)

Fv

1I

M E

•Frânarea cu recuperare

0R

KKIA

E0E2 <

Ω⋅−Ω⋅=

•Această metodă se poate aplica numai la viteze mai mari a rotorului decât viteza de mers în gol şi prin această metodă nu se poate opri echipamentul acţionat.

•Acţionarea modulului de translaţie pe verticală pentru un robot industrial poate fi asociat acestei categorii de frânare.

Page 22: SISTEME DE ACTIONARE IImec.upt.ro/dolga/SAII_6.pdfProf. dr. ing. Valer DOLGA 6 Cerinţele dinamice se referăla sistemele de acţionare cu sarcini inerţiale mari (şi cazul roboţilor

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 22

•Frânarea prin contracurent

•Frânarea reostatică

Page 23: SISTEME DE ACTIONARE IImec.upt.ro/dolga/SAII_6.pdfProf. dr. ing. Valer DOLGA 6 Cerinţele dinamice se referăla sistemele de acţionare cu sarcini inerţiale mari (şi cazul roboţilor

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 23

Caracteristicile dinamice

W(s)X(s) Y(s)

)s(X)s(Y)s(W =

( )EA22 s1R)s(I)s(E)s(U τ⋅+⋅⋅=−

)s(K)s(E E Ω⋅=

( )sIK)s(M 2M ⋅=

)s(Js)s(M)s(M R Ω⋅⋅=−

A

AE R

L=τ

Ω⋅+=+= VRSRVRSR KMMMM

Page 24: SISTEME DE ACTIONARE IImec.upt.ro/dolga/SAII_6.pdfProf. dr. ing. Valer DOLGA 6 Cerinţele dinamice se referăla sistemele de acţionare cu sarcini inerţiale mari (şi cazul roboţilor

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 24

UA

E _

+

RV

EK

AR1

(1+s )EK

2IM

M

M+

vK

_

M_RS

1sJ

AU +KM

_

( ) AERS RsM ⋅+⋅ τ1

( )11

2 ++ ssKK MEMME τττ

Page 25: SISTEME DE ACTIONARE IImec.upt.ro/dolga/SAII_6.pdfProf. dr. ing. Valer DOLGA 6 Cerinţele dinamice se referăla sistemele de acţionare cu sarcini inerţiale mari (şi cazul roboţilor

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 25

0=RSM

( )( ) 1ss

1K1

sUs)s(W

M2

MeE2 +τ+ττ⋅=

Ω=

ME

AM KK

JR=τ

a)t

b)t

ME τ<<τ

Page 26: SISTEME DE ACTIONARE IImec.upt.ro/dolga/SAII_6.pdfProf. dr. ing. Valer DOLGA 6 Cerinţele dinamice se referăla sistemele de acţionare cu sarcini inerţiale mari (şi cazul roboţilor

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 26

(1+s

EK 1vK +sJ

AU

E

+

_

1

AR

RSM_

+KM

I

)E

2

Rezistenţa indusului R = 3.5 ΩConstanta de cuplu KT = 0.84Inductivitatea L = 24 mHMomentul de inertie Jr = 0.00028 kgm2

msRL

e 9.65.3

1024 3=

⋅==

τ msK

JR rm 4.1

84.000028.05.3

22 =⋅

=⋅

Page 27: SISTEME DE ACTIONARE IImec.upt.ro/dolga/SAII_6.pdfProf. dr. ing. Valer DOLGA 6 Cerinţele dinamice se referăla sistemele de acţionare cu sarcini inerţiale mari (şi cazul roboţilor

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 27