Universitatea Politehnica BucuretiFacultatea de Inginerie
Mecanic i MecatronicCatedra de Mecanic Fin i MecatronicProiect
Acionri Electrice i Electronic de PutereStudent: Enache Samuel
Grupa:544CCuprins:Capitolul 1: Consideraii teoreticeCapitolul 2:
Cerina proiectului i datele iniialeCapitolul 3: Calculare
momentului redus la arborele motoruluiCapitolul 4: Alegerea
motoruluiCapitolul 5: Simularea funcionrii motoruluiCapitolul 6:
Funcia de transferCapitolul 7: Comanda motorului21.Consideraii
teoretice Sistemele de acionaresunt compuse dintr-un element de
acionare, dintr-un dispozitiv de lucru (mecanism acionat) i
traductorul de vitez i/sau poziie. Elementul de acionare -motorul
electric(sau electromotor) este un dispozitiv ce transform energia
electric n energie mecanic. Transformareainvers,a energiei
mecanicen energieelectric, esterealizatdeungeneratorelectric.
Nuexistdiferenedeprincipiu semnificativentreceledoutipuri demaini
electrice, acelai dispozitiv putnd ndeplini ambele roluri n situaii
diferite.Marea majoritate a elementelor de acionare funcioneaz n
trei regimuri,:-regim de motor (primete energie electric i cedeaz
sistemului acionat energie de natur mecanic);-regim de generator
(are o comportare exact opus dect cea din regimul de motor);-regim
de frn electric (primete att energie electric ct i energie de natur
mecanic pe care le transform n cldur).Majoritatea motoarelor
electrice funcioneaz pe baza forelor
electromagneticeceacioneazasupraunui conductor parcurs decurent
electricaflat n cmp magnetic. Exist ns i motoare electrostatice
construite pe baza forei Coulomb i motoare piezoelectrice.n
ansamblu un sistem de acionare are rolul de a realiza un flux de
energie (de la reeaua electric prin elementul de execuie, motor,
transmisie, maina de lucru, proces tehnologic ) i un flux de
comenzi conformcerinelelorunui
anumitprocestehnologic.nfoartemultecazuri sistemul de acionare
necesit i o automatizare el fiind completat i cu alte elemente ca:
elementul de automatizare i traductoare.Fiind construite ntr-o gam
extins de puteri, motoarele electrice sunt folosite la foarte multe
aplicaii: de la motoare pentru componente electronice (hard disc,
imprimant) pn la acionri electrice de puteri foarte mari (pompe,
locomotive, macarale).ClasificareMotoarele electrice pot fi
clasificate dup tipul curentului electric ce le parcurge:3 Motor de
curent continuu Motor de curent alternativ o Motor de inducie
(asincron)o Motor sincronElemente constructiveIndiferent de tipul
motorului, acesta este construit din dou pri componente: stator i
rotor. Statorul este partea fix a motorului, n general exterioar,
ce include carcasa, bornele de alimentare, armtura feromagnetic
statoric i nfurarea statoric. Rotorul este partea mobil a
motorului, plasat de obicei n interior. Este format dintr-un ax i o
armtur rotoric ce susine nfurarea rotoric. ntre stator i rotor
exist o poriune de aer numit ntrefier ce permite micarea rotorului
fa de stator. Grosimea ntrefierului este un indicator important al
performanelor motorului.Motorul pas cu pasMotorul pas cu pas este
un tip de motor sincron cu poli apareni pe ambele armturi. La
apariia unui semnal decomand peunul din polii statorici rotorul se
va deplasa pn cnd polii si se vor alinia n dreptul polilor opui
statorici.Rotirea acestui tip de rotor se va face practic din poln
pol, de unde i denumirea sa de motor pas cupas. Comanda motorului
se face electronic i se pot obine deplasri ale motorului bine
cunoscute n funcie de programul de comand. Motoarele pas cu pas se
folosesc acolo unde este necesar precizieridicat(harddisc,
copiatoare).Parteadeprelucrarea comenzii
esterealizatcuelementedefunciediscretiarelementul de execuie are
micare continu, deci pstreaza caracteristicile analogice.
Avantajele folosirii acestui sistem sunt :mbuntirea preciziei,
compatibilitatea cu tehnica de calcul, fiabilitate mai bun. Datorit
elementelor de execuie continu,este dificil de adaptat conversia
analogic a puterii la conversia analogic a informaiei ceea ce
reprezinta un dezavantaj. Faptul ca exista comanda discret i
deplasarea este tot discret (cu un unghi de pas) constituie un
avantaj.Odata cu dezvoltarea materialelor magnetice cu performane
ridicate s-a putut realiza aducerea elementelor de execuie la forma
digital: motoare pas cu pas i servomotoare de curent continuu (c.c)
cu inerie redus.4Diferena ntre discret i incremental este c discret
se refer la modul de prelucrare a informaiei iar incremental se
refer la tipul micrii discontinue la obiectul poziionat.
Poziionarea incremental presupune timp de pornire, regim i oprire
foarte scurt i aproximativi egali i viteze foarte mari. Aceasta
nseamn c apare o inerie mare care trebuie controlat.Motoarele pas
cu pas pot fi :motor pas cu pas solenoidal,motor pas cu pas cu
reluctanvariabil(cumicare unghiular, cumicareliniar, monostatoric
saupolistatoric, ntrefier radial sauaxial), motor pas cupas
cumagnet permanent n stator ,motor pas cu pas cu magnet permanent n
rotor,motor pas cu pas hibrid (cu magnet permanent i reluctan
variabil),motor pas cu pas electromecanic.Dintre parametrii
importani ai motoarelor pas cu pas se pot aminti:-pasul, exprimat n
grade sau valoarea unghiului de rotaie realizat la primirea unui
impuls de comand;-cuplul critic se refera la cuplul maxim rezistent
la care rotorul nu se pune n micare, o nfurare de comand fiind
alimentat;-cuplul limitestecuplul maximlacaremotorul rspundefraiei
din sincronismul cu pulsurile de comand ;-frecvenapornire adica
frecvena pulsurilor de comand la pornire pentru care motorul nu
pierde pai;-frecvena de oprire - motorul s piarda pai la oprire.52.
Cerinele proiectului i datele iniialeS seproiectezeun
sistemdeacionarecuroti dintatesi cremaliera cu motor electric pas
cu pas.Date initiale-numrul de dini ai fiecrei roi
dinate:z1=24z2=56z3=29 z4=20 (cremaliera)-modulul de pe fiecare
treapt de angrenare:m12=1.5m34-3-grosimea roilor dinate de pe
fiecare treapt de angrenareg1=3g2=4-forta rezistenta a
dispozitivului de lucru:Frez=1.5N-momentul
rezistent:Mrez=0.0280Nm-frecvena:F=150pas/secSe va folosi un motor
de angrenare de tipul HY 200-2232.63. Calculare momentului redus la
arborele motoruluiMaterialul folosit este aluminiu(Al) cu are
densitatea 3/ 2710 m Kg . Calculul momentului redusredJse face cu
ajutorul unei aplicatii Matlab: function calcule%mom inertie
rotorJrotor=18e-7%calc mom inertie
cuplajL=29e-3;R=5e-3;r=2.5e-3;Vcupl=pi*L*(R^2-r^2);mcupl=2700*Vcupl;Jcupl=mcupl*(R^2-r^2)/2%calc
mom inertie rd1roal=2700; m1=1.5e-3; z1=24;
g1=3e-3;Rd1=m1*z1/2;Jr1=pi*roal*Rd1^4*g1/2%calc mom inertie
rd2z2=56;Rd2=m1*z2/2;Jr2=pi*roal*Rd2^4*g1/2%calc mom inertie
rd3m2=3e-3; z3=29; g2=4e-3;Rd3=m2*z3/2;Jr3=pi*roal*Rd3^4*g2/2%calc
masa cremalieraz4=20;
mdl=0.150;vcremaliera=3*z4*10^-3*20*g2^2;mcremaliera=roal*vcremaliera7%calc
rap
transmitereomega1=120*1.8*pi/180i12=z2/z1;omega2=omega1/i12v=omega2*Rd3%Calc
mom inertie masic
redusJmr=((Jrotor+Jcupl+Jr1)*(omega1^2)+(Jr2+Jr3)*(omega2^2)+(mcremaliera+mdl)*(v^2))/(omega1^2)%Calc
mom rezistent
redusFrez=1.5;vdl=v;Mrez_dl=Frez*vdlomegadl=omega2;Mrez_red=Mrez_dl/omega1Rezultatele
aplicatie de mai sus sunt urmatoarele:Jrotor =1.8000e-006Jcupl
=4.3240e-008Jr1 =1.3357e-006Jr2 =3.9592e-005Jr3
=6.0744e-005mcremaliera =0.0518omega1 =3.7699omega2 =1.6157v
=0.0703Jmr =9.1759e-005Mrez_dl =0.1054Mrez_red =0.02808Cuplajul si
cele trei roti dintate folosite in sistemul de acionare 94.
Alegerea motoruluiCu ajutorul modelarii matematice a funcionriivom
putea alege un motor. Se consider un motor pas cu pas, cu dou
faze(i).alimentate simultan .Functionarea acestui motor este data
de ecuatiile de mai jos:'+ + + + + + m r mot red rezred elmgD J M
MI L I LdtdI R UI L I LdtdI R U ) () (,DL rez m rezredM M R-
rezixtena fazeiI- curentul pe fazL- inductivitatea proprie a
fazeiL- inductivitatea mutualrezredM- momentul rezistent redus la
arborele motoruluiredJ- momentul de inerie redusrD- coeficient de
frecare vscoasEstenecesaraaducerelaoformcuecuaii diferenialede
ordinul 1,deoareceavemun sistemde ecuaii diferenialedeordinul 2. Ca
urmare apare o a patra ecuaie:mmdtdPentru ecuaiile electrice vom
avea:]]]
+]]]
]]]
) 2 2 cos() 2 cos(00s z m zm zpp ppLLLLL , ) 2 sin(m z pp L L
pL- amplitudinea cu care inductana oscileaz n jurul alorii mediizp
2- numrul de dini rotoricis- unghiul electricInurmarezolvarii
sevadetermina urmtorul sistempentru ecuaiile electrice:dtdIIL LLLL
LL LI R UI R UL LL LdtdIdtdImm mm m ]]]]
]]]]]]
]]]
]]]
]]]
]]]]]]
1 110Se urmrete aducerea i a ecuaiei de micare la forma necesar
pentru rezolvarea numeric:) (1m r rezred elmgredmD M MJ dtd
Prgramele n matlab folosite pentru a modela motorul sunt prezentate
mai jos.programul principal[t1,y1]=ode23('model', [0 0.8], [0 0 0
0]);figure(1);plot(t1,y1(:,1),'-');figure(2);plot(t1,y1(:,2),'-');figure(3);plot(t1,y1(:,3),'-');figure(4);plot(t1,y1(:,4),'-');function
yprim=ecuatie(x,y)L0=0.030;Lp=2.5e-3;dpz=50;yprim3=y(4);Laa=L0+Lp*cos(dpz*y(3));taus=1.57;Lbb=L0+Lp*cos(dpz*y(3)-dpz*taus);Lab=Lp*sin(dpz*y(3));L=[Laa
Lab;Lab
Lbb];Ua=2.5;Ra=1.1;Ub=Ua;Rb=Ra;URI=[Ua-Ra*y(1);Ub-Rb*y(2)];Lrond=[(-1)*Lp*sin(dpz*y(3))
Lp*dpz*cos(dpz*y(3));Lp*dpz*cos(dpz*y(3))
(-1)*Lp*dpz*sin(dpz*y(3)-dpz*taus)];Y=[y(1);y(2)];yprim3=y(4);Yprim12=L\URI-L\Lrond*Y*yprim3;11Jred=9.1759e-005;Mrez=0.0280;Dr=0.001;Melmg=0.5*(y(1)^2*(-1)*Lp*sin(dpz*y(3))+y(2)^2*(-1)*Lp*dpz*sin(dpz*y(3)-dpz*taus))+y(1)*y(2)*Lp*dpz*cos(dpz*y(3));yprim4=(1/Jred)*(Melmg-Mrez-Dr*y(4));yprim=[Yprim12(1);Yprim12(2);yprim3;yprim4];Rezultatele
grafice obinute se pot observa n figurile de mai josMotor 1- HY
200-2232 varianta 0160 AX 08R=3.4I=1.6AL=9*10-3HM=80NcmSistemul
este instabil..12Motor 2-HY 200-2220 varianta 0210 AX
08R=1.1I=2.1AL=2*10-3HM=50NcmTimp de stabilizare prea mare. Are
consum mare din cauza valorilor ridicate ale razistentei si
curentului.Motor 3-HY 200-2232 varianta 0250 AX
04R=1.1I=2.5AL=5.7*10-3M=100Ncm13Timp de stabilizare bun.145.
Simularea funcionrii motoruluiSimularea functionarii motorului se
realizeaza in Simulink,prezentandu-se schemele pentru trei tipuri
de semnale-rampa, sinusoidala si treapta. Putem observa cel mai bun
raspuns in cazul semnalului tip treapta.Semnal tip rampa 15 Semnal
tip sinusoidal16Semnal tip treapta 6. Funcia de transfer17Funcia de
transfer se calculeaz dup urmtoarea formul:]1 1)1 1 1( [)] 8 , 1
sin( ) 8 , 1 [cos() ( ) (2 2e m e m emT T T T Ts s sKs Us+ + + + ,
L LRTe+1, redrmJDT1, redJ RIK)] 8 , 1 sin( ) 8 , 1 [cos(22 , p zL p
K 2 si se aplica in Simulink : Sistemul este stabil. 7. Comanda
motorului18Comandarea motorului afost facutacuajutorul mediului de
programare grafica LabView,realizandu-se comanda pentru alimentare
mono i bipolar.Exista posibilitaea fixarii numrului de pai i a
perioadei unui pas princontroaleleceaufostcreate. Programul
princaresefacecomanda motorului constadintr-o bucl for al carei
contordetermin faza ce trebuie alimentat. Tinandu-se cont de faza
ce trebuie alimentat i de numrul de faze ce sunt alimentate
simultan, rezultatele sunt scrise pe portul digital al unei plci de
achiziie.Alimentare monopolara Alimentare bipolara19
