Elemente De Executie Ee
Tema: Elemente de execuţie (EE)

1. Noţiuni generale

Elementele de execuţie sunt componente ale sistemelor automate care primesc la intrare semnale de mică putere de la blocul de conducere şi furnizează mărimi de ieşire, în marea majoritate a cazurilor, de natură mecanică (forţe, cupluri) capabile să modifice starea procesului în conformitate cu algoritmul de conducere stabilit.

Având un dublu rol, informaţional şi de vehiculare a unor puteri importante, elementele de execuţie au o structură complexă, reprezentând subsisteme în cadrul sistemelor automate. În general, elementul de execuţie este format din două părţi distincte: motorul de execuţie ME (numit şi servomotor) şi organul de execuţie OE Schema bloc a unui EE este prezentată în folia transparentă FT8 a.

Relaţia care se stabileşte între mărimile m de la ieşirea EE (mărimea de execuţie) şi c mărimea de intrare a EE (provenită de la regulator) defineşte comportarea EE în regim staţionar. Raportul dintre aceste mărimi, pentru orice valoare a lui c, ar fi ideal să fie constant, dar intervin în cursul funcţionării EE anumiţi factori care influenţează mărimea m (frecări, reacţii ale mediului ambiant, greutăţi neechilibrate etc.).

Există cazuri când trecerea de la regulator la EE trebuie adaptată, folosind un convertor care transformă mărimea de comandă, de exemplu din electrică în hidraulică, dacă intrarea în EE trebuie să fie hidraulică, situaţie prezentată în folia transparentă FT8 b.

EE poate acţiona asupra modificării de energie în două moduri:

  • Continuu, dacă mărimea m poate lua orice valoare cuprinsă între două valori limită;
  • Discontinuu, dacă mărimea m poate fi modificată numai pentru două valori limită (dintre care cea inferioară este în general zero).

Dacă intervenţia asupra organului de execuţie se realizează manual, partea motoare ME nu mai este necesară.

După natura sursei de energie folosite pentru alimentarea părţii motoare ME, EE se pot clasifica în:

  • Electrice;
  • Hidraulice;
  • Pneumatice.

Clasificarea EE este prezentată în folia transparentă FT9

2. Acţionarea electrică a EE

Acţionarea electrică a organelor de execuţie se realizează cu electromagneţi sau cu motoare electrice de curent continuu sau de curent alternativ.

Folosind electromagneţi, se obţine o acţionare discontinuă, bipoziţională, întrucât se pot obţine la ieşire două poziţii staţionare (închis-deschis, dreapta-stânga); trecerea de la o stare la alta se face într-un timp scurt.

În multe procese tehnologice cu reglare automată, pentru variaţia mărimii de acţionare (de exemplu, pentru reglarea temperaturii, debitului, presiunii etc.) trebuie modificată poziţia elementelor de reglare ale organului de execuţie (vanelor, supapelor, cursoarelor etc.), care determină valoarea fluxului de energie condus spre obiectul reglării. Această comandă se poate realiza şi cu motoare electrice.

Pentru organele de execuţie de putere mică se folosesc în general motoare bifazate (asincrone) cu rotorul în scurtcircuit, iar pentru organe de execuţie de puteri mari, motoare trifazate cu rotorul în scurtcircuit.

Se construiesc servomotoare asincrone în următoarele variante: cu o singură rotaţie, cu mai multe rotaţii sau cu o cursă rectilinie. Cele cu mai multe rotaţii, la care cursa completă a elementului de reglare corespunde cu câteva rotaţii ale arborelui de ieşire, se folosesc mai frecvent pentru acţionarea robinetelor sau a supapelor regulatoare.

La servomotoarele cu mişcare rectilinie, arborele de ieşirte este înlocuit printr-o tijă, a cărei cursă completă corespunde cu cursa completă a elementului de reglare. Parametrii principali, în funcţie de care se aleg elementele, sunt: cuplul de rotaţie la arborele de ieşire sau forţa la dispozitivul cu cursă rectilinie şi durata unei rotaţii complete a arborelui de ieşire sau a unei curse complete a tijei.

Acţionările electrice cu motoare se împart în două grupe:

  • Cu viteză constantă;
  • Cu viteză variabilă.

Pentru comanda motoarelor bifazate şi trifazate asincrone se folosesc bobine de reactanţă cu saturaţie (amplificatoare magnetice).

Din punct de vedere constructiv, partea motoare a EE este construită din două subansambluri independente:

  • Amplificatorul de execuţie;
  • Motorul de execuţie.

În cazul motoarelor de curent continuu, comanda se poate face în două moduri:

  • Variind curentul de excitaţie şi menţinând constant curentul din indusul motorului;
  • Variind curentul din indusul motorului şi menţinând constant curentul de excitaţie.

În general, în SRA se întrebuinţează metoda a doua, pentru că pierderile de energie sunt mai mici. Aceste motoare sunt folosite mai ales în SRA în care parametrul legat este turaţia sau un cuplu.

Avantajele utilizării servomotoarelor de c.c. decurg din cerinţele de funcţionare ale acestora:

  • Posibilitatea de reglaj în limite largi;
  • Stabilitate a vitezei;
  • Putere de comandă mică;
  • Cuplu de pornire şi viteză de răspuns mare.

Dezavantajul folosirii motoarelor de c.c. îl constituie apariţia scânteilor la colector în timpul comutaţiei, făcându-l nefolosibil în medii inflamabile sau explozive, precum şi producerea de perturbaţii radiofonice.

3. Acţionarea hidraulică a EE

Acţionările hidraulice au fost primele mecanisme din tehnica reglării automate destinate reglării proceselor, prin dezvoltarea sistemelor electrice de reglare, folosirea elementelor hidraulice a scăzut datorită neajunsurilor elementelor hidraulice (lipsa posibilităţii de comandă la distanţă, necesitatea etanşării îngrijite a corpurilor şi conductelor, dependenţa caracteristicilor de variaţiile de temperatură ale mediului ambiant şi necesitatea unei surse hidraulice).

În ultimul timp, elementele hidraulice cunosc o largă răspândire, întrucât prezintă unele avantaje faţă de cele electrice, de exemplu: bandă mare de trecere (frecvenţe ridicate de lucru), raport putere/gabarit maxim, lipsa în majoritatea cazurilor a unui reductor de ieşire şi varietatea mare a formelor de mişcare a axului de ieşire (rotativ, oscilant, liniar).

Caracteristicile statice principale ale elementelor de acţionare hidraulice sunt caracterizate de viteză şi de forţă care determină viteza de ieşire şi forţa dezvoltată de motorul de execuţie în funcţie de elementul de comandă. Folosind presiuni înalte se pot comanda EE până la 200m, fără pierderi importante de presiune.

Deosebit de eficientă este hidraulica atunci când trebuie acţionate, în acelaşi timp, mai multe EE (de exemplu: macazurile folosite în transporturi etc.).

În instalaţiile de automatizare se folosesc, în majoritatea cazurilor, motoare hidraulice cu piston, care pot fi:

  • Cu mişcare liniară;
  • Cu mişcare de rotaţie (limitată la un unghi de 1800).

4. Acţionarea pneumatică a EE

Motoarele de execuţie pneumatice se folosesc foarte mult pentru că prezintă următoarele avantaje:

  • Fluidul folosit (aerul) nu prezintă pericol de incendiu;
  • După utilizare, aerul este evacuat în atmosferă, nefiind necesare conducte de întoarcere ca la cele hidraulice;
  • Pierderile de aer în anumite limite, datorate neetanşietăţii, nu produc deranjamente;
  • Sunt simple, robuste, sigure în funcţionare şi necesită cheltuieli de întreţinere reduse.

Dezavantajele acestor motoare sunt următoarele:

  • Viteza de răspuns este mică (în medie 1/3 – 1/4 din viteza de răspuns a motoarelor hidraulice);
  • Precizia motoarelor pneumatice este redusă.

Se recomandă folosirea servomotoarelor pneumatice în următoarele cazuri:

  • Servomotorul are greutate redusă;
  • Temperatura mediului ambiant este ridicată şi cu variaţii mari;
  • Mediul ambiant este exploziv;
  • Nu se cere precizie mare;
  • Nu se cer viteze de lucru mari.

Motoarele pneumatice pot fi liniare sau rotative. Cele liniare se pot realiza cu piston sau cu membrană.