Scheme de comand convenionale. Relee intermediare.

1. Scheme convenionale Schema electric este o reprezentare grafic simplificat a unui circuit electric, n care apar figurate prin simboluri componentele i legturile electrice dintre ele. Marcarea elementelor se face alfanumeric (prin litere i cifre) prin care se indic att categoria din care fac parte (contactoare, ntreruptoare, motoare, etc.) ct i poziia n cadrul instalaiei. Schemele electrice se utilizeaz la studiul, proiectarea, executarea i repararea echipamentelor i instalailor electrice. n general schemele electrice se mpart n scheme funcionale i scheme de montare. Schemele funcionale se clasific n : 1. Scheme bloc , care arat principiul de funcionare a unui echipament complex, pe baza princi-palelor funcii, reprezentate prin simboluri simplificate (blocuri n care funcia este reprezentat convenional) i a legturilor funcionale dintre diferitele blocuri, reprezentate prin segmente orientate n sensul circulaiei energiei sau informaiei. 2. Scheme de distribuie , ale circuitelor de alimentare ale instalaiei, (de regul monofilare, fr s cuprind circuitele de comand, protecie sau semnalizare) prin care se reprezint modul n care energia electric este distribuit elementelor de execuie din cadrul procesului tehnologic. 3. Scheme desfurate , cele mai amnunite, care cuprind att circuitele primare (de putere), ct i circuitele secundare, cu toate elementele dispuse ntr-o ordine logic, de regul alta dect amplasarea lor real n instalaie, pentru a putea urmri mai uor legturile funcionale dintre ele. Fiecare aparat din echipament este ncadrat ntr-un circuit. Sub fiecare circuit se indic locul (circuitul) unde se afl ncadrate contactele, normal deschise sau normal nchise ale aparatului de comutaie respectiv. Se mai marcheaz bornele i conductoarele de legtur, att la aparate ct i la irurile de cleme. Schema desfurat mai cuprinde specificaia de echipament i diagramele funcionale ale unor aparate de comutaie (controlere, comutatoare, chei de comand). La montarea echipamentelor complexe sunt foarte utile schemele de conexiuni , constituite din desenele de execuie dup care se efectueaz legturile dintre aparate, irurile de cleme din tablouri, pupitre sau dulapuri. Pentru uurarea montajului aparatele sunt reprezentate n ordinea amplasri n instalaie, ceea ce face ca aceste scheme s nu mai poat servi la nelegerea funcionrii sistemului. Pentru ntocmirea schemelor electrice exist norme obligatorii i indicaii de care trebuie s se in cont. STAS 12120/3-80 conine prescripiile generale pentru ntocmirea schemelor. Prima cerin este cunoaterea semnelor convenionale prin care se reprezint diferitele elemente, semnele convenionale fiind de asemenea stabilite prin standarde. Aparatele se reprezint normal n starea nealimentat. Contactele releelor se reprezint pentru starea nealimentat a bobinei. Pentru scheme se recomand limitarea la formatul A3 , circuitele mai complicate fiind reprezentate pe mai multe formate, precizate printr-o cifr aflat naintea indicativului aparatului. De exemplu, 1d3 este diferit de 2d3 aflndu-se pe file diferite. n general se recomand gruparea elementelor de circuite care realizeaz o funcie de baz. Grupele funcionale astfel formate se vor reprezenta, pe ct posibil, astfel nct s pun n eviden succesiunea operaiilor sau transmiterea semnalelor. Pentru reperarea amplasrii semnelor se folosesc urmtoarele metode: - metoda tabelar, mult utilizat pentru schemele electronice, la care reperele se dispun pe rn-duri deasupra sau sub schem, cte un rnd pentru condensatoare, rezistoare i dispozitivele active. - metoda gril, care utilizeaz divizarea fiecrei file desenate n zone rectangulare reperate de exemplu prin numere pe coloane i cifre pe rnduri. 2. Aparate electromecanice de comutaie Modificarea conexiunilor n circuitele electrice, necesar pentru comandarea i protecia instalaiilor electrice, se realizeaz cu aparate electrice de comutaie. Aceste aparate asigur o anumit desfurare a proceselor cum ar fi: pornirea, oprirea, protecia mpotriva regimurilor de funcionare anormale, avariile, controlul i reglarea proceselor de producie sau a deplasrii organelor de maini unelte. Aparatele se pot clasifica dup funcia pe care o au de ndeplinit, n: - aparate de conectare care servesc la deschiderea, nchiderea i comutarea circuitelor electrice. Ele se pot clasifica dup felul acionrii (manuale i automate), dup mijlocul de stingere a arcului electric (n ulei, n aer), sau dup funciile ndeplinite (ntreruptoare, comutatoare, contactoare, ruptoare, etc.). - aparate de protecie (de obicei contra supracurenilor): sigurane fuzibile, relee bimetalice, relee electromagnetice, etc..

Toate aceste aparate sunt acionate fie manual fie electric, prin electromagnei. n funcie de numrul de contacte aparatele de comutare pot fi monopolare sau bipolare, pentru circuite monofazate, respectiv tripolare pentru circuitele trifazate. Principalele dificulti n construirea aparatelor de conectare sunt legate de stingerea arcului produs la ntreruperea circuitului i de realizarea unor contacte rezistente la solicitrile mecanice i termice la care sunt expuse. O caracteristic important a aparatelor de conectare este curentul de rupere, adic curentul maxim pe care ntreruptorul l poate rupe la tensiunea nominal. Se vor prezenta n continuare, pe scurt, principalele aparate de comutaie ntlnite n instalaiile de automatizare. - ntreruptoarele cu prghie, acionate manual pot avea tensiunile nominale de 220V sau 440 V n curent continuu i 380V sau 500V n curent alternativ. Curenii nominali pot fi de 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400, 630 i 1000 A ca i cc. ntreruptoarele trebuie s fie dimensionate astfel nct s poat rupe chiar i supracureni de avarie (mult mai mari dect cei nominali) fr riscul unei explozii. De regul, n instalaliile electrice exist cel puin un ntreruptor principal, care poate fi acionat n caz de avarie deosebit de grav. Tot un ntreruptor, cu rol de protecie, este ciuperca de avarie care poate fi rapid acionat n caz de for major. - Comutatoarele se deosebesc de ntreruptoare prin prezena unor contacte suplimentare, care servesc la semnalizri sau intercondiionri. ntreruptoarele i comutatoarele pachet realizeaz comutri complexe. Ele permit realizarea diferitelor conexiuni n schemele electrice i se folosesc frecvent pentru pornirea motoarelor asincrone de puteri mici, ca ntreruptoare pe tablouri de distribuie, n automatizri, etc.. - Prizele i fiele se utilizeaz la conectarea manual a consumatorilor mobili. Priza este piesa fix, cea care se afl tot timpul sub tensiune, iar fia se leag la consumator. Prizele i fiele pot fi bipo-lare sau tripolare. - Contactoarele sunt aparate care asigur nchiderea unui sistem de contacte numai atta timp ct se afl sub aciunea unei fore exterioare. Fora exterioar poate fi de natur pneumatic, hidraulic sau electric. n cazul contactorului electric, dac bobina electromagnetului este parcurs de curent, armtura mobil este atras i contactele sunt meninute nchise. Fa de ntreruptoare, contactoarele prezint unele avantaje: timpul de nchidere i de deschidere este mult mai scurt, personalul de deservire este protejat fa de arcul ce apare la conectare-deconectare, se preteaz la telecomenzi i la automatizarea comenzilor. Contactoarele se realizeaz pn la cureni nominali de mii de Amperi i tensiuni de mii de Voli. Ele trebuiesc dimensionate astfel ca s reziste att la curenii nominali ct i la supracurenii tehnologici de scurt durat, cum ar fi cei care apar la pornirea motoarelor electrice. De regul contactoarele prezint i contacte auxiliare, pentru semnalizri i intercondiionri. Majoritatea instalaiilor de automatizare includ contactoare. De exemplu, dispozitivele de pornire stea-triunghi asigur n momentul pornirii unui motor asincron o tensiune de alimentare micorat, deci asigur valori admisibile pentru curentul de pornire. Cuplul de pornire se reduce i de aceea comutatorul stea-triunghi este folosit numai la motoarele care pornesc n gol sau cu maxim 1/3 din sarcina nominal. Modificarea conexiunii motorului este comandat automat i realizat prin 3 contactoare separate. - Ruptoarele sunt aparate care pot rupe automat supracureni de avarie. - Releele intermediare sunt identice principial cu contactoarele, dar nu sunt destinate comutrii consumatorilor principali ci asigurrii logicii de comand. Aparatele de protecie asigur protecia contra scurtcircuitelor i a supracurenilor de durat, mpotriva supratensiunilor dar i a absenei tensiunii sau a scderii ei sub limite admise. - Siguranele fuzibile deconecteaz automat circuitele electrice cnd curenii depesc o anumit limit admis. Fuzibilul metalic (fir sau lamel) se leag n serie cu circuitul protejat. Fuzibilul suport timp ndelungat curent cu 25% mai mare dect curentul su nominal, dar n cazul unor cureni mai importani, de avarie, se va topi. Fuzibilul este caracterizat prin curba care exprim durata de topire n funcie de intensitatea curentului care l strbate (caracteristica de topire). Pentru cureni mari se folosesc sigurane cu mare putere de rupere iar pentru protejarea dispozitivelor electronice de putere, siguranele ultrarapide. Pentru protecia la supracureni de mic amplitudine dar de durat, se construiesc relee termice de protecie: - Releele termice sunt realizate cu sisteme cu lamele bimetalice (cu coeficieni de dilatare diferii). Prin nclzire bimetalul se ndoaie, deschiznd circuitul protejat. n general denumirea de releu s-a extins asupra unei largi categorii de aparate de automatizare electronice folosite pentru comenzi automate sau protecia circuitelor. Pot fi realizate relee de curent (acioneaz la supracureni sau scurtcircuit), relee de tensiune, relee de putere, relee de impedan etc..Releele de tensiune minim acioneaz cnd valoarea tensiunii scade sub o anumit valoare limit (sau lipsete complet), contactele deschizndu-se i deconectnd circuitele principale. Pentru realizarea unor protecii rapide se pot realiza releele electromagnetice care sunt acionate chiar de ctre cmpul electromagnetic produs de curentul supravegheat.

3. Releul intermediar RI - 13

Cel mai des ntlnit dintre releele intermediare este releul intermediar RI - 13. El este produs n toate variantele posibile de alimentare, existnd, n cadrul aceluiai gabarit diferite variante constructive : rezistente la vibraii, cu consum redus, tropicalizate, etc.. Pe lng releele propriuzise exist i conectori adecvai, de asemenea n mai multe variante constructive. Caracteristici tehnice ale releului intermediar RI 13 : 9 Tensiuni de alimentare nominale : - 6, 12, 15, 18, 24, 48, 110, 120 VCC , - 24, 48, 110, 220 Vca . 9 Putere consumat : - max 3 W pentru c.c., - max 3,4 VA pentru c.a., - max 0,4 W pentru variante cu sensibilitate sporit. 9 Variante constructive : - cu 2 sau 3 contacte, 9 Curentul nominal de durat la contact : 3 - 10 A. 9 Tensiunea nominal la contact : 220 V, curent alternativ sau continuu. Se observ c puterea necesar pentru comandarea releelor electromagnetice este foarte mare n comparaie cu cea consumat de dispozitivele electronice. Viteza de comutare este de asemenea net inferioar cele mai multe aparate de comutaie ajungnd abia la ntrzieri de zecimi de secund. Un avantaj al tehnologiei electromecanice fa de cea electronic este ns calitatea contactelor realizate, care datorit folosirii unor materiale de nalt conductivitate, cum ar fi argintul, ajung la rezistene foarte mici, de ordinul sutimilor de Ohm. 6 7 5 8 4 9 3 10 2 11 1 Fig. 1. Reprezentarea contactelor unui releu RI - 13. Principala aplicaie a releelor intermediare o constituie realizarea schemelor logice, cunoscut fiind faptul c logica boolean poate fi implementat cu relee: 9 funcia I se poate obine prin nserierea operanzilor, 9 funcia SAU rezult prin conectarea lor n paralel, 9 complementarea se obine cu ajutorul contactelor normal nchise. Pentru exemplificarea funcionrii aparatelor de comutaie electromecanice vom urmri cum se poate realiza cea mai frecvent aciune de comand automat : pornirea i oprirea.

4. Desfurarea lucrrii

Se vor executa cu ajutorul panoului electric demonstrativ schemele din figura 2., urmrindu-se funcionarea lor prin lmpile de semnalizare i msurtori electrice .

+24V +24V 3S1 3C1 3S1 3C1 3S2 3S2 3V1 3h1 3V1 3h1 3C1 3C1 0V 0V a) Schem fr automeninere b) Schem cu automeninere Fig. 2. Scheme de pornire - oprire a instalaiilor electrice cu relee intermediare.

Schema din fig. 2a) , cea mai simpl, se bazeaz pe cheia de comand cu reinere 3S1. Dup acionarea manual a cheii, aceasta menine alimentarea releului 3C1 i alimentarea sar-cinii reprezentat n acest caz de lampa de semnalizare 3h1 . Pentru oprire se readuce 3S1 n poziia de oprire, sau, n caz de pericol de accident, se acioneaz ntreruptorul de avarie 3S2 . Este obligatoriu ca 3S2 s fie cu reinere , n caz contrar, 3C1 fiind realimentat la ntreruperea comenzii de oprire. Din acest motiv aceast schem nu poate fi utilizat n cazul instalaiilor automate, existnd pericolul ca o instalaie oprit de elementele de protecie incluse n serie cu 3C1 s reporneasc n orice moment, necontrolat. Pentru eliminarea dezavantajului menionat, n paralel cu 3S1 se va include un circuit de automeninere, realizat cu unul dintre contactele auxiliare ale 3C1 . n acest caz 3S1 va fi un buton de comand cu revenire , deoarece dup anclanarea 3C1 automeninerea va pstra instalaia pornit chiar i cnd 3S1 nu mai este acionat. Pentru declanarea 3C1 este suficient s se acioneze butonul de oprire cu revenire 3S2 . Dup oprire, chiar dac 3S2 nu mai este acionat, 3C1 nu mai poate porni necontrolat deoarece 3S1 nu este acionat. Acest circuit reprezint, din punct de vedere informaional, un circuit basculant bistabil , fiind capabil de a memora 1 bit. Considernd pornirea ca 1 logic iar oprirea ca 0 logic , memo-rate prin starea 3C1 , butonul de pornire va avea rolul semnalului de SET iar butonul de oprire pe cel al semnalului de RESET. Realizarea logicii secveniale cu relee se bazeaz tocmai pe aceast proprietate.

5. Rezultatele lucrrii

Modul de funcionare a celor dou circuite va fi descris ntr-un scurt referat. La termi-narea lucrrii se va susine un test de control, cu urmtorul subiect: Propunei o schem de pornire i oprire a unui motor electric monofazat cu protecie prin sigurane fuzibile i releu termic. Motorul va fi alimentat printr-un contactor iar anclanarea contactorului va fi semnalizat optic. 210-297,5