Sisteme de reglare automata a tensiunii la generator cu elemente staticeIn procesul de crestere continua a puterii unitare a agregatelor generatoare, constantele electrice si mecanice naturale ale acestora sufera inrautatiri progresive. Se ajunge, de pilda, la reactante sincrone longitudinale Xdfoarte mari, peste 200% si momente de inertie, precum si timpi de lansare mici, care provoaca dificultati la mentinerea functionarii stabile in sistem. De exemplu, la generatoare mari, de 250 MVA, Xdatinge 260%, in vreme ce determinarile experimentale facute pentru pastrarea stabilitatii, in cazul unor defecte apropiate, sau la aruncari de sarcina, conduc la valori Xdde cel mult 110%. Ca solutie se tinde spre o asemenea alegere si acordare a regulatoarelor automate de tensiune, respectiv de viteza sau turatie astfel incat sa se compenseze caracteristicile naturale defavorabile ale grupurilor reglate. De exemplu, un regulator de excitatie cu elemente statice realizat cu diode si tiristoare amplasate in excitatia generatorului sincron determina reducerea reactantei sincrone longitudinale, asigura o buna fortare a excitatiei si contribuie la marirea stabilitatii in functionare. Totodata, ca urmare a imbunatatirii regimului oscilant care apare in primele momente dupa deconectarea unui defect apropiat se obtine o marime pe cale artificiala a timpului de lansare a agregatului turbina- generator. De asemenea, regulatoarele automate de viteza sau turatie de tip electrohidraulic cu inertie si constante de timp foarte mici contribuie la cresterea stabilitatii functionarii generatorului sincron.Exista o mare varietate de scheme de reglare a excitatiei cu astfel de elemente statice comandate, dintre care se prezinta 5 variante care pot fi analizate cu avantajele si dezavantajele lor, in vederea alegerii solutiei optime.Fig. 15 Varianta de reglare cu trei masini coaxialeIn variante din fig. 15 se folosesc 3 masini cuplate pe acelasi ax si anume: generatorul principal GS, alternatorul de excitatie AEXsi excitatoarea Expilot. AEXfurnizeaza tensiune pentru puntea cu diode PD din excitatia generatorului principal GS (IF infasurarea rotorica). Excitatoarea pilot furnizeaza tensiunea pentru puntea tiristoare din excitatia alternatorului de excitatie. Regulatorul de tensiune RATG, cu o lege de reglare PD sau PID, primeste la intrare un compundaj de tensiune (U,Ig) si de curenti (U+KIg) datorita transformatoarelor TT si TC, si comanda la iesire tiristoarele puntii PT.Dezavantaj:Sunt trei masini coaxiale, ceea ce face ca sala masinilor sa fie mai lunga si costul constructiei sa creasca.a)Varianta Transipol SiemensIn figura 16 este reprezentata, deasemenea monofilar, varianta de reglare Transipol Siemens. Se renunta la excitatoarea pilot care este suplinita de transformatorul de excitatie TEXlegat la bornele generatorului principal GS; PTD punte cu diode si tiristoare comandate, in excitatia GS.Avantaj: se elimina una din masinile coaxiale; RAT G comanda tiristoarele puntii RT din excitatia alternatorului de excitatie AEX.Dezavantaj: dependenta reglajului de regimul de functionare al GS.In figura 17 este reprezentata varianta de reglare cu autoexcitatie.Fig. 17 Varianta de reglare cu autoexcitatieSe renunta la ambele masini coaxiale luandu-se tensiune pentru alimentarea puntii PDT dintr-o retea auxiliara de curent alternativ. Regulatorul automat de tensiune RAT-G, cu lege de comanda PD sau PID, comanda tiristoarele puntii PDT.Dezavantaj:nu se poate aplica decat la puteri reduse ale genaratorului sincron reglat.In figura 18 se prezinta varianta de reglare cu excitatie statica tip compound.Fig. 18 Varianta de reglare cu excitatie statica tip compoundIn aceasta schema de reglare se folosesc doua transformatoare de putere pentru excitare, unul in serie TEX,ssi unul in paralel TEX,pcu generatorul principal GS. Regulatorul de tensiune RAT G comanda tiristoarele puntii PDT. Rezulta un cost relativ redus, viteza de raspuns mare si functionare corespunzatoare si la defecte prelungite sau apropiate de bornele GS.Dezavantaj:transformatoarele TEX,ssi TEX,ptrebuie supradimensionate pentru a putea lucra si la defecte apropiate, cand tensiunea scade mult.O ultima varianta analizata este cea reprezentata in figura 19 Schema semipol II.Fig. 19 Schema SEMIPOL II (SIEMENS, ABB, AEG, ALSTOM)Aceasta contine un alternator de excitatie AEXcoaxial cu generatorul sincron reglat GS si autoexcitat datorita lui TEX, cu tensiunea constanta la borne datorita interventiei regulatorului propriu RAT2care comanda tiristoarele puntii PT2din excitatia alternatorului de excitatie. In acest caz, regulatorul principal RAT1comanda tiristoarele puntii PT1din excitatiageneratorului reglat, GS.Avantaje:sistemul are fiabilitate ridicata, determina o buna fortare a excitatiei si o dezexcitare rapida prin cuplarea excitatiei pe o rezistenta de stingere a campului neliniara. Un alt avantaj este ca se poate realiza cu elemente ale sistemelor unificate de reglare automata care permit si alte reglaje suplimentare cum ar fireglarea puterii reactive generata, a factorului de putere cossi a ungiului electric intern.Pentru excitarea initiala la pornire se inchide comutatorul K si se ia tensiune de la serviciile interne (Uaux). Aceasta varianta se aplica la multe agregate generatoare din tara noastra.5. Sisteme de reglare automata pentru generatoarele sincrone pentru generatoarele sincroneSe introduc asa numitele semnale aditionale care modifica comanda de la regulatorul de tensiune principal si in functie de variatiileP,f sausi primele lor derivate. Efectul acestor semnale aditionale consta in asa numita stabilizare prin frecventa a regulatorului automat de tensiune ceea ce determina imbunatatirea sensibila a regimului oscilant dupa incetarea actiunii unei perturbatii (cum ar fi deconectarea unui scurcircuit relativ apropiat).O astfel de schema este prezentata in fig. 20 si care se refera la sistemul de RAT G pentru hidrogeneratorul de 190 MVA de la Portile de Fier I.Fig. 20 Schema de RAT pentru hidrogeneratoarele de 190 MVA (CHE PDF I)Principalele elemente (blocuri) ale schemei de reglare din fig. 20 sunt urmatoarele:1-regulatorul principal de tensiune(RAT-G) cu lege de reglare PPD si semnale aditionale functie de frecventa;2-puntea cu diode si tiristoare comandate pentru functionarea in regim normal;3-puntea cu tiristoare comandate pentru fortarea excitatiei generatorului reglat;4-generatorul auxiliar autoexcitat, cu tensiune de excitare constanta peste tot datorita regulatorului propriu de tensiune;5-puntea cu diode si tiristoare pentru excitarea generatorului auxiliar. Se observa ca cele doua generatoare sunt coaxiale.Schema este o schema de tip semipol II cu stabilizare prin frecventa datorita semnalelor aditionale proportionale cu abaterea de frecventaf si prima derivata a acesteiaDeoarece semnalele aditionale pot determina instabilitatea raspunsului, trebuie sa fie dozate corespunzator si verificate in conditiile de exploatare.6. Sisteme de reglare automata a tensiunii cu elemente ale sistemului unificat UNIDIN-SFig. 21 Schema de principiu a RAT cu elemente UNIDIN-SIn figura 21 s-a reprezentat schema de principiu pentru RAT-G cu elemente ale sistemului unificat de reglare UNIDIN-S. Blocurile componente ale schemei sunt urmatoarele:1- regulator de tensiune pentru generatorul principal2- regulator de unghi intern3- regulator de curent de excitatie4- circuit poarta de maxim5- circuit poarta de minim6- comutator automat/manual7,12- dispozitive de comada pe grila sau poarta tiristoarelor8,13- punti redresoare cu tiristoare comandate9- traductor tensiune-curent14- traductor tensiune10- traductor de unghi electric intern11- regulator automat de tensiune pentru alternatorul auxiliar15- traductor de curent de excitatie16,25- transformatoare de curent17- transformator de tensiune18- tahogenerator pilot cu magneti permanenti pentru masurarea lui19- generator auxiliar autoexcitat20- generator principal reglat21,23- circuite de protectie ale tiristoarelor22- transformator pentru autoexcitarea generatorului auxiliar24- baterie pentru amorsare la pornire-bucla de reglare a tensiunii generatorului principal si al curentului de excitatie al acestuia;-bucla de reglare a tensiunii alternatorului de excitatie;-bucla de reglare pentru limitarea variatiei unghiului.La functionarea in regim normal sau la mici perturbatii, regulatorul de tensiune 1 comanda pe calea 1-7-8 tiristoarele din puntea aflata in excitatia generatorului principal ori de cate ori abaterea de tensiuneueste diferita de zero.Dacalimitaintervine regulatorul 2 cu o lege de reglare PD si functionarea intermitenta care emite un semnal de comanda ce trece cu prioritate prin circuitul poarta de maxim 4, determina fortarea excitatiei generatorului principel si revenirea unghiului. Cand semnalul de la poarta 4 ar conduce la depasirea valorii limita a curentului de excitatie Ieacxtioneaza regulatorul de curent de excitatie 3, semnalul sau de comanda trece cu prioritate prin circuitul poarta de minim 5 si blocheaza cresterea in continuare a excitatiei. Marimile notate cu * sunt marimi de consemn (Schema are autonomie completa datorita autoexcitarii generatorului auxiliar 19, si o buna fortare a excitatiei si se poate completa cu alte elemente ale sistemelor unificate de reglare automata, pentru multiplicarea functiilor de comanda si (sau) reglare automata.7. Sisteme de excitatii fara perii(brushless)Excitatiile de tip bruschless se intalnesc la generatoarele de mare putere de peste 500 600 MW, care daca ar folosi excitatoare conventionale ar necisita pentru excitare puterimaride ordinal MW.Particularitatea lor de baza, consta in elimanarea periilor siainelelor colectoare. Se redreseazaunbloc redresor rotativ, care reprezinta excitatia cu tiristoare de putere comandata. Se obtineunsystem de excitatie compact, in sensul ca indusul rotativ este asezat in consola pe arboreal turbo generatorului si este dispus in interiorul inductorului.Cel mai adesea se folosesc tiristori rotativi in capsula de tip saiba, legati pe sectii distincte si ocupand simultan aceeasi pozitie sub talpa polara.In arboreal excitatorului se amplaseaza conductori ecranati, prin care se transmit impulsurile de comanda la tiristori rotativi.Sistemele sunt fiabile, lipsite de inertie si ofera posibilitatea stingerii rapide a campului de excitatie prin trecerea redresorului in regim de invertor.

Figura 1.a (excitator cu diode rotative schema tip)In fig de mai sus se observa ca neste5 brate, care se leaga la infasurarea indusului. Cu cresterea vitezei de raspuns a sistemului de excitatie a tensiunii de plafon si a factorului de amplificare a sistemului de reglare se accentueaza posibilitatea inrautatirii stabilitatii functionale.S-au realizat scheme, care apeleaza la stabilizatorul de alunecare PSS, careesteun bloc de reglare suplimentar; rolul acestuia (figura de mai jos) este de a atenua oscilatiile mecanice ale rotorului generatorului reglat, si de a creste amortizarea raspunsului la aparitia unor fenomene tranzitorii in retea; sau deconectarea unor defecte apropiate de generator.Figura 1.b (schema functionala a stabilizatorului tip PSS pentru reglarea adaptiva Ug- QgAcest bloc suplimentar PSS, primeste la intrareunsemnal in tensiune proportional cu turatia, n, respective cu frecventa si puterea generatorului. Si respectand posibilitatiile tehnice si plafonarea excitatia produce la iesire, la inchiderea comutatorului I, un semnal de deplasare a referintii de tensiune in gama de valoare 0.1 U0g, si cu effect in sensul reducerii masinii sincrone reglate. Reglareaestede tensiune si putere reactiva de tip adaptive si cu bucle multiple de reglare.SISTEMELE DE EXCITATIE STATICA CUDE TIPUNITROLCu elementele unui sistem unificat de reglare de tip PSR programabil, care asigura o reglare in nodul respective inclusive interfata de process.Este destinat proceselor rapide specifice automatizarilor din electroenergetica.Canalele dereglarese exploateaza independent in timp real ofera un grad ridicat de fiabilitate, de pe automat pe manual.Schimbul de date cu sistemul de excitatie precum si cu puntile cu tiristoare comandate si sistemul de dezexcitare rapida se realizeaza cu ARC.Structura sistemului UNITROL, apare in figurile .1si.2. Prezentarea datelor se face in sistemul numeric sau mixt, numeric analogic. Functionareaestecontrolata cu o tastatura ce poseda 10 functii distincte.Figura .1 (Components of the UNITROL P system)Fig .2( UNITROLP control and display unit)Se poate utilize siunPC pentru programarea parametrilor si operatiilor realizate.Permite functionarea RMS (reglare, masurare, afisare).Fig .3 (Unitrol M System)Se comanda pe grila tiristorii din functiile plasate in excitatia generatorului reglat.Sistemul din figura .3 realizeaza urmatoarele functii:1)reglajul curentului sau tensiunii de excitatie pana la limita de plafon admisa;2)controlulunghiului electric intern , cu un reglaj intermittent pentru a eviata depasirea unui maxim admisibil. Este asigurata separarea galvanica de restul instalatiei electrice precum si alimentarea de la o sursa de tensiune stabilizata.PROTECTIA TIRISTORILOR DE PUTEREIn schema puntii cu tiristori, s-au introdus rezistente si inductante de egalizare in serie cu tiristorul T, care asigura identitatea bratelor puntilor si aprinderea simultana a tiristoarelor aflate in parallel datorita aparitiei unei tensiuni suplimentare de aprindere.Fig x pag IProtectiile specificesunt :-R,C serie asigura protectia impotriva supratensiunii intene, datorita inertiei stratului la cresterea rapida a curentului;-Protectia cu sigurante fuzibile (releu termic de supracurenti) SIG, impotriva scurtcircuitului pe partea de current continu;-Protectia cu Rg, Cgin parallel pentru evitarea aparitiei unor curenti capacitive grila la nod, care ar putea amorseze nedorit tiristorul T.Functiile de transfer si constantele specifice unui tiristor T:R, C = protectia impotriva supratensiunilor interne;Rg, Cg= protectia impotriva curentilor capacitive grila anod;L inductantapentru majorarea tensiunii de aprindere.(1)functiade transfer a puntii cu tiristoare de puterePentruT0(2)(3)T=,unde :f = frecventa tensiunii de alimentare a puntii;p= numarul de pulsuri ale tensiunii redresate intr-operioadaa tensiunii retelei.REGLAREA AUTOMATA A TENSIUNII LA TRANSFORMATORUL DE PUTERESe executa sub forma unui reglaj in trepte sub sarcina cu ajutorul unui comutator de ploturi CP, actionat de elemental de executie EE, a regulatorului de tensiune.FIG .a pag II (Schema functionala pentruunsistem de reglare automata la transformator, sub sarcina)Fig. .bpag II (Schema de principiu a unui sistem pentru RATT.)Se poate mentine tensiunea la consumatori in limita de stabilitate.La 110 kV se poate lucra cu tensiuni de 90125 kV, fara a deranja tensiunea inferioara, deoarece la acestea se poate realize reglajul sub sarcina prin transformatorul de cuplaj respective.Servomotorul SM este elemental de executie EE.(este un SM de curent continu, cu flux constant de excitatie). Transformatorul de reglaj20%30% in circa 20 de trepte, cu tensiunile aditionale in faza cu tensiunea retelei, ceea ce constituie reglajul longitudinal.Pe liniile detransportpentruacoperirea bazei curbei de sarcina este sufficient sa se prevada reglajul sub sarcina la transformatoarele coboratoare. Liniile de transport cu regim variabil, care asigura acoperirea varfului curbei de sarcina, se prevad transformatoare ridicatoare cu reglaj in trepte de20% si transformatoare ridicatoare cu reglare dubla 3040%. Pe liniile electrice de interconexiune cu transport de putere in ambele sensuri, intervalul de reglaj sub sarcinaeste2040%, iar sistemul de reglare se instaleaza la ambele capete ale liniei.Pentru retelele complexe buclate, poligonaleesteposibil ca reglajul longitudinal sa nu se dovedeasca sufficient. In aceste situatii se prevad transformatoare cu reglaj sub sarcina, care introduce tensiuni suplimentare defazate sau in cuadratura.(reglaj transversal).REGLAREA AUTOMATA A RAPORTULUI DE TRANSFORMARI (RATT)Fig 1 pag 22 a si b-REGLAREA AUTOMATAARAPORTULUI DE TRANSFORMARI (RATT)Releele polarizate, 1RP si 2RP, cu cate doua infasurari identice conectate inopozitieinasa fel ca la tensiunea U0=Unominalcand diferinta curentilor I=0 (figura b) punctual M, tensiunea magnetica rezultanta sa fie = 0, iar regulatorul sa nu intervina.Releeleintermediare ,1RIsi 2RI, au cate doua contacte, unul normal deschis si unul normal inchis.]Releul de timp,RT, are tot doua contacte ,RT1 si RT2 normal deschise si cu temporizare reglabila la inchidere de 2030 s.Curentul I2areo variatie pronuntat neliniara cu tensiunea (figura b) datorita turatiei rapide.Iar curentul I2furnizat de puntea redresoare S, care variaza liniar cu tensiunea U1.La orice variatie a tensiunii fata de tensiunea de consemn U0apare o diferenta de curenti I, in functie de care se produce excitarea bobinelor 1RP sau 2RP.Inchiderea contactelor acestora, excitarea releelor 1RI sau 2RI si comutarea contactelor acestora, conduc in final la excitarea lui RT si comandarea cu temporizare a cresterii sau scaderii tensiunii pe barele b2prin actionarea unui comutator de ploturi de catre un element de executie de tip SM care nu e figurat. Comanda se transmite cu o temporizare directade2030 s pentru ca la variatia de scurta durata a tensiunii reglate sa nu mai intervina.Schema permite atat reglarea nivelului tensiunii in nodul respectiv cat si a circulatiei de putere reactiva in punctual respective.Daca se inseriaza o impedanta echivalenta suplimentara calcului corespunzator se obtine o compensare de tip corectie, care permite controlul nivelului tensiunii si al valori de reactive intr-un alt punct, decat cel prezentat de locul unde este instalat sistemul de reglare automata.Alte metode de RAT-Q in SEEIn afara de RA a tensiunii de excitatie si RA la transformatorul sub sarcina, in SEE se folosesc si alte mijloace de reglare automataa tensiuniisi puterii reactivein scopul asigurarii unui echilibru local intre puterea con-sumata si cea generata.Acestea sunt:1.Compensatoare sincrone reglabile: masini electrice care pot furniza sau absoarbe energie reactivain functie de regimul de lucru al masinii.Uncompensatormicron prevazut cu regulator de tensiune propriu poate debita o putere reactiva suplimentaraatat cand tensiunea descreste intre anumite limite contribuind la mentinerea sau refacerea stabilitatii in sistem. Masinaesteinstalata pe infasurarea tertiara a unui transformator sau AT de putere si se regleaza lent prin variatia excitatiei. Compensatoarele sincrone sunt mai scumpe, si au dezavantajul ca sunt influentate de variatia de frecventa din SEE.2.Baterii de condensatoare reglabile: apar in retelele de medie tensiune si la marii consumatori industriali. Aceasta furnizeazalocal energie reactiva si reduc caderile de tensiune de pe linie. Se instaleaza tot pe pe infasurarea tertiara transformatoarelor cuplate la reteasi ofera posibilitatide reglaj in trepte, cu conectoare/deconectoare comandata automat. Prezinta avantajul ca pretul energiei reactive produsa in bateriile de condensatoareestedeori mai mic decatal celei produse de compensatoarele sincrone.3.Bobinele de reactanta sau reactantesunt, care se insereaza pe liniile de interconexiune si permit reglarea tensiunii fie prin modificarea numarului de bobine in paralel, fie prin alimentarea prin autotransformatoare AT reglabile.Exemplu: reglarea de Portile de Fier reactoare de 40 MW, montat pe tertia-lultransformatorului de 400 kV.Toate se folosesc pentru a se atinge echilibru global intre energia generata si cea consumata bazata pe asigurarea locala in sistem. Pentru a nu se vehicula energia reactiva pe liniile lungi insotite de preturi suplimentare,functioneaza la factor de putere cat mai apropiat de unitate.Se defineste un factor de putere, cos, neutral, la care trebuie sa se realizeze consumul de energie, la care consumul de energie reactiva nu este tarifat. Daca nu se realizeaza cosneutral =,(la noi 0.92), pretul energiei reactive comparate creste diferential in functie de nivelul de tensiune. Astfel, pretul unitar este aproape dublu pentru cpnsumul la joasa tensiune fata de cel la inalta tensiune.Conducerea ierarhizata a SEE din punct de vedere al Reglajului U-QConducerea ierarhizata, care vizeaza reglarea tensiunii in sistem este astfel structurata:1)actiuni primare la nivelul elementelor de retea;2)actiuni secundare la nivelul unui ansamblu de elemente de retea alcatuind o zona. (figura 12);3)actiuni tertiale cu functia de coordonare a reglajelor secundare dintr-un punct central de dispecer national.Fig 12 Reglajul secundar u-Q in SEE(foi capsate)In figura 12 se prezinta reglajul secundar u-Q in SEE. Se definesc punctele pilot si zonele. Punctul pilot este acel nod din sistem, in care puterea de scurtcircuit are valoarea maxima. In acest punct apare si riscul perturbarii functionarii stabile.Zona este acea parte a SEE, in care valoarea parametrului controlat (tensiunea), se abate in mica masura, de la o tensiune de consum (ub0) si care caracterizeaza punctual pilot.Legatura dintre punctele pilot si dispecerul energetic al zonei se face prin sistemul de teletransmisie, folosind drept suportpentru impulsuri, chiar cunductoarele liniilor electrice de inalta sau foarte inalta tensiune, folosind receptoare si emitatoare de impulsuri E/R. La receptie se asigura dupa caz conversie numerica analogica CAN, sau conversie analogica numerica CAN.La dispecerul zonal unde apare abaterea de tensiune este instalat un regulator de abatere, care este un calculator numeric de proces in timp real. Ordinele de reglare U sunt distribuite printr-un repartizor central si dupa conversia numeric analogica sunt transmise tot prin sistemul de teletransmisie, catre centralele electrice reglante (figurate cu generatoarele G1,,Gn).Dupa receptia acestor ordine de reglare, intervin prin elementele de executie asupra regulatoarelor locale de reactive, care comanda consemnele U10,,Un0, ale regulatoarelor automate de tensiune locale RAT1,RAT2,,RATn, din excitatia generatoarelor, care participa la reglare si pana ce abaterea de tensiune veste anulata. Sistemul este completat cu o serie de blocaje si limitarii care nu permit executarea ordinelor de reglare, care ar putea sa conduca la depasirea limitei admisibil pentru tensiunea si curentul statoric sau curentul rotoric sau unghiul electric intern . Se obtine o reglare calitativ superioara a tensiunii, puterii reactive si a disponibilului de putere reactiva.Metoda este aplicata in modelul European.REGLAJUL TERTIAL u-QO data cu dezvoltarea sistemelor electro energetice interco-nectate, trebuie reglate si conduse printr-un reglaj tertial si centralizat la nivelul unui disceper national.S-a notat cu DEC desipeceril central. Dezavantajul este ca nu se tine cont de interactiuniile dintre diverse zone. Astfel s-a format un reglaj de tensiune, care tine seama de legaturile de interactiune dintre diferitele zone ale SEE.In conditiile preluarii retelelor de 110 kV de pe cuprinsul unei filiale de retele de comanda (CHC), se poate face comas area activitatii DEZ (zonal) si DEL (local) intr-o unica treapta de comanda de tip DED (distributie), Preluamdu-se responsabilitatile de la celelalte nivele. DET (teritorial) va prelua si responsabilitatile privind functionarea de ansamblu interconectate a retelelor de 110 kV din zona respectiv

Regulatoare automate3.1. GeneralitatiRegulatorul automat are rolul de a prelua operational semnalul de eroare, (obtinut n urma comparatiei liniar-aditive a marimii de intrarersi a marimii de reactieyr, n elementul de comparatie) si de a elabora la iesire un semnal de comandaupentru elementul de executie, figura3.1.Informatiile curente asupra desfasurarii procesului tehnologic se obtin cu ajutorul traductorului de reactie si sunt prelucrate de regulatorul automat n conformitate cu o anumita lege care defineste algoritmul de reglare automata. Algoritmii de reglare (legile de reglare) conventionali, utilizati frecvent n reglarea proceselor tehnologice sunt de tip proportional-integral-derivativ (PID).

Figura 3.1.Implementarea unei anumite legi de reglare se poate realiza printr-o varietate destul de larga a constructiei regulatorului, ca regulator electronic, pneumatic, hidraulic sau mixt.Chiar si n cadrul aceleiasi categorii constructive se pot realiza variante diferite, fiecare solutie oferind anumite avantaje din punct de vedere al preciziei de realizare a legii de reglare, a pretului, a sigurantei n functionare si a flexibilitatii n exploatare.n tabelul3.1 se prezinta o clasificare generala a regulatoarelor automate.Tabelul 3.1.Clasificarea regulatoarelor automate

Dupa caracteristicile de transferale instalatiei tehnologiceDupa caracteristicile constructivesi functionale ale regulatoarelor

Regulatoare cu caracteristici de transfer invariante folosite n urmatoarele categorii de sisteme:- sisteme de stabilizare automata (r=ct.);Dupa tipul actiunii regulatorului:- regulatoare cu actiune continua, liniare sau neliniare;- regulatoare cu actiune discreta, cu impulsuri modulate sau numerice.

- sisteme de reglare cu program (r=f(t) cunoscut);- sisteme de urmarire (r=f(t) necunoscut aprioric).Dupa constructia blocului regulator si a semnalelor folosite:- regulatoare unificate;- regulatoare specializate.

Regulatoare cu caracteristici de transfer variabile:- regulatoare adaptive;- regulatoare instruibile;- regulatoare extremale (optimizatoare automate).Dupa natura purtatorului de informatie:- regulatoare electronice;- regulatoare pneumatice;- regulatoare hidraulice;- regulatoare mixte (electrohidraulice, electropneumatice).

Dupa viteza de raspuns a instalatiei tehnologice:- regulatoare pentru procese rapide;- regulatoare pentru procese lente.Dupa tipul reactiei folosite:- regulatoare cu reactie dupa marimea de i 343j96d esire;- regulatoare cu reactie dupa variabilele de stare (regulatoare cu estimatoare de stare).

Dupa numarul marimilor de iesire ale instalatiei tehnologice:- regulatoare monovariabile;- regulatoare multivariabile.Dupa modul de instalare:- regulatoare de panou;- regulatoare locale.

Legile de reglare clasice (de tip P, PI, PID) se realizeaza n cadrul regulatoarelor cu actiune continua cu ajutorul circuitelor operationale cu elemente pasive, instalate pe calea de reactie a unor amplificatoare operationale (figura3.2).

Figura 3.2.Daca factorul de amplificare KAal blocului amplificator este suficient de mare, comportarea intrare-iesire a regulatorului este determinata numai de elementele si structura circuitului de reactie operationala conform relatiei:.Prin alegerea convenabila a circuitului de reactie (care prezinta o anumita functie de transfer HC(s)), se obtin diferiti algoritmi de reglare. Pentru legile de reglare tipizate, functiile de transfer ideale au expresiile:Regulator P:

Regulator PI:

Regulator PID:

unde KRreprezinta factorul de amplificare, Ticonstanta de timp de integrare, Tdconstanta de timp de diferentiere, iar q factorul de interinfluenta.Desi foarte avantajoasa din punct de vedere constructiv, aceasta metoda nu poate asigura independenta parametrilor de acord ai regulatorului (KR, Ti, Td).Folosirea unor canale separate pentru prelucrarea operationala a semnalelor de eroare elimina complet toate dificultatile aferente interinfluentei, asigurnd realizarea functiei de transfer (a regulatorului PID) cu un grad de interdependenta q=0 si o independenta totala a acordarii parametrilor KR, Ti, Td. O astfel de solutie este prezentata n figura3.3.

Figura 3.3.Varianta din figura3.3. este caracterizata de un pret de cost mai ridicat, determinat de utilizarea a trei amplificatoare operationale (fata de unul singur n schema din figura3.2.), dar avantajele functionale pe care le prezinta i ofera perspective largi de utilizare n realizarea regulatoarelor moderne. Realizarea legii de reglare PID n cadrul sistemelor de stabilizare automata (r=const.) se face cu ajutorul unui regulator de tip PI (care are o constructie mai simpla) si a unui bloc de tip PD, instalat pe calea de reactie, figura3.4.

Figura 3.4.O categorie mai importanta de regulatoare care se dezvolta n prezent sunt regulatoarele cu reactie dupa stare. Utilizarea descrierii matematice intrare-stare-iesire ofera informatii complete asupra comportarii dinamice a sistemului n ansamblul sau si permite, prin utilizarea ca marimi de reactie a marimilor de stare, realizarea unor solutii mult mai avantajoase de reglare a proceselor, folosind pentru aceasta regulatoare cu elemente proportionale.Pentru obtinerea unor performante superioare, legate de satisfacerea att a regimului stationar, ct si a regimului tranzitoriu, este indicata combinarea reglarii dupa stare cu reglarea dupa iesire, figura3.5.Estimatorul de stareESprimeste marimileusiysi elaboreaza starea estimata,1care se utilizeaza n regulatorul automat ca marime de reactie. Reglarea combinata dupa iesire si stare asigura obtinerea unor erori stationare nule pentru variatii treapta ale marimii de referinta si ale perturbatiei.

Figura 3.5.3.2 Structura regulatoarelor automate electroniceBlocul regulator este alcatuit din mai multe parti componente interconectate functional, care permit realizarea att a legii de reglare propriu-zise (exprimata analitic prin dependenta dintre marimea de iesire si marimea de intrare), ct si a unor functii auxiliare de indicare, semnalizare a depasirii valorii normale pentru anumite marimi, desaturare, trecere automat-manual etc.n figura3.6., se prezinta structura blocului regulator, tipica pentru marea majoritate a regulatoarelor industriale.

Figura 3.6.3.3. Constructia regulatoarelor automate electroniceRegulatoarele electronice sunt realizate ntr-o diversitate larga de tipuri constructive si functionale, ca regulatoare unificate si, mai rar, ca regulatoare specializate.Varianta unificataprezinta avantaje esentiale printre care mentionam: permite o mare elasticitate n realizarea celor mai complexe scheme, cu un numar mic de blocuri componente interschimbabile, conduce la o tipizare si uniformizare a panourilor de automatizare, deci si la reducerea pretului si la mbunatatirea conditiilor de exploatare, asigura posibilitati sporite pentru o productie de serie.Constructia regulatoarelor electronice difera n functie de utilizarea lor pentru reglarea proceselor rapide sau lente, unde trebuie sa asigure constante de timp compatibile cu dinamica procesului. Daca pentru reglarea proceselor rapide constantele de timp se obtin relativ usor si cu precizie corespunzatoare, pentru procesele lente dificultatile sunt mult mai mari.La noi n tara au fost realizate sistemele UNIDIN destinate reglarii proceselor rapide, iar pentru procese lente sistemul unificatbazat pe principiul modularii si demodularii si sistemul SEROM, cu circuite integrate, avnd semnale unificate multiple n tensiune si curent.Utilizarea circuitelor digitale integrate pe scara medie si pe scara larga a condus la perfectionarea regulatoarelor numerice si la realizarea sistemelor numerice de reglare folosite n cadrul sistemelor ierarhizate de automatizare.n cadrul regulatoarelor electronice realizate cu circuite integrate (care reprezinta conceptia actuala de implementare a legilor de reglare), problemele rezistentei la intrare, ale valorii constantelor de timp, ale amplificarii si ale derivei nulului sunt strns legate ntre ele si reprezinta unele din problemele principale ale constructiei acestor regulatoare.3.3.1. Regulatoare electronice pentru procese rapideDomeniul proceselor rapide cuprinde acele procese tehnologice care se caracterizeaza prin constante de timp pna la 10 sec. Un exemplu tipic l reprezinta procesele din domeniul actionarilor electrice (reglari de pozitie, viteza, tensiune, curent etc.), al echipamentelor electroenergetice (generatoare sincrone, invertoare etc.), sau echipamentelor electrohidraulice (reglarea turbinelor hidraulice).Sistemul unificat de reglare a proceselor rapide UNIDIN cuprinde att aparatura de masurare (traductoare de curent, de tensiune, de pozitie, de viteza, de rotatie etc.) ct si elementele de prelucrare a informatiei (regulatoarele) si dispozitivele de comanda (complexul de comanda pe grila) a elementelor de executie electrice (comutatoare cu tiristoare, amplificatoare magnetice, masini electrice amplificatoare).Schema generala a unui regulator continuu destinat proceselor rapide este prezentata n figura3.7. si cuprinde amplificatorul de c.c. notat cu A si caracterizat de impedantele de intrare Zisi iesire Ze, de amplificarea n tensiune Au, impedantele de intrare Z0si Z0*(Z0*pe calea de prescriere iar Z0pe cea de reactie a sistemului) si impedantele de reactie proprii regulatorului Z1, Z2si Z3.

Figura 3.7.Semnalul de abatere ucare ajunge la intrarea regulatorului (raportat nsa la calea de reactie) este:

iar ueeste tensiunea de iesire a regulatorului. n raport cu dispozitia elementelor de reactie se defineste impedanta echivalenta a acestora:.Functia de transfer a amplificatorului A cu reactie va fi:

valabila pentru Z0*=Z0. Expresia(s) depinde de toate elementele de circuit din figura3.7. n cazul idealizat, cnd Au, Zi, si Ze0, coeficientul(s) este unitar, rezultnd functia de transfer idealizata a regulatoarelor de forma:.Comportarea dorita se stabileste prin alegerea adecvata a elementelor de reactie Z1, Z2si Z3, de obicei rezistente si/sau condensatoare.n tabelul3.2 se prezinta tipurile uzuale de regulatoare folosite, functiile de transfer si raspunsurile indiciale corespunzatoare.Tabelul3.2.Tipul regulatoruluiFunctia de transferRaspunsul indicial

P

PI

PD

PID

Precizia de realizare a legii de reglare si comportarea regulatorului UNIDIN sunt determinate, n afara de caracteristicile deosebite impuse amplificatorului electronic, si de calitatea componentelor electronice pasive (rezistente si capacitati) din circuitul de reactie operationala care trebuie sa aiba o precizie deosebita pentru a asigura invariatia caracteristicilor de transfer ale regulatorului. Pentru aceasta se folosesc rezistente bobinate de mare precizie sau cu pelicula metalica si condensatoare cu film plastic sau metalic.3.3.2. Regulatoare electronice pentru procese lenteDomeniul proceselor lente se caracterizeaza prin constante de timp mai mari de 10s si cuprinde marea majoritate a proceselor industriale (industria chimica, metalurgica, industria constructiilor de masini, industria materialelor de constructii, o buna parte din instalatiile utilizate n industria energetica etc.). O alta caracteristica generala a proceselor lente consta n faptul ca timpul mort nu este neglijabil si trebuie luat n consideratie n proiectarea regulatoarelor electronice.3.3.2.1. Regulatoare electronice continueRegulatoarele automate folosite pentru reglarea acestor procese trebuie sa asigure obtinerea unor constante de timp mari, fapt care implica dificultati constructive cu att mai mari cu ct se cere o precizie de realizare a legii de reglare mai buna.Regulatoare electronice cu modulare si demodularePentru eliminarea acestor inconveniente, la realizarea regulatoarelor automate pentru procese lente, una din primele variante constructive utilizeaza principiul modularii si demodularii reprezentat n figura3.8. Aceasta solutie constructiva prezinta marele avantaj ca realizeaza amplificarea n curent alternativ (unde nu apare problema derivei nulului) si totodata corectia se realizeaza simplu, n curent continuu, circuitul de reactie negativa operationala fiind conectat ntre amplificatoarele de curent continuu A1si A2.Modulatorul M si demodulatorul D, alimentate de la oscilatorul O, se realizeaza de regula cu tranzistoare n regim de comutatie, cu diode varicap sau cu modulatoare magnetice.

Figura 3.8.Solutiile moderne care folosesc amplificatoare operationale cu circuite integrate sunt prevazute la intrare cu tranzistoare cu efect de cmp TEC, care asigura rezistente de intrare comparabile cu ale tuburilor electronice.n prezent exista n exploatare o mare varietate de regulatoare electronice tipizate cu actiune continua, pentru procesele lente, care functioneaza pe principiul prezentat n figura3.8.La noi n tara acest principiu a stat la baza realizarii regulatoarelor asimilate dupa o licenta Hokushin-Japonia.Regulatoare continue cu circuite integrateLa ntreprinderea de Elemente de Automatizare (IEA) Bucuresti, iar mai apoi la ntreprinderea de Electronica Industriala (IEIA) Cluj-Napoca a fost realizat un regulator electronic pentru procese lente, care face parte din echipamentele sistemului unificat de reglare SEROM, conceput si realizat n tara. Cele patru variante de regulator, denumite simbolic ELC11311134 sunt realizate cu circuite integrate, n constructie modulara avnd semnalul de iesire continuu sau discontinuu.Regulatorul este prevazut cu elemente de interfata cu calculatorul pentru a putea fi folosit att n regim de supraveghere, ct si n conducerea numerica directa.Regulatoarele electronice clasice destinate reglarii automate a proceselor industriale uzuale realizeaza o functie de transfer idealizata de tip PID, de forma:.Efectele proportional, integral si derivativ sunt evidentiate cantitativ prin constantele KR, Ti, respectiv Td. Exista situatii practice n care este indicata folosirea unor regulatoare P, I, PI sau PD. Regulatoarele PID aflate n fabricatie curenta satisfac si aceasta cerinta.Considernd schema bloc simplificata a unui sistem de reglare automata (figura3.9.), acesta s-ar comporta ideal daca n orice moment de timp marimea de iesire ar reproduce instantaneu variatiile marimii de intrare si ar fi insensibila la variatiile marimii de perturbatie.

Figura 3.9.Efectul derivativ D conduce la amplificarea nedorita a frecventelor nalte, asa nct functia de transfer reala n majoritatea realizarilor practice ale regulatoarelor electronice este de forma:

care evita salturile nepermise ale semnalului de iesire la semnal de intrare treapta. Din aceleasi motive, adeseori efectul derivativ este introdus pe circuitul de masura.Componentele proportionala si integrala ale legii de reglare se obtin cu ajutorul amplificatoarelor operationale. Componenta derivativa se obtine indirect, cu ajutorul unui circuit integrator plasat n bucla de reactie negativa a unui amplificator (figura3.10.).Functia de transfer echivalenta va fi:.

Figura 3.10.Factorul de amplificare A este dat de A=R2/R1iar constanta de timp de derivare Td=RdCd/este ajustabila prin potentiometrul P.Regulatoarele electronice pentru procese lente folosesc amplificatoare operationale de buna calitate si realizeaza functii suplimentare de limitare simetrica sau nesimetrica a marimii de iesire, compensarea tensiunilor de deriva, atenuarea semnalelor de frecvente nalte (zgomote), protectia intrarilor etc. Totodata asigura valori n limite largi ale constantelor KR, Ti, Td. Uneori, n locul constantei de proportionalitate KRse utilizeaza notiunea de banda de proportionalitate BP, definita ca procentul din domeniul marimii de intrare n regulator pentru care se produce o marime de iesire de 100%, de catre efectul P. Daca domeniul marimii de intrare este egal cu domeniul marimii de iesire, atunci relatia dintre BP si KReste:KR=100/BP[%].Regulatorul PID continuu ELC 1132Este un regulator cu structura PID, face parte din sistemul unificat cu circuite integrate SEROM si este destinat utilizarii n bucle de reglare automata aferente proceselor tehnologice lente, cnd elementele de executie sunt de tip continuu.n functie de variantele de echipare: cu sau fara sursa interna de referinta, cu circuit de reactie operationala ce permite obtinerea unei legi de reglare PI sau PID, se deosebesc diferite variante ale acestor regulatoare.Functional, se compara valoarea marimii reglate (de masura) cu cea prescrisa (de referinta), rezultnd abaterea de reglare care este prelucrata analogic. Se obtine marimea de comanda ce actioneaza n sensul micsorarii abaterii de reglare. Semnalele de intrare se obtin de la traductoare, nregistratoare, alte regulatoare, calculatoare de proces etc. si pot fi semnale unificate (n curent sau tensiune) sau impulsuri modulate n durata (regim "calculator"). La iesire se obtine un semnal continuu de curent unificat care se poate aplica fie elementului de executie, fie altui regulator (reglare n cascada). Cuplarea cu un calculator se poate face fie n regim de comanda a referintei (SCC) fie n regim de comanda a semnalului de iesire (DDC).Ansamblul functional se gaseste ntr-o carcasa paralelipipedica, montat pe un sasiu glisant, schema electrica fiind echipata pe module debrosabile, cu un panou frontal (figura 3.11.) avnd elementele principale de comanda si semnalizare.

Figura 3.11.1.Indicator abatere6.Buton pentru echilibrare;

2.Indicator semnal de iesire;7.Buton sensibilitate abatere;

3.Banda indicatoare referinta interna;8.Butoane actionare semnal iesire;

4.Buton comanda referinta interna;9.Comutator automatmanual A/M.

5.Comutator referinta internaexterna I/E;

Pe panoul frontal sunt prevazute urmatoarele elemente de afisare: valoarea semnalului masurat sau a abaterii, valoarea referintei interne si/sau externe, valoarea semnalului de iesire. De asemenea, pe panoul frontal operatorul poate actiona urmatoarele comenzi: selectarea modului de lucru A/M/C (automat/ manual/ cu calculatorul), selectarea referintei I/E (referinta interna sau externa), prescrierea referintei interne, comanda semnalului de iesire pentru functionarea n regimul manual, echilibrarea referintelor, demultiplicarea cu 10 a sensibilitatii indicatorului de abatere.Cu ajutorul butoanelor din interiorul regulatorului operatorul poate efectua urmatoarele comenzi interne: prescrierea parametrilor de acordare BP, Ti, Td; tipul de comanda, direct/ invers, n functie de caracteristica elementului de executie ; stabilirea limitelor semnalului de iesire.Parametrii de acordare sunt:BP:2500% continuu; 21000% la comanda speciala;Ti:0.62000s continuu pe trei trepte;Td:0,5800s continuu pe trei trepte.Limitarea inferioara a semnalului de iesire: 0%.Limitarea superioara a semnalului de iesire: 100%.Aparatul se compune din urmatoarele subansamble functionale:1.Subansamblul de comanda si afisare: permite comanda manuala a referintei, a semnalului de iesire, precum si urmarirea abaterii de reglare si posibilitatea de comutare pe referinta externa sau pe functionare automata.2.Placa de bazacare este echipata cu sursa de alimentare, conectoarele pentru module functionale si conectorul de cuplare la carcasa. Legaturile electrice se realizeaza prin cablajul placii de baza.3.Module functionale:F807 - modul de intrare;F926N - modul de derivare;F929N - modul PI continuu;F506 - modul convertor tensiune-curent;F416 - modul sursa stabilizata de15V.Structura generala a regulatorului corespunde figurii3.12.

Figura 3.12.Asa cum se poate observa si din structura prezentata n figura, aceste regulatoare au o functie de transfer de forma:.Modulul de intrare F807: ndeplineste functiile de conversie domeniu, de comparator si amplificator de eroare. El primeste la intrare semnal de masura pe care l compara cu referinta. n cazulTn care ntre aceste semnale exista eroare modulul genereaza un semnal (pozitiv sau negativ) care se transmiteTn exterior pentru afisare pe instrumentul de abatere si cu semn schimbat modulului PI continuu F929N.

Figura 3.13.Totodata semnalul de masura amplificat astfel ca domeniul sau de variatie sa fie 10V este aplicat modulului de derivare.Operatia de scadere se realizeaza cu amplificatorul operational A2, care este prevazut cu reactie negativa de filtrare a zgomotelor. Amplificatoarele A1, A3si A4servesc, pentru adaptarea si inversarea semnalelor de la intrarea acestora, precum si pentru filtrare.Alimentarea amplificatoarelor cu15V se face prin filtre amplasate pe modul.Modulul de derivare F926: realizeaza functia de derivare prin procedeul expus anterior. Solutia ca elementul pentru derivare sa fie conectat n circuitul marimii masurate asigura micsorarea nivelului de zgomot la modificarea de catre operator a marimii de referinta. Reteaua de derivare realizeaza o constanta de timp de derivare ntre limitele 0,5800s reglabila continuu, cu un potentiometru si n trei trepte, cu ajutorul unor strapuri. Efectul derivativ poate fi anulat prin scoaterea modulului F926 si realizarea unei legaturi ntre intrare si iesire n conectorul modulului.Modulul PI continuu F929: realizeaza functia proportional-integratoare. Banda de proportionalitate se regleaza continuu cu ajutorul unui potentiometru n gama 2500% iar constanta de timp de integrare Tin limitele 0,62000s continuu, cu un potentiometru si pe trei trepte, prin realizarea unor strapuri corespunzatoare.Modulul stabilizator F416: asigura alimentarea cu tensiune stabilizata de15V a ntregului aparat.Placa tensiunii de referinta: contine un etaj stabilizator de +10V, care asigura tensiunea de alimentare a potentiometrului de referinta interna.La punerea n functiune a unei bucle de reglare, regulatorul se comanda manual pna ce procesul se stabilizeaza la valoarea data. Aceasta se face cu comutatorul A/M pe pozitia M (Manual) cu ajutorul comenzilor directe asupra iesirii si a potentiometrului de referinta interna - comutatorul I/E pe I (Intern).Pentru acordare se procedeaza astfel:-se fixeaza BP maxim (500%); Timaxim (2000s); Tdminim (0,5s);-se da o variatie de cteva procente a semnalului de referinta interna si se comuta pe regim automat. Se urmareste semnalul de masura (curba de raspuns). Se repeta operatia cu valori inferioare pentru BP pna la valoarea la care curba de raspuns devine oscilanta. Se majoreaza BP fata de aceasta pozitie cu o treapta.-valoarea pentru Tise stabileste n mod similar pe rnd;-n functie de tipul elementului de executie (cu actiune directa sau inversa) se aseaza comutatorul de pe placa PI,Direct/Inverspe pozitia corespunzatoare.3.3.2.2. Obtinerea componentelor legii de reglareObtinerea componentei proportional integralePentru schema de integrator din figura3.14., scriind suma curentilor la intrarea inversoare rezulta:

Figura 3.14.n care semnificatia notatiilor utilizate este urmatoarea:Ud- tensiunea de decalare (offset);Ip- curentul de polarizare (bias);If- curentul de fuga al condensatorului.Din relatia de mai sus se poate determina tensiunea de iesire:

sau sub forma operationala:

Din functia de transfer a unui element de integrare ideal se poate deduce:unde R.C=Ti.Se poate observa ca n afara de termenul util, de integrare a tensiunii de intrare, la iesirea elementului integrator din schema analizata apar termeni paraziti care produc erori de integrare.n primul rnd se constata transferarea la iesire a tensiunii de decalare Ud. Aceasta sursa de erori este mica deoarece raportata la semnalul maxim de iesire (510V) nu reprezinta dect 0.020.04.n al doilea rnd apare un efect al integrarii acestei tensiuni reziduale si aceasta componenta are o contributie redusaTn cazul erorii totale de integrare, deoarece timpulTn care integrarea tensiunii Udduce integratorul la limitare este mult mai lung dect timpul de integrare al tensiunii Ui.Efectul curentului de fuga al condensatorului este, de regula, redus. Micsorarea acestui efect se obtine prin utilizarea unor condensatoare cu rezistente de izolatie mari.Cel mai important dintre efectele parazite ramne nsa efectul de polarizare. Acesta se manifesta printr-o cadere de tensiune pe rezistenta R (limitnd prin aceasta valoarea ei) si prin variatia curentului cu temperatura.O metoda de micsorare a acestor efecte constaTn compensarea lor cu un circuit ca cel din figura3.15. Metoda se bazeaza pe folosirea divizorului realizat cu rezistentele R1, R2si dioda D, compensarea curentului de polarizare fiind realizata de o fractiune din caderea de tensiune directa de pe dioda D.

Figura 3.15.Pentru o buna compensare a variatiei cu temperatura se recomanda ca divizorul sa fie format din rezistente mici ca valoare.O cerinta care se impune integratoarelor utilizate n constructia regulatoarelor consta n modificarea timpului de integrare Ti.Pentru aceasta se pot folosii trei metode:-modificarea rezistentei de la intrarea amplificatorului;-modificarea pozitiei cursorului unui potentiometru plasat la iesirea amplificatorului;-metode electrice.Conform primei metode, pentru a modifica timpul de integrare care este definit prin relatia Ti=R.C, modificarea continua a capacitatii fiind greoaie, se poate proceda la modificareaTn trepte a capacitatii C si modificarea continua a rezistentei R.A doua metoda constaTn folosirea unui divizor la iesirea amplificatorului operational (figura3.16.). n acest caz functia de transfer a circuitului va fi:

unde k reprezinta fractiunea din tensiunea de iesire aplicata circuitului de reactie (kmax=1).

Figura 3.16.Considernd ca divizorul lucreazaTn gol, Tiva avea expresia:Ti=k.R.C.A treia metoda constaTn modificarea prin metode electrice a constantei de integrare (figura3.17.). n acest caz valoarea acesteia este determinata n functie de un semnal extern, reprezentat de regula prin tensiunea U.Se poate arata ca valoarea constantei de integrare este data de:Ti=Rech.C=f(u).

Figura 3.17.Schema are doua subansamble: circuitul cu amplificatorul A1formeaza blocul integrator, iar circuitul cu A2formeaza un generator de tensiuneTn dinte de fierastrau a carui frecventa este comandata de tensiunea U si care serveste pentru saturarea sau blocarea tranzistorului cu efect de cmp.Circuitul integrator (figura3.18.) poate functionaTn trei moduri: integrareTn limite predeterminate (reset), integrare ntre limitele amplificatorului (integrare), memorare (hold).FunctionareaTn regim "reset". La nchiderea comutatorului K1, cu K2pe pozitia 2, circuitul integreaza pna la limita fixata de divizorul de tensiune R1R2. Prin aceasta operatie se pot fixa conditiile initiale ale functionarii integratorului. Pentru R1=R2, tensiunea Uese stabileste n final la valoarea Ur.

Figura 3.18.Functionarea n regim "Integrare". La trecerea comutatorului K2pe pozitia 1 si deschiderea lui K1schema integreaza tensiunea Ui, tensiunea Uencepnd sa varieze de la o valoare Urprestabilita anterior n functionarea "Reset".Functionarea "Hold". n timpul n care K1este deschis si K2se trece de pe o pozitie pe alta, deci si acesta este deschis, capacitatea Cimentine sarcina acumulata anterior deschiderii comutatorului. Functia "Hold" reprezinta de fapt un regim de memorare.n cadrul regulatoarelor, circuitele de integrare functioneaza n doua dintre modurile mentionate:-functionarea n regim de integrare, cnd regulatorul lucreaza n regim "Automat";-functionarea n regim de memorare cnd se trece n regim "Manual" sau "Calculator".n regim "Manual" functia de reglare este preluata de un operator iar n regim "Calculator" de un calculator (sistem DDC); comutatorul K2este pus n pozitia 3, aplicndu-se astfel pe intrarea neinversoare tensiunea provenita de la comanda manuala sau de la calculator.Modul de functionare "Hold" asigura continuitatea tensiunii de iesire Ue, cnd au loc trecerile de la regimul A la M sau C si invers. n consecinta aceste comutari se fac fara soc si fara reglaje prealabile (echilibrari), conditie de baza pentru functionarea regulatoarelor n sistemele de reglare automata.Pentru realizarea legii de reglare PI s-a experimentat industrial schema prezentata n figura3.19.:

Figura 3.19.Determinarea functiei de transfer se face n conditii idealizate avnd n vedere configurarea schemei. Tensiunea de la iesirea amplificatorului A1, care este marimea de comanda, este definita de relatia:,dar tensiunea definita la iesirea amplificatorului A2poate fi determinata din relatia:,unde prin Tis-a notat constanta de integrare. Dupa transformari elementare, dinrelatiile de mai sus se obtine:.Din functionarea blocurilor de reglare care contin o componenta integrala se cunoaste ca este necesar ca amplificarea n c.c. sa fie ct mai mare. Din acest motiv se alege R2>>R1si atunci din relatia de mai sus se defineste functia de transfer a blocului de reglare:.Avantajul acestei scheme consta n obtinerea componentele proportionala si integrala cu coeficient de interinfluenta zero.Obtinerea componentei derivativeCea mai simpla cale pentru obtinerea componentei derivative consta n folosirea unei rezistente pe reactie si a unui condensator pe intrare. Functia de transfer a circuitului n conditii ideale, va fi:,unde Td=R.C reprezinta constanta de timp de derivare.

Figura 3.20.La circuitele de derivare nu se pune problema marimilor reziduale ale amplificatorului operational deoarece aceste marimi sunt lent variabile, iar sensibilitatea regulatorului este foarte scazuta la frecvente joase. n schimb, problema principala care se pune la amplificatoarele de derivare este problema zgomotelor si n principal a componentelor de zgomot la frecvente relativ ridicate. Deoarece caracteristica amplificarefrecventa a derivatorului ideal este liniar crescatoare, este posibil sa apara componente ale zgomotului care sa depaseasca marimea utila.Acest fapt a facut ca la realizarea derivatoarelor pentru regulatoare de procese lente sa se introduca n functia de transfer a derivatorului termeni care sa determine frngeri ale caracteristicii amplificare frecventa, pentru atenuarea frecventelor ridicate.Examinnd functionarea circuitului de derivare n conditii reale, lund n considerare si componentele parazite, se poate deduce o functie de transfer de forma:,undeeste o constanta.Analiznd aceasta functie de transfer se constata ca ea contine la numitor termenul 1+.Td.s care determina o frngere a caracteristicii de frecventa.

Figura 3.21.n cele mai multe cazuri, prin introducerea unor capacitati suplimentare se realizeaza o a doua frngere a caracteristicii, pentru anularea totala a amplificarii la frecvente ridicate. n acest caz, caracteristica de frecventa a unui circuit de derivare se reprezinta ca n figura3.21.T0este constanta de timp creata de capacitatea indusa suplimentar, iar constanta.Tddetermina primul punct de frngere a caracteristicii.O metoda des utilizata pentru a obtine o astfel de caracteristica este prezentata n figura3.22.

Figura 3.22.Functia de transfer a acestei scheme este:.Valorile.Tdsi T0sunt determinate de factorii de la numitorul functiei de transfer.Modificarea timpului de derivare se face n aceleasi moduri ca pentru integrator. Comanda constantei de timp de derivare Td, n functie de un semnal extern se poate realiza n limite mai largi n montajul din figura3.23.:

Figura 3.23.Blocul A1are n acest caz rol de sumator si de amplificator. Blocul A2si tranzistorul TEC formeaza un integrator aflat pe calea de reactie a amplificatorului A1, ceea ce confera acestuia n final functia de derivare.Rezistentele circuitului sunt astfel alese nct tensiunea de iesire este definita de relatia:,unde tensiunea de reactie este data de relatia:.Dupa unele simplificari, rezulta n final relatia:.Deci functia de transfer este:, unde.Folosind o tensiune externa pentru comanda tranzistorului TEC, rezistenta drena sursa a acestuia se va modifica invers proportional cu aceasta tensiune si deci se va modifica Rech. Rezulta astfel ca Tdeste n functie de tensiunea externa U si poate fi modificat de acest semnal exterior.

Figura 3.24.O schema pentru obtinerea efectului derivativ a legii de reglare este prezentata n figura3.24. Aceasta schema permite modificarea continua si n trepte a constantei de derivare si este prevazuta cu o filtrare a zgomotelor de nalta frecventa. Pentru deducerea functiei de transfer se scriu ecuatiile ce caracterizeaza functionarea circuitelor componente.n final se obtine:,unde Td=f(k).Td1, Td1=RC.Constantele de timp parazite T1si T2sunt mult mai mici dect constanta derivativa Td. Functia f(k) si constantele T1si T2sunt dependente de valorile rezistentelor de la intrarea si de pe reactia amplificatorului operational. Se observa ca Tdeste definit prin doi factori, care pot fi modificati independent prin schimbarea valorilor unor rezistente, respectiv rezistenta R3pentru functia f(k) si rezistenta R pentru constanta de derivare Td1.

REGULATOARE AUTOMATEI.1. Caracteristici generalePrin automatizarea proceselor de productie se urmareste eliminarea interventiei directe a omului in aceste procese asigurandu-se desfasurarea lor in conformitate cu anumite cerinte impuse, fara interventia operatorului.Principalele avantaje ale automatizarii constau in:-cresterea productivitatii muncii-imbunatatirea calitatii muncii-reducerea efortului intelectual depus de oameni in cadrul procesului de productie.In structura oricarei instalatii automatizate se disting:-instalatia tehnologica-dispozivitivul de automatizareRegulatorul automat (R.A) este blocul principal din cadruldispozitivului de automatizare .Regulatorul automat are rolul de a preluasemnalul de eroare(obtinut in urma comparatiei maririi de intrarey0si a marimii de masuratey,in elementul de comparatie) si de aelabora la iesirea un semnal de comandaupentru elementul de executie.

Fig.1.Structura de baza a unui regulator automatRA - regulator automatA - amplificatorRC retea de corectieER - elementde prescriere a referinteiEA element de comanda manuala pentru acordarea parametrilor RAECP element de comparatie principalECS element de comparatie secundarCM - bloc de comanda normalaRegulatoarele automate sunt prevazute cu un comutator de trecere de peregim cu referinta interna pe un regim cu referinta externa .I.2. Clasificarea regulatoarelora. Regulatoare automate electronice, pneumatice si hidraulice:In functie de tipul marimilor fizice de la intrarea si iesirea regulatoarelor automate se deosebesc: regulatoare automate electronice, pneumatice si hidraulice.La regulatoarele electronice marimile respective sunt marimi electrice (tensiuni sau curenti), iar in interiorul blocului regulatoarelor automate prelucrarea acestor semnale in conformitate cu legea de reglare adoptata se realizeaza prin intermediul unor amplificatoare electronice si al unor rezistente si codensatoare.La regulatoarele automate pneumatice marimile fizice de la intrarea si iesirea regulatoarelor automate sunt presiuni, agentul purtator de informatii fiind aerul comprimat. Blocul regulatoarelor automate contine amplificatoare pneumatice, rezistente si capacitati pneumatice; constructia acestor regulatoare automate se realizeaza prin intermediul elementelor cu membrane sau al celor cu burdufuri. Agentul purtator de informatii la regulatoarele automate hidraulice este uleiul sub presiune, aceste regulatoare incluzand amplificatoare hidraulice (cu distribuitor sau cu tub cu jet), amortizoare hidraulice, sisteme de parghii si resoarte. Se folosesc si regulatoare mixte electrono-pneumatice sau electrono-hidraulice, in care intervin si elemente electronice si elemente pneumatice (sau hidraulice), cuplate prin intermediul unor convertoare.b. Regulatoare automate unificate si specializate:Clasificarea regulatoarelor automate in unificate si specializate este strans legata de constructia regulatoarelor.Regulatoarele unificate functioneaza cu semnale unificate, respectiv la intrarea si iesirea subansamblurilor si blocurilor componente, sunt prevazute marimi de aceeasi natura fizica si cu aceeasi gama de variatie. Unificarea semnalelor prezinta mari avantaje. Astfel, diversele subansambluri pot fi conectate in diferite moduri, intrucat au la intrari si iesiri aceeasi marime fizica si cu aceeasi gama de variatie, rezultand astfel proprietatea subansamblurilor de a fi interschimbabile; ca urmare cu un numar relativ redus de subansambluri poate fi realizata o mare varietate de scheme. Datorita flexibilitatii in conectarea subansamblurilor, regulatoarele unificate, nu sunt destinate numai unei anumite categorii de instalatii tehnologice automatizate deci nu sunt specializate ci pot fi folosite pentru reglarea diferitelor marimi din cadrul unei diversitati de instalatii tehnologice, avand astfel un caracter de generalitate (sau universalitate) a utilizarii.Regulatoarele specializate dupa cum arata si denumirea lor au o destinatie speciala. Constructia lor este de regula adaptata la instalatia tehnologica automatizata si deci aria de utilizare este mai restransa. In prezent, indeosebi regulatoarele hidraulice mai sunt realizate ca regulatoare specializate, intrucat constructia lor este de multe ori legata de constructia instalatiei tehnologice, de exemplu, cum este cazul regulatoarelor de turatie ale turbinelor cu abur.c. Regulatoare automate liniare si neliniareLa regulatoarele automate liniare dependenta in regim stationar dintre marimile de iesire si de intrare are un caracter liniar.La regulatoarele automate neliniare dependenta mentionata este neliniara. Cele mai utilizate categorii de regulatoare neliniare sunt regulatoarele bipozitionale si tripozitionale.Clasificarea RA dupa:

Tipul actiunii realizate: regulatoarele cu actiune continua, la care eroarea E si comanda U variaza continuu in timp. In functie de legea de dependenta intre intrare si iesire regulatoarele pot fi liniare si neliniare. Regulatoarele continue liniare sunt de tipul P, PI, PID etc si cele neliniare pot fi bipozitionale sau tripozitionale.Alegerea tipului de regulator automat depinde de:-principiul de functionare (mecanic, electric, electronic )-conditiile de functionare (mediu, regim special)-de putere si caracteristici statice ale elementelor-ansamblul de performantaPerformantele sistemelor de reglare automata-Eroarea (abaterea) in regim stationar este data de diferenta dintre valoarea ideala, prescrisa de intrare si valoarea reala a marimii de iesire in regimul stationar. De multe ori se impune ca eroare stationara sa fie nula.-Suprareglarea deoarece depasirile importante ale valorii stationare de la iesire pot provoca suprasolicitari ale instalatiei sau procesului tehnologic reglat determinind fie uzura prematura fie deteriorarea elementelor acestora, valoarea suprareglarii trebuie limitata.-Gradul de amortizare reprezinta diferenta dintr-o unitate si raportul amplitudinilor a 2 semioscilatii.-Durata regimului tranzitoriu denumit si timpul de raspuns al sistemului de reglare.-Stabilitatea sistemului de reglare automata se caracterizeaza prin echilibrul reciproc al tuturor marimilor fizice (forte, cupluri, tensiuni, curenti, presiuni) care apar si participa la reglare.I.3.Regulatoare automate electronice pentru procese rapidea. Regulatoare automate electronice pentru procese rapide elaborate si fabricate la noi intara:Primul sistem de reglare electronic pentru procese rapide elaborat si fabricat la noi intara, a fost sistemul unificat UNIDIN. In prima varianta amplificatoarele au fost realizate cu tranzistoare de germaniu, iar ulterior, in varianta UNIDIN S, cu tranzistoare cu siliciu. In cadrul variantelor cu turatie V1, V3, V3M sunt incluse blocurile de reglare BR, care contin amplificatoare AR realizate cu tranzistoare npn si pnp. Cel mai recent sistem electronic unificat pentru procese rapide este inclus in sistemul CPT (R) convertizoare modulate cu tiristoare (reversibile sau nereversibile) in care sunt utilizate amplificatoare operationale cu circuite integrate (AOCI). Toate aceste variante de regulatoare automate electronice au ca semnal unificat tensiunea continua variind in gama +10,0 -10V si asigura reglarea automata a turatiei si a curentului de alimentare al motoarelor electrice.b. Amplificatoare utilizate in regulatoare automate electronice pentru procese rapide:In blocurile de reglare BR din variatoarele de turatie V1, V3sunt folosite amplificatoare cu etaje diferentiale de amplificare, datorita avantajelor acestora de a fi mai putin influentate de perturbari.In cadrul regulatoarelor electronice din variatoarele de turatie V1, V3se foloseste o schema diferentiala reprezentata in fig.2.

Fig.2.Schema unui etaj de amplificare al unui amplificator diferential utilizat la regulatoarele electronice din variatoarele de turatie V1si V3Tranzistoarele npn T1si T2formeaza primul etaj de amplificare, realizand o schema diferentiala, iar tranzistorul npn T3 cu o polarizare constanta pe baza, determinata de divizorul de tensiune compus din rezistentele R1si R2, indeplineste functia unui generator de curent constant, pastrand constanta suma curentilor de emitor (si de colector) ai tranzistoarelor T1si T2.Rezistenta comuna de colector RC3are rolul de a compensa efectele variatiilor de temperatura asupra functionarii tranzistorului T3.Alimentarea este efectuata cu tensiuni stabilizate de +24V, -24V.In regulatoarele automate electronice din cadrul sistemelor CPT(R) sunt utilizate AOCI.I.4.Regulatoare automate electronice pentru procese lentea. Regulatoare automate electronice pentru procese lente fabricate la noi in tara:Primul sistem unificat electronic tranzistorizat pentru reglarea proceselor lente, fabricate la noi intara, a fost sistemul E, cu o gama variata de regulatoare liniare si neliniare, precum si traductoare, adaptoare, inregistratoare, convertoare, elemente de calcul si alte aparate aferente.Semnalul unificat este curentul continuu 210mA. Ulterior a fost elaborat, proiectat si fabricat la noi in tara, un nou sistem, denumit SEROM, destinat reglarii proceselor lente. Acest sistem este realizat cu AOCI, cuprinde o gama larga de regulatoare liniare cu actiune continua, in impulsuri, de regulatoare liniare si de aparate. Regulatoarele automate electronice din acest sistem cu performante superioare pot functiona cu mai multe semnale unificate, reprezentate de curenti continui si tensiuni continue cu diverse game de variatii.b. Regulatoare automate electronice din sistemul SEROM:In sistemul SEROM regulatoarele sunt realizate cu AOCI cu performante superioare, care realizeaza amplificari mari si au totodata efecte de deriva a nulului foarte reduse, ca urmare, in schemele amplificatoarelor nu mai este necesara folosirea dispozitivelor de modulare, amplificare in curent alternativ si demodulare, intreaga amplificare din cadrul regulatoarelor automate elctronice fiind realizata in curent continuu. Sistemul SEROM cuprinde regulatoarele liniare de tipurile ELC 1131, 1132, 1133, 1134, 1135, alcatuite din moduri functionale. Principalele module componente ale regulatoarelor liniare din sistemul SEROM sunt:- modulul adaptor de intrare;- modulul derivativ (D);- modulul proportional integral (PI);- modulul convertor de iesire, care asigura obtinerea semnalului unificat de 420mA.

Fig.3Schema simplificata a elementului de comparatie realizat in sistemul SEROM