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Seminário : Atuadores

Controle para Automação. Seminário : Atuadores. Introdução. Atuadores são os elementos fundamentais que fornecem a fonte de força mecânica a um sistema. Assim, os atuadores são verificados sempre que se observa movimentações físicas no sistema. Definição:.

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Seminário : Atuadores

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Presentation Transcript

  1. ControleparaAutomação Seminário:Atuadores

  2. Introdução • Atuadores são os elementos fundamentais que fornecem a fonte de força mecânica a um sistema. • Assim, os atuadores são verificados sempre que se observa movimentações físicas no sistema. Definição:

  3. Fig 1. - Esquemático de um Módulo de Saída de um CLP controlando um atuador. A saída ainda passa por uma etapa de potência, exemplificada pelo transistor. Introdução • Atuadores são utilizados para executar instruções vindas de um sistema de controle (CLP, FPGA, Microcontrolador, Computador, entre outros)

  4. ControleparaAutomação Introdução • Podemos, então, classificar os atuadores de acordo com sua função no sistema principal: • Atuadores Primários • Atuadores Secundários • Atuadores de Ativação

  5. AtuadoresPrimários AtuadoresPrimários

  6. AtuadoresPrimários Os atuadores primários são a fonte da primeira movimentação física do sistema. Estes atuadores, de certa forma, agem como verdadeiros transdutores, transformando uma fonte de energia em outra (geralmente, mecânica)

  7. AtuadoresPrimários • Dessa forma, podemos classificar os atuadores primários de acordo com sua fonte de energia de ativação: • Atuadores Elétricos • Atuadores Hidráulicos • Atuadores Pneumáticos Todos os três tipos de atuadores são amplamente utilizados. Cada um com suas vantagens e desvantagens.

  8. AtuadoresPrimários • Motores Elétricos: O motor elétrico, que converte energia elétrica em movimentação rotacional, é, de longe, o atuador primário mais conhecido e utilizado.

  9. AtuadoresPrimários • Funcionamento do motor dc simples. Fig 2. – Estrutura do motor dc simples. Verifica-se a armadura girando no sentido horário. Em (b) já houve uma rotação de 90º, que gera uma inversão na corrente nos fios A e B, causada pela rotação dos contatos do comutador que fazem contato, a partir de então, com lados opostos das escovas.

  10. AtuadoresPrimários • Armadura de um motor real . Fig 3. – Estrutura da armadura em um motor prático. Verifica-se a existência de várias bobinas, com cada par de fio conectado a um par separado de segmentos de comutador, garantindo que a corrente nos fios mudará de sentido no momento adequado à cada bobina.

  11. AtuadoresPrimários • Principais Equações de Construção. Torque: T = KT IAΦ(eq. 1) T = Torque do motor KT = Constante, baseada nas caract. de construção do motor IA = Corrente de Armadura Φ= Fluxo magnético * Verifica-se que o torque é proporcional a corrente de armadura.

  12. AtuadoresPrimários • Principais Equações de Construção. FEM: EMF = KE Φ V (eq. 2) FEM = Tensão gerada pela rotação do motor. KE = Constante baseada na construção do motor Φ= Fluxo magnético V = Velocidade do motor Tensão sobre a Armadura:: VA= Vln - EMF (eq. 3) VA = Tensão sobre a armadura. Vln = Tensão de linha fornecida ao motor. FCEM = Força Contra-Eletromotriz.

  13. AtuadoresPrimários • Principais Equações de Construção. Corrente de Armadura: Vln - FCEM IA = (eq. 1) RA IA = Corrente de armadura Vln = Tensão de linha fornecida ao motor. RA = Resistência de armadura FCEM = Força Contra-Eletromotriz. Esta equação explica, em parte, a limitação de velocidade encontrada nos motores dc. Verificamos que com o incremento da velocidade, a corrente de armadura é reduzida e, conseqüentemente, o motor possui menos torque. Assim, chega-se a um ponto em que o torque do motor não é capaz de fazê-lo rotacionar.

  14. AtuadoresPrimários • Subdivisão dos Motores Elétricos: • Motores de Excitação de Campo • Motores a Imã-Permanente • Motores Brushless (sem escovas)

  15. AtuadoresPrimários • Motores de Excitação de Campo. Os motores de excitação de campo, são divididos em Excitação em série, Excitação shunt, e Excitação Composta. Neles o campo magnético é gerado por uma excitação de campo.

  16. AtuadoresPrimários • Motores de Excitação de Campo.

  17. AtuadoresPrimários • Motores de Excitação de Campo.

  18. AtuadoresPrimários • Motores de Excitação de Campo.

  19. AtuadoresPrimários • Motores a Imã-Permanente.

  20. AtuadoresPrimários • Motores de passo: • Tipo específico de motor DC que gira em quantidades discretas de passos com número de graus definidos; • Pode-se saber a posição exata do motor sem o auxílio de sensores (basta contar os passos), e não há erro acumulativo.

  21. AtuadoresPrimários • Motores de passo - tipos: • Ímã-permanente; • Relutância variável; • Híbrido.

  22. AtuadoresPrimários • Motores de passo – íma permanente:

  23. AtuadoresPrimários • Motores de passo – íma permanente: • Stalling – efeito da carga sobre o motor de passo com ímã permanente.

  24. AtuadoresPrimários • Motores de passo – íma permanente: • Modos de operação: Single step (ou bidirecional): Há tempo do rotor parar antes de avançar para o próximo passo. Permite precisa, e é possível parar e mudar o sentido imediatamente Slew mode: O movimento é mais contínuo, semelhante a motores DC. Entretanto, perde um pouco a precisão e habilidade de mudar o sentido

  25. AtuadoresPrimários • Motores de passo – íma permanente: • Exemplo de modo de excitação bipolar:

  26. AtuadoresPrimários • Motores de passo – relutância variável:

  27. AtuadoresPrimários • Motores de passo – relutância variável:

  28. AtuadoresPrimários • Motores de passo – relutância variável: • O valor em graus do passo é dado pela diferença entre os ângulos do estator e os ângulos do rotor; • Devido a isso, o ângulo do passo pode ser até menor que 1°; • Pelo fato do rotor não ser energizado, o torque deste motor de passo é menor.

  29. AtuadoresPrimários • Motores de passo – híbrido:

  30. AtuadoresPrimários • Atuadores hidráulicos: São compostos por sistemas hidráulicos, onde é utilizado um fluido (normalmente óleos) para transferir energia para pistões, fazendo-os executar um movimento específico.

  31. AtuadoresPrimários • Atuadores hidráulicos - características: • Fluido utilizado é incompressível; • Seguem o Princípio de Pascal: um fluido sob pressão hidrostática exerce a mesma pressão uniformemente nas paredes do recipiente que o contém

  32. AtuadoresPrimários • Atuadores hidráulicos - características: • Isso propicia a transferência de força diferenciada, analogamente às engrenagens.

  33. AtuadoresPrimários • Atuadores hidráulicos – elementos: • Bombas: fornecem a pressão hidrostática para que os atuadores executem os movimentos. Bomba de engrenagens Bomba de palhetas

  34. AtuadoresPrimários • Atuadores hidráulicos – elementos: • Atuadores: convertem a energia transmitida pelo fluido em movimento. Pistão hidráulico Motor hidráulico

  35. AtuadoresPrimários • Atuadores hidráulicos – elementos: • Válvulas de controle de pressão: permitem o funcionamento contínuo da bomba e impede que o sistema atinja pressões muito altas.

  36. AtuadoresPrimários • Atuadores hidráulicos – elementos: • Acumuladores: atuam como filtros passa-baixa para variações de pressão e fornecem vazão extra.

  37. AtuadoresPrimários • Atuadores hidráulicos – elementos: • Válvulas direcionais: controle de fluxo para movimenta o pistão em sentidos diferentes. Válvula no centro

  38. AtuadoresPrimários • Atuadores hidráulicos – elementos: • Válvulas direcionais Válvula favorecendo movimento do pistão para a esquerda Válvula favorecendo movimento do pistão para a direita

  39. AtuadoresPrimários • Atuadores hidráulicos – exemplo: • Diagrama de um exemplo de um atuador hidráulico completo.

  40. AtuadoresPrimários • Atuadores pneumáticos: São compostos por sistemas pneumáticos, onde é utilizado um gás (normalmente o ar) para transferir energia para pistões, fazendo-os executar um movimento específico, analogamente aos atuadores hidráulicos.

  41. AtuadoresPrimários • Atuadores pneumáticos - desvantagens: Os atuadores pneumáticos possuem as seguintes desvantagens com relação aos hidráulicos: • Não são incompressíveis; • Não são apropriados para trabalhos nos quais é necessário precisão na movimentação do atuador.

  42. AtuadoresPrimários • Atuadores pneumáticos - vantagens: Os atuadores pneumáticos possuem as seguintes vantagens com relação aos hidráulicos: • Não há necessidade de retorno para tanques; • Se houver vazamentos, não há sujeira.

  43. AtuadoresPrimários • Atuadores pneumáticos - elementos: • Compressor: é o equivalente das bombas para sistemas pneumáticos. Exemplo de compressor tipo pistão, um dos mais utilizados

  44. AtuadoresPrimários • Atuadores pneumáticos - elementos: • Filtro: retira partículas que podem danificar o sistema; • Secador: retira a umidade excessiva do ar; • Tanque receptor: recebe o ar do compressor, atuando como uma fonte de alta pressão.

  45. AtuadoresPrimários • Atuadores pneumáticos - elementos: Os sistemas pneumáticos também possuem válvulas de controle de fluxo e reguladoras de pressão, que atuam de forma análoga aos sistemas hidráulicos. Exemplo de regulador pneumático de pressão

  46. AtuadoresPrimários • Atuadores pneumáticos - elementos: • Atuadores pneumáticos: Pistão de dupla-ação Motor pneumático de palhetas Pistão de ação simples

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