SOLUÇÃO DE CONTROLE DE VÁLVULAS PROPORCIONAIS USANDO SINAL PWM CASO DO REGULADOR DE VELOCIDADE DE UMA TURBINA KAPLAN

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1 SOLUÇÃO DE CONTROLE DE VÁLVULAS PROPORCIONAIS USANDO SINAL PWM CASO DO REGULADOR DE VELOCIDADE DE UMA TURBINA KAPLAN Cristiano Bühler, Rafael de Paiva, Jonatan Reichert, Luiz Alberto Ventura, Márcio Ferreira REIVAX S/A Automação e Controle

2 HYDROVISION INT'L 2012 Sumário - Introdução - Metodologia - Características das Válvulas Controladas - Resultados Obtidos - Ensaios em Laboratório - Ensaios em Campo Comissionamento - Conclusões

3 Introdução - Regulador de Velocidade moderno: Controle e Mecânica; - Válvula direcional proporcional: interface entre as partes; - Turbina Kaplan: dois atuadores distribuidor e pás; - Sinal de controle para a válvula: 4 a 20mA ou -10V a +10V; - Sinal Dither: provoca uma oscilação no carretel da válvula; - Algumas válvulas: amplificação do sinal de controle até 5A; - Amplificador baseado em IGBT, acionado por PWM, é opção.

4 Metodologia - Três etapas: - Projeto, Ensaios em laboratório e Ensaios em campo; - Projeto: - Especificar módulos eletrônicos para novo regulador; - Ensaios em laboratório: - Ensaiar a solução proposta; - Ensaios em campo: - Validar a solução proposta durante o comissionamento.

5 Características das Válvulas Controladas - Duas válvulas: distribuidor e pás; - Distribuidor: sistema hidráulico de simples efeito; - Pás da Kaplan: sistema hidráulico de duplo efeito; - Ambas recebem sinal de controle com até 5A de amplitude; - Sistema hidráulico de simples efeito: - A válvula controla a pressão de óleo em uma das câmaras do pistão. A pressão na outra câmara é constante. - Sistema hidráulico de duplo efeito: - A válvula controla a pressão de óleo em uma das câmaras do pistão e conecta a outra câmara ao tanque.

6 Características das Válvulas Controladas Características Construtivas Simbologia

7 Resultados Obtidos Ensaios em Laboratório N Qtde Nome Descrição Marca 1 01 CPX05 Controlador programável REIVAX 2 01 MAC01 Módulos de entradas e saídas REIVAX 3 02 ISO02 Isolador de sinais REIVAX 4 01 DRV01 Driver de potência IGBT 25A REIVAX 5 01 Fonte Fonte de alimentação 24Vcc 10A Phoenix Contact 6 01 UH Unidade Hidráulica 80 a 100bar ECO Sistemas 7 01 VD1 Válvula ED 25 DE ALSTOM 8 01 VD2 Válvula ED 25 SE ALSTOM 9 01 Atuador Atuador Hidráulico (curso 200mm) Parker Transdutor Transdutor de Posição BTL6-200mm Balluff Osciloscópio Osciloscópio U1604B Agilent Multímetro Multímetro ET-2231 Minipa Termovisor Termovisor TI10 Fluke Termo-higrômetro Relógio termo-higrômetro MT-241 Minipa Termômetro Termômetro PT100 GulTerm200 Componentes utilizados

8 HYDROVISION INT'L 2012 Resultados Obtidos Ensaios em Laboratório - Para os ensaios, foram montados dois sistemas distintos: - Controle e Mecânico-hidráulico; - Controle: - Controlador programável, módulo de entradas e saídas, e amplificador baseado em IGBT/PWM (25A); - Mecânico-hidráulico: - Pistão hidráulico, unidade hidráulica (até 200bar), transdutor de posição, válvulas e conexões.

9 Sistema de controle Vista geral do laboratório Sistema mecânico-hidráulico

10 HYDROVISION INT'L 2012 Resultados Obtidos Ensaios em Laboratório - Detectou-se que as válvulas não possuem centro mecânico (ponto de equilíbrio ou recobrimento); - Sem sinal de controle, o êmbolo é impulsionado para fechamento, por uma mola interna; - Resultados semelhantes para a de simples efeito e duplo efeito; - Após algumas tentativas, foi utilizado o sinal Dither para manter o pistão parado, o que apresentou bom resultado; - O nível de tensão ideal para alimentação do driver de potência é de 15Vcc (fonte de 15Vcc/15A).

11 HYDROVISION INT'L 2012 Resultados Obtidos Ensaios em Campo - Comissionamento do novo regulador, tendo sido mantida a parte mecânica (retrofit parcial); - Realizados os ensaios típicos de um novo regulador: - Água morta, a vazio e em carga; - Em todas as etapas a resposta ao degrau foi utilizada para avaliação da resposta dinâmica do novo sistema; - Respostas aceitáveis em todas as etapas; - Registros em Água Morta e em Carga serão apresentados.

12 HYDROVISION INT'L 2012 Resultados Obtidos Ensaios em Campo Água Morta Degraus de 2% e 3% Posição do Distribuidor Posição das pás da Kaplan Sinal de Controle do Distribuidor Sinal de Controle das pás da Kaplan

13 HYDROVISION INT'L 2012 Resultados Obtidos Ensaios em Campo Carga Degrau de 5% Potência Ativa Posição do Distribuidor

14 HYDROVISION INT'L 2012 Conclusões - A utilização de sistema baseado em IGBT e PWM para acionamento de válvulas sem eletrônica embarcada se mostrou efetivo; - O novo sistema apresentou melhor resposta que o sistema antigo, o qual era marginalmente estável em algumas condições de operação; - A utilização de tecnologia nacional, com toda a documentação em Língua Portuguesa, pode ser considerado um fator relevante do projeto.

15 CONTROLE, EXCITAÇÃO E AUTOMAÇÃO DE GERADORES E TURBINAS Obrigado pela Atenção! Cristiano Bühler cb@reivax.com.br REIVAX S/A AUTOMAÇÃO E CONTROLE Florianópolis Brasil COM@reivax.com.br REIVAX of SWITZERLAND AG Baden Suíça RoS@reivax.com REIVAX NORTH AMERICA, INC Montreal Canada RNA@reivax.com