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REGULADOR AUTOMÁTICO DE TENSÃO

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1.0 Introdução

O regulador automático de tensão é um dispositivo eletroeletrônico que controla o nível de tensão terminal do gerador, e esta localizado no painel de excitação. Quando o regulador automático de tensão esta em operação, ele esta excitando o campo da excitatriz do gerador. No painel de excitação encontram-se também todos os elementos necessários para controle e excitação do gerador (contator de campo, disjuntores auxiliares, ponte tiristorizada, etc..). Os procedimentos necessários para a geração de tensão terminal no gerador são:

Liberar acionador mecânico (turbina a vapor ou motor diesel ou turbina a gás ou turbina hidráulica ) até a rotação (velocidade, RPM ) nominal. Nesta condição o gerador ainda não esta gerando tensão terminal.

Excitar o gerador pela mesa de comando, supervisório ou painel de excitação. Nesta condição, o regulador não está recebendo sinal de tensão do transformador de medição, logo, o regulador de tensão entende que deve ser fornecida uma tensão contínua inicial, por um curto período de tempo, através de uma unidade retificadora. Após o escorvamento (field flashing), a tensão terminal do gerador irá aumentar aos poucos, até atingir a voltagem nominal.

Gerador excitado. Nestas condições o AVR (regulador automático de voltagem) receberá sinal do TP (transformador) de medição para controlar o nível de tensão terminal do gerador, e sinal do TE (transformador) de excitação para fornecer tensão contínua para o circuito de potência do AVR. O AVR fornece tensão continuamente para o campo da excitatriz do gerador.

Fechar Disjuntor. Após a excitação do gerador, o disjuntor poderá ser fechado para liberar o gerador para fornecimento de energia.

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2.0 Regulador Automático de Voltagem Unitrol 1000 2.1 Apresentação

A unidade UNITROL 1000-15 é um regulador automático de voltagem de ultima geração

para geradores ou motores síncronos. Este equipamento contém a mais avançada tecnologia microprocessada juntamente com a tecnologia dos semi condutores IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Ele possui um painel frontal com IHM (interface homem máquina) fácil de operar, com acesso a todos seus modos de parâmetros e controles. Além disso, possui software de comunicação com interface amigável permitindo otimização de comissionamento e operação. Sua construção mecânica é extremamente compacta e robusta A unidade UNITROL 1000-15 pode também ser conectada a um modulo de potência chamado UNITROL 1000-PM40.

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2.2 Área de aplicação

Este regulador automático de voltagem é utilizado para máquinas síncronas brushless (geradores ou motores com excitatriz) com excitação indireta.

Esta unidade é adptavel somente para esta área de aplicação. O regulador pode também ser ajustado para funções como: regulador de reativa, regulador

de fator de potência ou regulador de corrente de campo. SM = Máquina Síncrona E = Excitatriz PMG = Gerador de imã permanente Compondagem com : - Suporte para curto circuito (Boost) Opcionais: - Unidade de sincronismo - Monitoramento de diodos rotativos - Suporte para canal de unidade back-up. Excitação de geradores ou motores com PMG ou fonte externa. Alternativa de regulação de voltagem para Geradores ou motores de corrente contínua.

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2.3 Hardware

Estrutura: O dispositivo é montado dentro de um casing de alumínio com aletas de resfriamento. Os terminais de conexões estão integrados no frontal do dispositivo, em níveis, uma régua acima da outra. Eletrônica de Potência: O circuito de potência tem como principal componente o semi condutor IGBT. O valor médio na tensão de saída é sempre positivo. A corrente de saída ( corrente de excitação ) é limitada, assim, a prova de curto circuito. Elementos de controle: As teclas de operação, o visor LCD e os conectores de interface RS-232 estão localizados no fronta da unidade. Instalação: O local de instalação deve ser seco e livre de poeira.

Dimensões em milímetros

Diagrama de conexões

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2.3.1 Elementos de controle e interfaces

Enviando ajustes para a unidade As quatro linhas do display e as quatro teclas são suficientes para permitir toda a operação. Todos os parâmetros podem ser carregados diretamente para a unidade sem equipamentos adicionais. • Configuração de entradas e saídas • Ajustes de parâmetros • Exibição das principais medições.

Interface com PC Ajustes de parâmetros e também otimizações são possíveis utilizando o software CMT1000 para plataformas Microsoft Windows. Cabo de conexão, sub-D, 9 pol (fêmea) • Configuração de entradas e saídas • Ajustes de parâmetros • Funções gráficas para otimização do controlador (Oscilloscope, Power chart) • Display de medicos elétricas • Aquivos de parâmetros para upload ou download.

Bloco terminal para conexões

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2.3.2 Blocos do dispositivo

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2.3.3 Conexões do dispositivo

Descrição de terminais Sinal Circuito

L1(+) = 13 L2(-) = 14 L3 = 15

Alimentação auxiliar UAUX - Tensão alternada trifásica ou - Tensão alternada bifásica ou - Tensão contínua (VDC)

Alimentação eletrônica de potência UPWR - Tensão alternada trifásica, ou tensão alternada bifásica para corrente de excitação < 10 A. ou - Tensão contínua (VDC).

L1(+) = 10 L2(-) = 11 L3 = 12

Entrada de tensão alternada bifásica para corrente de excitação > 10 A Retificador de 35A, 1200V, e capacitor de 1000 μF, 600 V

Trifásico: L1 = 1, L2 = 2, L3 = 3 S1 = 16, S2 = 17 Monofásico: L1 = 1, L3 = 3 S1 = 16, S2 = 17

Entradas de medições (Tensão de Referência) Trifásico: - Voltagem da Máquina UM Bifásico: - Corrente estatórica IM2 ou Bifásico: - Voltagem da máquina UM ou Trifásico com aterramento (Three ph gnd) - Voltagem da Máquina UM

L1 = 4, L3 = 5

Bifásico: Linha de medição de voltagem UNET

+ = 8 - = 9

Saída de corrente de excitação Ie

Conexão de terra = 7 Conexão de aterramento

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Descrição de

terminais Sinal Circuito DIO1 = 27 DIO2 = 28 DIO3 = 30 DIO4 = 31 +Vdig = 26, 29

Entradas Digitais DIO1 à DIO4 DIO1 à DIO4 podem ser operados tanto como inputs ou como outputs. Saídas Digitais DIO1 à DIO4 Atenção: Se forem configurados como outputs, de DIO1 à DIO4 não devem ser conectados diretamente com +Vdig (curto circuito via transistor interno)

DI5 = 42 DI6 = 43 DI7 = 45 DI8 = 46 +Vdig = 41, 44 DGND = 40, 47

Entradas Digitais de DI5 à DI8 Controladas por contatos, sem limitação por potencial

A alimentação interna de 24 V pode ser carregada até 300mA no máximo no caso de todas as inputs e outputs estarem ativadas.

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Descrição de

terminais Sinal Circuito +AI1 = 33, -AI1 = 34 +AI2 = 36, -AI2 = 37 +AI3 = 19, -AI3 = 20 +Vref= 18, 35 -Vref = 21, 38 AGND = 25 Earth = 22,32,39

Entradas analógicas AI1 à AI3 R = 10 k, 1 W

+AI1 = 33, -AI1 = 34 +AI2 = 36, -AI2 = 37 +AI3 = 19, -AI3 = 20 +Vref = 18, 35 -Vref = 21, 38 +Vdig=26,29,41,44 AGND = 25 DGND = 40, 47 Earth = 22,32,39

Entrada analógica por sinal digital AI1 à AI3

AO1 = 23 AO2 = 24 AGND = 25

Saídas analógicas AO1 à AO2

Porta Serial: Sub-D, 9 pol, Macho

Interface Serial RS-232 RX = 2 TX = 3 GND = 5

CAN: += 54, - = 55 gnd = 53

CAN Bus para Módulo de potência UNITROL 1000-PM40 Cabo Shieldado: 2x 2x 0,34 mm2, Impedância 120,, Comprimento do cabo < 30 m

Terra: = 52 485: + = 50, - = 51 Interface serial RS-485

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2.3.4 Entradas Digitais (Digital Inputs) Função de Input Descrição None Input desativada Excitation ON Regulador ativo, máquina excitada Gen CB Closed Status Indicação contator de campo fechadoParallel with Grid Status Indicação sincronizado Increase Aumentar valor de referência do regulador ativo Decrease Diminuir valor de referência do regulador ativo Reset Setpoint Voltar ao valor de referência original

Remote SP Enable Sinal de controle do valor de referência externo em regulação AUTO, FP, VAR e MANUAL ou regulação em loop aberto

PF Enable Regulador de fator de potência ativo Var Enable Regulador de potência reativa ativo Manual Enable Regulação manual, corrente de campo ativa Open Loop Enable Circuito de regulação aberto VDC Enable Controle de voltagem droop ativo Secondary Net Rede 2 em operação isolada A atribuição das entradas digitais aos terminais DIO1 à 4, DI5 à 8, (DI9 à 14) podem ser selecionadas sem restrição. Nível de de tensão das entradas digitais De 0 a 28 VDC Polaridade de entradas digitais

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2.3.5 Saídas Digitais (Digital Outputs) Função de Output Descrição None Output desativada

Boost Status Active: Mantém excitação durante curto-circuito,. A função Boost é bloqueada durante o field-flashing e soft start.

Field Flashing Status Active: ativo somente se Excitation ON. Durante o field flashing as saídas digitais são bloqueadas em todos os modos de operação

Reserved Reservado para futuras aplicações

Limit Active Um dos limitadores (V/Hz, Ie, PQ or UM) esta ativo, ou Limitador de setpoint atingido. (min. Max.)

V/Hz Limit Active Limitador Volts Herts ativo SP Limit Reached Limítador de Setpoint atingido SP Minimum Reached Limitador do valor Mínimo de setpoint atingido SP Máximum Reached Limitador do valor Máximo de setpoint atingido Operacional Limit Active Limitador de Ie, PQ ou UM ativo Min Ie Active Limitador de corrente Ie mínima ativo Max Ie Active Limitador de corrente Ie maxima ativo Min PQ active Limitador de potência reativa ativo Min UM active Limitador de tensão terminal mínima ativo Max UM active Limitador de tensão terminal máxima ativo

Relé de Voltagem Ativo = Queda de voltagem terminal e início do boost (compound) Inativo = Se o nível de tensão terminal exceder a referência. Não depende do sinal Excitation ON

A atribuição de saídas digitais nos DIO1,2,3 e 4 podem ser selecionados sem restrições;

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2.3.6 Entradas Analógicas (Analog Inputs) Função de Input Descrição None Input desativada Auto Remote Setpoint Sinal de entrada externo para controle de tensão terminal PF Remote Setpoint Sinal de entrada externo para controle de fator de potência Var Remote Setpoint Sinal de entrada externo para controle de Var (reativo) Manual Remote Setpoint Sinal de entrada externo para controle de tensão manual Open loop Remote SP Sinal de entrada externo para controle em malha aberta Reserved 1 to 5 Reservado de 1 a 5 para aplicações futuras Digital Input 9(+) & 10(-) Atribuição de entrada digital Digital Input 11(+) & 12(-) Atribuição de entrada digital Digital Input 13(+) & 14(-) Atribuição de entrada digital A atribuição de entradas analógicas em AI1, 2 e 3 podem ser selecionadas sem restrições. Entrada analógica Dois sinais digitais podem ser gerados a partir de um sinal analógico

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2.3.7 Saídas Analógicas (Analog Outputs) Função de Output Descrição None Output desativada Excitation Current Corrente de excitação PWM Controle de valor de pulso modulado A atribuição de saídas analógicas em AO1 e 2 podem ser selecionadas sem restrições. Nível das saídas analógicas Corrente de Excitação Controle de PWM A faixa de operação da tensão é de -10V a +10V, com resolução de 10 bits.

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2.4 Software 2.4.1 Modos de operação Controle Automático de Tensão (Auto) Regula a tensão terminal da máquina síncrona. Obs: Medição de corrente para compensação/droop Controle Manual Regula a corrente de excitação da excitatriz. Obs: Limitadores não serão ativados. Controle de PF ou VAR Regula o fator de potência ou a potência reativa da máquina síncrona. Malha Aberta (Open loop) Controle manual com sinal de saída constante. Obs: Limitadores não serão ativados.

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2.4.2 Descrição de parâmetros Sistema de Dados

• Tensão Nominal da Máquina UMNominal [KV] • Medição de tensão trifásica ou bifásica PT • Tensão primária do TP de medição UMPrimary [KV] • Tensão secundária do TP de medição UMSecondary [V] • Corrente Nominal da máquina IM2Nominal [A] • Corrente primário do TC de medição IM2Primary [A] • Corrente secundária do TC de medição IM2Secondary [A] • Corrente de excitação em vazio Ie NoLoad [A] • Fator de teto (Ceiling factor) Kceiling [V/V] • Reatância da máquina Xq [p.u.]

Field Flashing (Pré excitação)

• Nível para desativar pré-excitação Off Level Obs: Ao setar Off Level para 0%, o field flashing será desativado Soft Start (Rampa de excitação)

• Tensão de partida Start Level [%] • Tempo para início de rampa Hold Time [s] • Tempo de rampa Ramp Time [s]

Obs: O soft start é feito somente em modo automátivo

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Limitadores Limitador V/Hz

• V/Hz Ponto de curva da freqüência fknee [Hz] • Rampa Slope [% / fknee]

Limitador de corrente mínima Ie

• Limite mínimo Minimum [A] • Limitador ativo Active=True/False

Limitador de corrente máxima Ie

• Primeiro Limite Maximum [A] • Tempo de atuação Hold Time [s]

• Segundo Limite Delayed [A] • Tempo de atuação Hold Time [s]

• Corrente continua Continuous [A] • Limitador ativo Active=True/False

Limitador de potência reativa

• Q limite em P = 0% Q( 0%) [%] • Q limite em P = 25% Q( 25%) [%] • Q limite em P = 50% Q( 50%) [%] • Q limite em P = 75% Q( 75%) [%] • Q limite em P = 100% Q( 100%) [%] • Dependência de tensão ativada Volt Depend=true/false • Limitadores ativos Active=true/false

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Limitador de Tensão terminal Em modo PF/Var, o regulador automático sobre põe em eventos extremos de perturbações da linha

• Limitando o valor de tensão terminal mínima Minimum [%] • Limitando o valor de tensão terminal máxima Maximum[%]

MinActive=True/False MaxActive=True/False

Boost (Compoundagem)

• Pickup volt. Para gerar comando Boost Threshold [%]

• Tempo para que a saída de Boost Seja ativada Hold Time[s]

• Hysteresis para o reset da saída De Boost Hysteresis [%]

Setpoint de ajustes para o regulador

• Auto Minimum [ ] • PF, Var Maximum [ ] • Manual, Open Loop Ramp Rate [ ]

Se o nível de setpoint de entrada digital for Excitation ON, não será ativo. Controle Droop de Compensação de Voltagem Terminal (VDC)

• ID Rede Primária Net ID • ID Rede Secundária Net ID • Tempo de Rampa Ramp Time [s]

O Ramp Time faz com que a voltagem terminal das máquinas atinjam 100% após VDC ativado.

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Regulador Tune Auto (Controle de Tensão)

• Ganho Proporcional Vp [p.u.] • Constante Integral Ta [s] • Constante Derivativo Tb [s]

• Compensação/Droop Kq [%]

• Controle PF ou Var e limitador PQ Vp [p.u.] Ta [s]

Manual

• Controle de corrente Vp [p.u.] de campo e limitador Ie Ta [s]

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3.0 OPERAÇÃO 3.1 Operação no dispositivo (Unitrol 1000) 3.1.1 Modos de operação O frontal possui quatro teclas com as seguintes funções: Teclas Comandos

Setas Função: Move o cursor para cima e para baixo. No cursor horizontal marca a linha ativa Parâmetros: Aumenta ou diminui valores

OK

Função: seleciona sub-menu na linha onde o cursor estiver Em nível de parâmetro, o cursor desaparece e o seguinte Texto é exibido: OK para escrever valor=> Aceita novo valor, não salva Na EEPROM ESC para cancelar=> Mantém valor anterior Parâmetros: aceita novo valor

ESC Função: retorna ao menu anterior Parâmetros: Mantém valor salvo

3.1.2 Display Ao ser energizado com alimentação auxiliar Uaux, será aplicado o número de versão da unidade e do painel serão exibidos por alguns segundos. Em seguida o menu de início MAIN ficará iluminado. Todos os sub-menus são chamados do menu principal ”MAIN” As setas verticais indicam se outras linhas estão disponíveis para usar as teclas de seta up ou down. A seta horizontal do cursor informa a linha ativa Menu Principal “ *** MAIN ***” São exibidos o titulo e três linhas

• Medições online da máquina e campo de valores • Modo de operação atual • Numero de ID da unidade • Parâmetros • Parâmetros do regulador • Numero de ID • Salvar parâmetros no Unitrol 1000

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3.1.3 Estrutura do Menu do Display

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3.1.4 Mensagens de erro no display Em algumas circunstâncias poderão aparecer no display as seguintes mensagens de erro:

• XIRQ, SI ou SYSTEM HALTED O regulador continua a operar sem apresentar anormalidade e não tem que ser tirado de operação. Mas, parâmetro algum pode ser incluído ou alterado. O display é resetado quando a unidade for tirada de operação e a alimentação auxiliar for desconectada por alguns segundos. Uma unidade com defeito deve ser enviada para reparos no fabricante.

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4.0 Software de comunicação com o Unitrol 1000

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4.1 Estrutura de Menus do Software

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4.2 Salvar Arquivos de parâmetros

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4.3 Avaliação de forma de onda

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