Regulador EspañOl

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Conceptos Básicos de Control de Velocidad UAGRM

CONCEPTOS BASICOS DE CONCEPTOS BASICOS DE CONTROL DE VELOCIDADCONTROL DE VELOCIDAD

05300A 9/97TRADUCCION: IBERT CRUZ

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IndiceIndice ¿Porqué es necesario el control de velocidad? ¿Que es el control de velocidad? Carga constante Aumento de carga Retiro de carga Enlace cerrado (Closed loop) Equilibrio de fuerzas Controles mecánicos de velocidad Sistema de masas girantes Control inestable Caída de velocidad (Droop) Cálculo de la caida (Droop) Definición de Isócrono Curva Isócrona Control de velocidad con compensación de

presión Control de velocidad con amortiguamiento Revisión de los elementos básicos de control Instalación, aceites Aceites utilizados

Bomba de aceite Aplicación de bomba para Reguladores /

Actuadores Princípio de bomba elicoidal Bomba Elicoidal Sistema de varillaje lineal Ajuste de cursor de varillas Ganancia a través de la varilla Sistema de varillaje no lineal Ejemplo de sistema de combustíble no lineal Sistema de combustíble no lineal Verificaciones en las varillas Accionamento del regulador Checklist para correcta operación de un

regulador Revisión del aceite y las varillas Bases del regulador electrónico Punto de sumatoria Control de velocidad en malla cerrada Reguladores mecánicos / Electrónicos

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¿Porque es necesario el ¿Porque es necesario el control de velocidad?control de velocidad?

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¿Porque es necesario el ¿Porque es necesario el control de velocidad?control de velocidad?

Las recursos energéticos deben ser controlados para ser convertidos en fuerza útil. Al sistema que cumple esta misión lo llamamos: “Control de velocidad”.

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¿Ahora, que es un Control de ¿Ahora, que es un Control de velocidad???velocidad???

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¿Que es un control de ¿Que es un control de velocidad?velocidad?

El control de velocidad es el sistema de equipos que controla el suministro de potencia de una unidad motriz, con el fin de obtener una determinada potencia y velocidad.

El control de velocidad recibe la información de velocidad y carga de la unidad motríz y ajusta la entrada de energia con el fin de mantener el nivel deseado para la aplicación.

El control de velocidad puede controlar múltiples parámetros y unidades motrices.

A los sistemas de control avanzados se los llama “Sistemas de control”.

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VELOCIDAD DESEADA

VELOCIDAD REAL

Carga ConstanteCarga ConstanteLIMITE

DE VELOC.

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Carga ConstanteCarga Constante

El chofer es el “Control de velocidad”. El límite de velocidad es la velocidad deseada. El taquímetro muestra la velocidad de la unidad motríz. El chofer compara la velocidad real con la velocidad

deseada; si son iguales, la inyección de combustible permanece estable.

Si la velocidad deseada y la real fueran diferentes, la inyección de combustible es ajustada por el chofer para mantener iguales las velocidades deseada y actual.

La inyección de combustible es mantenida constante, si no, se produce alteración de la velocidad o carga.

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Aumento de cargaAumento de cargaLIMITE VELOC.

Incremento de combustible

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Aumento de cargaAumento de carga

En la subida, la carga aumenta, por lo tanto la velocidad disminuye.

La velocidad real es menor que la velocidad deseada. El chofer aumenta la inyección de combustible para

aumentar a velocidad hasta la velocidad deseada. Antes de alcanzar la velocidad deseada el chofer

diminuye la inyección de combustible para prevenir una velocidad superior a la deseada. A esto se le llama compensación.

El aumento de carga significa aumento de inyección de combustible.

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Retiro de cargaRetiro de carga

LIMITE VELOC

Decrem. de combustible

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Retiro de cargaRetiro de carga

El automóvil comienza a descender, la carga diminuye, la velocidad aumenta.

La velocidad real es mayor que la velocidad deseada. El chofer disminuye la inyección de combustible para

diminuir la velocidad actual, igualando así con la velocidad deseada.

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Cerrando el circuitoCerrando el circuito

Velocidado carga real

Control de válvula de combustible

Referencia develocidad o carga

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Cerrando el circuito (malla)Cerrando el circuito (malla) Las funciones de control de velocidad son las mismas que

las del chofer. El control altera automáticamente la inyección de

combustible para mantener la velocidad o carga deseada.Definición:

Enlace cerrado (Closed loop) - Sistema de control automático, para operación de procesos, el cual es retroalimentado para mantener la salida a un nivel deseado.

Si el(los) parámetro(s) del enlace es alterado, todo el sistema de control es afectado y la inyección de combustible será corregida automáticamente, para mantener el nivel deseado.

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Equilibrio de fuerzasEquilibrio de fuerzas

Ajuste de velocidaddeseada

Velocidadactual

Velocidaddecreciente

Velocidadcreciente

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Equilibrio de fuerzasEquilibrio de fuerzas Con control, la velocidad real y la deseada

son convertidas en fuerzas que representan sus respectivas acciones.

Estas fuerzas deben ser equilibradas para mantener el combustible y la velocidad constante.

Si no están equilibradas, el control actuará para aumentar o diminuir el combustible hasta que se dé el equilibrio de fuerzas.

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Control de velocidad Control de velocidad mecánicomecánico

PESOS ROTANTES VALVULA

CORTINA

Entrada combust.

Transmisión de velocidad desde motor primario

RODAMIENTO (COLLAR)

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Control de velocidad Control de velocidad mecánicomecánico

Estos controles son accionados por la unidad motríz. La fuerza centrífuga aplicada a los pesos rotantes es

determinada por la velocidad de la unidad motríz. Cuanto mayor es la velocidad de la unidad motríz, mayor es

la velocidad de los pesos Los pesos están acoplados al rodamiento (tipo collar) del eje

de rotación. Una alteración de carga implica alteración de velocidad. Con el aumento de carga, baja la velocidad y los pesos (y el

collar) se mueven hacia abajo, aumentando la inyección de combustible.

Lo opuesto sucede con el retiro de carga.

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Sistema de pesos rotantesSistema de pesos rotantesAjuste de velocidad deseada F(d)Ajuste de velocidad deseada F(d)

PivotePivote

Fuerza centrífugaFuerza centrífuga Fuerza centrífugaFuerza centrífuga

PESOS PESOS ROTANTESROTANTES

Resorte de Resorte de velocidadvelocidad

Fuerza actual Fuerza actual F(a)F(a)

Aquí se suman las fuerzasAquí se suman las fuerzas

RotaciónRotación

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Sistema de pesos rotantesSistema de pesos rotantes F(a) = Fuerza centrífuga actual F(d) = Fuerza de compresión actual del

resorte de velocidad. F(a) = F(d) para el sistema equilibrado. En otras palabras, cuando la fuerza del

resorte es igual a la fuerza centrífuga, el sistema está en equilibrio.

Las fuerzas se suman en el rodamiento (collar) del eje.

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Control inestableControl inestable

Aceite alta Aceite alta presiónpresión

Aumento de Aumento de combustiblecombustible

TanqueTanque

Aumento Aumento cargacarga

Aceleración Aceleración de motorde motor

Detiene Detiene decrem. de decrem. de combustiblecombustible

Detiene increm. Detiene increm. de combustiblede combustible

Velocidad Velocidad actualactual

Ajuste de Ajuste de velocidad velocidad deseadadeseada

Desaceleración Desaceleración de motorde motor

VVEELLOOCC

TIEMPOTIEMPO

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Control inestableControl inestable

Con la entrada de carga, y caída de velocidad, el sistema aumenta combustible y la velocidad sube hasta el valor deseado (setpoint).

Con la aceleración de la unidad motríz, la velocidad sube y se pasa del valor ajustado. Entonces la inyección de combustible diminuye. La velocidad disminuye hasta igualar la velocidad deseada.

Con la desaceleración de la unidad motríz, la velocidad desciende por debajo del valor ajustado aumentando así la inyección de combustíble.

El proceso se repite aumentando la inestabilidad.

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Droop o caída (compensación) Droop o caída (compensación) mecánica mecánica

Velocidad de Velocidad de referenciareferencia

Aumento Aumento de cargade cargaVV

EELLOOCCIIDDAADD Retiro de Retiro de

cargacarga


T I E M P OT I E M P O

Incremento Incremento de de

combustiblecombustibleTanqueTanque

Aceite a Aceite a alta alta

presiónpresión

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Droop o caída (estatismo) Droop o caída (estatismo) mecánica mecánica

La colocación de una varilla permite un control con caída, puesto que retroalimenta el ajuste del resorte, al aumentar o disminuir la fuerza sobre el resorte de velocidad, aumentando o disminuyendo la velocidad de referencia,.

Definición de caída (droop): Caída de velocidad proporcional al aumento

de carga.

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Cálculo de la Caída (Droop)Cálculo de la Caída (Droop)

% CaídaVelocidad (0% de carga) - Velocidad (100% de carga)

Velocidad NominalX 100=

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3150 RPM52,5 Hz

(0% de carga)

0% CARGA 100%

3000 RPM50 Hz

(100% de carga)&

(Velocidad Nominal)

3000 RPM - 2850 RPM 3000 RPM

Ejemplo de5% DROOP

GRUPO GENERADORCarga Elétrica

uotros GRUPOS GENERADORES

2850 RPM(100% de carga)

CARGA 100%

3000 RPM(0% de carga)

(Velocidad Nominal)

Ejemplo de5% Droop

Carga Mecânica

= 5% DROOP

X 100

3150 RPM - 3000 RPM 3000 RPM

= 5% DROOP

X 100

Cálculo de CaídaCálculo de Caída

0 %

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Curva IsócronaCurva Isócrona

CARGACARGA

VVEELLOOCCIIDDAADD

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ISÓCRONO(ISO+CHRONOS = MISMO+TIEMPO)

VELOCIDAD CONSTANTE INDEPENDIENTE DE VARIACION DE CARGA

Definición de IsócronoDefinición de Isócrono

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Control con compensación hidráulica Control con compensación hidráulica de presiónde presión

Resorte de velocidadResorte de velocidad

Ajuste de velocidad de Ajuste de velocidad de referenciareferencia

Pesos Pesos rotantesrotantes

Rodamiento empujeRodamiento empuje

Válvula pilotoVálvula piloto

Incremento Incremento de combust.de combust.

Salida de Salida de ServomotorServomotor

Válvula Válvula agujaaguja

Pistón amortiguadorPistón amortiguador

Resortes Resortes amortiguadoresamortiguadores

CompensadorCompensadorBuje Buje

rotanterotante

Aceite de Aceite de bombabomba

Control Control auxiliarauxiliar

Eje motorEje motor

Pistón auxiliarPistón auxiliar

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Respuesta del control con compensación Respuesta del control con compensación hidráulica de presiónhidráulica de presión

Aumento de Aumento de cargacarga

Deja de Deja de incrementar incrementar ingreso ingreso combustiblecombustible


Ajuste de Ajuste de velocidadvelocidad

Deja de Deja de disminuir disminuir ingreso ingreso combustiblecombustibleVV

EELLOOCCIIDDAADD Disminución Disminución

de cargade carga

T I E M P OT I E M P O

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Control con compensación tipo Control con compensación tipo amortiguamientoamortiguamiento

Pesos Pesos rotantesrotantes

Válvula Válvula agujaaguja

Resortes Resortes p/centrarp/centrar

Buje rotanteBuje rotante

Aceite Aceite alta alta

presiónpresión

Pistón Pistón receptorreceptor

Pistón de Pistón de válvula pilotoválvula piloto

Aceite a presiónAceite a presión

Pistón Pistón transmisortransmisor

Servomotor Servomotor diferencialdiferencial

Incremento Incremento de combust.de combust.

Conjunto Conjunto amortiguadoramortiguador

Resorte de Resorte de velocidadvelocidad

Ajuste de Ajuste de compensacióncompensación

Aceite a presión de bomba Aceite a presión de bomba de gobernadorde gobernador

Aceite p/mover servo y Aceite p/mover servo y aceite interceptoraceite interceptor

Aceite al suminderoAceite al sumindero

Aceite a presión de Aceite a presión de amortiguadoramortiguador

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Control con caída tipo Control con caída tipo amortiguamientoamortiguamiento

Este tipo de control es utilizado por Woodward en los reguladores mecánico-hidráulicos UG-8D.

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Revisión de los elementos básicos Revisión de los elementos básicos de controlde control

Sensor de velocidadReferencia de velocidadPunto de sumatoriaMétodo de estabilizaciónSuministro de presión hidráulicaSalida al servomotorAmplificador

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Lista de aplicaciones con regulador Lista de aplicaciones con regulador

Grupo electrógeno Propulsiónde naves

Turbinas a Gas

Generación de energía elétrica

Turbinas a Vapor

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Conceptos básicos de controlConceptos básicos de control

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Referencia de velocidad

Velocidad real

Otras entradas(Sensor de carga)(Sincronizador)

(Etc.)

Señal de corrección

para el actuador

PID

Punto de sumatoriaPunto de sumatoria

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Punto de sumatoriaPunto de sumatoria

El punto de sumatoria es el punto donde todas las señales de control van adicionados.

Estas señales deben sumar cero para un control estable.

Es el caso de los rodamientos (tipo collar) de los reguladores mecánicos, donde las fuerzas resultantes son cero.

Muchos parámetros pueden ser adicionados a este punto de sumatoria.

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Generador

Retroaliment.

Conversor deFrecuencia en

Voltaje

Onda sinusoidal CA

D.C. Volts

UnidadMotríz

Pick-UpMagnético

Referencia develocidad

Actuador

Control en malla cerradaControl en malla cerrada

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Control en malla cerradaControl en malla cerrada La velocidad real es convertida en una señal

de tensión DC, proporcional a la velocidad de la unidad motríz.

La velocidad de referencia es comparada a la velocidad actual.

Si la velocidad actual y la velocidad de referencia fueran diferentes se genera un error de señal.

Un comando de aumento o reducción de combustible es enviado al actuador.

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Comparación controles Mecánico/EletrónicoComparación controles Mecánico/Eletrónico

Generador

Convertidorde Frecuencia

a Voltaje

UnidadMotríz

Pick-UpMagnético

Actuador

Resorte deVelocidad

Rodamiento(Collar)

Pesosrotantes

Válvula Piloto

Punto deSumatoria Señal

de error

Gananc.ResetAjusteFino deVeloc.

Resortes deCompensación

Válvulaaguja

Mecánico

Eletrónico

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Comparación Comparación controles controles

Eletrónico/MecánicoEletrónico/Mecánico

Sincronizador

Puente 22

V.N.

ActuadorPunto de Punto de sumasuma Amplif.

MOTOR PRIMARI

OAuste de estabiliz.

Conver-tidor f/V

GENERADOR

Amplif.Amplif.

Señal Señal p/reparto p/reparto cargas cargas de otros de otros reguladorreguladoreses

Sensor de

carga

Cerrado en isócr.

Ajuste de veloc.

Aumentar

Eje

MOTOR PRIMARI

O

GENERADORVarilla p/caida

Servo motor

Resorte de veloc.

Válvula aguja compensadora

Pesos rotantes

Control auxiliar

Engranaje de impulso

Aceite a

presión

Resortes amortiguadores

SENSORES DE MOTOR PRIMARIO

AJUSTES DE REFERENCIA

COMPARACION DE PARAM. SENSADOS Y DATOS REFEREN.

INICIO DE CORRECCION DE INGRESO MOTOR PRIMARIO

ESTABILIZACION DE INGRESO EN NIVEL CORRECTO

22

Aumentar

Al tanque

REGULADOR ELECTRONICO

REGULADOR MECANICO

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Comparación controles Comparación controles Mecánico/EletrónicoMecánico/Eletrónico

Eletrónico Mecánico Sensor de veloc.

Referencia de velocidad

Punto de sumatoria

Estabilidad

Ganancia

Amplificador

Pickup magnético

Potenciómetro de ajuste

Punto de sumatoria

Reset (Estabilidad) Potenciómetro

Potenciómetro de gan.

Amplificador diferencial

Pesos rotantes

Resorte de veloc.

Rodamiento (collar)

Válvula Aguja

Resortes de compensación

Área de control de la válvula piloto

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