O que é um Sistema de Excitação?
A função do Sistema de Excitação é alimentar com tensão contínua o enrolamento do rotor (campo) da máquina síncrona (gerador, motor ou compensador) fornecendo assim a corrente de excitação da máquina. Sem corrente de excitação a máquina opera sem campo e, por consequência, nenhuma tensão é gerada (induzida) nos enrolamentos do estator (somente uma tensão reduzida aparecerá nos terminais do gerador, induzidos a partir do magnetismo remanente da máquina.
Além disso, o Sistema de Excitação também é fundamental no controle da tensão gerada pela máquina, uma vez que variando a tensão de campo varia-se a tensão terminal.
Os componentes principais de um Sistema de Excitação moderno são: regulador de tensão, conversor de potência (retificador), transformador de excitação, contator de campo, pré-excitação, e proteção contra sobretensão no campo (crowbar).
Regulador de Tensão – RTX
O RTX POWER é um Regulador de Tensão aplicado a geradores, compensadores e motores síncronos.
Solução modular e de plataforma única, atende máquinas síncronas com correntes nominais desde 10 A até 7.000 A.
Principais funções de controle e proteção incorporadas ao RTX POWER: Regulador de Tensão Digital (AVR), Regulador de Corrente de Campo (FCR), Controle de Reativo (VAR), Controle do Fator de Potência (PF), Limitadores Dinâmicos (OEL, UEL, SCL, MEL, VHL), Estabilizador de Sistema de Potência (PSS) e Sincronizador.
CONFIABILIDADE E ROBUSTEZ ATRAVÉS DO DESIGN
O design do painel REIVAX apresenta uma separação entre o controlador principal do RTX POWER da seção de potência, emissora de calor, para que os componentes eletrônicos não sejam desnecessariamente expostos ao calor. O circuito eletrônico é protegido da temperatura em um gabinete ou seção dedicada no cubículo. A filosofia de projeto da REIVAX é sobredimensionar cada sistema em 20-30% em comparação com os requisitos nominais de operação, a fim de aumentar a expectativa de vida do sistema de excitação.
OPÇÕES FLEXÍVEIS DE REDUNDÂNCIA
Dependendo das restrições orçamentárias, bem como das limitações de espaço físico, a REIVAX oferece aos clientes a solução com o valor mais competitivo. Uma seleção de redundância é oferecida para canais de controle, interface de I/O, pontes de tiristores, fontes de alimentação e ventiladores.
CONFIGURAÇÕES FLEXÍVEIS DOS RETIFICADORES
Os clientes podem selecionar a configuração que atende às suas necessidades. Compartilhamento de corrente entre duas (2) ou mais pontes de tiristores ou uma configuração hot stand-by com duas (2) pontes de tiristores.
ARQUITETURA
Controle
O CPX06 é um controlador programável da REIVAX, baseado em CPU x86, desenvolvido para uso em reguladores de tensão, reguladores de velocidade e sistema de automação, possuindo interface de comunicação e sincronismo de tempo. A CPX06 também é o módulo de entradas, saídas e controle, podendo ser interfaceado por uma rede CANopen ou comunicação ethernet. O sinal de controle é enviado para outros dispositivos através da interface CANopen e saídas PWM.
Uma completa interface de habilitação e falha garante confiabilidade e controle do CPX06, que pode operar tanto em topologia monocanal quanto em esquema redundante.
Potência
O TTM01 é um controlador digital utilizado em sistemas de excitação para efetuar o disparo e a supervisão de uma ponte tiristorizada. Integra-se aos controladores CPX06 através de rede CANopen, monitorando a temperatura e a corrente de condução de cada tiristor, além dos estados dos fusíveis e ventiladores da ponte. Com base no sinal de controle enviado pelo CPX06 e nas tensões de sincronismo medidas, calcula a quantidade de pulsos independentes para o comando da ponte tiristorizada trifásica. Os pulsos gerados são isolados e amplificados, para então chegarem a cada tiristor da ponte retificadora.
O TTM01 permite o disparo de pontes para a operação em quatro quadrantes por meio de uma configuração que o informa se a ponte controlada opera com corrente positiva ou negativa. Adicionalmente, a REIVAX conta com hardware próprio de drives de potência:
DRV01
Drive de potência de topologia tipo chopper com saída CC podendo ser utilizado como interface de potência em reguladores de tensão para geradores e motores síncronos. Possui medições internas e as saídas analógicas de tensão e corrente de saída são isoladas entre si , dispensando o uso de sensores externos e isoladores adicionais para efetuar o fechamento da malha de controle. Corrente nominal de saída: 20 A.
DRV04
Retificador de tensão trifásico baseado em tiristores para aplicações em reguladores de tensão. O drive processa energia para excitação de máquinas síncronas e recebe um sinal de referência tipo PWM (Modulação por Largura de Pulso) do regulador, proporcional ao ângulo de disparo. Contém todos os sensores necessários para controle de tensão, medindo as principais grandezas envolvidas e dispensa o uso de sensores externos para fechar as malhas de controle do regulador. Corrente nominal de saída, de acordo com a versão escolhida: 75 A, 200 A ou 400 A.
TOPOLOGIAS DE SISTEMAS DE EXCITAÇÃO
Diferentes formas de Sistemas de Excitação surgiram ao longo dos anos, e passaram por forte evolução tecnológica.
As duas aplicações mais comuns são atendidas com o RTX POWER, dependendo das características da máquina a ser controlada.
RTX POWER para Excitatriz Rotativa
Sistema formado por um conversor de potência de pequena capacidade, que suprirá tensão e corrente a uma máquina de corrente alternada (excitatriz CA), a qual amplificará esses sinais e, após passar por um retificador (ponte de diodos), injetará no enrolamento de campo da máquina síncrona. Tal ponte de diodos pode ser estática (parada) e necessitar de escovas para enviar ao campo do gerador, ou os diodos podem ser rotativos, não necessitando escovas (sistema conhecido por brushless).
Possui como vantagem a necessidade de elementos de baixa capacidade (conversor de potência, pré-excitação, transformador e contator). No caso da brushless, por não possuir escovas, evita possíveis faiscamentos.
Suas desvantagens são o tempo de resposta lento, e a manutenção da excitatriz.
RTX POWER para Excitatriz Estática
Esse sistema é formado por um conversor de potência de grande capacidade, que suprirá tensão e corrente diretamente ao enrolamento de campo da máquina.
Possui como principais vantagens o tempo de resposta muito rápido (quase instantâneo) e o processo de manutenção muito simplificado, por não possuir partes rotativas.
Esse tipo de sistema é o mais utilizado atualmente, em função principalmente do tempo de resposta muito rápido, o que contribui, de maneira geral, para a melhoria da estabilidade do sistema elétrico.
Muitos projetos antigos, onde o sistema de excitação era baseado em excitatriz rotativa, foram transformados em sistemas de excitação estáticos, desconectando ou até retirando a excitatriz rotativa.
FUNCIONALIDADES
DIAGNÓSTICO DA PONTE DE TIRISTORES
O sistema de excitação RTX POWER combina instrumentação avançada e uma intuitiva interface com o usuário, para identificar rapidamente uma necessidade de manutenção.
O sistema de extração da ponte de tiristores (sob demanda) permite fácil acesso aos tiristores e fusíveis.
OSCILOGRAFIA E SOE
A coordenação com outros eventos da planta é facilmente realizada através da sincronização do tempo do Sistema de Excitação RTX POWER com um sinal tipo IRIG-B, NTP ou PTP, e utilizando os recursos de amostragem de alta frequência (menor que 1ms) do registrador de eventos REIVAX.
Uma funcionalidade expandida do registrador de sinais (oscilografia) possui oito (8) gatilhos para gravação pré/pós e permite que os clientes visualizem o comportamento do sistema após um evento.
COMISSIONAMENTO E TESTES
Reduza o tempo de comissionamento e obtenha uma operação comercial antecipada, quer você mesmo realize o comissionamento ou com a ajuda de um profissional da REIVAX. Nosso sistema oferece diversas ferramentas para facilitar o comissionamento e os testes, desde testes de E/S analógicas e digitais integrados, até o autoajuste da malha de controle.
Os testes são significativamente facilitados com a interface intuitiva do RTX POWER, apresentando uma representação gráfica da função de transferência segundo a IEEE 421.5, ferramenta de resposta ao degrau incorporada, oscilografia e capacidade de alterar parâmetros de ajuste da malha de controle e dos limitadores, tudo em um só lugar. O teste do Estabilizador de Sistemas de Potência (PSS) é facilmente realizado usando a ferramenta de resposta em frequência, incorporada ao software, sem a necessidade de instrumentação externa adicional.
SINCRONIZADOR INCORPORADO
A função de sincronismo à rede elétrica é fundamental em qualquer gerador ou motor síncrono. Nesse processo, a tensão, frequência e ângulo de fase da máquina são ajustados, para que o fechamento do disjuntor de grupo (52) se dê de forma suave.
O RTX POWER possui essa função incorporada ao hardware do poderoso controlador CPX06. Os parâmetros para configuração do sincronismo são acessíveis facilmente através da IHM gráfica touchscreen.
SUPERVISÃO DE DIODOS ROTATIVOS
Em aplicações do RTX POWER com excitatriz rotativa tipo Brushless, os diodos rotativos costumam ser monitorados, visando detectar se um dos diodos está aberto ou em curto-circuito. Caso um diodo, ou mais de um, estiver aberto, o RTX POWER sinalizará um Alarme. Caso um diodo, ou mais de um, estiver em curto, o RTX POWER sinalizará um Trip. Tal funcionalidade foi implementada na mesma plataforma de hardware e software do poderoso controlador CPX06. Os parâmetros de configuração das falhas são facilmente acessíveis através da IHM gráfica.
