Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2013-06-25T20:51:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1
308827.pdf: 5918959 bytes, checksum: 3c0fa749b7939450da7cd8861e57c7ae (MD5) / Esta dissertação apresenta um estudo dos esforços a que são submetidos os sistemas de variação do ângulo de passo em turbinas eólicas e o desenvolvimento de um sistema experimental de emulação de forças para teste de sistemas de controle do ângulo de passo. Na busca de uma maior e mais eficiente extração da energia do vento , as turbinas eólicas experimentam um crescente desenvolvimento em todas as áreas tecnológicas envolvidas no seu projeto e construção. Com o aumento da potência das turbinas, o aumento na eficiência da conversão do recurso eólico para fonte de energia elétrica mostra-se com o um dos requisitos de projeto mais importantes. É neste cenário que o papel dos sistemas de orientação de ângulo de passo e a complexidade das estratégias de controle vêm mostrando um considerável crescimento nos últimos anos. No controle de turbinas eólicas de eixo horizontal, a variação de ângulo de passo permite maximizar a captura de energia, reduz ir as cargas dinâmicas na estrutura da turbina e manter a qualidade da potência gerada dentro dos padrões exigidos. Atuadores dos tipos eletromecânicos e hidráulicos são os comumente encontrados na indústria eólica, porém, independentemente do tipo de atuador, o estudo e reprodução de condições de operação representa um desafio para o seu desenvolvimento teórico experimental devido a fatores como a característica dinâmica do vento incidente, as grandes massas a serem movimentadas e os esforços não lineares decorrentes da aerodinâmica das pás. Neste contexto, apresenta-se neste trabalho a determinação dos esforços de carregamento e a aplicação da técnica de simulação via hardware in the loop (HIL) para a análise de sistemas e estratégias de controle de ângulo de passo. No sistema experimental as forças de atrito, as forças devido aos efeitos inerciais e as forças dinâmicas decorrentes do vento são determinadas analiticamente e depois emuladas pelo sistema de carregamento. Este sistema emulador consiste em um cilindro hidráulico cujas pressões nas câmaras são controladas por válvulas proporcionais redutoras de pressão. Este trabalho pretende contribuir na área de projeto de sistemas de controle para turbinas eólicas, proporcionando informações e métodos para estimar requisitos de operação dos elementos de atuação para regulação do ângulo de passo. Além disto, proporciona uma ferramenta para o trabalho experimental na área de controle e operação de turbinas eólicas e sistemas hidráulicos. / This master#s thesis presents the study of the forces submitted to pitch control systems of wind turbines as well as the development of a experimental load emulator system to test pitch control systems. Looking for a larger and more efficient wind energy capture, wind turbines experience a growing development in all the technological areas involved in their design and construction. With the increasing power of the turbines, the optimization of the conversion of the wind resource into a source of electric energy is presented as on e of the most important design requirements. It is in this scenery that the role of the pitch drive systems and the complexity of the pitch control strategies has shown a considerable growth in the last years. In the contr ol of horizontal axis wind turbines, the pitch angle variation makes possible to optimize the energy capture, to reduce the dynamic loads in the turbine structure, and to maintain the quality of the generated power according to the standard requirements. Electromechanic and hydraulic actuato rs are commonly found in the wind industry, however, independently of the kind of actuator, the study and the reproduction of operational conditions represent a challenge for its theoretical and experimental deve lopment due to factors like the dynamic characteristic of the incident wind, the big masses to be moved and the non linear forces of the aerody namics of the blades In this context, the determination of loading force s and the application of the hardware in the loop simulation technique (H IL) are presented in this study for the analysis of the pitch control systems and strategies. In the experimental system, the friction forces, the forces due to the inertial effects and the dynamic forces of the wind are analytically determined and then emulated by the loading system. This emulator system consists of a hydraulic cylinder and its pressures in the chambers are controlled by proportional pressure reducing valves. This stud y pretends to contribute to the area of the design of pitch control systems of wind turbines, providing information and methods to estimate operational requirements of the actuating elements for the regulation of pitch control. Moreover, the study provides a tool for the experimental works in the area of control and operation of wind turbines and hydraulic systems.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsc.br:123456789/100610 |
| Date | January 2012 |
| Creators | Gonzalez, Facundo Enrique |
| Contributors | Universidade Federal de Santa Catarina, De Negri, Victor Juliano |
| Publisher | Florianópolis |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | 91 p.| il., grafs., tabs. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSC, instname:Universidade Federal de Santa Catarina, instacron:UFSC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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