Controlador de Controle On-Off: O que é? (Princípio de Funcionamento)

O que é um Controlador On-Off?

Às vezes, o elemento de controle tem apenas duas posições: totalmente fechado ou totalmente aberto. Este elemento de controle não opera em nenhuma posição intermediária, isto é, parcialmente aberta ou parcialmente fechada. O sistema de controle feito para controlar tais elementos é conhecido como a teoria de controle on-off. Neste sistema de controle, quando a variável de processo muda e ultrapassa um certo nível pré-definido, o valor de saída do sistema é subitamente totalmente aberto e fornece 100% de saída.

Geralmente, no sistema de controle on-off, a saída causa uma mudança na variável de processo. Portanto, devido ao efeito da saída, a variável de processo começa a mudar novamente, mas na direção oposta.

Durante essa mudança, quando a variável de processo ultrapassa um certo nível pré-determinado, o valor de saída do sistema é imediatamente fechado e a saída é subitamente reduzida a 0%.

Como não há saída, a variável de processo começa a mudar novamente em sua direção normal. Quando ela ultrapassa o nível pré-definido, a válvula de saída do sistema é novamente totalmente aberta para fornecer 100% de saída. Este ciclo de fechamento e abertura da válvula de saída continua até que o dito sistema de controle on-off esteja em operação.

Um exemplo muito comum da teoria de controle on-off é o esquema de controle de ventiladores do sistema de resfriamento do transformador. Quando transformador opera com tal carga, a temperatura do transformador de energia elétrica aumenta além do valor pré-definido no qual os ventiladores de resfriamento começam a girar com sua capacidade total.

Conforme os ventiladores de resfriamento funcionam, o ar forçado (saída do sistema de resfriamento) diminui a temperatura do transformador. Quando a temperatura (variável de processo) cai abaixo de um valor pré-definido, o interruptor de controle dos ventiladores dispara e os ventiladores param de fornecer ar forçado ao transformador.

Depois disso, como não há efeito de resfriamento dos ventiladores, a temperatura do transformador começa a aumentar devido à carga. Novamente, quando durante o aumento, a temperatura ultrapassa o valor pré-definido, os ventiladores começam a girar novamente para resfriar o transformador.

Teoricamente, assumimos que não há atraso no equipamento de controle. Isso significa que não há tempo de atraso para as operações de ligar e desligar do equipamento de controle. Com esta suposição, se desenhamos uma série de operações de um sistema de controle on-off ideal, obteremos o gráfico abaixo.

Mas no controle on-off prático, sempre há um atraso não nulo para as ações de fechamento e abertura dos elementos do controlador.

Este atraso é conhecido como tempo morto. Devido a este atraso, a curva de resposta real difere da curva de resposta ideal mostrada acima.

Vamos tentar desenhar a curva de resposta real de um sistema de controle on-off.

Diz-se que no tempo T O a temperatura do transformador começa a aumentar. O instrumento de medição da temperatura não responde instantaneamente, pois requer algum atraso para aquecimento e expansão do mercúrio no bulbo do sensor de temperatura, digamos a partir do instante T1 o ponteiro do indicador de temperatura começa a subir.

Esta subida é exponencial. Vamos no ponto A, o sistema de controle começa a atuar para ligar os ventiladores de resfriamento, e finalmente, após o período T2, os ventiladores começam a fornecer ar forçado com sua capacidade total. Então a temperatura do transformador começa a diminuir de forma exponencial.

No ponto B, o sistema de controle começa a atuar para desligar os ventiladores de resfriamento, e finalmente após um período T3, os ventiladores param de fornecer ar forçado. Então a temperatura do transformador começa a aumentar novamente de maneira exponencial.

N.B.: Durante esta operação, assumimos que a condição de carga do transformador de energia elétrica, a temperatura ambiente e todas as outras condições do entorno são fixas e constantes.

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