Generador Asincrnico

Rotor Bobinado - Forma Constructiva3 al 5 %

Grfico1

1

0.99

0.98

0.97

0.96

0.95

0.94

0.93

0.92

0.91

0.9

0.88

0.8

0.65

0.6

0.56

0.54

0.52

0.48

0.44

0.4

0.36

0.3

0.2

0

estado de carga (%)

velocidad (pu)

Hoja1

01

100.99

200.98

300.97

400.96

500.95

600.94

700.93

800.92

900.91

1000.9

1100.88

1200.8

1100.65

1000.6

900.56

800.54

700.52

600.48

500.44

400.4

300.36

200.3

100.2

00

Hoja1

estado de carga (%)

velocidad (pu)

Hoja2

Hoja3

Variacin cupla - velocidadReemplazando en la expresin de cupla la corriente en base al equivalente Thevenin:

Expresando I2 como V1a dividida por la impedancia:

Que grficamente resulta: Ya vista: T = 1/s q1 I22 r2/s

Efecto de la resistencia rotricaRotor bobinado, con resistencias externas a travs de anillos rozante.

Rotor jaula modificada: barra profunda y doble jaula.

Efecto del tipo de rotor y su resistenciaClase A: Cupla de arranque normal, corriente de arranque normal.

Clase B: Cupla de arranque normal, corriente de arranque baja.

Clase C: Cupla de arranque alta, corriente de arranque baja.

Clase D: Cupla de arranque alta, deslizamiento alto.

Control de velocidad del motor de induccinLa velocidad de un motor de induccin, puede ajustarse cambiando el deslizamiento o la velocidad sincrnica (nmero de polos y/o frecuencia)

Implementacin del variador de velocidadPrincipio PWM (Pulse Width Modulation)

Mtodos de arranque (soft starters)

Calentamiento durante el arranqueCiclo: arranque 5 s y plena carga 2200 s; sobrecarga fuerte de 5 s y detencinpor 1200 s (fuerte enfriamiento), seguido de nuevo arranque con plena carga.

Arrancadores suaves (AS) IValor eficaz

Diagrama completo de crculo, para motor

Diagrama de crculo como generadorLnea T Ms, porcentaje de deslizamiento

Curvas caractersticas motor - generador

Fenmeno de autoexcitacinCurva del motorRectas de los capacitoresMotor InduccinFuenteMotor 5,5 kW con capacitores de 2 x 5 kVAr1,35 pu

Excitacin por capacitores

Generador asincrnico moderno

Generalidades ILas mquinas elctricas de ca pueden solo funcionar a ciertas velocidades fijadas por el nmero de polos.El deslizamiento de la mquina de induccin es usualmente muy pequeo debido al rendimiento, variando no ms del 3 % entre vaco y plena carga.El deslizamiento es funcin de la resistencia rotricaA mayor resistencia, mayor es el deslizamiento.

Generalidades IIUno de los mtodos empleados para variar el deslizamiento es variando la resistencia rotrica, pudiendo aumentar el deslizamiento hasta un 20 %.Para ello se requiere rotor bobinado, que con anillos rozantes y mediante control electrnico conecta resistencias externas.Los anillos y escobillas representan una importante desventaja frente al rotor de jaula.Este contacto anillos escobillas sufre desgaste y chispas, requiriendo de mantenimiento.

Generalidades IIILa potencia en ca a frecuencia variable no puede ser inyectada a la red,La potencia a frecuencia variable puede convertirse fcilmente a cc usando tiristores y ltimamente con transistores de potencia,Los inversores convierten la energa de cc fluctuante en ca con la frecuencia de la red,La conversin no se realiza en forma uniforme sino con grandes variaciones de tensin y corriente.

Clasificacin de las turbinas elicasTipo A: Velocidad fijaTipo B: Velocidad variable limitadaTipo C: Velocidad variable con convertidor parcial de potenciaTipo D: Velocidad variable con convertidor pleno de potencia

Esquema de operacin de las turbinas

Tipo A: Velocidad fija

SCIG (Squirrel cage induction generator), generador de induccin con jaula de ardilla conectado a la red va transformador.Extrae la potencia reactiva de la red, con compensacin por banco de capacitores (sin capacitores las fluctuaciones de tensin y las prdidas en las lneas son inevitables).Las variaciones de la velocidad del viento impone grandes solicitaciones a la estructura de la turbina.

Tipo B: Velocidad variable limitada

WRIG (Wound rotor induction generator) generador de induccin de rotor bobinado, con banco de capacitores, conectado directamente a la red.Con arrancador suave, que asegura conexin suave a la red.Controlando la resistencia rotrica, puede controlarse la potencia de salida.La resistencia rotrica se cambia por medio de un convertidor de control ptico sobre el eje (Opti Slip).El rango de control de velocidad es de 0 al 10 % sobre la sincrnica y es funcin del tamao del rotor.

Tipo C: Velocidad variable con convertidor parcial de potencia

DFIG (Double fed induction generator) generador de induccin de doble alimentacin, corresponde a un WRIG con convertidor de frecuencia de potencia parcial.El convertidor de frecuencia realiza la compensacin de potencia reactiva y asegura conexin suave a la red.El generador posee un rango de control de velocidad de -40 % a +30% respecto a la sincrnica.Los principales inconvenientes son la necesidad de anillos rozantes y el requerimiento de proteccin por fallas en red.

Tipo D: Velocidad variable con convertidor de potencia total

Puede usar generadores PMSG (permanent magnet squirrel cage generator) generador de magnetismo remanente con jaula, WRSG (wound rotor synchronous generator) generador sincrnico con rotor bobinado y WRIG.El convertidor de frecuencia de potencia plena realiza la compensacin de potencia reactiva y asegura conexin suave a la red.Puede no requerir caja multiplicadora.

Operacin con velocidad variablepor control de ngulo de hliceAl controlar la cupla por ngulo de pala se reduce la sobrecarga sobre la caja y generador,El tiempo de reaccin del mecanismo de ajuste del ngulo de ataque se transforma en crtico,El generador de deslizamiento variable permite incrementar el mismo al acercarse a su potencia nominal,Una estrategia muy empleada es operar al 50% del deslizamiento mximo en condiciones nominales, frente a la rfaga el control aumenta el s, girando un poco ms rpido, inclinando las palas fuera del viento; con lo que la velocidad desciende,Si el viento cae, se procede a la inversa,Operando a altos s, hay mayor liberacin de calor y menor rendimiento,El control ngulo s mejora la calidad de potencia ya que reduce las fluctuaciones de potencia generada.

Conexin indirecta, conversin plenaPermite la variacin de la frecuencia del generador.Pueden usarse generadores sincrnicos y asincrnicos.Puede o no tenerse caja multiplicadora.Se requiere elevado nmero de polos.

Ventajas de conexin indirectaPermite operar la turbina con velocidad variable,Las rfagas aceleran al rotor almacenando el exceso de energa, que luego es convertido,Se requiere de control inteligente que diferencie rfagas de vientos excesivos sostenidos,Reduce picos de cupla (en caja y generador) y reduce carga de fatiga en la torre y hlice,La electrnica de potencia permite controlar el factor de potencia, especialmente necesario en redes dbiles,Mejora la produccin anual de energa, por mayor explotacin de las diferentes velocidades de viento.

Desventajas de conexin indirectaPrincipal desventaja, es el costo,Se requiere de un rectificador y dos inversores, uno para controlar la corriente estatrica y otro para generar la corriente de salida,El costo de la electrnica puede anular las ventajas constructivas de la turbina, pero el avance de la electrnica baja su precio,La experiencia actual indica que el nmero de horas de la operacin de estas turbinas es menor que la convencional debido a fallas de la electrnica,Prdidas en la conversin ca-cc-ca, e Introduccin de armnicas en la red, de filtrado dificultoso.