ENERGIAS RENOVABLES NO

CONVENCIONALESINTEGRANTES:

BAYAS JOSÉ

BONILLA CARLOS

TONATO WALTER

AGENDA GENERADOR ASINCRONO JAULA DE ARDILLA (SCIG)

Principio de Funcionamiento

Características

Ventajas y Desventajas

GENERADOR ASINCRONO DOBLEMENTE ALIMENTADO (BFIG) Características

Principio de Funcionamiento

Ventajas

GENERADOR SINCRONO DE IMANES PERMANENTES (PMSG) Clasificación

Ventajas y Desventajas

Principio de Funcionamiento

Uso de generadores en la energía eólica

•En las aplicaciones eólicas, la energía eléctrica habitualmente se genera en forma de corriente alterna (ca).

•Los generadores de corriente alterna(alternadores) pueden ser de dos tipos. Los generadores asíncronos se utilizan en un 90 % de los sistemas eólicos de gran potencia y sólo en el 10 % restante se instalan síncronos.

Generador eólico asíncrono tipo jaula de ardilla

Esta compuesto por una maquina de inducción de rotor jaula de ardilla conectado mediante un convertidor electrónico a la red eléctrica.

Son los generadores mas utilizados por varias razones : el bajo costo que presenta, el poco mantenimiento que se le debe realizar, la cualidad de ser robustos.

Es preciso conectar el generador a la red a través de un convertidor electrónico para adecuar la frecuencia de la tensión generada a la de la red. Los convertidores más utilizados en los sistemas eólicos de velocidad variable son los convertidores alterna-alterna.

CARACTERISTICAS DE FUNCIONAMIENTO

 

Para funcionar se requiere que su velocidad de rotación sea mayor que la velocidad de sincronismo, porque si es menor estará actuando como motor y no como generador.

Cuando la velocidad aumenta y el rotor se mueve más rápido que el campo magnético giratorio del estator, entonces este último inducirá una corriente en el rotor. A medida que el rotor gira más rápido, mayor es la potencia transferida al estator, la cual finalmente es convertida en electricidad.

Lamentablemente tampoco puede ser cualquier velocidad mayor, sino que debe cumplir un rango, de lo contrario se pueden alcanzar corrientes y temperaturas muy altas que pueden dañar la máquina y sus devanados.

Por una parte, la velocidad del viento v debe ser mayor que aquella velocidad min v que haría girar el rotor del generador a la velocidad síncrona. De lo contrario operaría como motor.

Y por otra parte, la mayor velocidad del viento está limitada no tanto por razones mecánicas de la hélice, sino porque a velocidades muy altas del rotor, las corrientes en el enrollado del estator elevan peligrosamente la temperatura del generador debe ser v ≤ v máx .

En consecuencia, la velocidad del viento aceptable debe estar entre min v y máx v por lo cual el rango de velocidades que nos sirven es muy pequeño.

Caja de engranajes o amplificadora de velocidad

La caja de engranajes corresponde a la parte que sirve para obtener otra velocidad de rotación: transforma la baja rotación de la hélice en alta rotación del eje del generador, es decir, convierte la potencia de alto torque, que tiene la hélice girando lentamente, en potencia de bajo torque y alta velocidad, que es la que utiliza el generador.

En general se utilizan cajas de engranajes que presentan una relación de multiplicación fija entre la rotación del rotor y del generador.

VENTAJAS

Son de bajo costo y simplicidad de construcción.

Mínima necesidad de mantenimiento.

La ventaja de utilizar un generador asincrónico es que su sistema de control es sencillo y no requiere un sistema de control de velocidad para el arranque.

DESVENTAJAS

Esta máquina es que eventualmente necesita una compensación de potencia reactiva, por ejemplo suministrada por bancos de condensadores

Otra desventaja es que no se tiene control sobre la velocidad ni el deslizamiento, por lo tanto las variaciones en la velocidad del viento afectarán directamente las inyecciones de energía a la red.

Debe destacarse como desventaja que el rango de velocidades de viento en que puede operar el generador de inducción está limitado:

Generador Asincrónico Doblemente Alimentado

Los generadores de inducción doblemente alimentados (DFIG) utilizados en turbinas eólicas están siendo utilizados a una tasa cada vez mayor en granjas eólicas. La principal razón de la popularidad de los DFIG´s eólicos conectados al sistema interconectado nacional es su capacidad de suministrar potencia a tensión y frecuencia constante a medida que la velocidad del rotor varía. La configuración del DFIG también provee la posibilidad de controlar el factor de potencia del sistema como un todo.

Características

Esta configuración muchas veces consta de un convertidor de frecuencia compuesto (AC - DC) reversibles.

El control que implementa esta configuración consiste en regular el par electromagnético y el factor de potencia del generador para un amplio rango de velocidades, tanto para velocidades subsíncronas y supersíncronas.

Los convertidores que se encargan de conectar el rotor del generador y la red, son los encargados de regular el flujo de potencia activa y reactiva, así mantienen la tensión en el bus de continua constante.

La potencia capturada por la turbina de viento es transformada en energía eléctrica por el generador de inducción y es transmitida a la red por los devanados del estator y el rotor.

El sistema de control genera las señales que comandan el ángulo de inclinación del rotor y las tensiones de Rcon y Gcon para controlar la potencia de la turbina eólica, el voltaje en directa y la potencia reactiva o tensiones de la las terminales que van a la red.

FUNCIONAMIENTO

El funcionamiento del DFIG se basa en el generador de inducción trifásico con rotor devanado en el cual el rotor es alimentado mediante algún convertidor de frecuencia (AC/DC/AC converter) para proveer operación estable nominal aún a velocidad variable.

Un sistema DFIG típico se muestra en la Fig. 1 El convertidor AC/DC/AC consiste en dos componentes: un conversor del lado del rotor (Rcon) y un conversor del lado de la red (Gcon). Ambos son conversores alimentados con tensión directa que utilizan dispositivos de electrónica de potencia para sintetizar (cambiar la frecuencia) una tensión alterna a partir de una fuente de tensión continua.

Los anillos rozantes del rotor se conectan al conversor del lado correspondiente, el cual está acoplado al otro convertidor mediante un vinculo de CC.

El conversor del lado de la red se conecta a la misma mediante un sistema de inductancias trifásicas en serie, mientras que el devanado del estator se conecta en forma directa a la red.

ESQUEMA TIPICO DEL DFIG

PRINCIPIO DE OPERACION

El principio de operación es como se muestra en la figura: la salida del generador se conecta directamente a la red eléctrica, y a su vez se establece un lazo de realimentación por medio de algún conversor de frecuencia con el objeto de controlar el sistema de excitación del rotor.

De esta manera se logra desacoplar las frecuencias mecánica y eléctrica, y resulta posible mantener la frecuencia de salida en un nivel estable independiente de la velocidad de rotación del generador.

El ángulo de ataque del rotor se controla para limitar la potencia de salida del generador a su valor nominal en presencia de fuertes vientos. Un generador eólico con control de dirección puede siempre aprovechar de la manera mas eficiente la dirección de los vientos.

VENTAJAS Este lazo de realimentación presenta dos

ventajas muy importantes:1. Como el voltaje de rotor es controlado por un

conversor electrónico de potencia, el generador de inducción es capaz de importar y exportar a su vez potencia reactiva. Esto tiene importantes consecuencias para la estabilidad del sistema eléctrico y le permite por lo tanto a la máquina permanecer conectada al sistema aún en presencia de perturbaciones severas.

2. Además, como la frecuencia del rotor es controlada, esto habilita a la máquina de inducción a mantenerse sincronizada con la red eléctrica aún cuando la turbina de viento varíe su velocidad.

GENERADORES EÓLICOS SÍNCRONOS DE IMANES PERMANENTES

BUENA OPCION

ALEACIONES DE ALTO

MAGNETISMO

Ventajas

La eliminación de los anillos rozantes y elimina las

pérdidas en el devanado del rotor.

Disminución significativa en el tamaño de estas maquinas.

Menor contaminación acústica.

• Menor mantenimiento del sistema mecánico.

• Menores pérdidas mecánicas.

Desventajas

Alto costo.

La desmagnetización de los imanes permanentes al ser expuestos a temperaturas altas.

Dificultad de manipulación debido a su tamaño.

CLASIFICACIONSegún el diseño del rotor y la

ubicación de los imanes permantes.

Generadores de flujo radial

• Buen rendimiento en un amplio margen de velocidad.• Mejor densidad de torque en comparación de los generadores de rotor

bobinado.GENERADORES DE

IMANES SUPERFICIALES

GENERADORES DE IMANES EMBUTIDOS

Maquina síncrona de imanes permanentes convencional

Imanes montados en la superficie del rotor

Esp

aci

o e

ntr

e e

l est

ato

r y e

l ro

tor

rad

ial

Imanes montados dentro de las ranuras del rotor

> Espacio entre el estator y rotor radial

CLASIFICACIONSegún el diseño del rotor y la

ubicación de los imanes permantes.

Generadores de flujo axial

Espacio entre el rotor y el estatoren dirección axial

Imanes montados en la superficie del estator.

Estator longitudinal respecto a rotor ranurado

Tamaño reducido para un torque

dado

Núcleo del estator complejo, laminado en dirección paralela a la del movimiento y a su

ves paralela a la dirección del eje

CLASIFICACIONSegún el diseño del rotor y la

ubicación de los imanes permantes.

Generadores de flujo transversal

Trayectoria del flujo (l_ dirección del rotor)

FRENTE A LAS MAQUINAS DE FLUJO AXIAL• Menos pérdidas en el

cobre.• Mayor densidad de fuerza.• Bobinados más sencillos.

CON RESPECTO A LAS MAQUINAS DE FLUJO RADIAL.• Son más complejas

constructivamente• bajo factor de

potencia.