Generadores Electricos

Instituto Tecnologico Superior Progreso

Ingenieria En Energias Renovables

Sistemas de Generacion de Energia Eolica

Investigacion: Tipos De Generadores Para Sistemas Eolicos

Elaborado por:

Br. Sanchez Esquivel Roger Armando

Noveno semestre

Docente: Ing. David Balam

E-mail de docente: dbalam@itsprogreso.edu.mx

Fecha De Entrega: Progreso, Yuc. A Martes 30 De Septiembre De 2014

SISTEMAS DE GENERADCIÓN ELECTRICA PARA AEROGENERADORES

Generalidades de la conversión de energía eléctrica en mecánica.

En un aerogenerador se transforma energía cinética del viento en energía mecánica mediante el giro del rotor eólico. Esta energía mecánica que aparece en el eje de éste rotor en forma de par y vueltas por unidad de tiempo, se transforma en energía eléctrica mediante una máquina eléctrica, que opera en modo generador de energía eléctrica, gracias al giro del eje del rotor del aerogenerador, provocado por la acción del viento sobre las palas.

La máquina eléctrica puede ser de distinto tipo dependiendo del tipo de aerogenerador y su modo de operación (operación a velocidad de rotación del rotor cuasi-constante o a velocidad de rotación variable). La velocidad de rotación típica del rotor de un aerogenerador se encuentra en el rango de 20 a 100 rpm para aerogeneradores de gran potencia y de entre 100 y 400 rpm para aerogeneradores de pequeña potencia. Las máquinas eléctricas convencionales (con bajo número de polos) suelen tener velocidades de sincronismo de entre 750 y 3000 rpm. La solución de acoplamiento pasa por utilizar una transmisión o caja multiplicadora que acople la relación par/vueltas del rotor de la turbina y del generador eléctrico o utilizar generadores eléctricos específicos que tengan velocidades de sincronismo bajas equivalentes al rango de velocidades de rotación del rotor (generadores con gran número de polos). La generación de energía eléctrica se hace normalmente con máquinas que generan corriente eléctrica alterna (doble polaridad) descartándose totalmente hoy en día las máquinas de corriente continua.

Generalidades

• Actualmente existe un gran impulso en la introducción de energías renovables en las redes de transporte

• De todas las fuentes de energía renovables, la eólica es la tecnología más viable

• En el pasado los parques eólicos eran generalmente pequeños (pocos MW) y conectados principalmente a las redes de distribución

• Hoy en día los parques eólicos previstos se encuentran por encima de 100 MWs y muchos conectados directamente a las redes de transporte

• Aparece la necesidad de realizar análisis de los sistemas en las fases iniciales de desarrollo de los parques eólicos con el fin de asegurar su correcta integración en las redes de transporte.

Características de la generación eólica

Tipos de generadores eólicos

Los generadores eléctricos se pueden clasificar básicamente de acuerdo al tipo de señal eléctrica que producen: continúa o alterna.

Los aerogeneradores con generador eléctrico de corriente continua o dinamos están totalmente descartados para máquinas de alta potencia, ya que sólo se pueden conectar a la red eléctrica mediante convertidores electrónicos que conviertan la corriente continua a alterna. Unicamente, en aplicaciones aisladas de baja potencia, en las cuales el sistema de acumulación eléctrica utilizado sea una batería se han utilizado. El alto precio de la máquina y el alto coste de mantenimiento (cambio de escobillas, etc) hacen también que su uso sea marginal y hayan sido sustituidos por alternadores síncronos de imanes permanentes que junto a un puente rectificador son muy útiles para aplicaciones en corriente continua.

Dentro de los generadores de corriente alterna se puede establecer una clasificación de acuerdo a los generadores autoexcitados (síncronos) bien sea con corriente eléctrica continua inyectada en las bobinas del rotor o excitados mediante imanes permanentes y excitados a partir de la red eléctrica conectada a las bobinas del estator de la máquina (asíncronos)

Los más comunes son el generador asíncrono de inducción ‘‘convencional’’ y el generador asíncrono de inducción doblemente alimentado (DFIG)

Otros tipos: Unidades ‘‘Full converters’’ (generadores síncronos)

Generador de corriente alterna síncrono

Si mantenemos los conductores o espiras en reposo (estator) y hacemos que sea el campo magnético el que experimente un movimiento giratorio relativo respecto al conductor, mediante el giro de un rotor con múltiples polos, obtenidos mediante espiras por las que pasa una corriente continua de excitación o por imanes permanentes, se produce una fuerza electromotriz inducida en los conductores que están en reposo, cuya amplitud dependerá del nivel de corriente de excitación y su frecuencia de la velocidad mecánica de giro del rotor.

La ventaja que se obtiene estriba en que la corriente alterna se puede extraer de los bornes fijos y no de las escobillas sometidas continuamente a rozamiento. La corriente inducida se produce en este caso en los devanados con núcleo de hierro, que están en reposo y se encuentran distribuidos en la parte interior del estator, de manera que la tensión y la corriente inducidas sean perfectamente sinusoidales.

Los electroimanes en unos casos o los imanes, también llamados polos generadores del campo magnético se encuentran en la parte giratoria -rotor- del generador eléctrico. Los polos se realizan sobresaliendo de la superficie de rotor para máquinas de más de cuatro polos o a ras de superficie para máquinas de 2 ó 4 polos. Estos polos, compuestos por electroimanes, dispondrán de corriente continua de excitación suministrada desde el exterior, mediante anillos rozantes y escobillas o interna, mediante corriente continua obtenida a partir de una dinamo o mediante un pequeño alternador situado sobre el mismo eje del generador, rectificando la corriente obtenida.

Normalmente, los generadores síncronos son trifásicos. Un generador síncrono trifásico dispone de tres devanados iguales en el estator, dispuestos de forma que queden desplazados entre sí 120o. Durante una vuelta del rotor, los polos Norte y Sur pasan frente a los tres devanados del estator. Por ello, se habla de campo magnético giratorio. Durante éste proceso, en cada uno de los devanados se genera una tensión alterna monofásica. Las tres tensiones alternas monofásicas tienen el mismo ciclo en el tiempo, pero desplazadas entre sí en la tercera parte de una vuelta,

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