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Questions and Answers
¿Cuál es la relación entre la potencia nominal del convertidor y la potencia nominal del estátor?
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¿Cuál es la función principal del convertidor de red mencionado en el esquema?
¿Cuál es la función principal del convertidor de red mencionado en el esquema?
La potencia mecánica se puede calcular sin considerar las pérdidas internas del sistema.
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True
El convertidor lado máquina se encarga de controlar la velocidad de la turbina.
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¿Qué representa Ps en el flujo de potencias?
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¿Qué significa MADA en el contexto de máquinas eléctricas?
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La potencia mecánica se representa como P_____ .
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El controlador de la turbina tiene múltiples funciones, incluyendo el control de __________ y __________.
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Relaciona las variables con su significado en el balance de potencias:
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Relaciona los componentes de un sistema de conversión con su función principal:
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¿Cuál de los siguientes tipos de generador está diseñado para conexión directa a la red?
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El Type F es un generador de inducción de jaula de ardilla con conversor completo.
El Type F es un generador de inducción de jaula de ardilla con conversor completo.
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¿Qué tipo de máquina se utiliza en el Type D?
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¿Cuál es la característica del campo magnético resultante en un sistema trifásico equilibrado?
¿Cuál es la característica del campo magnético resultante en un sistema trifásico equilibrado?
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El teorema de Ferraris se aplica únicamente a máquinas de corriente continua.
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La tecnología utilizada en el Type A es __________ y rugosa.
La tecnología utilizada en el Type A es __________ y rugosa.
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Relaciona los tipos de generadores con su característica principal:
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¿Qué representa la velocidad de sincronismo en un sistema de máquinas asíncronas?
¿Qué representa la velocidad de sincronismo en un sistema de máquinas asíncronas?
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El devanado trifásico del estátor está desfasado ______ en el tiempo.
El devanado trifásico del estátor está desfasado ______ en el tiempo.
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Relaciona cada variable con su significado en el teorema de Ferraris:
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¿Cuál es la importancia del deslizamiento en las máquinas asíncronas?
¿Cuál es la importancia del deslizamiento en las máquinas asíncronas?
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En el contexto de la máquina asíncrona, ¿qué representan las pulsaciones ωs y ωr?
En el contexto de la máquina asíncrona, ¿qué representan las pulsaciones ωs y ωr?
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¿Cómo se relacionan las corrientes iS e ir con la eficiencia de la máquina asíncrona?
¿Cómo se relacionan las corrientes iS e ir con la eficiencia de la máquina asíncrona?
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¿Qué implicaciones tiene un rotor cortocircuitado en el rendimiento de una máquina asíncrona?
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¿Qué factores determinan la relación entre la potencia del rotor y la del estator en una máquina asíncrona?
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Study Notes
Máquina Asíncrona Doblemente Alimentada (MADA) - Generador de Inducción Doblemente Alimentado (DFIG)
-
MADA / DFIG (Tipo C): Un tipo de generador de inducción donde el rotor está conectado a un convertidor electrónico que actúa como fuente de voltaje.
-
Flujo de Potencia: Potencia de la red (Pgrid) se alimenta al convertidor y al estátor de la MADA, la potencia mecánica se obtiene del rotor y se transmite al eje del generador.
-
Control: Se utiliza una unidad de control (CPU) y PLC para controlar varios aspectos de la MADA, como el ángulo de paso de aspas, la velocidad de la turbina, la voltaje del bus DC y la potencia activa y reactiva (P, Q).
-
Convertidor: El convertidor (inversor) en el lado de la red controla la tensión del bus DC. El convertidor del lado de la máquina controla la velocidad de la MADA.
-
Circuito Equivalente: Al pasar al lado del estátor, el circuito equivalente de la MADA para un régimen estacionario incluye:
- Resistencia y reactancia del estátor (Rs, Xs)
- Resistencia y reactancia referidas al estátor del rotor (R'r/s, X'r).
- El voltaje del convertidor (V'con/s) dividido por el deslizamiento (s).
-
Convenio Generador: El circuito equivalente se representa con el convenio generador (la corriente sale del estátor)
Esquemas de conversión usados en turbinas eólicas
- Existen diferentes esquemas de conversión para turbinas eólicas, categorizados como Tipo A, B, C, D, E y F.
- Los esquemas de conversión Tipo A, B, C, D y E usan máquinas de rotor bobinado para conversión.
- Los esquemas de conversión Tipo F, y D-EESG usan máquinas de jaula de ardilla.
- Los esquemas de conversión de Tipo A, F y B están diseñados para máquinas asíncronas.
- Los esquemas de conversión de Tipo C, D y E están diseñados para máquinas síncronas.
- La conexión a red directa (Tipo A), se caracteriza por:
- Un transformador de conexión a red.
- Un generador de inducción de jaula de ardilla (SCIG) conectado directamente a la red.
- Simplicidad y bajo coste.
Máquina Doblemente Alimentada (MADA o DFIG)
- La MADA es un generador asíncrono con rotor bobinado.
- El estátor está conectado directamente a la red.
- El rotor está alimentado por un convertidor que controla la máquina.
- El convertidor del rotor es un back-to-back.
- El convertidor del lado de rotor (RSC) y el convertidor del lado de red (GSC o AFE) controlan la velocidad del rotor de la máquina.
- La MADA se caracteriza por:
- Su capacidad de controlar la velocidad del rotor.
- Su capacidad de operar en rangos de velocidad más amplios que los generadores asíncronos de conexión directa a la red.
- Su capacidad de inyectar energía de forma bidireccional.
Máquina Doblemente Alimentada (MADA): Parametros y Variables
- El circuito equivalente de la MADA incluye:
- Resistencia del devanado del rotor (R'r).
- Reactancia de fugas del rotor (X'r).
- Resistencia de pérdidas magnéticas (R0).
- Reactancia de magnetización (X0).
- Corriente por el rotor (I'r).
- Tensión del convertidor en bornes del rotor (V'con).
- Corriente de vacío (I0).
- Componente de magnetización de la corriente de vacío (IX0).
- Componente de pérdidas de la corriente de vacío (IR0).
Modelo Aproximado de la Máquina Doblemente Alimentada
- El modelo aproximado de la MADA considera:
- La inductancia equivalente Xe como la suma de la reactancia del estátor (Xs) y la reactancia del rotor (Xr).
- La conexión del convertidor del lado del rotor a la red.
- La comparación de la MADA con la máquina de inducción clásica.
Máquina Asíncrona de Rotor Cortocircuitado
- Es un tipo de motor eléctrico que funciona mediante un campo magnético rotatorio.
- El deslizamiento (s) es un parámetro fundamental para calcular su funcionamiento.
- Se define como la diferencia entre la velocidad del campo magnético rotatorio (ωs) y la velocidad del rotor (ωr) dividida por la velocidad del campo magnético rotatorio.
- s = (ωs - ωr) / ωs
- Puede expresarse como una fracción o un porcentaje.
Ecuaciones de la Máquina Asíncrona
- Las ecuaciones que describen el comportamiento de la máquina asíncrona con rotor cortocircuitado son:
- Ecuaciones de tensión: Vs - RsIs - jXsIs = Es y -RrIr - jXrIr = Er
- Fuerza electromotriz inducida: Es = Nseq/Nreq * Er
- Reactancia de fuga: Xs = wsLfs y Xr = wrLfr = swsLfr
Reducción del Rotor al Reposo
- Al reducir la velocidad del rotor al reposo, se produce un aumento significativo en la corriente del rotor (Ir).
- Este aumento puede ser de 6 a 9 veces la corriente nominal (In).
- También se produce un golpe de par (de 1,5 a 2,5 veces el par nominal (Tn).
- Se necesitan soluciones para controlar este efecto.
Soluciones para el Arranque
- Arrancadores estáticos: Son los más utilizados.
- Arrancadores transformadores: Son otra opción.
- Cambio del número de pares de polos: Permite un control más preciso de la velocidad.
- Control de Pitch: Se utiliza en sistemas eólicos para ajustar el ángulo de las palas.
- Generador auxiliar de baja potencia: Se utiliza para proporcionar energía al rotor durante el arranque.
Máquina de Jaula de Ardilla + Full Converter (Type F)
- El Type F es un esquema de conversión que utiliza una máquina de jaula de ardilla doblemente alimentada con un convertidor para controlar la velocidad.
- El convertidor puede operar en modo generador o motor.
- El circuito equivalente del sistema incluye una fuente de tensión en el rotor (Vcon/s) y una resistencia ficticia (Rr/s).
Balance de Potencias: Máquina Doblemente Alimentada
- En el convenio generador:
- La potencia eléctrica saliente del estátor (Ps) es igual a la potencia mecánica entrante por el eje (Pmec) menos la potencia eléctrica entrante al rotor a través del convertidor (Pr).
- Ps = Pmec - Pr.
Modelo de la Máquina Doblemente Alimentada
- La resistencia del rotor se puede descomponer en dos términos: Rr y Rr(1-s)/s.
- El primer término es la resistencia real del rotor.
- El segundo término es una resistencia variable que representa la potencia mecánica transformada.
- La fuente de tensión del rotor también se puede descomponer en dos términos: Vcon y Vcon(1-s)/s.
- El primer término representa la tensión real del rotor.
- El segundo término representa la otra parte de la potencia mecánica transformada.
Resumen
- La máquina asíncrona de rotor cortocircuitado es una máquina eléctrica fundamental.
- El deslizamiento, la velocidad y las ecuaciones de tensión son conceptos clave.
- Los esquemas de conversión como el Type F permiten un control más preciso de la velocidad.
- El balance de potencias es crucial para comprender el funcionamiento de la máquina.
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Description
Este cuestionario explora el funcionamiento y control de la Máquina Asíncrona Doblemente Alimentada (MADA), también conocida como Generador de Inducción Doblemente Alimentado (DFIG). Se profundiza en el flujo de potencia, el control mediante CPU y PLC, y el papel del convertidor en la operación eficiente de la MADA.
