Generatore asincrono a doppia alimentazione

Configurazione non salvata
  • Spegnimento
    In senso orario · Vista lato guida
  • Fase U
  • Fase V
  • Fase W
  • Trascina per ruotare

Parametri

Spento

0,0 / 15 S

Dati di macchina, turbina e convertitore. Il rotore della turbina è dimensionato in modo che il vento nominale dia la potenza nominale; la potenza del convertitore fissa l’intervallo di scorrimento che la tensione rotorica può coprire.

Modificabile

Raggio del rotore 41,5 m · corrente nominale dello statore 1673 A · tensione rotorica a vuoto da fermo 1794 V · convertitore di circa 759 kVA, sufficiente per ±35 % di scorrimento.

Un rapporto di circa 88 porta il generatore al 120 % della velocità sincrona (scorrimento −20 %) con vento nominale.

Modello didattico · Non per dimensionamento industriale

Valori motori in tempo reale

Velocità del rotore0rpm
Velocità del vento0m/s
Regione di funzionamento—
Scorrimento—
Rapporto di velocità periferica λ—
Coefficiente di potenza Cp—
Passo delle pale—
Potenza della turbina—
Potenza dello statore (alla rete)—
Potenza reattiva dello statore—
Fattore di potenza dello statore—
Potenza del rotore (tramite convertitore)—
Potenza totale alla rete—
Fattore di potenza in rete—
Corrente dello statore—
Corrente del rotore—
Tensione del rotore (concatenata)—
Frequenza della corrente rotorica—
Carico del convertitore—
Perdite totali—
Rendimento—

Grafici

Flusso di potenza in funzione della velocità del rotore (luogo MPPT)

Potenza della turbina in funzione della velocità del rotore

Un generatore eolico: lo statore è collegato alla rete mentre un convertitore back-to-back alimenta gli anelli con solo un terzo della potenza. Osservi la velocità seguire il vento, la potenza rotorica invertirsi alla velocità sincrona e la potenza reattiva dello statore seguire il suo setpoint.

Che cos’è un generatore asincrono a doppia alimentazione (DFIG)?

Principio di funzionamento

Un generatore asincrono a doppia alimentazione è una macchina asincrona a rotore avvolto il cui statore è collegato direttamente alla rete, mentre il rotore è alimentato attraverso anelli da un convertitore back-to-back. Il convertitore inietta una tensione alla frequenza di scorrimento, così lo statore vede sempre la frequenza di rete, qualunque sia la velocità. Per fase, V_r/s = (R_r/s + jX_r)·I_r − E: la tensione rotorica è proporzionale allo scorrimento s, per questo il convertitore può essere piccolo.

Funzionamento subsincrono e soprasincrono

Con lo scorrimento s = (n_s − n)/n_s, la potenza rotorica è P_r ≈ −s·P_s e la potenza totale verso la rete è P ≈ (1 − s)·P_s. Sotto la velocità sincrona (s > 0) il rotore assorbe potenza dalla rete tramite il convertitore; sopra (s < 0) anche il rotore eroga potenza, quindi la macchina può dare più della potenza nominale dello statore. Alla velocità sincrona la corrente rotorica è continua e la potenza rotorica è nulla. Un convertitore del 25–30 % della potenza della macchina copre circa ±30 % di velocità.

Controllo della turbina eolica

La potenza della turbina è P = ½·ρ·A·v³·Cp(λ, β), con il rapporto di velocità periferica λ = ω·R/v. Sotto il vento nominale le pale sono piatte (β = 0) e il tracker del punto di massima potenza imposta la velocità che mantiene λ al valore ottimo, circa 8, quindi la velocità sale con il vento. Raggiunti il limite di velocità e la potenza nominale, le pale variano il passo per limitare la potenza. Tra le velocità di inserimento e disinserimento la turbina funziona; fuori da questo intervallo è ferma.

Potenza reattiva e supporto alla rete

La corrente rotorica deve fornire la corrente di magnetizzazione che lo statore non dà, perciò il convertitore controlla la potenza reattiva (e attiva) dello statore tramite le correnti d e q del rotore. La macchina può erogare o assorbire potenza reattiva per sostenere la tensione di rete, entro i limiti di tensione e corrente del convertitore. Se il setpoint chiede più di quanto consente, si limita prima la potenza reattiva e poi si segnala il sovraccarico. Il convertitore lato rete di solito funziona con fattore di potenza unitario.

Domande frequenti

Perché il convertitore può essere solo circa il 30 % della potenza della macchina?
Perché porta solo la potenza di scorrimento. La tensione rotorica è proporzionale allo scorrimento e la potenza attiva del rotore è circa s volte quella dello statore; in un intervallo di ±30 % di velocità il convertitore gestisce al massimo circa il 30 % della potenza nominale. Un convertitore a piena potenza, come nelle turbine con generatore sincrono, deve gestirla tutta: è più grande, più costoso e con più perdite.
Che cosa succede alla velocità sincrona?
Lo scorrimento è zero, quindi la tensione rotorica è quasi nulla e la corrente rotorica è continua, come l’eccitazione di una macchina sincrona. La potenza rotorica è zero e cambia segno: sotto il rotore assorbe, sopra eroga. Restare a lungo in questo punto scalda il convertitore in modo non uniforme, perché una fase porta la maggior parte della corrente continua; le turbine lo attraversano di solito rapidamente.
Perché la turbina varia il passo delle pale oltre il vento nominale?
La potenza del vento cresce con il cubo della velocità, ma generatore e convertitore hanno una potenza fissa. Variare il passo riduce il coefficiente di potenza Cp, così la turbina cattura solo la potenza nominale mentre la velocità resta al limite. Sotto il vento nominale le pale restano piatte e il tracker massimizza Cp.