Gerador de indução duplamente alimentado

Configuração não salva
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    Sentido horário · Visualização do final da unidade
  • Fase U
  • Fase V
  • Fase W
  • Arraste para girar

Parâmetros

Desligado

0,0 / 15 é

Dados da máquina, da turbina e do conversor. O rotor da turbina é dimensionado para que o vento nominal dê a potência nominal; a potência do conversor define a faixa de escorregamento que a tensão do rotor pode cobrir.

Editável

Raio do rotor 41,5 m · corrente nominal do estator 1.673 A · tensão do rotor em vazio e parado 1.794 V · conversor de cerca de 759 kVA, suficiente para ±35 % de escorregamento.

Uma relação de cerca de 88 leva o gerador a 120 % da velocidade síncrona (escorregamento −20 %) com vento nominal.

Modelo educacional · Não é para dimensionamento industrial

Valores do motor ativo

Velocidade do rotor0rpm
Velocidade do vento0m/s
Região de operação—
Escorregamento—
Razão de velocidade de ponta λ—
Coeficiente de potência Cp—
Passo da pá—
Potência da turbina—
Potência do estator (para a rede)—
Potência reativa do estator—
Fator de potência do estator—
Potência do rotor (pelo conversor)—
Potência total para a rede—
Fator de potência na rede—
Corrente do estator—
Corrente do rotor—
Tensão do rotor (de linha)—
Frequência da corrente do rotor—
Carga do conversor—
Perdas totais—
Rendimento—

Gráficos

Fluxo de potência conforme a velocidade do rotor (lugar MPPT)

Potência da turbina conforme a velocidade do rotor

Um gerador eólico: o estator está ligado à rede enquanto um conversor back-to-back alimenta os anéis com apenas um terço da potência. Veja a velocidade seguir o vento, a potência do rotor inverter na velocidade síncrona e a potência reativa do estator seguir o seu setpoint.

O que é um gerador de indução duplamente alimentado (DFIG)?

Princípio de funcionamento

Um gerador de indução duplamente alimentado é uma máquina de indução de rotor bobinado cujo estator é ligado diretamente à rede, enquanto o rotor é alimentado por anéis coletores a partir de um conversor back-to-back. O conversor injeta uma tensão na frequência de escorregamento, de modo que o estator vê sempre a frequência da rede, qualquer que seja a velocidade. Por fase, V_r/s = (R_r/s + jX_r)·I_r − E: a tensão do rotor é proporcional ao escorregamento s, e por isso o conversor pode ser pequeno.

Operação subsíncrona e supersíncrona

Com o escorregamento s = (n_s − n)/n_s, a potência do rotor é P_r ≈ −s·P_s e a potência total para a rede é P ≈ (1 − s)·P_s. Abaixo da velocidade síncrona (s > 0) o rotor absorve potência da rede pelo conversor; acima (s < 0) o rotor também entrega potência, e a máquina pode fornecer mais que a potência nominal do estator. Na velocidade síncrona a corrente do rotor é contínua e a potência do rotor é nula. Um conversor de 25–30 % da potência da máquina cobre cerca de ±30 % de velocidade.

Controle da turbina eólica

A potência da turbina é P = ½·ρ·A·v³·Cp(λ, β), com a razão de velocidade de ponta λ = ω·R/v. Abaixo do vento nominal as pás ficam planas (β = 0) e o rastreador do ponto de máxima potência define a velocidade que mantém λ no ótimo, perto de 8, então a velocidade sobe com o vento. Ao atingir o limite de velocidade e a potência nominal, as pás variam o passo para limitar a potência. Entre as velocidades de corte inferior e superior a turbina funciona; fora dessa janela ela é parada.

Potência reativa e suporte à rede

A corrente do rotor precisa fornecer a corrente de magnetização que o estator não fornece, por isso o conversor controla a potência reativa (e a ativa) do estator pelas correntes d e q do rotor. A máquina pode entregar ou absorver potência reativa para sustentar a tensão da rede, dentro dos limites de tensão e corrente do conversor. Se o setpoint pede mais do que ele permite, a potência reativa é limitada primeiro e depois uma sobrecarga é sinalizada. O conversor do lado da rede costuma operar com fator de potência unitário.

Perguntas frequentes

Por que o conversor pode ter só cerca de 30 % da potência da máquina?
Porque ele só transporta a potência de escorregamento. A tensão do rotor é proporcional ao escorregamento e a potência ativa do rotor é aproximadamente s vezes a do estator; numa faixa de ±30 % de velocidade o conversor trata no máximo cerca de 30 % da potência nominal. Um conversor de potência plena, como em um aerogerador síncrono, precisa tratar tudo: é maior, mais caro e tem mais perdas.
O que acontece na velocidade síncrona?
O escorregamento é zero, então a tensão do rotor é quase nula e sua corrente é contínua, como a excitação de uma máquina síncrona. A potência do rotor é zero e muda de sinal: abaixo, o rotor absorve; acima, entrega. Ficar muito tempo nesse ponto aquece o conversor de forma desigual, porque uma fase leva a maior parte da corrente contínua; por isso as turbinas costumam atravessá-lo rapidamente.
Por que a turbina varia o passo das pás acima do vento nominal?
A potência do vento cresce com o cubo da velocidade, mas o gerador e o conversor têm potência fixa. Variar o passo reduz o coeficiente de potência Cp, e a turbina capta só a potência nominal enquanto a velocidade fica no limite. Abaixo do vento nominal as pás ficam planas e o rastreador maximiza Cp.