Çift beslemeli asenkron jeneratör (DFIG) nedir?
Çalışma prensibi
Çift beslemeli asenkron jeneratör, statoru doğrudan şebekeye bağlı, rotoru ise bilezikler üzerinden sırt sırta bir konvertörle beslenen sargılı rotorlu asenkron makinedir. Konvertör kayma frekansında bir gerilim uygular; böylece stator, hız ne olursa olsun şebeke frekansını görür. Faz başına V_r/s = (R_r/s + jX_r)·I_r − E: rotor gerilimi kaymayla (s) orantılıdır, konvertörün küçük olabilmesinin nedeni budur.
Alt ve üst senkron çalışma
Kayma s = (n_s − n)/n_s olduğunda rotor gücü P_r ≈ −s·P_s, şebekeye giden toplam güç P ≈ (1 − s)·P_s olur. Senkron hızın altında (s > 0) rotor konvertör üzerinden şebekeden güç çeker; üstünde (s < 0) rotor da güç verir, bu yüzden makine stator anma gücünden fazlasını üretebilir. Senkron hızda rotor akımı DC’dir ve rotor gücü sıfırdır. Makine gücünün %25–30’u kadar bir konvertör yaklaşık ±%30 hız aralığını kapsar.
Rüzgâr türbini kontrolü
Türbin gücü P = ½·ρ·A·v³·Cp(λ, β), uç hız oranı ise λ = ω·R/v’dir. Anma rüzgârının altında kanatlar düzdür (β = 0) ve maksimum güç noktası izleyicisi λ’yı en uygun değerde (yaklaşık 8) tutan hızı ayarlar; hız rüzgârla birlikte artar. Hız sınırına ve anma güce ulaşılınca kanatlar rüzgârdan açı alarak gücü sınırlar. Devreye girme ile devreden çıkma hızları arasında türbin çalışır, bu aralığın dışında durdurulur.
Reaktif güç ve şebeke desteği
Rotor akımı, statorun sağlamadığı mıknatıslama akımını karşılamak zorundadır; bu yüzden konvertör stator reaktif (ve etkin) gücünü rotorun d ve q akımlarıyla kontrol eder. Makine, konvertörün gerilim ve akım sınırları içinde şebeke gerilimini tutmak için reaktif güç verebilir veya çekebilir. Ayar değeri konvertörün izin verdiğinden fazlaysa önce reaktif güç sınırlanır, sonra aşırı yük bildirilir. Şebeke tarafı konvertör genellikle birim güç faktöründe çalışır.
Sık sorulan sorular
- Konvertör neden makinenin yalnızca yaklaşık %30’u kadar olabilir?
- Çünkü yalnızca kayma gücünü taşır. Rotor gerilimi kaymayla orantılıdır ve rotor etkin gücü yaklaşık s kat stator gücüdür; ±%30 hız aralığında konvertör anma gücün en fazla yaklaşık %30’unu işler. Senkron jeneratörlü türbinlerdeki tam güçlü konvertör ise tüm gücü işlemek zorundadır; daha büyük, daha pahalı ve daha kayıplıdır.
- Senkron hızda ne olur?
- Kayma sıfırdır; rotor gerilimi neredeyse sıfır, rotor akımı ise senkron makinenin uyartımı gibi DC’dir. Rotor gücü sıfırdır ve burada işaret değiştirir: altında rotor güç çeker, üstünde verir. Bu noktada uzun süre kalmak konvertörü dengesiz ısıtır, çünkü DC akımın çoğunu tek faz taşır; bu yüzden türbinler bu noktadan genellikle hızla geçer.
- Türbin anma rüzgârının üstünde neden kanat açısını değiştirir?
- Rüzgâr gücü rüzgâr hızının küpüyle artar ama jeneratör ve konvertörün gücü sabittir. Kanatları yatırmak Cp’yi düşürür; böylece hız sınırında tutulurken türbin yalnızca anma gücü kadar alır. Anma rüzgârının altında kanatlar düz kalır ve izleyici Cp’yi en yükseğe çıkarır.