¿Cómo fijo la velocidad de un generador?

Eléctricamente

Algunos sistemas hacen esto eléctricamente. El generador genera CC o la CA de frecuencia variable se rectifica para generar CC, y luego un inversor genera la frecuencia de CA deseada. Común en pequeños aerogeneradores más modernos.

Mecánicamente

Otros sistemas se controlan mecánicamente para obtener la frecuencia deseada. El mecanismo utilizado se llamaría gobernador . La mayoría de los gobernadores mecánicos simples no son muy precisos, por lo que esto no sería lo suficientemente bueno para un dispositivo conectado a la red. También es posible hacer gobernadores más precisos que funcionan mecánicamente de manera similar al párrafo a continuación, estos se utilizan comúnmente en los motores de combustión interna.

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Otro enfoque, y probablemente el más común es tener algún tipo de retroalimentación. Un microcontrolador controla la frecuencia que se genera y ajusta el sistema mecánico a través de algún tipo de servo para obtener la frecuencia correcta. Por ejemplo, podría abrir y cerrar una compuerta para ajustar el flujo de agua a través de una turbina. Un sistema más complicado podría ajustar tanto la compuerta de compuerta como las aspas de la turbina para mantener la frecuencia correcta y al mismo tiempo variar la potencia de salida.

Operación sincrónica de cuadrícula

En algunos casos, puede que no sea necesario en absoluto. Si tiene un pequeño aerogenerador, conectado a la red eléctrica cerca de una central eléctrica de carbón, podría simplemente conectarlo y olvidarse de él. Las enormes turbinas en la central eléctrica estabilizarán la frecuencia de la red y fijarán la velocidad de rotación de la turbina eólica. Si el viento sopla más fuerte, obtendrás más corriente y un ligero cambio en el factor de potencia. Tenga en cuenta que a medida que se agreguen más y más aerogeneradores, la gente que maneja la central eléctrica estará cada vez menos contenta con esto, por lo que el operador de la red finalmente lo prohibirá.

  

Si necesito generar energía a una frecuencia específica, entonces necesito   Asegúrese de que el rotor del generador gire a una velocidad especificada   (rpm).

No, eso no es necesariamente cierto. Muchos generadores eólicos utilizan un generador de inducción de doble alimentación (DFIG) y que pueden regular la frecuencia mediante el control del devanado del rotor: -

Puedenconvertirlapotenciadeunafrecuenciaaotra,esdecir,puedenproducir50/60Hzapesardequeelrotorestéfuncionandodemasiadolento.Estosehacemediantelainyeccióndeunacorrientealternaenlasbobinasdelrotor.Elsistemadecontrolquelograestotambiénpuedealterarelángulodeinclinacióndelaturbinacomootromedioparaaumentarodisminuirlavelocidadderotaciónmecánica.

Paramásinformación,porfavor leer esta respuesta EE .

  

Pero cuando lo estoy rotando con vapor o agua, ¿cómo controlo esto?   velocidad?

Puede haber situaciones en las que hay demasiada velocidad de rotación y, aunque el DFIG puede lidiar con esto, es mejor tener un enfoque combinado, como el control del ángulo de inclinación que se muestra en la imagen de arriba.

Sin embargo, la inevitable conclusión es que si tiene una fuente abundante de energía mecánica y muy poca demanda de carga en ese momento, debe desconectar el generador de la red. Si no "tiene" una red, entonces tiene que tener un suministro de reserva que pueda satisfacer la baja demanda de energía y esto generalmente significa un generador diesel o energía solar a través de un inversor.

Para eso es un gobernador .

La versión mecánica es un dispositivo que utilizará una fuerza centrífuga o un soplador para accionar el acelerador / admisión para reducir la velocidad del motor cuando la velocidad sube demasiado.

Puede hacerlo electrónico con un sensor de RPM y un acelerador / admisión controlado electrónicamente.

En mi (limitada) experiencia en el diseño de generadores, debe tener en cuenta múltiples factores:

• Velocidad de la entrada mecánica (turbina, rueda, etc.)

• Potencia de entrada mecánica

• Voltaje de salida

• Salida actual

• Potencia de salida (que depende del voltaje y la corriente, pero normalmente desea maximizar esto, en un punto de máxima potencia)

En muchos casos, lo que desea mantener es una salida de voltaje constante, que variará con la carga eléctrica; una mayor corriente haría que la salida cayera.

En su configuración, solo se preocupa por la velocidad del eje (por la razón que sea). Hay dos formas de hacer esto: controlar la potencia de entrada o controlar la potencia de salida.

Si sabe que su potencia mecánica siempre será mayor que la potencia de salida, podría usar un gobernador o similar, que limitará la potencia del eje para mantener la velocidad constante. Esto controlará la potencia de entrada de una manera sencilla.

Si no puede garantizar que su entrada mecánica sea más alta, deberá limitar su potencia de salida de alguna manera. Lo he hecho donde controlamos la corriente de salida a través de un controlador de realimentación PID para mantener la velocidad del eje en valores fijos. Pero eso fue en un sistema de CC, donde teníamos una batería grande para empujar la corriente durante los tiempos altos de suministro y extraer durante los tiempos más bajos de suministro.

Esta no es la forma en que se hace , pero es una forma en que se puede : variar la carga para modular la velocidad.

Puede imaginar un banco de carga auxiliar (potencialmente muy grande) además de la carga normal, con la fuente de alimentación de entrada dimensionada de modo que proporcione al menos la potencia suficiente para la carga normal en todas las condiciones. Esto no es completamente impensable para las configuraciones hidroeléctricas, ya que la cabeza es el determinante habitual. Luego, a medida que la carga y la entrada varían, el banco auxiliar se controla para que la demanda total en el generador genere una carga mecánica en la entrada que mantiene la frecuencia de salida en el punto deseado.

Y no, esto no es una sugerencia seria, pero podría hacerse.