Tengo una turbina eólica de eje vertical de 100 W que está montada en PMSG. Y su voltaje trifásico generado se convierte a dc usando el rectificador H bridg. Cuando conecto la carga, la velocidad de la turbina se reducirá. Por que sucede entonces?
Tengo una turbina eólica de eje vertical de 100 W que está montada en PMSG. Y su voltaje trifásico generado se convierte a dc usando el rectificador H bridg. Cuando conecto la carga, la velocidad de la turbina se reducirá. Por que sucede entonces?
Es un comportamiento muy básico de cualquier generador. La carga crea un par inverso a uno que es impulsado por la fuente de energía. Imagina un pequeño generador, como el tuyo, conectado a una locomotora eléctrica. ¡No hay posibilidad de que se mueva!
Otra forma de mirar es por poder. Poderlo limitado en algún momento. Mecánicamente, es la velocidad de rotación multiplicada por el par, eléctricamente su voltaje (velocidad multiplicada por un factor) multiplicado por la corriente. Cuando no se aplica carga, la potencia mecánica se desperdicia completamente en pérdidas mecánicas. Si se aplica carga, la potencia eléctrica ya no es cero, por lo que deben reducirse las capas mecánicas, lo que significa menos velocidad.
Esto es más una cuestión aerodinámica que electrónica.
Cuando un perfil aerodinámico de una turbina se desliza por el aire, se asienta en una velocidad en la que la fuerza 'propulsora', el ángulo de perfil de aerolínea de elevación *, es igual a la carga total, que comprende la resistencia aerodinámica y la resistencia de fricción y carga de la eje de salida.
Si la carga aumenta, entonces el exceso de carga sobre la fuerza propulsora hará que la turbina disminuya la velocidad inicialmente. Lo que esto hace es que, para una velocidad constante del viento y un ángulo mecánico constante de la pala, aumenta el ángulo de ataque, aumenta el ángulo aerodinámico de la pala, lo que aumenta la fuerza de propulsión para adaptarse a la nueva carga. Esta es la región de operación estable de la turbina, donde la entrada de energía eólica puede hacer frente a la carga, y los pequeños aumentos de carga provocan pequeñas disminuciones de velocidad.
Si aumentas demasiado la carga, entonces las palas se reducirán tanto que el ángulo de ataque aumenta demasiado y las palas entran en una parada aerodinámica. Esta es una región operativa inestable. El levantamiento ahora disminuye con el ángulo de ataque. Un pequeño aumento en la carga da como resultado una disminución en la velocidad y una disminución en la elevación, lo que hace que la turbina se detenga.
La turbina se ralentiza porque la carga eléctrica en el generador da como resultado un par que resiste la rotación de la turbina eólica.
Dado que su generador de CA de imán permanente impulsa un puente rectificador, el comportamiento complejo de un generador que interactúa con una línea de CA no se aplica aquí: esta reducción de velocidad es simplemente una cuestión de la carga incrementada en el generador. La conservación de energía requiere que si la salida de potencia eléctrica del generador aumenta (amperios veces voltios), entonces la entrada de potencia mecánica al generador (par de velocidad angular) también debe aumentar. Esta es la razón por la cual el par en el eje de entrada del generador aumenta cuando se conecta la carga.
La turbina se ralentiza porque aumentas la carga en ella. Este es el mismo efecto básico que cuando una hoja de sierra de mesa pica la madera y se ralentiza un poco (puedes escucharla) ... o cuando estás montando en bicicleta y pisando una colina, tú disminuir la velocidad.
Parte de un buen diseño del generador es asegurar que el generador no ponga tanta carga en la turbina como para hacerla "embobinar". Desea que disminuya la velocidad lo suficiente como para obtener la máxima potencia útil (par de torsión x revoluciones o voltios x amperios), pero no demasiado que se atasque.
Este problema no es diferente del problema MPPT para paneles solares.
Para un motor o generador, la regla general es: velocidad \ $ \ propto \ $ voltaje y par \ $ \ propto \ $ actual. Cuando la corriente comience a fluir, el par aumentará y la velocidad disminuirá.
Para una velocidad de viento específica, hay una línea de par de velocidad para la turbina. Esto se convierte en una línea de corriente de voltaje en el lado eléctrico.
Consulte la Figura 120 en esta referencia para ver un diagrama de muestra de par de velocidad. Un buen diseño del inversor puede garantizar que el generador ejecute una potencia máxima.
Otras respuestas han respondido a la pregunta inmediata: ¿por qué disminuye la velocidad? Pero estoy sintiendo una pregunta subyacente: ¿qué puedo hacer al respecto?
La respuesta a eso es, afinar la carga para obtener el mejor rendimiento del generador a todas las velocidades del viento.
Sin carga, el generador gira felizmente pero no entrega energía. A medida que agrega carga, extrae energía, reduciendo la velocidad del generador hasta que las palas de la turbina se detienen y producen muy poca energía.
En algún punto intermedio, extraerá la máxima potencia de la turbina; la carga ideal variará según la velocidad del viento. Hice algunos ejercicios para un generador específico en esta respuesta que puede ayudar.
Para los experimentos iniciales, simplemente puede conectar diferentes resistencias de carga y medir el voltaje a través de ellos, para evaluar el rendimiento. Pero una forma práctica de ajustar automáticamente la carga puede ser similar a los sistemas de seguimiento "MPPT" utilizados en la energía solar.
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