He visto muchas preguntas que se preguntan qué sucede cuando se aplica un voltaje que supere la clasificación de RPM, pero qué sucede en el lado de la tensión / corriente cuando algo externo (las cuchillas que giran al viento conectadas al motor) gira el motor más rápido que su RPM nominal? ¿Se sobrecalienta? ¿El voltaje eventualmente se satura? Estoy planeando usar un motor de imán permanente, pero esta pregunta se aplica a cualquier motor.
Todos los motores PMDC generan V proporcional a RPM [kRPM / V]. La potencia máxima nominal estará en aproximadamente el 82% de su velocidad máxima, pero continuará aumentando con el sobrecalentamiento arriba si la carga continúa.
Mientras que las RPM máximas dependen de las pérdidas de corriente mecánica y de Foucault en los imanes a cierta frecuencia. Este powerpoint máximo (MPP), por supuesto, depende de la corriente de carga, I.
Todas las estructuras estáticas tienen una frecuencia de resonancia que incluye partes móviles como rodamientos y el riesgo de desequilibrio o el acercamiento a esas frecuencias de resonancia con un aumento de la energía inercial almacenada significa un alto riesgo de fatiga y falla catastrófica. Por lo tanto, todas las resonancias estructurales deben ser mucho mayores que la frecuencia de excitación que tienen sus armónicos.
De este modo, el generador debe actuar como un freno de velocidad en la energía desperdiciada y los frenos de velocidad de aleta inercial deben diseñarse en el sistema para manejar los vientos más desfavorables que se esperan en los próximos 100 años para evitar estas fallas.
Las cargas del motor aumentarán con las pérdidas de corriente de conducción I ^ 2 * DCR y las corrientes de Foucault aumentarán con f ^ 2 por encima del máximo y, por lo tanto, puede ser necesaria la refrigeración líquida o simplemente basarse en aumentar el arrastre de las cuchillas con flaps de velocidad y posiblemente Un freno de embrague inercial. Las soluciones mecánicas fueron cómo hicimos un generador de energía eólica del tipo de batidor de huevos de 20 m de altura en 1975.
Si los frenos mecánicos fallaron y la estructura se mantuvo unida de alguna manera con cables de seguridad Y el sistema eléctrico para frenar falló, entonces se necesita un tercer sistema de protección por seguridad. De lo contrario, la tensión podría aumentar lo suficiente como para una ruptura y un arco, si no hubiera al menos un margen de seguridad del 300% en el aislamiento.
Sin embargo, los grandes aerogeneradores síncronos utilizan una transmisión para acelerar las RPM y el generador PMAC requiere un variador diseñado específicamente para motores PM, similar a los variadores de vector de flujo para motores de inducción de CA, en el sentido de que el variador utiliza técnicas de conmutación de corriente para controlar par motor - y simultáneamente controla tanto el par como la corriente de flujo a través de transformaciones matemáticamente intensas entre un sistema de coordenadas y otro para mantenerse en fase con la frecuencia y la fase de la red, al tiempo que permite que el ángulo de apoyo aproveche más la potencia. Por lo tanto, solo están diseñados para funcionar a una velocidad constante a menos que se inicie, se detenga o se desplace lentamente con la cuadrícula. Estas son generalmente turbinas orientables de tipo Betz, por lo que pueden controlar la velocidad por error de dirección con el viento, pero aún así deben poder sobrevivir a una falla cercana de tornado.
Esta pregunta no puede responderse sin hacer suposiciones sobre el tipo de motor y el comportamiento de la fuente eléctrica que conduce.
Como regla general, la mayoría de los motores pueden actuar como generadores cuando están sobrecargados por una fuerza externa. Pero hay muchos detalles.
Supongamos que tiene un motor síncrono de imán permanente (PMSM) impulsado por una fuente de CA con frecuencia y voltaje fijos. Cuando una fuerza mecánica intenta hacer que el rotor gire más rápido que la frecuencia sincrónica, la corriente fluirá hacia atrás. En lugar de actuar como un motor, el motor actuará como un generador. Este modo se llama "regeneración". El par seguirá presente, pero actuará para reducir la velocidad del rotor. Si el par aumenta demasiado, la corriente puede llegar a ser muy grande y el rotor incluso puede girar más rápido que la velocidad síncrona (lo que probablemente sería catastrófico en un sistema grande).
Un motor de inducción de CA accionado por una fuente de CA con frecuencia y voltaje fijos se comportará de manera bastante similar al PMSM, excepto que el motor de inducción no funciona estrictamente a la velocidad síncrona. Cuando se sobreexcita mecánicamente, se acelera un poco, y cuando su velocidad supera la velocidad síncrona de la fuente de CA, también operará en modo regenerativo. Pero, nuevamente, hay límites en cuanto a la cantidad de par que puede ser aplicada por la fuerza externa. En algún momento, la corriente será muy alta y se producirá algún tipo de falla. El estator puede sobrecalentarse si nada más se rompe primero.
Los motores de CC cepillados también pueden sobrepasarse y también pueden regenerarse.
Un motor BLDC puede ser esencialmente idéntico en su construcción a un PMSM. Pero cuando se maneja como un BLDC, entonces la forma en que responde al exceso de conducción es realmente una cuestión de cómo se controla. Se puede controlar de tal manera que entra en la regeneración, pero no todos los controladores están diseñados para hacer esto.
Si desea obtener energía del viento, realmente necesita hacer coincidir muchas cosas. Para cosechar energía del viento, las cuchillas deben girar a la velocidad correcta. Si son demasiado rápidos, se agregarán al viento y desperdiciarán energía eléctrica. Si son demasiado lentos, se detendrán y no se convertirá de manera eficiente. Esta velocidad variable da lugar a la necesidad de una tensión variable también. La tensión aplicada al motor (sin importar de qué tipo) debe variarse efectivamente a medida que cambia la velocidad. Pero si desea que la energía cargue una batería o haga funcionar un dispositivo, es probable que deba convertirse a un voltaje fijo antes de usarlo. Así que tiene que haber alguna forma de conversión.
Otra opción sería usar un motor de inducción de CA con álabes de ventilador de paso variable. El paso de las palas se puede ajustar de modo que en un rango de velocidad del viento, el motor esté siempre en regeneración. Tendría que haber muchos otros controles y un engranaje de reducción para que las aspas del ventilador puedan girar lentamente, etc. Pero podría ser la forma más fácil si el objetivo es poner energía en la red eléctrica.