Acoplamiento de generador sincrono trifásico con red de suministro

Generador asíncrono de jaula de ardilla con full converter

En este caso nos podemos encontrar configuraciones muy variadas, con o sin multiplicadora, con generador síncrono de imanes permanetes o con excitación, con generador asíncrono con rotor de jaula de ardilla. En cualquier caso entre la red y el generador nos encontramos un convertidor en configuración back to back habitualmente, dimensionado para manejar la potencia total que fluye entre el generador y la red. 

Tanto el nivel de tensión como la potencia reactiva y activa se controla a través de los convertidores electrónicos. Se puede encontrar o no multiplicadora en esta versión, ya que si el generador empleado es un síncrono mulltipolo, podemos llegar relaciones de multiplicación mucho más bajas y simplifica considerablemente la multiplicadora, llegando a eliminarla en muchos casos. La satisfacción de los códigos de red no suele presentar problemas en este tipo de configuraciones.

Aerogeneradores doblemente alimentados

 Se trata de un generador asíncrono, con rotor bobinado al que se le conecta un convertidor, mientras que el estátor se conecta directamente a la red. El dimensionamiento del convertidor del rotor suele ser de alrededor a un 30% de la potencia total de la turbina, por lo que se trata de un diseño más compacto, económico y que presenta menos pérdidas en la electrónica de potencia (comparando con la topología Full Converter)

El control de las tensiones y corrientes en el rotor hace que se pueda controlar la generación tanto de energía reactiva como activa de una manera dinámica. La capacidad de estas turbinas para generar reactiva varía en función de los elementos que configuran la turbina, así como la capacidad para soportar huecos de tensión. En las más modernas el crowbar activo permite soportar huecos de tensión, y además la capacidad de generación de reactiva es suficiente como para pretender implementar un control de tensión en bornas del aerogenerador.

Curva de potencia en rotor y estátor

La línea roja es la potencia del rotor,la línea verde es la Potencia del estátor  ,la línea azul es La potencia de las dos ,y la línea negra son las revoluciones ,al principio Hasta los 9m/s el rotor consume energía , por eso la potencia del estátor es Mas grande que la potencia general porque es la suma ,la del rotor suma y la Del estátor resta,cuando llega la potencia del rotor a 0 que es cuando va a Empezar a consumir las otras dos se cruzan y luego la potencia del estátor Siempre ira por abajo porque ahora están en positivo y la línea azul es mas Grande y cuando llegan a unos 15 m/s y ya se estabiliza

GENERADOR SÍNCRONO DE IMANES PERMANENTES

 En los Aerogeneradores suelen utilizarse alternadores de imanes permanentes en los que El rotor carece de bobinados de excitación y cuyo campo magnético es Directamente inducido por los imanes permanentes integrados en el rotor. Para La alimentación del circuito de excitación no son necesarios ni los anillos Giratorios ni las correspondientes escobillas. El principio de funcionamiento La tensión inducida en el estátor evidentemente no puede regularse actuando Sobre la corriente de excitación; 

por lo tanto, la tensión en los terminales Del generador es función exclusiva de la velocidad de rotación del rotor. Dado Que la frecuencia a la salida del alternador depende de la velocidad de Rotación del rotor y del número de pares de polos, para poder usar un generador Síncrono en un aerogenerador de velocidad variable manteniendo siempre Constante la frecuencia en el lado de red hay que interponer un convertidor de Potencia de dos etapas que pueda gestionar toda la potencia eléctrica generada.

ESQUEMA AEROGENERADOR CON GENERADOR SÍNCRONO

El generador síncrono suministra una corriente con una Frecuencia que depende de la velocidad de rotación de la maquina por lo que si Se desean frecuencias estabilizadas hay que disponer de un sistema de Regulación muy preciso a la frecuencia de la red el convertidor Una vez Conectado el aerogenerador a la red, la velocidad de rotación de la máquina Puede ser constante o variable si la conexión a red se realiza mediante un Convertidor variando las frecuencias de las corrientes sobre el inducido. Para Aerogeneradores a velocidad constante, sólo existirá un punto de funcionamiento Para el cual la máquina está operando con el máximo rendimiento

Comportamiento del DFIG ante huecos de tensión

Las turbinas de vientos basadas en DFIG son muy sensibles a los Disturbios de red, fundamentalmente a los huecos de tensión. Una caída abrupta En la tensión de la red causa una componente dc en el flujo del estátor Resultando en altas tensiones inducidos en el rotor . Para no perder el control De las corrientes del rotor el convertidor debe diseñarse para ser capaz de Generar una tensión igual o mayor que el máximo valor de tensión inducido en el Rotor 

Por otro lado en el DFIG, la tensión nominal del convertidor es solo una Fracción de la tensión nominal de la máquina, esto hace que se eleve la Corriente por el rotor y puede llegar a dañarse el convertidor por lo que para Protegerlo los fabricantes han desarrollado el denominado crowbar, que Cortocircuita los devanadores del rotor e imposibilita el control.

Los más recientes códigos de red imponen que la turbina debe Mantenerse conectada durante un hueco de tensión y en adición, deben ser capaz De contribuir a la restauración de la tensión inyectando reactivo durante este Disturbio.