Un generatore a induzione doppiamente alimentato come suggerisce il nome è un generatore a induzione trifase in cui sia gli avvolgimenti del rotore che dello statore sono alimentati con un segnale CA trifase. È costituito da avvolgimenti multifase posti sia sul corpo rotore che su quello statore. Consiste inoltre in un gruppo collettore rotante multifase per trasferire potenza al rotore. Viene tipicamente utilizzato per generare elettricità nei generatori di turbine eoliche.
Prima di andare ad ulteriori dettagli su un generatore a induzione a doppia alimentazione utilizzato nei generatori di turbine eoliche, diamo una breve idea sulla generazione di energia utilizzando l'energia eolica.
Come già sappiamo, l'energia eolica è recentemente una delle fonti energetiche rinnovabili più utilizzate. Le turbine di grandi dimensioni vengono fatte ruotare in base al soffio del vento e di conseguenza viene generata elettricità. Generalmente i generatori di turbine eoliche lavorano in un intervallo di velocità del vento tra la velocità di taglio (velocità minima del vento richiesta per il generatore per connettersi alla rete elettrica) e la velocità di taglio (velocità massima del vento richiesta per scollegare il generatore dalla rete elettrica ).
4 tipi di generatori di turbine eoliche:
- Tipo 1: è costituito da un generatore a induzione a gabbia di scoiattolo collegato direttamente alla rete elettrica. Viene utilizzato per una piccola gamma di velocità del vento.
- Tipo 2: Consiste in un convertitore AC-DC-AC oltre al generatore a induzione prima di essere collegato alla rete elettrica.
- Tipo 3: Consiste in un generatore di induzione a rotore avvolto collegato direttamente alla rete, dove la velocità dei rotori viene regolata tramite un reostato.
- Tipo 4: consiste in un generatore di induzione a doppia alimentazione collegato direttamente alla rete, dove la velocità del rotore viene regolata utilizzando convertitori back to back.
Introduzione di base alla generazione di elettricità dall'energia eolica utilizzando il generatore a induzione a doppia alimentazione.
Il DFIG è costituito da un rotore avvolto a 3 fasi e da uno statore avvolto a 3 fasi. Il rotore è alimentato con un segnale CA trifase che induce una corrente CA negli avvolgimenti del rotore. Quando le turbine eoliche ruotano, esercitano una forza meccanica sul rotore, facendolo ruotare. Quando il rotore ruota, anche il campo magnetico prodotto dalla corrente alternata ruota ad una velocità proporzionale alla frequenza del segnale alternato applicato agli avvolgimenti del rotore. Di conseguenza un flusso magnetico costantemente rotante passa attraverso gli avvolgimenti dello statore che provocano l'induzione di corrente alternata nell'avvolgimento dello statore. Pertanto la velocità di rotazione del campo magnetico dello statore dipende dalla velocità del rotore nonché dalla frequenza della corrente alternata alimentata agli avvolgimenti del rotore.
Il requisito fondamentale per la generazione di elettricità utilizzando l'energia eolica è produrre un segnale CA di frequenza costante indipendentemente dalla velocità del vento. In altre parole, la frequenza del segnale CA generato attraverso lo statore dovrebbe essere costante indipendentemente dalle variazioni di velocità del rotore. Per ottenere ciò, è necessario regolare la frequenza del segnale CA applicato agli avvolgimenti del rotore.
Un sistema di generazione di energia eolica che utilizza un generatore a induzione a doppia alimentazione
La frequenza del segnale CA del rotore aumenta al diminuire della velocità del rotore ed è di polarità positiva e viceversa. Pertanto la frequenza del segnale del rotore dovrebbe essere regolata in modo tale che la frequenza del segnale dello statore sia uguale alla frequenza della linea di rete. Questo viene fatto regolando la sequenza di fase degli avvolgimenti del rotore in modo tale che il campo magnetico del rotore sia nella stessa direzione del rotore del generatore (in caso di velocità del rotore decrescente) o nella direzione opposta del rotore del generatore (in caso di velocità del rotore crescente ).
L'intero sistema è costituito da due convertitori back to back: un convertitore lato macchina e un convertitore lato rete, collegati nel circuito di feedback del sistema. Il convertitore lato macchina viene utilizzato per controllare le potenze attive e reattive controllando i componenti d-q del rotore e anche coppia e velocità della macchina. Il convertitore lato rete viene utilizzato per mantenere una tensione di collegamento cc costante e garantisce il funzionamento del fattore di potenza unitario portando a zero la potenza reattiva prelevata dalla rete pubblica. Un condensatore è collegato tra i due convertitori in modo tale da fungere da unità di accumulo di energia. Questa disposizione back to back fornisce un'uscita a frequenza fissa a tensione fissa indipendentemente dalla frequenza variabile, uscita a tensione variabile del generatore. Altre applicazioni dei generatori a induzione sono sistemi di accumulo di energia a volano, centrali di accumulo con pompaggio, convertitori di potenza che alimentano una rete elettrica ferroviaria dalla rete pubblica in cui la frequenza è fissata.
Un po 'di conoscenza dell'intero sistema di generazione di energia eolica
L'intero sistema è costituito dai seguenti componenti:
Il principio di funzionamento di un generatore a induzione a doppia alimentazione
- Una turbina eolica: La turbina eolica è tipicamente una ventola composta da 3 pale che ruotano quando il vento la colpisce. L'asse di rotazione dovrebbe essere allineato con la direzione del vento.
- Riduttore: È un sistema meccanico di alta precisione che utilizza un metodo meccanico per convertire l'energia da un dispositivo all'altro.
- Generatore a induzione a doppia alimentazione: È un generatore elettrico utilizzato per convertire l'energia meccanica in energia elettrica che è in forma di frequenza variabile.
- Convertitore laterale della griglia: È un circuito convertitore CA-CC utilizzato per fornire una tensione CC regolata all'inverter. Viene utilizzato per mantenere una tensione del collegamento CC costante.
- Convertitore lato rotore: È un inverter CC-CA che viene utilizzato per fornire una tensione CA controllata al rotore.
5 motivi per cui è preferibile la generazione di energia eolica utilizzando motori a induzione a doppia alimentazione
- Segnale di uscita a frequenza costante alla rete indipendentemente dalla velocità variabile del rotore.
- Bassa potenza nominale richiesta per i dispositivi elettronici di potenza e quindi basso costo del sistema di controllo.
- Il fattore di potenza è controllato, cioè mantenuto all'unità.
- Produzione di energia elettrica a bassa velocità del vento.
- Il convertitore elettronico di potenza deve gestire la frazione del carico totale, cioè il 20-30% e anche il costo di questo convertitore è basso rispetto agli altri tipi di generatori.
Qualcosa a cui pensare!
Tutto quello che ho dato è un'introduzione di base sulla generazione di energia eolica utilizzando un generatore a induzione a doppia alimentazione. Quindi, dai le tue opinioni sulle varie tecniche di controllo per controllare il segnale CA fornito al rotore.
Crediti immagine: un sistema di generazione di energia eolica che utilizza un generatore a induzione a doppia alimentazione di Labvolt
