Si necesito generar energía a una frecuencia específica, entonces debo asegurarme de que el rotor del generador gire a una velocidad específica (rpm). Pero cuando lo estoy girando con vapor o agua, ¿cómo controlo esta velocidad? Me parece que las fuerzas mecánicas que rotan el generador de alguna manera tienen que equilibrarse para lograr esto. ¿Cómo se hace esto exactamente?
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praveen kr
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Respuestas:
Eléctricamente
Algunos sistemas hacen esto eléctricamente. El generador genera CC o la CA de frecuencia variable se rectifica para formar CC, y luego un inversor genera la frecuencia de CA deseada. Común en turbinas eólicas pequeñas más modernas.
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 funcionen mecánicamente de manera similar al párrafo a continuación, estos se usan comúnmente en motores de combustión interna.
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Otro enfoque, y probablemente el más común, es tener algún tipo de retroalimentación. Un microcontrolador monitorea 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 una compuerta como las palas de la turbina para mantener la frecuencia correcta y al mismo tiempo variar la potencia de salida.
Operación Sincrónica de Red
En algunos casos, puede que no sea necesario en absoluto. Si tiene una pequeña turbina eólica, conectada a la red eléctrica cerca de una central eléctrica de carbón, puede conectarla y olvidarse de ella. 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, solo obtendrá más corriente y un ligero cambio en el factor de potencia. Tenga en cuenta que a medida que se agreguen más y más turbinas eólicas, las personas que manejan la estación de energía se sentirán cada vez menos felices con esto, por lo que el operador de la red eventualmente lo prohibirá.
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No, eso no es necesariamente cierto. Muchos generadores eólicos utilizan un generador de inducción doblemente alimentado (DFIG) y que puede regular la frecuencia controlando el devanado del rotor:
Pueden convertir la potencia de una frecuencia a otra frecuencia, es decir, pueden producir 50/60 Hz aunque el rotor funcione demasiado lento. Esto se realiza mediante la inyección de una corriente alterna en las bobinas del rotor. El sistema de control que logra esto también puede ser capaz de alterar el ángulo de inclinación de la turbina como otro medio de aumentar o disminuir la velocidad de rotación mecánica.
Para obtener más información, lea esta respuesta de EE .
Puede haber situaciones en las que haya demasiada velocidad de rotación y, aunque la DFIG puede manejar esto, es mejor tener un enfoque combinado, como el control del ángulo de inclinación que se muestra en la imagen de arriba.
Sin embargo, el resultado final inevitable es que si tiene una fuente abundante de energía mecánica y muy poca demanda de carga en ese momento, entonces debe desenganchar el generador de la red. Si no "tiene" una red, entonces debe tener un suministro de respaldo que pueda satisfacer la baja demanda de energía y esto generalmente significa un generador diesel o energía solar a través de un inversor.
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Para eso está el gobernador .
La versión mecánica es un dispositivo que utilizará fuerza centrífuga o un soplador para accionar el acelerador / admisión para desacelerar el motor cuando la velocidad sube demasiado.
Puede hacerlo electrónico con un sensor de RPM y un acelerador / admisión controlado electrónicamente.
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En mi (limitada) experiencia en diseño de generadores, debe considerar múltiples factores:
Velocidad de entrada mecánica (turbina, rueda, etc.)
Poder de entrada mecánica
Tensión de salida
Corriente de salida
Potencia de salida (que depende del voltaje y la corriente, pero generalmente 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 corriente más alta haría caer la salida.
En su configuración, solo le importa la velocidad del eje (por el motivo 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, puede utilizar un regulador o similar, lo que limitará la potencia del eje para mantener constante la velocidad. Esto controlará la potencia de entrada de una manera simple.
Si no puede garantizar que su entrada mecánica sea mayor, deberá limitar su potencia de salida de alguna manera. Lo hice donde controlamos la corriente de salida a través de un controlador de retroalimentación PID para mantener la velocidad del eje a valores fijos. Pero eso fue en un sistema de CC, donde teníamos una batería grande para empujar la corriente hacia dentro durante los tiempos de suministro altos y extraer durante los tiempos de suministro más bajos.
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Esta no es la forma en que se hace, pero es una forma en que se podría hacer: 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 para que proporcione al menos suficiente energía para la carga normal en todas las condiciones. Esto no es completamente impensable para configuraciones hidráulicas, 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 del generador produzca una carga mecánica en la entrada que mantiene la frecuencia de salida en el punto deseado.
Y no, esta no es una sugerencia seria, pero podría hacerse.
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