¿Cuál es el factor de deslizamiento para un generador de inducción en una red de islas?

La mayoría de los libros de texto que cubren las máquinas de inducción cubren solo el escenario del caso de uso del motor. Cuando la máquina se utiliza como motor, el factor de deslizamiento está determinado por la frecuencia de la corriente del estator mediante la ecuación

s = F s − pag 2 ⋅ norte r 60 F s = norte s − norte r norte s

dónde

s es el factor de deslizamiento,

F s es la frecuencia del estator

pag es el numero de polos

norte s es la velocidad síncrona del motor en rpm

norte r es la velocidad real del rotor en rpm

Todo esto tiene mucho sentido cuando la máquina funciona como motor y/o está conectada directamente a la red de transmisión que proporciona corriente magnetizante y una frecuencia estable a los devanados del estator.

Mi pregunta: ¿Qué sucede si la máquina funciona como generador y está en una red de islas? Entiendo que necesitamos una fuente de potencia reactiva, proporcionada por un banco de condensadores de arranque suave, por ejemplo, pero si la velocidad de la máquina es variable, ¿cómo se determina el factor de deslizamiento? No hay magnetización de corriente alterna y, por lo tanto, no hay frecuencia en el devanado del estator. ¿Cómo se establece la frecuencia?

¿Y cómo puedo crear un modelo simple de esto que pueda usar en Simulink o en Scilab xcos?

Quiero modelar un sistema de generación eólica en una red isla, o un sistema de velocidad variable acoplado a la red de transmisión a través de un rectificador y luego un convertidor DC-DC. Como de costumbre, mordí más de lo que podía masticar y ahora entiendo por qué todos los demás hacen estos modelos con máquinas síncronas de imanes permanentes: es mucho más fácil.

¿Quizás puedas probar que estoy equivocado?

¿Quiere decir "alternador en una red de islas"? Si es así, cuando dice "red de la isla", ¿quiere decir que el alternador es el único miembro de la red? Si es así (y esta NO es un área de especialización mía), creo que puede tener un "caso especial" y debe proporcionar una 'señal' / excitación para adaptarse. Es posible que deba suponer que hay un remanente de magnetización permanente presente para iniciar el sistema, o proporcionar algún tipo de excitación. He visto a personas usar motores trifásicos con arreglos de condensadores para permitir la autoexcitación y el uso como alternador.
@RussellMcMahon: sí, eso es básicamente lo que quiero decir. Entiendo la parte sobre una fuente de energía reactiva para la excitación, pero eso normalmente se hace con un banco de capacitores. A medida que el banco se descarga, los devanados del estator se magnetizan, pero esta corriente del estator no alterna inicialmente. El rotor gira a través del campo del estator y fluye una corriente que crea un campo magnético. Eventualmente, el campo inducido en el rotor impulsará una corriente alterna en el estator... al menos, eso es lo que yo entiendo.
@RussellMcMahon: mi desafío es este: la frecuencia de la corriente del estator es lo que determina la velocidad sincrónica de la máquina. El factor de deslizamiento (ver arriba) es una función de la velocidad síncrona y la velocidad real del rotor, excepto que, sin una fuente de CA externa, no hay una frecuencia fija; tendría que provenir completamente del generador de inducción. Mi objetivo es modelar esto matemáticamente para poder simularlo, pero esto es un circuito cerrado.
Acabo de darme cuenta de que había escrito "motor" cuando quería decir "generador". Perdón por la confusion. He editado la pregunta original.
Para que una máquina de inducción trifásica funcione como generador, primero debe alimentarla con un campo giratorio. Luego, el viento hará que el rotor gire más rápido que el campo giratorio en el estator y solo entonces el deslizamiento puede volverse negativo y la máquina comenzará a funcionar en modo generador. Por lo tanto, con muy poco viento, un molino de viento funcionará en modo motor y, por lo general, se apagará por completo.
Confío en que hayas leído el artículo de Wikipedia sobre el tema. Cuando se opera como un generador de isla, la cantidad de deslizamiento dependerá en gran medida de la impedancia de la carga.
@DaveTweed: Ah, sí, el artículo de Wikipedia :) Contiene la frase esclarecedora: "Para los sistemas independientes, la frecuencia y el voltaje son una función compleja de los parámetros de la máquina, la capacitancia utilizada para la excitación y el valor y tipo de carga", que no es suficiente información para desarrollar cualquier tipo de modelo matemático. Parece que tenía razón sobre la complejidad de esta tarea.
He eliminado el comentario de matlab porque parece que aún no está en el punto en el que puede recibir sugerencias útiles relacionadas con matlab. Además: si no puede derivar una fórmula exacta, ¿sería posible realizar un experimento y hacer algunas deducciones?

Respuestas (5)

Entonces, ¿solo un motor de inducción empleado como generador? Sí, HAY una magnetización de CA en el devanado del estator. Gira el eje y aparece una onda sinusoidal. Un generador de inducción es un oscilador electromecánico de onda sinusoidal. La pequeña polarización residual de las piezas de hierro lo pone en marcha y se acumula como una resonancia RLC impulsada mecánicamente entre los condensadores y la inductancia del generador (pero operando fuera de la resonancia, por supuesto).

En ese caso, la velocidad "síncrona" sería la frecuencia de la señal de CA medida en la bobina del estator (o en los terminales del banco de tapas), igual que cuando funciona en modo motor. Entonces se produce el deslizamiento entre la frecuencia de esta bobina y las RPM del rotor del generador. Simplemente ponga la frecuencia de CA en términos de RPM = 2/#polos x 60 x HzFreq

Por lo tanto, si un motor de inducción de 4 polos (como generador) con un valor de capacitor particular emite 70 Hz a través del banco de tapas, el campo b dentro del motor gira a 2/4*60*70 = 2100 RPM. Si las RPM reales del eje son 2200, entonces el factor de deslizamiento es (2100 - 2200)/2200 = -0.045 Lo puse como deslizamiento negativo, ya que es opuesto al deslizamiento impulsado por la red de un motor de inducción.

Yo mismo no me he metido con una de estas bestias, así que tómalo todo con pinzas.

Página clásica de bricolaje: sitio de radioaficionado QSL

El concepto de deslizamiento es un poco engañoso para las turbinas eólicas de velocidad variable. El tipo que utiliza una máquina de inducción se denomina generadores de inducción doblemente alimentados (DFIG) y se permite que sus velocidades varíen mediante el uso de un convertidor CA-CA aplicado a los devanados de su rotor. Debido a que no hay inducción real en estas máquinas, el término deslizamiento puede ser un poco extraño de usar, pero el valor de s todavía se puede calcular y es negativo.

Para este tipo de generadores no se necesitan bancos de condensadores para suministrar potencia reactiva, ya que los convertidores se pueden utilizar para controlar la producción de potencia reactiva de la máquina de inducción.

Un DFIG debe tener una fuente de CA para funcionar, pero esto no impide que se ejecute en un sistema de isla. Los sistemas de isla son a menudo sistemas de CA.

No estoy muy seguro de por qué las máquinas síncronas de imanes permanentes serían más fáciles de modelar. Para aplicaciones de turbinas eólicas, estas máquinas también utilizan electrónica de potencia, y su velocidad de rotación también es variable en un amplio rango.

Si tiene la caja de herramientas de SimPowerSystems, estos tipos de generadores se pueden modelar en Simulink.

http://www.mathworks.se/help/physmod/powersys/ref/windturbinedoublyfeinductiongeneratorphasortype.html

pero también hay modelos gratuitos que están disponibles

http://www.ece.umn.edu/users/riaz/

Otra herramienta gratuita de MATLAB que se puede utilizar para modelar sistemas de potencia es

http://www.ece.umn.edu/users/riaz/

Su afirmación "Porque no hay inducción real en estas máquinas" no tiene ningún sentido para mí; hay inducción por definición, sin inducción la máquina no puede desarrollar voltaje de estator (en un sistema de isla). Además, las DFIG no son las únicas máquinas de inducción utilizadas en aplicaciones de energía eólica; hay otros (me viene a la mente el concepto danés). Además, todos los ejemplos que he visto asumen una fuente de energía reactiva en los devanados del estator, por lo que no veo cómo la presencia de un inversor AC-AC en el rotor ayudará aquí.
Además, incluso si hay un inversor CA-CA en los devanados del rotor: en una condición de arranque en negro, necesita obtener su energía de alguna parte.
No hay inducción inducida en los devanados del rotor. El voltaje allí se aplica directamente desde la red a través del convertidor a los devanados del rotor. El estator también está conectado a la red y, por lo tanto, tiene voltaje. Por concepto danés, supongo que te refieres a un generador de inducción de jaula de ardilla, pero estas no son turbinas de velocidad variable, que era lo que se pedía en la pregunta. Sí, estas turbinas utilizan fuentes de potencia reactiva del lado del estator, pero no tienen electrónica de potencia, por lo que se requiere compensación reactiva.
Pero tal vez veo que lo que la pregunta estaba haciendo es ¿cómo se debe usar una turbina eólica de velocidad variable para el arranque en negro, no en realidad para la operación en isla?
¿No debería la "operación en isla" implicar que también debe funcionar en condiciones de arranque en negro, ya que en cualquier caso el sistema debe iniciarse de alguna manera? Sé que esto casi nunca se hace en la práctica, pero es por eso que quiero simularlo. Este sitio muestra un ejemplo de banco de laboratorio: arthropodsystems.com/AsynchronousGenerator1/… Desde entonces, descubrí que esta condición de velocidad variable en una isla generalmente se modela con vectores espaciales, que es algo que todavía estoy aprendiendo y aparentemente es bastante difícil de hacer.

De acuerdo con este artículo de wikipedia , si el motor se usa como un generador independiente: la frecuencia y el voltaje son una función compleja de los parámetros de la máquina, la capacitancia utilizada para la excitación y el valor y tipo de carga.

Este enlace puede proporcionar información sobre el uso de un motor de inducción como generador.
Motores como Generador
Otra posibilidad sería utilizar un inversor de onda sinusoidal para la excitación de su generador.
O use este método para excitar los devanados de campo de un motor/generador de CC,
esto debería proporcionar una frecuencia constante independiente de la velocidad del rotor.
Espero que esto ayude.

(Esto podría ayudar) El deslizamiento se refiere al hecho de que el rotor retrasa físicamente el flujo giratorio en el estator. Acercándolo sobre una base física, lo que hice fue desmontar un pequeño generador de inducción monofásico. Un pequeño imán permanente está incrustado en el rotor (no se acerca al tamaño para afectar realmente al estator) y pasa a través de 2 bobinas del rotor que están en línea con las 2 zapatas del rotor. Tomando el hecho de que el capacitor está en paralelo con el estator, por lo tanto, hay un circuito paralelo resonante que alcanza una condición resonante a una cierta velocidad (preestablecida por el valor de C). A esa velocidad hay un aumento de corriente que provoca un flujo que, por la acción del transformador, corta el rotor. Las bobinas del rotor tienen cada una un diodo para garantizar que la corriente fluya en una dirección y los 2 polos son N y S. El resto es similar al caso síncrono.

¿Cuál es el factor de deslizamiento para un generador de inducción en una red de islas?
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