Generator de inducție - Induction generator
Un generator de inducție sau generator asincron este un tip de generator electric de curent alternativ (AC) care folosește principiile motoarelor de inducție pentru a produce energie electrică. Generatoarele de inducție funcționează prin rotirea mecanică a rotoarelor lor mai rapid decât viteza sincronă. Un motor regulat cu inducție de curent alternativ poate fi folosit de obicei ca generator, fără modificări interne. Deoarece pot recupera energia cu comenzi relativ simple, generatoarele de inducție sunt utile în aplicații precum minihidrocentrale , turbine eoliene sau în reducerea fluxurilor de gaz de înaltă presiune la presiune mai mică.
Un generator de inducție își extrage de obicei puterea de excitație dintr-o rețea electrică. Din această cauză, generatoarele de inducție nu pot de obicei să pornească în negru un sistem de distribuție dezactivat. Uneori, totuși, ele se autoexcită folosind condensatoare.
Principiul de funcționare
Un generator de inducție produce energie electrică atunci când rotorul său este rotit mai repede decât viteza sincronă . Pentru un motor tipic cu patru poli (două perechi de poli pe stator) care funcționează pe o rețea electrică de 60 Hz, viteza sincronă este de 1800 rotații pe minut (rpm). Același motor cu patru poli care funcționează pe o rețea de 50 Hz va avea o viteză sincronă de 1500 RPM. Motorul se rotește în mod normal puțin mai lent decât viteza sincronă; diferența dintre viteza sincronă și cea de funcționare se numește "alunecare" și este de obicei exprimată ca procent din viteza sincronă. De exemplu, un motor care funcționează la 1450 RPM care are o viteză sincronă de 1500 RPM funcționează la o alunecare de + 3,3%.
În funcționarea normală a motorului, rotația fluxului statorului este mai rapidă decât rotația rotorului. Acest lucru determină fluxul statoric să inducă curenți de rotor, care creează un flux de rotor cu polaritate magnetică opusă statorului. În acest fel, rotorul este tras de-a lungul fluxului statoric, cu curenții din rotor induși la frecvența de alunecare.
În funcționarea generatorului, un motor principal (turbină sau motor) conduce rotorul peste viteza sincronă (alunecare negativă). Fluxul statoric încă induce curenți în rotor, dar, din moment ce fluxul rotorului opus tăie acum bobinele statorului, se produce un curent activ în bobinele statorului, iar motorul funcționează acum ca generator, trimitând puterea înapoi la rețeaua electrică.
Excitaţie
Un generator de inducție necesită un curent de armătură furnizat extern. Deoarece câmpul rotorului rămâne întotdeauna în spatele câmpului statorului , generatorul de inducție consumă întotdeauna putere reactivă , indiferent dacă funcționează ca generator sau motor.
O sursă de curent de excitație pentru magnetizarea fluxului (putere reactivă) pentru stator este încă necesară, pentru a induce curentul rotorului. Aceasta poate fi alimentată de la rețeaua electrică sau, odată ce începe să producă energie, de la generatorul însuși. Modul de generare pentru motoarele cu inducție este complicat de necesitatea excitării rotorului, care începe cu o magnetizare reziduală. În unele cazuri, această magnetizare reziduală este suficientă pentru auto-excita motorul sub sarcină. Prin urmare, este necesar fie să prindeți motorul și să-l conectați momentan la o rețea sub tensiune, fie să adăugați condensatori încărcați inițial de magnetism rezidual și asigurând puterea reactivă necesară în timpul funcționării. Similar este funcționarea motorului de inducție în paralel cu un motor sincron care servește drept compensator al factorului de putere. O caracteristică în modul generator în paralel cu rețeaua este că viteza rotorului este mai mare decât în modul de conducere. Apoi, energia activă este dată rețelei. Un alt dezavantaj al generatorului de motor cu inducție este că consumă un curent de magnetizare semnificativ I 0 = (20-35)%.
Un generator de inducție poate fi pornit prin încărcarea condensatoarelor, cu o sursă de curent continuu, în timp ce generatorul se rotește de obicei la sau peste vitezele de generare. Odată ce sursa de curent continuu este îndepărtată, condensatorii vor furniza curentul de magnetizare necesar pentru a începe producerea tensiunii.
Un generator de inducție care a funcționat recent poate produce în mod spontan tensiune și curent datorită magnetismului rezidual rămas în miez.
Putere activă
Puterea activă livrată liniei este proporțională cu alunecarea peste viteza sincronă. Puterea nominală completă a generatorului este atinsă la valori de alunecare foarte mici (motor dependent, de obicei 3%). La o viteză sincronă de 1800 rpm, generatorul nu va produce energie. Când viteza de rulare este mărită la 1860 rpm (exemplu tipic), se produce o putere de ieșire completă. Dacă motorul principal nu este capabil să producă suficientă putere pentru a acționa complet generatorul, viteza va rămâne undeva între 1800 și 1860 rpm.
Capacitate necesară
O baterie de condensatori trebuie să furnizeze putere reactivă motorului atunci când este utilizată în modul autonom. Puterea reactivă furnizată trebuie să fie egală sau mai mare decât puterea reactivă pe care generatorul o folosește în mod normal atunci când funcționează ca motor.
Cuplu vs. alunecare
Baza fundamentală a generatoarelor de inducție este conversia de la energie mecanică la energie electrică. Acest lucru necesită un cuplu extern aplicat rotorului pentru a-l roti mai repede decât viteza sincronă. Cu toate acestea, creșterea cuplului nedefinit nu duce la o creștere nedeterminată a generării de energie. Cuplul rotativ al câmpului magnetic excitat din armătură funcționează pentru a contracara mișcarea rotorului și pentru a preveni excesul de viteză din cauza mișcării induse în direcția opusă. Pe măsură ce viteza motorului crește, cuplul contor atinge o valoare maximă a cuplului (cuplu de rupere) pe care îl poate funcționa până înainte ca condițiile de funcționare să devină instabile. În mod ideal, generatoarele de inducție funcționează cel mai bine în regiunea stabilă între condiția de încărcare și regiunea cuplului maxim.
Curent nominal
Puterea maximă care poate fi produsă de un motor cu inducție acționat ca generator este limitată de curentul nominal al înfășurărilor generatorului.
Conexiuni de rețea și de sine stătătoare
La generatoarele cu inducție, puterea reactivă necesară pentru stabilirea fluxului magnetic al decalajului de aer este furnizată de o bancă de condensatori conectată la mașină în cazul unui sistem autonom și în cazul conectării la rețea, extrage puterea reactivă din rețea pentru a-și menține decalajul de aer flux. Pentru un sistem conectat la rețea, frecvența și tensiunea la mașină vor fi dictate de rețeaua electrică, deoarece este foarte mică în comparație cu întregul sistem. Pentru sistemele independente, frecvența și tensiunea sunt funcții complexe ale parametrilor mașinii, capacitatea utilizată pentru excitație și valoarea și tipul de încărcare.
Utilizări
Generatoarele de inducție sunt adesea folosite în turbine eoliene și în unele microinstalații hidro , datorită capacității lor de a produce putere utilă la viteze variate ale rotorului. Generatoarele de inducție sunt mai simple din punct de vedere mecanic și electric decât alte tipuri de generatoare. De asemenea, sunt mai robuste, nu necesită perii sau comutatoare .
Limitări
Un generator de inducție conectat la un sistem de condensatoare poate genera suficientă putere reactivă pentru a funcționa singur. Când curentul de sarcină depășește capacitatea generatorului de a furniza atât puterea reactivă de magnetizare, cât și puterea de încărcare, generatorul va înceta imediat să producă energie. Sarcina trebuie îndepărtată și generatorul de inducție repornit fie cu o sursă de curent continuu, fie, dacă este prezent, cu magnetism rezidual în miez.
Generatoarele de inducție sunt potrivite în special pentru stațiile eoliene, deoarece în acest caz viteza este întotdeauna un factor variabil. Spre deosebire de motoarele sincrone, generatoarele de inducție sunt dependente de sarcină și nu pot fi utilizate singure pentru controlul frecvenței rețelei.
Exemplu de aplicație
De exemplu, luați în considerare utilizarea unui motor cu inducție trifazat de 10 CP, 1760 r / min, 440 V, ca generator asincron. Curentul de încărcare completă a motorului este de 10 A, iar factorul de putere de încărcare completă este de 0,8.
Capacitate necesară pe fază dacă condensatorii sunt conectați în delta:
- Putere aparentă
- Putere activă
- Puterea reactivă
Pentru ca o mașină să funcționeze ca un generator asincron, banca de condensatori trebuie să furnizeze minimum 4567/3 faze = 1523 VAR pe fază. Tensiunea pe condensator este de 440 V, deoarece condensatorii sunt conectați în delta.
- Curent capacitiv Ic = Q / E = 1523/440 = 3,46 A
- Reactanța capacitivă pe fază Xc = E / Ic = 127 Ω
Capacitate minimă pe fază:
- C = 1 / (2 * π * f * Xc) = 1 / (2 * 3,141 * 60 * 127) = 21 microfarade.
Dacă sarcina absoarbe și puterea reactivă, banca de condensatori trebuie mărită pentru a compensa.
Viteza de deplasare primară trebuie utilizată pentru a genera o frecvență de 60 Hz:
De obicei, alunecarea ar trebui să fie similară cu valoarea încărcării complete atunci când mașina funcționează ca motor, dar negativă (funcționarea generatorului):
- dacă Ns = 1800, se poate alege N = Ns + 40 rpm
- Viteza de deplasare necesară N = 1800 + 40 = 1840 rpm.
Vezi si
Note
Referințe
- Mașini electrice, unități și sisteme de alimentare , ediția a IV-a, Theodore Wildi, Prentice Hall, ISBN 0-13-082460-7 , paginile 311-314.