Analisis detallado del mecanismo de cambio de velocidad (cambio Generador Pequeño a/de Grande)
Objetivo: Comprender por qué el sistema cambia de modo/generador y su efecto en potencia y estabilidad.
Qué observar: Modos/estados, consigna de potencia, velocidad del rotor y criterio de cambio.
Qué anotar: Cuándo ocurre el cambio, qué umbral lo dispara y cómo se estabiliza después.
💡 Busca si el cambio ocurre por umbral fijo, histéresis o condición de seguridad.
En esta práctica se trata de estudiar los conceptos alrededor del cambio de tipo de conexión del generador (entre 4 y 6 polos magnéticos).
La razón de base es tener un mejor aprovechamiento del viento. Como se presenta en la Fig 1 de Por Pitch Activo (to-the-feathers) , para una determinada pala, existe un valor óptimo entre la velocidad del viento y la velocidad de giro de las palas (TSRoptimo).
Observe que la relación entre la velocidad de giro del eje del generador y el de las palas es fijo (la relación de la multiplicadora). Y que, por otra parte, cuando está en producción el generador se mantiene muy cerca de la velocidad de sincronismo. Compruebe que con un viento alto ( 17 m/s) la potencia es la nominal (1.300KW) y la velocidad del generador es de 1.509,7 rpms: esto es, el deslizamiento para potencia máxima es apenas de un 0,65 % (= (1509,7 / 1500) -1). El resultado de estas dos observaciones es que las palas vienen forzadas a trabajar a velocidad constante.
Con objeto de obtener un mejor aprovechamiento del viento, el diseño de las palas de este tipo de aerogeneradores es especial, de forma que la zona que corresponde al TSRoptimo no sea un punto sino que tenga un rango amplio. En todo caso, este rango no cubre una relación entre el viento nominal (alrededor de 14 m/s en el aerogenerador real) y un viento 'bajo', por ejemplo 6 m/s, que son habituales.
La solución adoptada en este aerogenerador, común en varios modelos de varios fabricantes, consiste en tener un mecanismo de 'caja de cambios'. En algunos modelos (no el que se ha utilizado para el simulador) existen dos generadores eléctricos, conectados al eje de las palas mediante una multiplicadora con dos salidas. En el caso del aerogenerador que se simula, el mecanismo de caja de cambios se basa en disponer de un generador que tiene el bobinado del estator 'troceado', de forma que cambiando la conexión de estos 'trozos' es posible tener 2 pares de polos (Generador grande) o 3 pares de polos (Generador pequeño). Estos dos casos corresponden a velocidades de sincronismo de 1500 rpms para 2 pares, o 1000 rpms para 3 pares.
VelocidadSincronismo = 50 Hz * 60 segundos / ParesDePolos
Existe otra razón 'eléctrica', que tiene que ver con las características de 'factor de potencia' de los generadores de inducción. En las tablas de caracteristicas puede comprobar que para una misma potencia activa, el factor de potencia es mejor cuanto más cercano sea la potencia activa a la potencia nominal. En el caso de la conexión a 2 pares de polos la potencia nominal es 1300 KW, mientras que a 3 pares de polos, baja a 350 KW. Si miramos el factor de potencia de la conexión a 3 pares de polos para una potencia activa de 250 KW vemos que es de 0,867, mientras que generar estos 250 KW con la conexión a 2 pares de polos implica un factor de potencia de 0,614.
El protocolo de cambio de conexión del generador implementa un mecanismo de histéresis para evitar oscilaciones (cambios frecuentes) cuando el valor del viento es cercano al que se decide hacer dichos cambios. Ver siguiente figura.
Texto disponible con la licencia. Available only with license
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Compruebe estos conceptos con las prácticas Estando en producción, modificacion del viento para cambiar la conexión del Generador de Pequeño a Grande y Estando en producción, modificacion del viento para cambiar la conexión del Generador de Grande a Pequeño .