El generador asíncrono o de inducción
Inductor situado en los devanados del estator, que recibe la corriente de excitación de la red a la que está conectado, o bien de un generador auxiliar (generador asíncrono con doble alimentación). Esta corriente de excitación que circula por el estator es alterna y crea un campo magnético variable de la misma frec. en el rotor, o inducido, formado por devanados tipo jaula de ardilla
La frecuencia de la corriente generada depende de la frecuencia de excitación y su intensidad de la caída de velocidad de giro respecto a la de sincronismo, que es la velocidad de rotación del rotor cuando gira libremente sin ceder o absorber potencia eléctrica. Son muy adecuados para obtener frecuencias constantes (velocidad constante de rotor).
Los sistemas de control de los generadores de inducción deben conectarse a la red cuando la velocidad de giro del rotor sea superior a la velocidad de sincronismo, y desconectarla cuando la velocidad sea inferior, pues en ese caso el generador actúa como un motor absorbiendo energía de la red.
Ventaja de usar un rotor de jaula de ardilla, muy robusto, no necesita anillos ni escobillas. Pero al depender de la red para generar la inducción limita su aplicación y hay que prever los efectos de posibles fallos en la alimentación, sobretensiones y subtensiones, siendo de mucha relevancia el hueco de tensión.
Principio de funcionamiento
Campo magnetico giratorio en el estator Ns, el campo magnetico induce fem en el rotor, circulan corrientes por el rotor, este gira por la accion del viento a una velocidad Nr superior a la de sincronismo Ns, Se generan campos magneticos giratorios en el rotor, Se generan corrientes en el estaror.
Ventajas:
Facilidad de conexion a red. Ausencia de contactos moviles y escobillas. Admiten un pequeño deslizamiento respecto de la velocidad de sincronismo. El sistema de control es sencillo. Economicos y robustos.
Inconvenientes:
Necesitan estar conectados a la red electrica, no pudiendo funcionar aislados. Generan pot. reactiva. No responden bien a los huecos de tension de la red, preoduciendo desconexiones no deseadas.
El generador síncrono o de excitación:
El giro de las palas hace girar el eje del generador acoplado al rotor del mismo. Alrededor del rotor se dispone un arrollamiento eléctrico (inductor) alimentado por una corriente continua o de excitación, a través de escobilla, que genera un campo magnético. Al girar el rotor se produce un campo magnético giratorio que induce unas corrientes en los bobinados del estator (inducido). Si el rotor es un imán, el generador recibe el nombre de generador síncrono de imanes permanentes, con la ventaja de la eliminación de las escobillas.
La corriente continua se genera con una fuente exterior o rectificando la corriente de la red a la que se conecta. La corriente inductora se aplica al rotor a través de dos anillos completos por los que deslizan las escobillas y por los que pasan sólo bajas intensidades, son los anillos deslizantes. Los devanados del inducido se encuentran en el estator y actúan como reguladores de intensidad, por efecto de autoinducción, por lo que no permiten el paso de sobreintensidades. Sí necesitan, en cambio, regulador de tensión que evite los fuertes incrementos de tensión que se producen en caso de aceleramiento de la turbina. El generador síncrono suministra una corriente con una frecuencia que depende de la velocidad de rotación de la máquina, por lo que si se desean frecuencias estabilizadas hay que disponer de un sistema de regulación muy preciso. En caso de conexión a la red, el sistema de control debe realizar la conexión en el momento en que se alcance la velocidad de sincronismo y la tensión de salida sea igual a la de la red. El generador sólo puede funcionar a esa velocidad, puesto que para velocidades de giro menores actuaría como un motor, absorbiendo energía de la red.
Generalmente este tipo de generadores no se conectan directamente a la red para evitar este problema. Estos generadores se disponen desacoplados de la red de la forma que más adelante se expone. La ventaja de los alternadores síncronos es que funcionan siempre de forma muy regular y pueden trabajar tanto conectados a la red como en instalaciones aisladas.
Principio de funcionamiento:
Una fuente continua o excitatriz alimenta de cc el inducido del rotor, La cc del inducido genera un campo magnetico constante Br, El rotor gira a Nr por la accion del viento, creando un campo magnetico giratorio Br, El campo magnetico giratorio Br induce tensiones en el estator Ee con una frecuencia f=pN/60, Al conectar el estator de la red se generan corrientes en el mismo, que generan un campo magnetico giratorio en el estator Be, El campo magnetico resultante es la suma de generador en el rotor Br y el estator Be, La tension en bornes del alternador es inferior a Ee debidas a caidas de tension internas.
Ventajas:
Vierten potencia reactiva a la red eléctrica. Pueden funcionar de forma aislada de la red eléctrica. Presentan un mayor rendimiento. Responden bien a los huecos de tensión de la red, no produciéndose desconexiones indeseadas
Inconvenientes:
No admiten desplazamientos de la velocidad de sincronismo. Presentan un complejo sistema de control. Presentan una conexión compleja a la red eléctrica.
En resumen:
ASINCRONOS
1. Rotor jaula de ardilla
2. Doblemente alimentado
SINCRONOS
3. Síncronos
4. Síncronos, excitación con imanes permanentes (flujo radial)
– Frenos:
En los aerogeneradores utilizados para la producción de energía eléctrica se dispone de un freno aerodinámico de rotor : se trata de un freno aerodinámico, de forma que actúa sobre la pala para provocar el frenado del rotor
– Sistemas de control:
Sistema de control basado en un procesador, que supervisael funcionamiento del mismo. Monitoriza las variables de operación del aerogenerador, regula el posicionamiento de las palas (si son de paso variable) y el bastidor, y dirige los frenos y la orientación del mismo a la dirección del viento. Tambien diagnostica los componentes del aerogenerador y su preparación para el arranque. Además a de realizar las operaciones necesarias en función de la velocidad y dirección del viento
– Sistema de orientación:
Cada aerogenerador incorpora un sistema de orientación formado por una veleta en la parte trasera de la góndola y un anemómetro que enviaran la información al sistema de control para su procesamiento y actuar sobre el yak y pitch.
– Torre
TORRE
Las maquinas eólicas deben estar situadas sobre una estructura de soporte capaz de aguantar el empuje del viento. La torre permite que las palas estén a la altura mas apropiada para obtener el máximo rendimiento posible. La torre es el componente que sustenta todo el conjunto del aerogenerador y le une al suelo. En ella se monta solidariamente, por medio de un rodamiento, el bastidor. Se suele realizar en distintos metales (fundamentalmente acero si bien para grandes potencias se está empleando el hormigón prefabricado), bien sobre la base de una estructura tubular o bien sobre la base de una estructura en celosía de perfiles laminados. La forma externa suele ser tronco-cónica o una aproximación de diseño económico similar a ésta. Los componentes de la torre se protegen de la corrosión mediante galvanizado en caliente, y se van realizando amanes entre ellos de forma frecuente. Las primeras máquinas diseñadas para producir energía eléctrica utilizaban torres con estructuras metálicas o configuración en celosía. Posteriormente con el aumento del tamaño y la potencia, la tecnología ha evolucionado hacia torres tubulares de acero y más recientemente de hormigón. Las torres tubulares tensadas con vientos sólo se utilizan en aerogeneradores pequeños.
(cargadores de baterías, etc.).
Elección entre torres altas y bajas
Obviamente, obtendrá más energía de una turbina más grande que de otra pequeña, pero si echa un vistazo a los tres aerogeneradores de abajo, que son de 225 kW, 600 kW y 1500 kW, respectivamente, y con diámetros de rotor de 27, 43 y 60 metros, observará que las alturas de las torres también son diferentes.
Claramente, un rotor de 60 metros de diámetro no podrá ser instalado sobre una torre de menos de 30 metros. Pero si consideramos el coste de un gran rotor y un gran generador y multiplicador, sería seguramente un desperdicio instalarlos sobre una torre pequeña, ya que se dispone de velocidades de viento mucho más altas y, por lo tanto, de mucha más energía con una torre alta. Cada metro de torre cuesta dinero, por supuesto, por lo que la altura óptima de la torre es
función de :
1. Coste por metro de torre.
2. Cuánto varían los vientos locales con la altura sobre el nivel del suelo
3. El precio que el propietario de la turbina obtiene por un kWh adicional de electricidad.
Tipos de torre
Según el material que utilicemos en su fabricación se dividirán en los siguiente tipos:
Torres tubulares de acero
La mayoría de los grandes aerogeneradores se entregan con torres tubulares de acero, fabricadas en secciones de 20-30 metros con bridas en cada uno de los extremos, y son unidas con pernos in situ. Las torres son tronco-cónicas (es decir, con un diámetro creciente hacia la base), con el fin de aumentar su resistencia y al mismo tiempo ahorrar material.
Poner las particularidades en torres de acero, metalicas y de hormigon
Torres hormigón
Actualmente con el fin de reducir coste los grandes aerogeneradores se entregan con torres hormigón armado. Estas torres están construidas a partir de dovelas de izadas De hormigón con elementos prefabricados, compuesta de cinco o seis tramos, con 100 m o 120 m de altura total. que se ensamblaran en obra Disponible con elevador en opción, para un acceso más cómodo y seguro a la barquilla.
TORRES INNEO???
Torres de celosía
Las torres de celosía son fabricadas utilizando perfiles de acero soldados. La ventaja básica de las torres de celosía es su coste, puesto que una torre de celosía requiere sólo la mitad de material que una torre tubular sin sustentación adicional con la misma rigidez. La principal desventaja de este tipo de torres es su apariencia visual (aunque esa cuestión es claramente debatible). En cualquier caso, por razones estéticas, las torres de celosía han desaparecido prácticamente en los grandes aerogeneradores modernos.
Torres de mástil tensado con vientos
Muchos de los aerogeneradores pequeños están construidos con delgadas torres de mástil sostenidas por cables tensores. La ventaja es el ahorro de peso y, por lo tanto, de coste. Las desventajas son el difícil acceso a las zonas alrededor de la torre, lo que las hace menos apropiadas para zonas agrícolas. Finalmente, este tipo de torres es más propensa a sufrir actos vandálicos, lo que compromete la seguridad del conjunto. Las torres tubulares son las que ofrecen una vista más agradable, pero son las más costosas y, a menos que estén articuladas para arriarlas, son también las que ofrecen más dificultades a la hora de efectuar el mantenimiento de la turbina. Las torres con tensores son las menos costosas.
Soluciones de torres híbridas
Algunas torres están hechas con diferentes combinaciones de las ya mencionadas. Un ejemplo es la torre de tres patas Bonus 95 kW de la fotografía, de la que podría decirse que es un híbrido entre una torre de celosía y una torre tensada con vientos.
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