Tre domande di elettrotecnica.
Salve a tutti,
all'esame di stato (orale) porto come tesina la conversione eolica. Avrei tre domande al riguardo (che sono però praticamente di elettrotecnica, materia che ad aeronautica studiamo, ma senza troppe pretese):
1) Per quanto riguarda la generazione con alternatore (generatore sincrono), sono necessari i giri costanti per avere una corrente alternata a frequenza costante. Il testo che ho preso come riferimento (Rodolfo Pallabazzer) scrive questo:
"Se, perciò, si vuole produrre direttamente una corrente alternata a frequenza costante, occorre che anche il numero di giri sia costante.
Ciò richiede che al variare della velocità del vento si effettui un controllo del numero di giri della turbina (e, di conseguenza, del generatore) mediante regolazione del passo delle pale.
Se, invece, si adotta una turbina a pale fisse, a numero di giri costante il parametro $\lambda$ è inversamente proporzionale alla velocità; il funzionamento a numero di giri costante implica quindi che la condizione di $\lambda_O$ ($lambda$ ottimo, massimo coefficiente di potenza) si possa ottenere ad una sola velocità del vento.
Perciò, adottando un generatore sincrono collegato direttamente al carico, il numero di giri viene stabilizzato in tutto il campo di velocità mediante regolatori elettrici (carichi dissipativi) e la potenza resa alle velocità inferiori a quella di progetto sarà tanto più penalizzata quanto la velocità del vento differisce da quella di progetto; l'avviamento stesso avviene a velocità elevate."
Non capisco la parte dopo il "se". Se varia la velocità del vento, il generatore è sincrono e le pale non sono ad angolo di calettamento variabile cosa si fa concretamente per avere una corrente alternata a frequenza costante?
2) Che cosa vuol dire che "mediante un opportuno controllo sulla corrente di eccitazione, il generatore sincrono è in grado di produrre la potenza reattiva necessaria alla sincronizzazione alla rete: è cioè una sorgente di potenza reattiva"?
3)Nella trattazione del generatore asincrono l'autore allude spesso a un fantomatico "circuito di risonanza". Per esempio: "Gli avvolgimenti statorici sono collegati alla rete ed attraversati dalla corrente alternata a frequenza fissa; in taluni casi sono alimentati da un altro alternatore o da un apposito circuito risonante."
O ancora: "con circuiti capacitivi di risonanza, esterni al generatore, è possibile evitare il collegamento alla rete. Il circuito genera la corrente di eccitazione dopo che la macchina si è avviata; per effetto del magnetismo residuo del traferro, il movimento del rotore produce prima una corrente debole; questa viene amplificata dal circuito di risonanza, che alimenta gli avvolgimenti statorici e dà inizio all'eccitazione propriamente detta, determinando un'intensificazione progressiva delle correnti indotte, fino a raggiungere il livello di autoeccitazione stabile del sistema. Poiché il circuito capacitivo deve essere tarato per una determinata frequenza, anche in tal caso la macchina produce corrente ad una frequenza costante e può funzionare soltanto se il numero di giri è di poco superiore a quello di sincronismo definito dalla frequenza data.". Che cos'è il "circuito capacitivo di risonanza" qualcuno mi può fare un esempio?
P.s.: $\lambda$ è il rapporto di velocità periferica della turbina, cioè:
$\lambda=(pi*D*N_r)/(60*V_0)$, dove D è il diametro della turbina, $V_0$ la velocità del vento relativo, $N_r$ il regime di rotazione.
all'esame di stato (orale) porto come tesina la conversione eolica. Avrei tre domande al riguardo (che sono però praticamente di elettrotecnica, materia che ad aeronautica studiamo, ma senza troppe pretese):
1) Per quanto riguarda la generazione con alternatore (generatore sincrono), sono necessari i giri costanti per avere una corrente alternata a frequenza costante. Il testo che ho preso come riferimento (Rodolfo Pallabazzer) scrive questo:
"Se, perciò, si vuole produrre direttamente una corrente alternata a frequenza costante, occorre che anche il numero di giri sia costante.
Ciò richiede che al variare della velocità del vento si effettui un controllo del numero di giri della turbina (e, di conseguenza, del generatore) mediante regolazione del passo delle pale.
Se, invece, si adotta una turbina a pale fisse, a numero di giri costante il parametro $\lambda$ è inversamente proporzionale alla velocità; il funzionamento a numero di giri costante implica quindi che la condizione di $\lambda_O$ ($lambda$ ottimo, massimo coefficiente di potenza) si possa ottenere ad una sola velocità del vento.
Perciò, adottando un generatore sincrono collegato direttamente al carico, il numero di giri viene stabilizzato in tutto il campo di velocità mediante regolatori elettrici (carichi dissipativi) e la potenza resa alle velocità inferiori a quella di progetto sarà tanto più penalizzata quanto la velocità del vento differisce da quella di progetto; l'avviamento stesso avviene a velocità elevate."
Non capisco la parte dopo il "se". Se varia la velocità del vento, il generatore è sincrono e le pale non sono ad angolo di calettamento variabile cosa si fa concretamente per avere una corrente alternata a frequenza costante?
2) Che cosa vuol dire che "mediante un opportuno controllo sulla corrente di eccitazione, il generatore sincrono è in grado di produrre la potenza reattiva necessaria alla sincronizzazione alla rete: è cioè una sorgente di potenza reattiva"?
3)Nella trattazione del generatore asincrono l'autore allude spesso a un fantomatico "circuito di risonanza". Per esempio: "Gli avvolgimenti statorici sono collegati alla rete ed attraversati dalla corrente alternata a frequenza fissa; in taluni casi sono alimentati da un altro alternatore o da un apposito circuito risonante."
O ancora: "con circuiti capacitivi di risonanza, esterni al generatore, è possibile evitare il collegamento alla rete. Il circuito genera la corrente di eccitazione dopo che la macchina si è avviata; per effetto del magnetismo residuo del traferro, il movimento del rotore produce prima una corrente debole; questa viene amplificata dal circuito di risonanza, che alimenta gli avvolgimenti statorici e dà inizio all'eccitazione propriamente detta, determinando un'intensificazione progressiva delle correnti indotte, fino a raggiungere il livello di autoeccitazione stabile del sistema. Poiché il circuito capacitivo deve essere tarato per una determinata frequenza, anche in tal caso la macchina produce corrente ad una frequenza costante e può funzionare soltanto se il numero di giri è di poco superiore a quello di sincronismo definito dalla frequenza data.". Che cos'è il "circuito capacitivo di risonanza" qualcuno mi può fare un esempio?
P.s.: $\lambda$ è il rapporto di velocità periferica della turbina, cioè:
$\lambda=(pi*D*N_r)/(60*V_0)$, dove D è il diametro della turbina, $V_0$ la velocità del vento relativo, $N_r$ il regime di rotazione.
Risposte
Ho delle reminescenze di generatori eolici, cerchero' di tradurre il tutto in modo il piu' semplice e comprensibile possibile.
In effetti alcuni passi sono oscuri e si capiscono solo dopo una certa meditazione.
Allora hai una pala che gira a una certa velocita', in modo da essere sincrona con la rete.
Il $\lambda$ e' fisso.
Allora, saprai che al variare della velocita' del vento, hai una curva che parte da un minimo, fa un massimo, e poi scende.
Quindi la condizione di ottimo ce l'hai solo ad una certa velocita' del vento.
Questa e' un modo penalizzante di costruire una pala, perche' la maggior parte del tempo non lavorera' all'ottimo.
Passaggio molto oscuro.
Innanzitutto e' da folli diminuire il numero dei giri dissipando potenza. Dissipare potenza significa generare calore tramite delle resistenze. La potenza dissipata agisce da freno, ovvero si frena la ventola.
Il problema e' che con delle pale da 1 MegaWatt, dissipare anche 200 kW e' da folli. La navicella prende fuoco dopo 10 secondi.
Qui penso che il prof abbia voluto semplificare i concetti al massimo e vi ha proposto questa soluzione "sempliciotta".
Ora la frase oscura, quella nella domanda. Anche qui credo che il prof abbia semplificato al massimo e il risultato e' che non si capisce nulla.
Esistono dei circuiti di potenza che senza dissipare potenza in calore, riescono a portare la tensione generata a sincronismo con la rete. Cerca su Google DFIG - Doubly Fed Induction Generator
In un circuito di potenza, questo circuito di risonanza non puo' essere altro che una batteria di condensatori.
Sai che il motore ha un circuito praticamente induttivo. Se lo colleghi ad un condensatore, hai un circuito risonante.
In pratica la domanda e': come faccio a far "partire" il generatore anche se e' scollegato dalla rete ?
Sai che per generare tensione il generatore sincrono ha bisogno di un po' di corrente per alimentare lo statore (eccitazione statorica).
Ma se e' scollegato dalla rete, da dove prende questa corrente di "partenza" ?
Risposta:
siccome nel rotore c'e' un po' di magnetizzazione residua, anche senza eccitazione statorica, si riesce a generare un minimo di corrente. Questa corrente viene generata collegando il motore a questi condensatori. La tensione generata eccita lo statore in modo proporzionale alla tensione generata.
Man mano che l'eccitazione aumenta, il l'avvolgimento rotorico produce ancora piu' tensione, e questo genera una specie di innesco che fa "partire" il motore sincrono.
Spero di aver fatto un po' di chiarezza.
In effetti alcuni passi sono oscuri e si capiscono solo dopo una certa meditazione.
Se, invece, si adotta una turbina a pale fisse, a numero di giri costante il parametro λ è inversamente proporzionale alla velocità; il funzionamento a numero di giri costante implica quindi che la condizione di λO (λ ottimo, massimo coefficiente di potenza) si possa ottenere ad una sola velocità del vento.
Allora hai una pala che gira a una certa velocita', in modo da essere sincrona con la rete.
Il $\lambda$ e' fisso.
Allora, saprai che al variare della velocita' del vento, hai una curva che parte da un minimo, fa un massimo, e poi scende.
Quindi la condizione di ottimo ce l'hai solo ad una certa velocita' del vento.
Questa e' un modo penalizzante di costruire una pala, perche' la maggior parte del tempo non lavorera' all'ottimo.
2) Che cosa vuol dire che "mediante un opportuno controllo sulla corrente di eccitazione, il generatore sincrono è in grado di produrre la potenza reattiva necessaria alla sincronizzazione alla rete: è cioè una sorgente di potenza reattiva"?
Passaggio molto oscuro.
Innanzitutto e' da folli diminuire il numero dei giri dissipando potenza. Dissipare potenza significa generare calore tramite delle resistenze. La potenza dissipata agisce da freno, ovvero si frena la ventola.
Il problema e' che con delle pale da 1 MegaWatt, dissipare anche 200 kW e' da folli. La navicella prende fuoco dopo 10 secondi.
Qui penso che il prof abbia voluto semplificare i concetti al massimo e vi ha proposto questa soluzione "sempliciotta".
Ora la frase oscura, quella nella domanda. Anche qui credo che il prof abbia semplificato al massimo e il risultato e' che non si capisce nulla.
Esistono dei circuiti di potenza che senza dissipare potenza in calore, riescono a portare la tensione generata a sincronismo con la rete. Cerca su Google DFIG - Doubly Fed Induction Generator
3)Nella trattazione del generatore asincrono l'autore allude spesso a un fantomatico "circuito di risonanza". Per esempio: "Gli avvolgimenti statorici sono collegati alla rete ed attraversati dalla corrente alternata a frequenza fissa; in taluni casi sono alimentati da un altro alternatore o da un apposito circuito risonante."
In un circuito di potenza, questo circuito di risonanza non puo' essere altro che una batteria di condensatori.
Sai che il motore ha un circuito praticamente induttivo. Se lo colleghi ad un condensatore, hai un circuito risonante.
In pratica la domanda e': come faccio a far "partire" il generatore anche se e' scollegato dalla rete ?
Sai che per generare tensione il generatore sincrono ha bisogno di un po' di corrente per alimentare lo statore (eccitazione statorica).
Ma se e' scollegato dalla rete, da dove prende questa corrente di "partenza" ?
Risposta:
siccome nel rotore c'e' un po' di magnetizzazione residua, anche senza eccitazione statorica, si riesce a generare un minimo di corrente. Questa corrente viene generata collegando il motore a questi condensatori. La tensione generata eccita lo statore in modo proporzionale alla tensione generata.
Man mano che l'eccitazione aumenta, il l'avvolgimento rotorico produce ancora piu' tensione, e questo genera una specie di innesco che fa "partire" il motore sincrono.
Spero di aver fatto un po' di chiarezza.
Grazie. Adesso mi hai chiarito un po' di passaggi.
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