Nuestro estilo de vida actual demanda cada vez más un suministro de energía eléctrica de calidad y disponible incluso en los lugares más remotos. Pero este desarrollo a escala mundial viene frenado por la presente limitación y dependencia geográfica de los recursos energéticos tradicionales. Frente a esta realidad, se están dedicando grandes esfuerzos por parte de diversos sectores en la investigación y desarrollo de sistemas de producción de energía eléctrica, de manera autónoma o distribuida, a partir de energías renovables. Este libro se centra en el estudio de la máquina de inducción operando como generador autoexcitado. El texto consta de una parte dedicada a la descripción del principio de funcionamiento, características y modelado del generador de inducción de rotor de jaula de ardilla. Posteriormente se detallan las diversas topologías de convertidores y técnicas de control utilizadas para el sistema de alimentación considerado. El resto de la obra recoge un estudio en el que primeramente se detalla una propuesta de sistema electrónico capaz de regular el generador de inducción autoexcitado y compensar los diversos efectos que puedan producir las cargas eléctricas. En la última parte se incluyen una serie de gráficas y comentarios respecto al comportamiento del sistema propuesto, tanto en su respuesta dinámica como en régimen permanente y para varias condiciones de funcionamiento.ÍndicePRàLOGO ........................................................................................................... V ACERCA DEL AUTOR ..................................................................................... VIII LISTA DE ACRàNIMOS Y SÖMBOLOS ............................................................. IX 1. EL GENERADOR DE INDUCCIàN AUTOEXCITADO ................................... 1 1.1 INTRODUCCIàN ...................................................................................................... 1 1.2 LA MµQUINA DE INDUCCIàN TRIFµSICA ................................................................. 2 1.3 LA MµQUINA DE INDUCCIàN COMO GENERADOR AUTOEXCITADO (SEIG) .......... 7 1.3.1 Proceso de autoexcitado del generador ............................................ 7 1.3.2 Comportamiento en carga ............................................................... 18 1.4 MODELADO DEL GENERADOR DE INDUCCIàN AUTOEXCITADO ........................... 30 1.4.1 Modelado de la saturaci¢n magntica ............................................. 40 1.5 EJEMPLOS DE APLICACIàN .................................................................................. 47 E1. Capacidad necesaria para la autoexcitaci¢n del generador .............. 47 E2. Ensayo del SEIG con carga trif sica .................................................. 49 E3. Equilibrado del SEIG con carga monof sica ...................................... 51 E4. Creaci¢n de un modelo de generador de inducci¢n .......................... 53 2. ESTRATEGIAS DE CONTROL DEL SEIG ................................................... 55 2.1 VARIACIàN DE LA CAPACIDAD ............................................................................. 55 2.2 ESTABILIZACIàN DE LA CARGA ............................................................................ 60 2.3 CONVERSIàN DE ENERGÖA A FRECUENCIA CONSTANTE ..................................... 64 2.4 COMPENSACIàN CON INVERSOR EN PARALELO ................................................. 69 3. ESTUDIO DE UN SISTEMA DE ALIMENTACIàN AUTàNOMO ................. 85 3.1 DESCRIPCIàN DEL SISTEMA CONSIDERADO ....................................................... 85 3.2 GENERADOR DE INDUCCIàN AUTOEXCITADO ..................................................... 89 3.3 CONVERTIDOR ELECTRàNICO ............................................................................. 90 3.3.1 Etapa AC-DC ................................................................................... 90 3.3.2 Etapa DC -DC .................................................................................. 97 4. CONTROL DEL SISTEMA DE ALIMENTACIàN ........................................ 103 4.1 INTRODUCCIàN ................................................................................................. 103 4.2 ESTRATEGIA DE CONTROL ................................................................................ 103 4.2.1 Consideraciones en el dise¿o del controlador ............................... 110 4.3 ARQUITECTURA DE CONTROL ........................................................................... 112 4.3.1 Etapa AC-DC ................................................................................. 112 4.3.1.1 Determinaci¢n de la componente fundamental y secuencia directa ...... 112 4.3.1.2 Control de la corriente en el lado de alterna del convertidor ................... 118 4.3.1.3 Control de la tensi¢n en el bus de continua ............................................... 127 4.3.1.4 Control de la diferencia de tensi¢n en el bus de continua ....................... 130 4.3.1.5 Control de la tensi¢n alterna del sistema trif sico ..................................... 135 4.3.1.6 Control de la frecuencia del sistema trif sico ............................................ 138 4.3.2 Etapa DC-DC ................................................................................. 141 4.3.2.1 Determinaci¢n y reparto de la corriente ...................................................... 141 4.3.2.2 Control de la corriente en el sistema de almacenamiento de energ¡a ... 144 4.3.2.3 Control de la corriente en el sistema de energ¡a excedente ................... 165 5. COMPORTAMIENTO DEL SISTEMA DE ALIMENTACIàN ....................... 171 5.1 INTRODUCCIàN ................................................................................................. 171 5.2 SEIG SIN CONVERTIDOR .................................................................................. 172 5.2.1 Inicio del proceso de autoexcitaci¢n .............................................. 172 5.2.2 Carga trif sica equilibrada, lineal y constante ............................... 173 5.3 SEIG CON CONVERTIDOR ................................................................................ 176 5.3.1 Carga trif sica equilibrada, lineal y constante ............................... 177 5.3.2 Carga III+N, desequilibrada, lineal y constante ............................. 183 5.3.3 Carga trif sica equilibrada, lineal y variable .................................. 187 5.3.4 Carga trif sica equilibrada, no lineal y constante .......................... 192 5.3.5 Carga III+N, desequilibrada, no lineal y constante ........................ 195 5.3.6 Carga constante y variaci¢n de velocidad de giro ......................... 200 5.4 CONCLUSIONES ................................................................................................ 202 APNDICE 1. PARµMETROS DEL SISTEMA ............................................... 207 APNDICE 2. ALTERNATIVAS EN LA CONFIGURACIàN DEL SISTEMA ESTUDIADO ..................................................................................................... 209 BIBLIOGRAFÖA ................................................................................................ 215 ÖNDICE ALFABTICO ..................................................................................... 227
Nuestro estilo de vida actual demanda cada vez más un suministro de energía eléctrica de calidad y disponible incluso en los lugares más remotos. Pero este desarrollo a escala mundial viene frenado por la presente limitación y dependencia geográfica de los recursos energéticos tradicionales. Frente a esta realidad, se están dedicando grandes esfuerzos por parte de diversos sectores en la investigación y desarrollo de sistemas de producción de energía eléctrica, de manera autónoma o distribuida, a partir de energías renovables. Este libro se centra en el estudio de la máquina de inducción operando como generador autoexcitado. El texto consta de una parte dedicada a la descripción del principio de funcionamiento, características y modelado del generador de inducción de rotor de jaula de ardilla. Posteriormente se detallan las diversas topologías de convertidores y técnicas de control utilizadas para el sistema de alimentación considerado. El resto de la obra recoge un estudio en el que primeramente se detalla una propuesta de sistema electrónico capaz de regular el generador de inducción autoexcitado y compensar los diversos efectos que puedan producir las cargas eléctricas. En la última parte se incluyen una serie de gráficas y comentarios respecto al comportamiento del sistema propuesto, tanto en su respuesta dinámica como en régimen permanente y para varias condiciones de funcionamiento.ÍndicePRàLOGO ........................................................................................................... V ACERCA DEL AUTOR ..................................................................................... VIII LISTA DE ACRàNIMOS Y SÖMBOLOS ............................................................. IX 1. EL GENERADOR DE INDUCCIàN AUTOEXCITADO ................................... 1 1.1 INTRODUCCIàN ...................................................................................................... 1 1.2 LA MµQUINA DE INDUCCIàN TRIFµSICA ................................................................. 2 1.3 LA MµQUINA DE INDUCCIàN COMO GENERADOR AUTOEXCITADO (SEIG) .......... 7 1.3.1 Proceso de autoexcitado del generador ............................................ 7 1.3.2 Comportamiento en carga ............................................................... 18 1.4 MODELADO DEL GENERADOR DE INDUCCIàN AUTOEXCITADO ........................... 30 1.4.1 Modelado de la saturaci¢n magntica ............................................. 40 1.5 EJEMPLOS DE APLICACIàN .................................................................................. 47 E1. Capacidad necesaria para la autoexcitaci¢n del generador .............. 47 E2. Ensayo del SEIG con carga trif sica .................................................. 49 E3. Equilibrado del SEIG con carga monof sica ...................................... 51 E4. Creaci¢n de un modelo de generador de inducci¢n .......................... 53 2. ESTRATEGIAS DE CONTROL DEL SEIG ................................................... 55 2.1 VARIACIàN DE LA CAPACIDAD ............................................................................. 55 2.2 ESTABILIZACIàN DE LA CARGA ............................................................................ 60 2.3 CONVERSIàN DE ENERGÖA A FRECUENCIA CONSTANTE ..................................... 64 2.4 COMPENSACIàN CON INVERSOR EN PARALELO ................................................. 69 3. ESTUDIO DE UN SISTEMA DE ALIMENTACIàN AUTàNOMO ................. 85 3.1 DESCRIPCIàN DEL SISTEMA CONSIDERADO ....................................................... 85 3.2 GENERADOR DE INDUCCIàN AUTOEXCITADO ..................................................... 89 3.3 CONVERTIDOR ELECTRàNICO ............................................................................. 90 3.3.1 Etapa AC-DC ................................................................................... 90 3.3.2 Etapa DC -DC .................................................................................. 97 4. CONTROL DEL SISTEMA DE ALIMENTACIàN ........................................ 103 4.1 INTRODUCCIàN ................................................................................................. 103 4.2 ESTRATEGIA DE CONTROL ................................................................................ 103 4.2.1 Consideraciones en el dise¿o del controlador ............................... 110 4.3 ARQUITECTURA DE CONTROL ........................................................................... 112 4.3.1 Etapa AC-DC ................................................................................. 112 4.3.1.1 Determinaci¢n de la componente fundamental y secuencia directa ...... 112 4.3.1.2 Control de la corriente en el lado de alterna del convertidor ................... 118 4.3.1.3 Control de la tensi¢n en el bus de continua ............................................... 127 4.3.1.4 Control de la diferencia de tensi¢n en el bus de continua ....................... 130 4.3.1.5 Control de la tensi¢n alterna del sistema trif sico ..................................... 135 4.3.1.6 Control de la frecuencia del sistema trif sico ............................................ 138 4.3.2 Etapa DC-DC ................................................................................. 141 4.3.2.1 Determinaci¢n y reparto de la corriente ...................................................... 141 4.3.2.2 Control de la corriente en el sistema de almacenamiento de energ¡a ... 144 4.3.2.3 Control de la corriente en el sistema de energ¡a excedente ................... 165 5. COMPORTAMIENTO DEL SISTEMA DE ALIMENTACIàN ....................... 171 5.1 INTRODUCCIàN ................................................................................................. 171 5.2 SEIG SIN CONVERTIDOR .................................................................................. 172 5.2.1 Inicio del proceso de autoexcitaci¢n .............................................. 172 5.2.2 Carga trif sica equilibrada, lineal y constante ............................... 173 5.3 SEIG CON CONVERTIDOR ................................................................................ 176 5.3.1 Carga trif sica equilibrada, lineal y constante ............................... 177 5.3.2 Carga III+N, desequilibrada, lineal y constante ............................. 183 5.3.3 Carga trif sica equilibrada, lineal y variable .................................. 187 5.3.4 Carga trif sica equilibrada, no lineal y constante .......................... 192 5.3.5 Carga III+N, desequilibrada, no lineal y constante ........................ 195 5.3.6 Carga constante y variaci¢n de velocidad de giro ......................... 200 5.4 CONCLUSIONES ................................................................................................ 202 APNDICE 1. PARµMETROS DEL SISTEMA ............................................... 207 APNDICE 2. ALTERNATIVAS EN LA CONFIGURACIàN DEL SISTEMA ESTUDIADO ..................................................................................................... 209 BIBLIOGRAFÖA ................................................................................................ 215 ÖNDICE ALFABTICO ..................................................................................... 227 