INSTALACIÓN DE ENERGÍA EÓLICA CON CIRCUITO DE CONTROL PARA UN FUNCIONAMIENTO CON NÚMERO DE REVOLUCIONES LIMITADO Y PROTECCIÓN DE LA FUENTE DE TENSIÓN DE UN MOTOR DEVANADO EN SERIE PARA LA REGULACIÓN DE LAS PALAS EN CASO DE PARES GENERADORES.

Instalación de energía eólica con circuito de control para un funcionamiento con número de revoluciones limitado y protección de la fuente de tensión de un motor devanado en serie para la regulación de las palas durante pares generadores,

que comprende un motor devanado en serie en el que el devanado del inducido y el devanado excitador pueden conectarse independientemente entre sí, una resistencia R|| de carga que está conectada fundamentalmente en serie con el devanado excitador y en paralelo con el devanado del inducido de modo que, en el funcionamiento motor, proporciona una corriente de excitador mínima, estando conectada la resistencia R|| de carga, con un primer contacto (R1) de conexión, con un primer contacto (E1) de conexión del devanado excitador y, con un segundo contacto (R2) de conexión, con un segundo contacto (A2) del devanado del inducido, y una fuente de tensión, en especial, una batería o un acumulador, caracterizada porque el primer contacto (A1) de conexión del devanado del inducido está conectado, mediante un primer componente (S1) convertidor de corriente, con el primer contacto (E1) de conexión del devanado excitador y con el primer contacto (R1) de conexión de la resistencia R|| de carga, y porque el primer contacto (A1) de conexión del devanado del inducido está conectado además, mediante un segundo componente (S2) convertidor de corriente, con el segundo contacto (E2) de conexión del devanado excitador, estando conectado el primer componente (S1) convertidor de corriente de modo que, en el funcionamiento motor, se conecta y, en el funcionamiento generador, se bloquea, y el segundo componente (S2) convertidor de corriente está conectado de modo que, en el funcionamiento generador, se conecta y, en el funcionamiento motor, se bloquea, y porque la fuente de tensión está conectada entre el segundo contacto (E2) de conexión del devanado excitador y un segundo contacto (A2) de conexión del devanado del inducido

Circuito de control para un funcionamiento con número de revoluciones limitado y protección de la fuente de tensión de un motor devanado en serie para la regulación de las palas en caso de pares generadores, que comprende un motor devanado en serie, con devanado del inducido y devanado excitador que pueden conectarse de forma independiente entre sí, una resistencia R11 de carga, conectada fundamentalmente en serie con el devanado excitador y en paralelo con el devanado del inducido, así como una fuente de tensión, especialmente una batería o un acumulador.

En general, en los motores devanados en serie, también denominados motores excitados en serie, el devanado del inducido y el devanado excitador se conectan en serie. Debido a ello, la corriente del excitador y la corriente del inducido y, con ello, también los campos magnéticos generados por estos, cambian su sentido de forma sincrónica, de modo que es posible una alimentación con corriente alterna con un sentido de giro fijo. El devanado excitador es normalmente de baja impedancia, a diferencia del motor en derivación. El número de revoluciones de los motores devanados en serie depende en gran medida de la carga. Si el par de giro suministrado disminuye, por ejemplo, en caso de marcha en ralentí, se incrementa el número de revoluciones del inducido debido a la reducida corriente y a la atenuación del campo que se produce con ello. Esto puede conducir a que el motor “se embale”, lo que significa que el número de revoluciones sigue aumentando y puede romperse el motor debido a las fuerzas centrífugas que se producen. Por tanto, los motores devanados en serie según el estado de la técnica se hacen funcionar con una carga básica, tal como, por ejemplo, los ventiladores a motor, los engranajes o las resistencias de carga conectadas en paralelo al inducido, para contrarrestar una atenuación del campo magnético del excitador. Por tanto, del estado de la técnica se conocen en principio dos medidas para evitar el embalamiento de un motor devanado en serie: por una parte, un aumento artificial de la carga mecánica, por ejemplo, a través del engranaje o ventilador mecánico, y, por otra parte, mediante la conexión eléctrica en paralelo de una resistencia de carga en paralelo al devanado del inducido de modo que también circule corriente al devanado excitador en caso de una corriente decreciente del inducido para mantener el campo magnético del excitador. En este caso, mediante conexiones técnicas se creará un tipo de motor híbrido que combina las propiedades de un motor devanado en serie y un motor en derivación.

En la figura 1 se muestra un circuito de control típico de un motor devanado en serie para la regulación de las palas de una instalación de energía eólica que puede alimentarse tanto con corriente trifásica a partir de la red como también con corriente continua mediante un acumulador. Para conseguir una inversión del sentido de giro del motor devanado en serie, el devanado excitador está conectado con un rectificador en puente como rectificador de campo. En paralelo al circuito del inducido está conectada una resistencia R|| de carga paralela, de modo que, también en caso de una corriente decreciente a través del devanado del inducido o, por ejemplo, en caso de un defecto del circuito del inducido, circule una corriente mínima a través del devanado excitador y mantenga el campo magnético del excitador. En relación con esto, la figura 2 muestra la configuración básica de un circuito de control, conocido a partir del estado de la técnica, de un motor para la regulación de las palas devanado en serie. En la figura 3 se muestra el régimen de revoluciones del motor devanado en serie según la configuración básica del circuito de control según las figuras 1 y 2. Si se reduce el par de giro del motor devanado en serie, por ejemplo, durante la marcha en ralentí o por un par de giro externo, de modo que el motor pasa del funcionamiento motor al funcionamiento generador, entonces el número de revoluciones adquiere de forma asintótica el sentido del par de giro que se reduce, y el número de revoluciones aumenta superando todos los límites. Esto se denomina “embalamiento” del motor y normalmente conduce a la autodestrucción del motor.

El circuito de control típico, conocido a partir del estado de la técnica y mostrado en la figura 1, comprende una fuente de tensión de funcionamiento normal, por ejemplo, una unidad de control trifásica, que obtiene corriente continua a partir de corriente de red trifásica y que, en caso de que el interruptor K2 esté cerrado, asume la alimentación de energía al motor devanado en serie. Si, por ejemplo, se avería la red, mediante la conexión del interruptor K1 y la apertura del interruptor K2, una fuente de tensión de emergencia alimenta en caso de emergencia al motor devanado en serie. Un rectificador de campo, realizado mediante cuatro diodos, hace que el flujo de corriente fluya a través del devanado excitador siempre en el mismo sentido, independientemente de la polaridad de la fuente de tensión de alimentación, de modo que la orientación del campo Ψ magnético del excitador sea independiente del flujo de corriente a través del motor. Sin embargo, debido a una polaridad invertida, cambia el flujo I de corriente a través del devanado excitador de modo que el par de giro

M= Ψ x I [Nm] (donde Ψ es el flujo magnético del devanado excitador e I es la corriente del inducido) también se invierte al invertir la polaridad de la fuente de tensión. Por tanto, es posible un funcionamiento en cuadrantes múltiples del motor devanado en serie. Sin rectificador de campo se produciría, en caso de una inversión de la tensión de alimentación, tanto una inversión del campo Ψ magnético del excitador como también de la corriente I del inducido, con lo que el sentido del par permanecería constante.

La resistencia R|| de carga conectada en paralelo al devanado del inducido que se muestra en la figura 1 se ocupa de que, incluso si no circula ninguna corriente en el inducido del motor, mediante la resistencia se mantenga una corriente en el excitador y, con ello, se genere

un campo de excitador que, según la ecuación:

Uind = Ψ x ω [V]

(donde ω es la frecuencia de giro del motor), conduce a una tensión Uind inducida en el inducido. Incluso si no se produce ningún caso de fallo, la tensión Uind inducida del inducido durante la marcha en ralentí del motor devanado en serie proporciona un número de revoluciones limitado de forma estacionaria.

Durante una marcha en ralentí, el motor debe aplicar un par de fricción condicionado por la fricción de cojinete o engranaje o ventilador conectado. Por tanto, la corriente del excitador se divide, durante la marcha en ralentí, en una corriente de carga básica, ocasionada por la resistencia R|| de carga, y en una corriente del inducido dependiente del número de revoluciones.

No obstante, el circuito de control conocido del estado de la técnica de un motor devanado en serie para la regulación de palas presenta una desventaja considerable en caso de pares generadores, es decir, durante la propulsión del motor desde fuera como es el caso, por ejemplo, al presentarse una elevada carga de viento en la pala del rotor. Si se produce un incremento del número de revoluciones, por ejemplo, debido a una propulsión externa del motor, disminuye la corriente del inducido. Debido a este principio, también disminuye con ello la excitación del motor, lo que conduce a una reducción de la tensión inducida. Un incremento adicional del número de revoluciones conduce a que el motor pase al estado generador, es decir, se invierte la corriente del inducido. Esto se produce cuando la tensión inducida en el inducido es superior al potencial en la resistencia R|| paralela. En este caso, la corriente inducida conduce a una reducción de la corriente de la fuente de tensión. Si aumenta adicionalmente la corriente inducida en el inducido, el generador del inducido asume completamente la alimentación de la resistencia R|| paralela y la corriente de la batería pasa a ser cero, o incluso negativa. Una corriente negativa de la batería conduce a una carga indeseada y/o una carga no controlada de la fuente de tensión, lo que reduce la vida útil de la batería o el acumulador.

Si la magnitud de la tensión inducida en el inducido se corresponde exactamente con la tensión de la fuente de tensión, entonces ya no fluye ninguna corriente a través de la bobina del excitador. Con ello, el campo magnético del excitador en el motor es cero, de modo que también es cero la tensión...

1. Instalación de energía eólica con circuito de control para un funcionamiento con número de revoluciones limitado y protección de la fuente de tensión de un motor devanado en serie para la regulación de las palas durante pares generadores, que comprende un motor devanado en serie en el que el devanado del inducido y el devanado excitador pueden conectarse independientemente entre sí, una resistencia R|| de carga que está conectada fundamentalmente en serie con el devanado excitador y en paralelo con el devanado del inducido de modo que, en el funcionamiento motor, proporciona una corriente de excitador mínima, estando conectada la resistencia R|| de carga, con un primer contacto (R1) de conexión, con un primer contacto (E1) de conexión del devanado excitador y, con un segundo contacto (R2) de conexión, con un segundo contacto (A2) del devanado del inducido, y una fuente de tensión, en especial, una batería o un acumulador, caracterizada porque el primer contacto (A1) de conexión del devanado del inducido está conectado, mediante un primer componente (S1) convertidor de corriente, con el primer contacto (E1) de conexión del devanado excitador y con el primer contacto (R1) de conexión de la resistencia R|| de carga, y porque el primer contacto (A1) de conexión del devanado del inducido está conectado además, mediante un segundo componente (S2) convertidor de corriente, con el segundo contacto (E2) de conexión del devanado excitador, estando conectado el primer componente (S1) convertidor de corriente de modo que, en el funcionamiento motor, se conecta y, en el funcionamiento generador, se bloquea, y el segundo componente (S2) convertidor de corriente está conectado de modo que, en el funcionamiento generador, se conecta y, en el funcionamiento motor, se bloquea, y porque la fuente de tensión está conectada entre el segundo contacto (E2) de conexión del devanado excitador y un segundo contacto (A2) de conexión del devanado del inducido.

2. Instalación de energía eólica según la reivindicación 1, caracterizada porque al menos un componente (S1, S2) convertidor de corriente es un diodo de potencia.

3. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque al menos un componente (S1, S2) convertidor de corriente es un elemento de conexión activo, en especial, un transistor, un tiristor, un contactor o un dispositivo similar, que se conecta en función del régimen operativo del motor (motor o generador).

4. Instalación de energía eólica según la reivindicación 3, caracterizada porque el circuito de control comprende además un dispositivo de medición de la corriente del inducido para determinar el régimen operativo del motor que sirve para controlar el componente (S1, S2) convertidor de corriente.

5. Instalación de energía eólica según la reivindicación 3 ó 4, caracterizada porque el dispositivo de medición de la corriente del inducido está conectado con una unidad de control del modo operativo que determina un modo operativo motor o generador en función de los datos de medición del dispositivo de medición de la corriente del inducido y conecta el primer y el segundo componente (S1, S2) convertidor de corriente en función del modo operativo.

6. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque al menos un componente convertidor de corriente comprende además un componente de protección frente a sobrecorriente o sobretensión y/o un componente de medición de la corriente o tensión.

7. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la fuente de tensión comprende otro componente (S3) convertidor de corriente que está conectado en serie a la fuente de tensión e impide que durante el funcionamiento generador fluya corriente a la fuente de tensión.

8. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el devanado excitador está conectado con un rectificador en puente que sirve como rectificador de campo.

9. Instalación de energía eólica según la reivindicación 8, caracterizada porque el rectificador en puente está conectado, en un funcionamiento normal que permite la conmutación del sentido de giro, entre una fuente de tensión de funcionamiento normal y el devanado excitador y, en un funcionamiento de emergencia con sentido de giro predeterminado, está conectado de modo que sus diodos, como primer y segundo componentes (S1, S2) convertidores de corriente, conectan una fuente de tensión de funcionamiento de emergencia y el devanado excitador con el devanado del inducido.

10. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque está previsto al menos un elemento (K1, K2) de conexión que se conmuta entre el funcionamiento normal que permite un cambio del sentido de giro con una fuente de tensión de funcionamiento normal, y el funcionamiento de emergencia con sentido de giro predeterminado con una fuente de tensión de funcionamiento de emergencia, alimentando corriente el primer o segundo componente (S1, S2) convertidor de corriente, al menos en el funcionamiento de emergencia, al devanado excitador en el funcionamiento motor o generador.

11. Instalación de energía eólica según la reivindicación 9, caracterizada porque, al menos en el funcionamiento de emergencia, la resistencia R|| de carga se conecta adicionalmente mediante un elemento (K1) de conexión en serie al devanado excitador y en paralelo al devanado del inducido.