Generador y sistema eléctricos trifásicos para turbina.Se describen un generador trifásico de corriente alterna que dispone de un conjunto excitatriz y dos conjuntos de potencia independientes,

para turbinas, como pueden ser turbinas eólicas o hidráulicas, que recibe la potencia reactiva de la red eléctrica y elimina el uso de multiplicadora, escobillas y anillos rozantes

Generador y sistema eléctricos trifásicos para turbina.

Objeto de la invención

La presente invención se engloba dentro del campo de la generación de energía eléctrica y más en concreto en la generación de energía eléctrica a partir de una turbina eólica, hidráulica o cualquier otro ingenio motriz en que no sea necesario o posible mantener una velocidad de accionamiento constante.

Antecedentes de la invención

La demanda eléctrica en España crece o un promedio de 62% en periodos de diez años y por otra parte la producción de energía eléctrica a partir de combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas), está limitada y gravada por el Protocolo de Kyoto. Sobre la energía nuclear pesan dos factores de riesgo: peligro de accidente, con su correspondiente fuga de material radiactivo y el controvertido almacenamiento de sus residuos radiactivos.

En consecuencia cada día entran más en liza las fuentes de energía renovable: eólica y solar. Y de éstas la de mayor aplicación en el ámbito nacional y de menor inversión inicial, es la eólica.

En el año 2.005, la generación de energía eléctrica en España fue un 6.9% en forma eólica, y la capacidad instalada un 12.6%. Esta cifra tiende a incrementarse a tenor de las limitaciones inherentes en centrales generadoras termoeléctricas y termonucleares.

Sin embargo la generación eléctrica mediante turbinas eólicas del arte previo presenta ciertas dificultades durante su operación, tales como que el sistema de generación consume, en vez de generar, potencia reactiva [kVAR] de la Red Eléctrica y como que existe un gasto de mantenimiento importante en el mecanismo de velocidad de giro (multiplicadora) de las aspas del molino de viento, así como en el desgaste de escobillas y anillos rozantes.

Descripción de la invención

La presente invención propone un generador eléctrico trifásico de corriente alterna para cualquier ingenio motriz, como pueden ser las turbinas eólicas e hidráulicas, que aprovecha la potencia reactiva de la red eléctrica y elimina el uso de multiplicadora, escobillas y anillos rozantes, eliminando las desventajas aducidas en el apartado anterior.

Es importante hacer notar que, como todo sistema de generación eléctrica a una velocidad variable por encima de la velocidad síncrona, la tensión y la frecuencia son fijadas por el sistema, que aporta la potencia reactiva [kVAR], y la cantidad de energía eléctrica convertida de mecánica a eléctrica, la fija la diferencia entre la velocidad aparente de giro del campo magnético producido por las corrientes eléctricas que circulan por el rotor (la suma de la velocidad de giro física del eje común de las máquinas mas la velocidad de giro del campo magnético de las corrientes eléctricas trifásicas "inyectadas" en el propio rotor), y la velocidad del giro del campo magnético giratorio, producido por el aporte de la potencia reactiva [kVAR].

El generador de la invención básicamente dispone de tres circuitos de flujo magnético independientes con núcleos estátor y rotor incorporados en una carcasa común y con un eje común al que se acopla o monta un motor primario (turbina eólica o hidráulica).

Dichos tres circuitos magnéticos, denominados respectivamente conjunto excitatriz CE, primer conjunto de potencia CP1 y segundo conjunto de potencia CP2, comprenden respectivamente unos rotores y estátores. El primero de estos circuitos magnéticos es el denominado conjunto excitatriz CE y tiene como función regular la frecuencia de las intensidades de corriente eléctrica que se "inyectan" en los rotores de los otros dos circuitos magnéticos, denominados circuitos o conjuntos de potencia CP1 y CP2 respectivamente.

Los dos circuitos de potencia CP1 y CP2 son idénticos en construcción; es decir sus rotores devanados y estátores tiene iguales propiedades electromagnéticas, y su función es convertir la energía mecánica rotativa del eje común en energía eléctrica que se aporta a la red eléctrica.

El conjunto excitatriz CE está compuesto por un rotor acoplado al eje común citado anteriormente y tiene dos devanados trifásicos conectados en estrella y desfasados entre sí 180º grados eléctricos. El conjunto excitatriz CE se compone de un estátor con un devanado trifásico alimentado por un convertidor de frecuencia o convertidor estático de frecuencia.

El primer conjunto de potencia CP1 o conjunto primario , está compuesto por un rotor acoplado a o montado en dicho eje común con su devanado trifásico conectado en estrella y conectado a su vez mediante una conexión solidaria a uno de dichos dos devanados del rotor del conjunto excitatriz, asimismo el conjunto primario comprende un estátor con su devanado trifásico conectado en estrella a un transformador trifásico con dos devanados trifásicos en estrella y un devanado trifásico en triángulo (Δ).

El segundo conjunto de potencia CP2 o conjunto secundario, está compuesto por un rotor acoplado a dicho eje con su devanado trifásico conectado en estrella y conectado mediante una conexión solidaria al otro de los dos devanados del rotor del conjunto excitatriz. El conjunto se completa con un estátor con su devanado trifásico conectado en estrella a la red eléctrica.

Las conexiones solidarias que unen los conjuntos de potencia primario, CP1, y secundario CP2 al conjunto excitatriz CE permiten la inyección de la corriente eléctrica de los devanados del rotor del conjunto excitatriz en los devanados de los rotores de los conjuntos de potencia primario CP1 y secundario CP2 sin la necesidad de escobillas o anillos rozantes.

Como los dos conjuntos de potencia CP1 Y CP2 tienen igual sentido de giro y los devanados de los rotores están conectados a devanados desfasados en 180º del conjunto excitatriz CE, la tensión inducida en los estátores de ambos circuitos magnéticos está desfasada 180º y por lo tanto se requiere instalar en la entrada del estátor del primer circuito de potencia CP1 un transformador trifásico de tres devanados con uno de los siguientes grupos de conexiones: Yy6d11 ó Yy6d5.

Las tensiones nominales de los dos principales devanados del transformador trifásico, conectados ambos en estrella son las mismas. De este modo, las tensiones de conexión a la red de los devanados de los estátores de los dos circuitos magnéticos de potencia están en fase.

Finalmente se propone como otra realización de la invención un sistema eléctrico trifásico en el cual al generador descrito anteriormente se le añade un convertidor de frecuencia conectado a la red eléctrica para alimentar el devanado trifásico del estátor del conjunto excitatriz configurado, para regular la frecuencia de alimentación de dicho devanado en función de la velocidad de giro del eje. El sistema se completa con un transformador trifásico intercalado entre el devanado del estátor, de uno de los conjuntos de generación de potencia, CP1, y la red eléctrica, la cual recibe la potencia eléctrica activa generada por dicho conjunto CP1.

El objeto de la invención tiene los circuitos rotóricos de los conjuntos de potencia, CP1 y CP2, dispuestos de tal forma que no están en cortocircuito, sino que están conectados eléctricamente a los devanados rotóricos del conjunto excitatriz; asimismo la velocidad física de giro rps, del eje común depende de la energía mecánica que se aplica en el motor primario.

Descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1.- Muestra un diagrama del sistema y del generador.

Figura 2.- Muestra los diagramas fasoriales del conjunto de potencia primario CP1.

Figura 3.- Muestra los diagramas fasoriales del conjunto de potencia secundario CP2.

Realización preferente de la invención

A la vista de las figuras se describe a continuación un modo de realización preferente del generador y el sistema que hace uso de dicho generador objetos de esta invención.

Como puede observarse en la figura 1 la presente invención consiste en un generador eléctrico trifásico de corriente alterna [CA] que comprende...

1. Generador eléctrico trifásico para turbina caracterizado porque comprende: