PROCEDIMIENTO Y APARATO PARA COMPARTIR CARGA DINÁMICA.

La presente invención se refiere en general a generadores de múltiples fases, y más específicamente a generadores modulares que comprenden múltiples generadores de tres fases con bobinas intercaladas. La invención también se refiere a un controlador adecuado para estos generadores. Antecedentes de la invención Los generadores de energía eléctrica son dispositivos que convierten la energía mecánica en energía eléctrica. En un generador de corriente alterna, el rotor es accionado mediante, por ejemplo, una turbina y las corrientes eléctricas son inducidas en las bobinas del estátor del generador. Un generador de corriente alterna es normalmente de tipo sincrónico o de tipo asincrónico. Durante mucho tiempo, los generadores sincrónicos han sido utilizados en sistemas de energía de diferentes tipos. Los generadores sincrónicos, por ejemplo, son utilizados en sistemas de gran energía, tales como plantas de energía nuclear, así como en pequeños sistemas aislados, tales como plantas de energía eólica. En contraste con el generador asincrónico (o generador de inducción), que utiliza la inducción para proporcionar un flujo magnético, el generador sincrónico utiliza un imán permanente (PM) o magnetización eléctrica para producir su flujo de magnetización. En este sentido, el uso de generadores de imanes permanentes ha encontrado una creciente aceptación en los últimos años, debida principalmente a la necesidad de componentes de excitación de bajo costo y fiables. La aplicación de nuevos materiales magnéticos permanentes se ha traducido en generadores de alta eficiencia que son superiores a otros tipos de generadores de muchas maneras. Un generador sincrónico normalmente comprende tres fases, pero en los últimos años se han realizado muchas investigaciones relacionadas con generadores de múltiples fases, muchas de ellas hacia generadores de seis fases. El interés en los generadores de múltiples fases se encuentra principalmente en el hecho de que con muchas fases, las altas corrientes asociadas a los generadores de alta energía se pueden dividir entre más fases. Otras ventajas de los generadores de múltiples fases en comparación con los generadores de tres fases son, por ejemplo, inferiores niveles de ruido en el mismo nivel de energía, menor distorsión armónica y menor EMI. Los generadores con seis o más bobinas de fase se encuentran principalmente en la aplicación de conversión de energía de la turbina eólica de índice completo, donde se desea compartir la carga y distribución de energía de salida entre los módulos del convertidor, así como la escalabilidad de la energía de salida en viento bajo y alto. Un enfoque para la implementación de un generador de múltiples fases, tal como un generador de seis fases, es usar un generador modular, es decir, un generador compuesto de múltiples generadores de tres fases con bobinas intercaladas, tal como se ilustra en la figura 1a con un generador PM de 8 polos y seis fases. Las ventajas del generador modular con configuración de bobinas intercaladas incluyen (1) La fuerza mecánica está siempre equilibrada respecto al eje del generador y la tensión mecánica se distribuye uniformemente sobre toda la estructura del generador, independientemente del nivel de energía de salida de los sistemas de tres fases individuales, (2) Reluctancia idéntica en el espacio de aire para cada sistema de tres fases, lo que facilita la identificación y la medición de los parámetros del generador en un conjunto de sistema de tres fases para fines de control; (3) El fallo de cualquier subsistema no requiere el cierre de todo el sistema de generación de energía. La fiabilidad y la disponibilidad de energía de salida se mejoran de esta manera. En comparación con el funcionamiento de un único generador de tres fases, cuando funciona un generador modular que comprende por ejemplo dos o más bobinas de tres fases intercaladas es importante tener en cuenta el reparto de la carga dinámica o la energía de los diferentes sistemas de tres fases. Más específicamente, para el generador PM modular compuesto por múltiples generadores de tres fases con bobinas intercaladas, un control orientado de campo de retroalimentación de corriente convencional no es suficiente debido al acoplamiento magnético significativo entre cada sistema de tres fases. La forma normal de diseñar un generador modular de seis fases consiste en colocar dos bobinas conectadas en estrella con un desplazamiento de fase de 30 grados eléctricos entre las dos estrellas. Mediante esta disposición, se reducirán los armónicos 11º y 13º, lo que reduce la tensión sobre el sistema del generador. Otra forma consiste en dividir la banda de fase de una máquina convencional de tres fases en dos partes con una separación de fase espacial de 30 grados eléctricos. Sin embargo, otra forma es utilizar una máquina con bobinas conectadas en estrella y colocar un transformador triángulo en estrella en la salida de un generador con el fin de conseguir un desplazamiento de fase de 30 grados eléctricos entre los dos generadores. Sin embargo, el primer diseño descrito es la disposición más común hoy en día. El documento US6008616 describe un aparato para un motor de inducción de cambio de polo y un procedimiento de 2 E08165289 23-11-2011   control para ese motor. El motor de cambio de polo se cambia eléctricamente entre un número n de los polos y un número 2n de los polos (n = 2, 4, - - -) para obtener un par de salida del motor de inducción de cambio de polo en un modo de accionamiento constante con una alta velocidad de rotación del motor de inducción sin aumentar la dimensión del motor de inducción o de un inversor asociado con el motor de inducción de cambio de polo y sin presencia de una variación de par. La publicación "Six phase synchronous machine with AC and DC stator connections", IEEE 1983, llega a la conclusión de que para la mayoría de las condiciones de funcionamiento, un ángulo de desplazamiento de 30° entre las fases parece ser óptimo respecto a la distorsión de armónicos de voltaje y la pulsación de par. El documento US2003085627 describe un motor eléctrico de múltiples fases con una tercera inyección de corriente armónica. Se proporciona un par aumentado de manera significativa desde una disposición de motor que tiene un estátor con un núcleo y al menos dos bobinas de tres fases en el núcleo. Las dos bobinas están separadas espacialmente por 30 grados eléctricos. La energía se proporciona a las dos bobinas mediante dos inversores, suministrando cada uno energía a la misma frecuencia fundamental y con un componente en el tercer armónico del fundamental, con la energía suministrada desde un inversor desplazado en el tiempo en 30° de la frecuencia fundamental respecto a la energía suministrada por el otro inversor. El tercer componente armónico adicional reduce la densidad de flujo de pico efectivo, lo que permite un aumento en el componente fundamental de flujo para permitir un aumento del par efectivo, con el tercer componente armónico proporcionando también un par adicional. Sumario de la invención En vista de lo anterior, un objetivo de la invención es proporcionar un procedimiento para repartir par dinámico o energía de un sistema generador modular que comprende múltiples sistemas de tres fases con bobinas intercaladas. El modelo de generador modular en el marco de referencia d-q del rotor se puede derivar y utilizarse como la base para realizar el control de desacoplamiento del reparto de la carga dinámica. La metodología de control de desacoplamiento se describe a continuación con el generador de seis fases como ejemplo de aplicación. El procedimiento es general y aplicable a cualquier control de generador modular múltiple de tres fases. La invención se define de manera precisa en la reivindicación de procedimiento 1 y la reivindicación de dispositivo 5 correspondiente. Las reivindicaciones dependientes indican realizaciones ventajosas de la invención. Un programador de par/energía minimiza la transición dinámica causada por el acoplamiento magnético cruzado entre los sistemas de tres fases. El cambio de pendiente de la señal de referencia del par o de la energía se limita en el programador de par/energía. El cambio simultáneo de las señales de referencia de par/energía de cualquiera de los dos conjuntos de sistemas de tres fases se evita en el programador de torsión/energía para fines de control del desacoplamiento dinámico. En la implementación del sistema de control, la magnitud de enlace del flujo del rotor y el desplazamiento angular eléctrico entre dos sistemas de tres fases diferentes se identifican a partir de la fuerza electromotriz trasera del generador en circuito abierto, cuando la máquina funciona a velocidad constante. Esto hace que el control de desacoplamiento dinámico sea... [Seguir leyendo]

1. El procedimiento para proporcionar un reparto de carga entre un primer y un segundo sistemas de tres fases, estando dicho primer y segundo sistemas de tres fases conectados a una primera y segunda bobinas intercaladas de tres fases en un generador (302), comprendiendo el procedimiento determinar una señal de referencia de corriente del eje q para el primer sistema de tres fases y una señal de de referencia de corriente del eje q para el segundo sistema de tres fases, determinar una primera y segunda señales de referencia de flujo del estátor en base a dicha señal de referencia de corriente del eje q para el primer sistema de tres fases y dicha señal de referencia de corriente del eje q para el segundo sistema de tres fases, en el que la primera señal de referencia del flujo del estátor para el primer sistema de tres fases se determina en función de y la segunda señal de referencia del flujo del estátor para el segundo sistema de tres fases se determina de acuerdo con donde Lsl indica la inductancia de fuga de fase del estátor y Lm indica la inductancia mutua de fase del estátor, determinar una primera señal de retroalimentación del flujo del estátor para el primer sistema de tres fases (a1, b1, c1) y una segunda señal del flujo del estátor para el segundo sistema de tres fases (a2, b2, c2), basado en un efecto de acoplamiento entre el primer y segundo sistemas de tres fases, y determinar una primera señal de control del flujo del estátor para el primer sistema de tres fases en base a dicha primera señal de referencia del flujo del estátor y dicha primera señal de retroalimentación del flujo del estátor, y una segunda señal de control del flujo del estátor para el segundo sistema de tres fases en base a dicha segunda señal de referencia del flujo del estátor y dicha segunda señal de retroalimentación del flujo del estátor, minimizando así la saturación del circuito magnético debido a los efectos de acoplamiento. 2. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende determinar una primera y segunda señales de referencia del estátor del eje d sobre la base de un requisito de debilitamiento del campo en el primer sistemas de tres fases y un requisito de debilitamiento de campo en el segundo sistemas de tres fases. 3. El procedimiento según la reivindicación 2, que comprende determinar la primera señal de referencia del eje d del flujo del estátor de acuerdo con y determinar la segunda señal de referencia del eje d del flujo del estátor de acuerdo a 4. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende determinar una señal de tensión de fase para al menos una de las fases en el primer o segundo sistemas de tres fases, integrar la señal de tensión de fase determinada determinar al menos una señal de retroalimentación de flujo del estátor basada en dicha señal de tensión de fase integrada. 5. Un sistema generador que comprende un generador modular (302) que comprende una primera y segunda bobinas intercaladas de tres fases del estátor, en el que la segunda bobina intercalada (A2, B2, C2) se desplaza un ángulo eléctrico respecto a la primera bobina de tres fases 14 E08165289 23-11-2011   (A1, B1, C1), un primer y segundo sistemas de tres fases conectados a dicha primera y segunda bobinas intercaladas de tres fases, un controlador de par/energía adaptado para determinar una señal de referencia de corriente del eje q para el primer sistema de tres fases (a1, b1, c1) y una señal de referencia de corriente del eje q para el segundo sistema de tres fases (a2, b2, c2), un controlador del flujo del estátor del eje q adaptado para determinar la primera y la segunda señales de referencia del flujo del estátor en base a dicha señal de referencia de corriente del eje q para el primer sistema de tres fases y dicha señal de referencia de corriente del eje q para el segundo sistema de tres fases, en el que el controlador del flujo del estátor del eje q está adaptado para determinar la primera señal de referencia de flujo del estátor para el primer sistema de tres fases de acuerdo a y determinar la segunda señal de referencia del flujo del estátor para el segundo sistema de tres fases de acuerdo a donde Lsl indica la inductancia de fuga de fase del estátor y Lm indica la inductancia mutua de fase del estátor, un observador de flujo del estátor adaptado para determinar una primera señal de retroalimentación del flujo del estátor para el primer sistema de tres fases y una segunda señal de retroalimentación del flujo del estátor para el segundo sistema de tres fases basado en un efecto de acoplamiento entre el primer y segundo sistemas de tres fases, y un controlador de flujo del estátor adaptado para determinar una primera señal de control del flujo del estátor para el primer sistema de tres fases en base a dicha primera señal de referencia del flujo del estátor y dicha primera señal de retroalimentación del flujo del estátor, y una segunda señal de control del flujo del estátor para el segundo sistema de tres fases en base a dicha segunda señal de referencia del flujo del estátor y dicha segunda señal de retroalimentación del flujo del estátor, minimizando así la saturación del circuito magnético debido a los efectos de acoplamiento y realizando un control de desacoplamiento del reparto de la carga dinámica. 6. El sistema generador según una cualquiera de las reivindicaciones 5, que comprende un controlador de flujo del estátor del eje d adaptado para determinar una primera y segunda señales de referencia del flujo del estátor del eje d basado en el requerimiento de debilitamiento del campo en el primer sistema de tres fases y un requerimiento de debilitamiento del campo en el segundo sistema de tres fases. 7. El sistema generador según la reivindicación 6, en el que el controlador del flujo del estátor del eje d está adaptado para determinar la primera señal de referencia del flujo del estátor del eje d de acuerdo con y determinar la segunda señal de referencia del flujo del estátor del eje d de acuerdo con 8. El sistema generador según una cualquiera de las reivindicaciones 5 - 7, en el que el observador del flujo del estátor está adaptado para determinar una señal de tensión de fase para al menos una de las fases en el primer o segundo sistemas de tres fases, integrar la señal de tensión de fase determinada, y determinar por lo menos una señal de retroalimentación del flujo del estátor sobre la base de dicha señal de tensión de fase integrada. 9. El sistema generador de acuerdo con la reivindicación 5, que comprende un generador modular de seis fases que E08165289 23-11-2011   comprende una primera bobina de tres fases, una segunda bobina de tres fases intercalada con la primera bobina de tres fases y con un desplazamiento de fase en un ángulo eléctrico entre 70° y 110° desde la primera bobina de tres fases. 10. El sistema generador según la reivindicación 5, que comprende un generador modular de nueve fases que comprende una primera bobina de tres fases, una segunda bobina de tres fases intercalada con la primera bobina de tres fases y con un desplazamiento de fase en un ángulo eléctrico entre 10° y 50° desde la primera bobina de tres fases, una tercera bobina de tres fases intercalada con la primera y segunda bobinas de tres fases y con un desplazamiento de fase en un ángulo eléctrico entre 40° y 80° o entre 70° y 110° desde la primera bobina de tres fases. 16 E08165289 23-11-2011   17 E08165289 23-11-2011   18 E08165289 23-11-2011   19 E08165289 23-11-2011   E08165289 23-11-2011