Generador de corriente alterna síncrono que incorpora un mecanismo de frenado.

Generador de corriente alterna síncrono que incorpora un mecanismo de frenado,

caracterizado porque elmecanismo de frenado comprende una bobina (21) que proporciona una inductancia predeterminada y unaresistencia predeterminada, y medios (22) de conmutación caracterizados porque los medios (22) de conmutaciónestán configurados para conectar la bobina en una salida de corriente alterna del generador, con lo cual lainductancia proporciona una reactancia que depende de la frecuencia de la salida de corriente alterna delgenerador, incrementándose a medida que la velocidad de rotación aumenta y reduciendo consecuentemente elpar de frenado.

Generador de corriente alterna síncrono que incorpora un mecanismo de frenado [0001] La presente invención se refiere a un generador de corriente alterna síncrono que incorpora un mecanismo de frenado, por ejemplo, para su uso en una turbina eólica.

Es habitual que las turbinas eólicas utilicen un generador eléctrico de imanes permanentes con el fin de generar electricidad. Un requisito aparte en el diseño de una turbina eólica consiste en proporcionar un mecanismo de frenado para situar la turbina eólica en reposo durante su funcionamiento normal y/o en el caso de que se desarrolle una condición de avería.

Se conoce la provisión de frenado para un generador eléctrico simplemente aplicando una carga resistiva, o una carga capacitivo-resistiva, en la salida eléctrica del generador.

Para ciertos generadores, se puede identificar una resistencia adecuada que generará un par de frenado mayor que el proporcionado por el viento y que ralentizará la turbina.

Desafortunadamente, a medida que la velocidad de la turbina se reduce el voltaje eléctrico producido por el generador también se reduce y, consecuentemente, disminuye también el par de frenado generado por la resistencia. Potencialmente, la reducción del par de frenado generada por la resistencia es mayor que el par generado por el viento y el resultado puede ser que la turbina se ralentice, pero que no se detenga.

Para garantizar que la turbina eólica se ralentiza sustancialmente hasta detenerse, es necesario conectar una carga resistiva muy baja a la salida eléctrica del generador, potencialmente incluso un cortocircuito. Es probable que esto resulte eficaz, aunque presenta la desventaja de que se impone un par de frenado eléctrico muy alto sobre la turbina eólica si el cortocircuito se aplica cuando la máquina está funcionando a velocidad completa.

Para garantizar que la turbina eólica se ralentiza sustancialmente hasta detenerse, es una práctica habitual utilizar un freno mecánico. No obstante, un freno mecánico es caro, particularmente si el mismo está destinado a funcionar a velocidades de rotación elevadas y a velocidades elevadas del viento.

De aquí se deduce que es improbable que una simple carga resistiva sobre el generador ofrezca un rendimiento satisfactorio, y es probable que un freno mecánico resulte demasiado costoso. El documento US 5189360, que se considera como el documento más próximo de la técnica anterior, describe un aparato y un método para generar eléctricamente un par de frenado mecánico el cual utiliza accionamiento de campo directo que incorpora un alternador AC más un regulador de corriente. Los devanados del estátor del alternador están acoplados directamente al devanado de campo a través de un rectificador de onda completa y el regulador de corriente.

[0009] El documento US 4401927 describe un motor de corriente continua que incluye un troceador en serie con la bobina de campo del motor para regular la corriente que fluye a través de la armadura del motor durante un frenado eléctrico cuando el motor funciona como generador para producir corriente. Adicionalmente, un dispositivo de derivación está conectado a la bobina de campo para regular la corriente que fluye a través de la bobina de manera que la misma se mantenga en un valor menor que la corriente de la armadura.

45 [0010] El documento EP 0704961 describe un procedimiento y un aparato para frenar un motor síncrono magnetizado con imanes permanentes. Un resistor de frenado no lineal se conecta a los conectores de entrada del motor síncrono por medio de lo cual se cierran los devanados del estátor del motor síncrono.

50 [0011] Es un objetivo de la presente invención proporcionar un generador de corriente alterna síncrono que incorpore un mecanismo de frenado el cual supere o por lo menos atenúe las desventajas anteriores.

Según la presente invención, se proporciona un generador de corriente alterna síncrono que incorpora un mecanismo de frenado, en donde el mecanismo de frenado comprende una bobina que proporciona una inductancia 55 predeterminada y una resistencia predeterminada, y medios de conmutación en donde los medios de conmutación están configurados para conectar la bobina en una salida de corriente alterna del generador, con lo cual la inductancia proporciona una reactancia que depende de la frecuencia de la salida de corriente alterna del generador, incrementándose a medida que la velocidad de rotación aumenta y reduciendo consecuentemente el par de frenado.

60 [0013] El generador puede ser un generador de imanes permanentes.

El generador puede incorporar bobinas con núcleo de aire.

La inductancia predeterminada y la resistencia predeterminada pueden estar incorporadas en una única bobina.

EP 1459435

La bobina puede estar provista de un núcleo para sintonizar la inductancia de la bobina. El núcleo se puede construir para maximizar pérdidas por corrientes de Foucault y pérdidas asociadas al magnetismo residual inverso. De manera adicional o alternativa, el núcleo se puede construir de tal manera que, durante su uso, se sature con flujo magnético.

La resistencia predeterminada de la bobina se puede obtener determinando la relación de la longitud con respecto al área de sección transversal de un hilo metálico que forme la bobina. La resistencia predeterminada de la bobina se puede obtener adicionalmente seleccionando el material del hilo metálico.

La inductancia predeterminada de la bobina se puede obtener determinando el número de vueltas y dimensiones de la bobina. La inductancia predeterminada de la bobina se puede obtener adicionalmente proporcionando un núcleo para la bobina.

[0019] La masa de la bobina se puede seleccionar de manera que absorba suficiente energía para situar el generador en reposo sin sobrecalentamiento.

El generador puede proporcionar múltiples fases y una bobina y se pueden proporcionar medios de conmutación para cada fase.

La presente invención se refiere también a una turbina eólica que incorpora un generador de corriente alterna síncrono tal como se ha definido anteriormente en la presente.

Para entender mejor la presente invención y para mostrar más claramente cómo se puede llevar a la práctica la 25 misma, a continuación se hará referencia, a título de ejemplo, a los dibujos adjuntos, en los cuales:

la Figura 1 es una vista en planta de parte de un conjunto de estátor de una realización de un generador eléctrico adecuado para su uso en la presente invención;

la Figura 2 es una sección tomada según la línea A-A mostrada en la Figura 1;

la Figura 3 es una vista en perspectiva de la parte de conjunto de estátor mostrada en las Figuras 1 y 2, fijada a un árbol principal para formar un conjunto de estátor;

la Figura 4 es una vista en perspectiva de un conjunto de rotor para su uso con el conjunto de estátor mostrado en las Figuras 1 a 3, apareciendo en sección de corte parcial, por claridad, una placa superior del conjunto de rotor;

la Figura 5 es una vista en perspectiva del generador eléctrico que incorpora el conjunto de rotor de la Figura 4 y el conjunto de estátor de las Figuras 1 a 3, apareciendo en sección de corte parcial, por claridad, una placa superior 40 del conjunto de rotor;

la Figura 6 es una ilustración esquemática de una realización de un generador eléctrico provisto de un mecanismo de frenado de acuerdo con la presente invención;

45 la Figura 7 es una ilustración esquemática de otra realización de un generador eléctrico de acuerdo con la presente invención, provisto de un mecanismo de frenado según la presente invención;

la Figura 8 es una gráfica que ilustra una serie de relaciones entre la velocidad de rotación del generador con respecto al par; y 50 la Figura 9 es una gráfica que ilustra una serie de relaciones adicionales entre la velocidad de rotación de un generador con respecto al par.

Las Figuras 1 y 2 muestran parte de un conjunto de estátor de un generador eléctrico de corriente alterna 55 síncrono, de imanes permanentes, que comprende un cuerpo anular 3 de material plástico reforzado con fibra de vidrio u otro material adecuado no magnético y no conductor eléctricamente. Unida a un lateral del cuerpo anular 3 se encuentra una capa única de bobinas... [Seguir leyendo]

1. Generador de corriente alterna síncrono que incorpora un mecanismo de frenado, caracterizado porque el mecanismo de frenado comprende una bobina (21) que proporciona una inductancia predeterminada y una resistencia predeterminada, y medios (22) de conmutación caracterizados porque los medios (22) de conmutación están configurados para conectar la bobina en una salida de corriente alterna del generador, con lo cual la inductancia proporciona una reactancia que depende de la frecuencia de la salida de corriente alterna del generador, incrementándose a medida que la velocidad de rotación aumenta y reduciendo consecuentemente el par de frenado.

2. Generador según la reivindicación 1, caracterizado porque el generador es un generador de imanes permanentes.

3. Generador según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el generador incorpora bobinas (1, 2) con núcleo de

aire. 15

4. Generador según cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque la inductancia predeterminada y la resistencia predeterminada están incorporadas en una única bobina (21) .

5. Generador según cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque la bobina (21) está provista de un núcleo. 20

6. Generador según la reivindicación 5, caracterizado porque el núcleo está construido para maximizar las pérdidas por corrientes de Foucault y pérdidas asociadas a magnetismo residual inverso.

7. Generador según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque el núcleo está construido de tal manera que, 25 durante el uso, se satura con flujo magnético.

8. Generador según cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque la resistencia predeterminada de la bobina (21) se obtiene determinando la relación de la longitud con respecto al área de sección transversal de un hilo metálico que forma la bobina.

9. Generador según la reivindicación 8, caracterizado porque la resistencia predeterminada de la bobina (21) se obtiene adicionalmente seleccionando el material del hilo metálico.

10. Generador según cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque la inductancia predeterminada de la 35 bobina (21) se obtiene determinando el número de vueltas y dimensiones de la bobina.

11. Generador según la reivindicación 10, caracterizado porque la inductancia predeterminada de la bobina (21) se obtiene adicionalmente proporcionando un núcleo para la bobina.

12. Generador según cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque la masa de la bobina se selecciona de manera que absorba suficiente energía para situar el generador en reposo sin sobrecalentamiento.

13. Generador según cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque el generador proporciona múltiples fases (17, 18, 19) y una bobina (21) y se proporcionan medios (22) de conmutación para cada fase. 45

14. Turbina eólica que incorpora un generador de corriente alterna síncrono según cualquier reivindicación anterior.

EP 1459435

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