Tecnología / Guía técnica
Generadores síncronos y de inducción: campos, velocidad y deslizamiento
La terminología de los generadores eólicos describe cómo la rotación mecánica interactúa con un campo magnético. Las máquinas síncronas y de inducción utilizan relaciones diferentes entre ese campo y el rotor. Ninguna de esas denominaciones por sí sola determina la tensión en bornes, las funciones del convertidor ni la disposición eléctrica completa.
Compara el movimiento del rotor con el campo, no con una etiqueta de producto.
La velocidad síncrona corresponde a una frecuencia eléctrica del campo y a un número de polos definidos; el deslizamiento de inducción expresa el movimiento relativo respecto de ese campo.
01 / Campo en rotación.
Un patrón magnético y un rotor físico son distintos.
Una disposición de bobinado eléctrico puede producir un patrón de campo magnético rotatorio.
Una disposición de devanados eléctricos puede producir un patrón magnético giratorio. Su velocidad de rotación mecánica depende de la frecuencia eléctrica y de los pares de polos. Un rotor físico puede seguir ese patrón de forma síncrona o moverse respecto de él, según la máquina y las condiciones de funcionamiento.
El campo del rotor de una máquina síncrona puede ser generado por imanes permanentes o por excitación eléctrica. La construcción con imanes permanentes es una modalidad de máquina síncrona, no la definición de todos los generadores síncronos. Las máquinas de inducción generan el comportamiento eléctrico del rotor mediante la interacción con campos variables concatenados.
02 / Velocidad síncrona
Utilice los pares de polos de manera consistente en la relación de velocidad.
Para una frecuencia del campo eléctrico fe en hercios y p pares de polos, la velocidad síncrona mecánica es ns = 60fe/p revoluciones por minuto.
Para una frecuencia del campo eléctrico fe en hercios y p pares de polos, la velocidad síncrona mecánica es ns = 60fe/p revoluciones por minuto. Si se utiliza en su lugar el número total de polos P, la misma relación es ns = 120fe/P. No deben intercambiarse ambos recuentos.
La referencia del DOE sobre generadores explica la relación entre la frecuencia, la velocidad de rotación y el número de polos. Un campo hipotético de 40 Hz con dos pares de polos tiene ns = 1,200 rpm. Estos valores supuestos no identifican ningún número de polos, frecuencia eléctrica ni velocidad de funcionamiento de MARSTON.
03 / Definición de deslizamiento
La velocidad relativa es distinta del ángulo síncrono del rotor.
Según la definición convencional para una máquina de inducción, el deslizamiento es s = (ns − nr)/ns, con la velocidad del rotor nr y ns no nula expresadas en las mismas unidades.
Según la definición convencional de máquina de inducción, el deslizamiento es s = (ns − nr)/ns, con la velocidad del rotor nr y ns no nula expresadas en las mismas unidades. La velocidad de deslizamiento es una diferencia de velocidades; el deslizamiento en sí es adimensional. MathWorks distingue en su modelo la velocidad eléctrica del rotor de la velocidad del campo síncrono.
En el ejemplo hipotético de un campo a 1,200 rpm, un rotor a 1,260 rpm da s = −0.05. Este es un ejemplo de signo matemático. En cambio, el ángulo de carga de una máquina síncrona describe una relación angular con el campo; no es la variable adimensional de deslizamiento de una máquina de inducción.
04 / Acción de inducción
La interpretación del funcionamiento como generador requiere un modelo de máquina declarado.
En el modelo básico en régimen permanente de una máquina de inducción de jaula de ardilla con un campo establecido en el estator, la rotación por encima de la velocidad síncrona corresponde al funcionamiento como generador.
En el modelo básico estacionario de una máquina de inducción con rotor de jaula de ardilla y un campo estatórico establecido, la rotación por encima de la velocidad síncrona corresponde al funcionamiento como generador. Las corrientes inducidas en el rotor interactúan con el campo y el par electromagnético se opone a la rotación mecánica suministrada.
Esa interpretación requiere la excitación magnética y el límite eléctrico supuestos por el modelo. Las configuraciones de inducción con alimentación por el rotor introducen otra vía eléctrica y no deben reducirse a la misma regla simple de velocidad. Un eje giratorio por sí solo no determina la configuración completa de excitación o transferencia de potencia.
05 / Límite de conversión
La frecuencia de la máquina no siempre corresponde a la frecuencia de salida.
Si un generador síncrono gira a una velocidad mecánica variable, su frecuencia eléctrica generada cambia en función de esa velocidad y del número de polos.
Si un generador síncrono gira a una velocidad mecánica variable, la frecuencia eléctrica que genera cambia con esa velocidad y con el número de polos. Una etapa de conversión independiente puede introducir otro límite de frecuencia de salida; la arquitectura y las funciones implementadas determinan esa relación.
La referencia Guía de frecuencia de salida. se refiere a la interfaz entregada, mientras que guía de voltaje terminal separa la inducción interna de las condiciones del puerto bajo carga. Ninguna de las variables eléctricas puede determinarse únicamente a partir de la velocidad síncrona.
06 / Alcance del producto
Limite la afirmación sobre la arquitectura al modelo para el que está confirmada.
Se confirma que FD14-50KW es un generador de accionamiento directo, de imanes permanentes y sin escobillas.
Se confirma que FD14-50KW es un generador de imanes permanentes, sin escobillas y de accionamiento directo. De esa confirmación no se deducen los tipos de generador de los otros cuatro modelos actuales. La orientación eléctrica de la góndola describe el accionamiento de orientación y no identifica la arquitectura electromagnética de la máquina generadora.
Esta explicación no proporciona ninguna conversión de generador, conexión de excitación, procedimiento de sincronización ni intervalo de velocidad aceptado. Sus ejemplos de velocidad y deslizamiento aclaran relaciones físicas; no constituyen autorizaciones de funcionamiento, rendimiento medido ni pruebas de ninguna capacidad implementada en un convertidor.
Guías técnicas relacionadas: Fuerza electromotriz interna del generador, tensión en bornes y respuesta a la carga · Desequilibrio trifásico y componentes simétricas · Potencia instantánea del convertidor, almacenamiento y disipación.
Trasfondo general: DOE: relación entre la frecuencia del generador, la velocidad mecánica y el número de polos · MathWorks: velocidad eléctrica del rotor y modelo de velocidad de deslizamiento de una máquina de inducción. Estas referencias explican conceptos del sector; son independientes de los documentos aplicables del producto y del proyecto MARSTON.
Conceptos y condiciones principales.
Lea cada cantidad con su referencia, unidades y condiciones especificadas. Una relación general no establece un valor específico para un modelo.
| Concepto / magnitud | Significado / relación | Condiciones / límites |
|---|---|---|
| Número de polos | p pares de polos; P = 2p polos en total | La notación seleccionada acompaña a la fórmula. |
| Velocidad síncrona | ns = 60fe/p en rpm | Campo giratorio y frecuencia definidos. |
| Velocidad de rotor. | nr en rpm | El movimiento físico difiere del movimiento del campo. |
| Deslizamiento | (ns − nr)/ns | Unidades de velocidad coincidentes y ns distinto de cero. |
| Límite eléctrico | Terminales de máquina versus salida convertida. | La arquitectura por sí sola no determina la interfaz entregada. |
Preguntas de ingeniería.
¿Es cada generador sincrónico un PMSG?
No. Los imanes permanentes y la excitación eléctrica son formas diferentes de proporcionar un campo al rotor.
¿Son el deslizamiento y el ángulo del rotor la misma magnitud?
No. El deslizamiento es una diferencia de velocidad normalizada; el ángulo del rotor describe la posición respecto a una referencia.
¿El deslizamiento negativo basta siempre para determinar cualquier configuración de generador de inducción?
La interpretación sencilla corresponde al modelo indicado de jaula de ardilla con el campo ya establecido; otras trayectorias del rotor necesitan su propio modelo.
¿El ejemplo de 1,200 rpm constituye un dato del producto?
No. Utiliza una frecuencia de campo y un número de pares de polos supuestos.
¿La frecuencia eléctrica del generador es igual a la frecuencia de AC suministrada?
No necesariamente cuando una etapa de conversión separada define otro límite.
¿Están identificadas las cinco máquinas MARSTON como PMSGs?
No. Esa arquitectura se confirma aquí únicamente para FD14-50KW.
Consulta técnica
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