E opgewekte EMK [V] f stator frequentie [Hz] rotor frequentie [Hz] I anker stroom [A] rotor lijnstroom [A] I kortsluitstroom [A]

Transcriptie

1 VOORWOORD Een thei i iet peroonlijk, een meltkroe van opgedane kenni verweven met een eigen viie en karakter. Een thei maakt gedurende een jaar deel uit van je leven. Je taat er mee op, je gaat er mee lapen, kortom het vergezelt je overal en laat je nooit alleen. Net daarom i de keuze van een onderwerp zo cruciaal. Hoe meer je jezelf vindt in het onderwerp de te gedrevener ga je de uitdaging aan. Er zijn talloze onderwerpen die de revue hebben gepaeerd maar geen één prak me zo aan al dit. Waar vroegere pionier droomden van onbekende gebieden en onontgonnen valleien, droomt de huidige generatie van een eigen energievoorziening. Het i een zoektocht naar technologieën en methode om op een milieuvriendelijke manier energie te gaan winnen en in te zetten in on dagelijke betaan. Net dat avontuurlijke heeft me er toe aangezet om te kiezen voor dit onderwerp. Het wa geen eenvoudige opdracht om me te verdiepen in zo n abtract gegeven al elektriciteit. Daarom gaat mijn dank uit naar mijn promotor dhr Steve Dereyne waarmee ik een direct contact had en mij heeft bijgetaan met raad en daad. Het wa altijd aangenaam werken, waarbij er teed plaat wa voor een grappige noot. Teven wil ik de dhr. Kurt Stockman bedanken omdat ik beroep heb mogen doen op zijn kenni en ervaring. Wanneer de problemen zich optapelden wa hij altijd een luiterend oor. Dit geldt evenzeer voor de dhr. Hugo Walcariu die deze thei met een arendoog heeft gelezen en waar nodig bijgetuurd. Het preekt vanzelf dat dit alle niet had kunnen plaatvinden al er geen morele teun wa van thui uit. Mijn ouder die altijd hun bet hebben gedaan om interee te tonen in mijn werk. Ik begrijp dat het voor hen niet teed eenvoudig moet geweet zijn om mijn ideeën te volgen. Natuurlijk mag mijn broer en teven bete vriend niet aan het plaatje ontbreken. Hij laagde er teed in om op zijn manier te dingen te relativeren wanneer de verhoopte reultaten niet werden bereikt. Het zou mij te ver leiden om iedereen hier op te noemen, maar weet dat ik jullie niet vergeet. Ik bedank iedereen voor de teun en middelen die mij werden toevertrouwd. Pieter Salomez, Kortrijk 6 juni 2006 I

2 INHOUDSOPGAVE 1 Inleiding Evolutie Generatorprincipe Synchrone generator Principe Binnenpool principe Buitenpoolprincipe Rotor Stator Aynchrone generator Inleiding Theoretiche verklaring Nullatregime Motor met belating Generatorwerking Aynchrone generator in eilandbedrijf Condenatorbatterij Opname magnetiatiekarakteritiek am Invloed van de belating op de frequentie Elektriche ytemen bij windturbine Inleiding Direct netgekoppelde ytemen Kooirotor Bewikkelde rotor Poolomchakelbare generatoren Variabele nelheid Kooianker generator Dubbel gevoede inductiegenerator Synchrone generator met uitwendige bekrachtiging Synchrone generator met permanente magneten Dubbel- gevoede inductie generator Inleiding Algemeen principe Koppel leveren Algemene vermogenbalan Schematich overzicht van de werkinggebieden Motorwerking Subynchrone motorwerking Superynchrone motorwerking Beluit Generatorwerking Subynchrone generatorwerking Superynchrone generatorwerking Beluit Praktiche optelling Bechrijving optelling II

3 5.8.2 Tetoptelling Meting opgewekte EMK bewikkelde rotor Rendementbepaling van de DC- motor Equivalent chema bewikkelde aychrone machine Subynchrone motorwerking Meetreultaten ubychrone motorwerking Toerentalverloop Subynchrone generatorwerking Toerentalverloop Vermogenverdeling Controle van de actieve vermogenbalan Controle van de reactieve vermogenbalan Vectorregeling Inleiding Equivalent chema ven een 3- faige aynchrone machine Theoretiche bechouwing van een nieuw referentiekader Tranformatie naar het α/β- referentie kader Spanning en fluxkoppeling in het α/β- referentie kader Roterend referentiekader Vectorregeling voor generatorwerking III

4 SYMBOLENLIJST E opgewekte EMK [V] f tator frequentie [Hz] f r rotor frequentie [Hz] I anker troom [A] a I tator lijntroom [A] I r rotor lijntroom [A] I kortluittroom [A] k I 10 gemiddelde nullattroom [A] gem L λ tator lekreactantie [H] L rotor lekreactantie [H] rλ L hoofdinductantie [H] m n toerental motor [tr/min] P a ankervermogen [W] P veldvermogen [W] veld P totaal toegevoerd vermogen [W] t P nuttig a vermogen [W] m P tator vermogen [W] e P r luchtpleet vermogen [W] P rotorvermogen [W] er P nullat vermogen [W] 10 P joule vermogen [W] joule P k kortluit vermogen [W] P ijzerverlie vermogen [W] fe P wr wrijvingverlie vermogen [W] P tator verlie vermogen [W] t P rotor verlie vermogen [W] rt P totaal verlie vermogen [W] vt P tator jouleverliezen [W] j P r actief overgedragen vermogen met lipverliezen [W] P rotor jouleverliezen [W] jr P jr weertand jouleverliezen [W] P v winding- en wrijvingverliezen [W] P nuttig vermogen op de a [W] L IV

5 Q tator reactief [VAr] Q r rotor reactief [VAr] R kortluit weertand [Ω] k R 1 tator weertand [Ω] R 2 rotor weertand [Ω] T akoppel [Nm] n U ankerpanning [V] a U tator lijnpanning [V] U r rotor lijnpanning [V] U tator lijnpanning [V] U r rotor lijnpanning [V] U nullatpanning [V] 10 U kortluitpanning [V] k X tator lekimpedantie [Ω] l1 X rotor lekimpedantie [Ω] l 2 X k kortluitimpedantie [Ω] ϖ hoeknelheid [rad/] η rendement f 2 f lip V

6 FIGURENLIJST Figuur 2-1 Wereldwijde windmolencapaciteit Figuur 2-2 Evolutie van generatorvermogen Figuur 3-1 Binnenpoolprincipe Figuur 3-2 Binnenpoolprincipe Figuur 3-3 Rotor van het type binnenpool principe met externe bekrachtiging Figuur 3-4 Eénfaige tatoruitvoering Figuur 3-5 Driefaige tatoruitvoering Figuur 3-6 Draaizin rotorflux Figuur 3-7 Tn karakteritiek kooirotor Figuur 3-8 Equivalent chema van een aynchrone machine Figuur 3-9 Vectordiagram voor motor in nullat Figuur 3-10 Vectordiagram voor motor met belating Figuur 3-11 Vectordiagram voor generatorwerking Figuur 3-12 Stroomvectoren Figuur 3-13 Vectordiagram met condenatorcompenatie Figuur 3-14 Opgenomen panning- troom karakteritiek Figuur 3-15 Spanning- troom karakteritiek voor divere frequentie Figuur 4-1 Principetekening van omzetting van windenergie naar elektriche energie Figuur 4-2 Kooirotor al inductiegenerator Figuur 4-3 Tn karakteritiek voor kooirotor Figuur 4-4 Aynchrone generator met bewikkelde rotor Figuur 4-5 Poolomchakelbare aynchrone generator Figuur 4-6 Kooiankergenerator met omvormer Figuur 4-7: Principetekening van een dubbel gevoede inductie generator met variabele nelheidregeling Figuur 4-8 Principetekening van een ynchrone generator met uitwendige bekrachtiging Figuur 4-9: Principetekening van ynchrone generator met permanente magneten en variabele nelheidregeling Figuur 5-1 Schematiche voortelling van een dubbel- gevoede inductie generator VI

7 Figuur 5-2 Principetekening met bijhorende formule Figuur 5-3 Vermogenbilan Figuur 5-4 Principetekening bij ubynchrone motorwerking Figuur 5-5 Principetekening bij uperynchrone motorwerking Figuur 5-6 Principetekening bij ubynchrone generatorwerking Figuur 5-7 principetekening bij uperynchrone generatorwerking Figuur 5-8 Tekening meetoptelling Figuur 5-9 Afbeelding van de volledige optelling Figuur 5-10 Detailopname van de ocillocopen en Voltech meettoetel Figuur 5-11 Opname van panning en frequentie Figuur 5-12 Opgenomen rendement van de DC- motor Figuur 5-13 Equivalent chema van een aynchrone machine met bewikkelde rotor Figuur 5-14 Principetekening van ubynchrone motorwerking Figuur 5-15 Toerentalkarakteritiek Figuur 5-16 Frequentiekarakteritiek Figuur 5-17 Principetekening ubynchrone generatorwerking Figuur 5-18 Frequentie verloop bij toenemende belating Figuur 5-19 Toerental verloop bij toenemende belating Figuur 5-20 Vermogenverdeling van de dubbel- gevoede inductie generator Figuur 5-21 Nuttig vermogen onttrokken uit de DC- motor Figuur 5-22 Principetekening van ubynchrone generatorwerking Figuur 6-1 Schematich overzicht van een vectorregeling Figuur 6-1 Equivalent chema van een aynchrone machine met bewikkelde rotor Figuur 6-2 Stroomverloop bij een AC- motor Figuur 6-3 Tranformatie van 3-faig yteem naar 2- faig tiltaand yteem Figuur faige winding en 2-faig equivalent Figuur 6-5 Algemeen 2-aig AC- machine model met mutuele koppeling tuen tator en rotor.bovenaan: de tator en rotor windingen, Onderaan: omzetting Figuur 6-6 Tranformatie van de rotortromen naar tator referentie kader Figuur 6-7 Stator referentiekader bij generatorwerking VII

8 TABELLENLIJST Tabel 1 Motorkenplaat Tabel 2 Reultaat equivalent chema Tabel 3 Reultaat equivalent chema Tabel 4 opgenomen tator meetgegeven Tabel 5 opgenomen rotor meetgegeven Tabel 6 Opgenomen parameter van DC- motor Tabel 7 Opgenomen parameter tator Tabel 8 Opgenomen parameter rotor Tabel 9 Verliezen van volledige optelling Tabel 10 Meetgegeven Tabel 11 Overzicht van de divere referentiekader VIII

9 1 INLEIDING Vandaag de dag i hernieuwbare energie een item die iedereen aanpreekt. Er wordt veelvuldig in de media aandacht gechonken aan deze problematiek. Het preekt dan ook voor zich dat alternatieven zich opdringen. Getijdencentrale, zonne- energie, biomaa, windenergie, etc. Al deze vormen van groene energie worden volop ontwikkeld om aan de energie behoefte te kunnen voldoen. Daarom werd binnen HOWEST departement PIH een eindwerk ingericht met al doel windenergie verder te betuderen. Het i de bedoeling om in een eerte deel een overzicht te geven van de reed aanwezige ytemen in de praktijk. Hierbij worden eveneen de voor- en nadelen kort gechett. In een tweede deel wordt de dubbel- gevoede inductie generator van naderbij bekeken. Er wordt ruime aandacht beteed aan de theoretiche opbouw van deze machine, waarbij via divere metingen de praktijk wordt getoett met de bechreven theorie. In een laatte deel wordt de bai gelegd voor een performant regelyteem gebaeerd op vectorturing. Door middel van een terk onderbouwde theoretiche uiteenzetting willen we er toe komen dat het abtracte gegeven van vectorturing begrijpbaar wordt. 1

10 2 EVOLUTIE De laatte 10 jaar i het gebruik van windenergie met rae chreden vooruit gegaan. Vandaag i er al wereldwijd meer dan MW aan windenergie geïntalleerd. Europa peelt een heel belangrijke rol in deze evolutie. Op Europee bodem i er tot op heden al voor MW aan windmolen gebouwd. Wat neerkomt op 73% van de wereldvoorziening op gebied van windenergie. De Europee Unie verleent erieuze teun op vlak van ontwikkeling in deze bijzonder nel groeiende ector. Hiermee proberen ze de uittoot van broeikagaen dratich te verminderen. Op korte termijn zijn ze van plan om 12% van de primaire energie op te wekken via hernieuwbare energievormen. Windenergie i hierbij het meet economich rendabel ten opzichte van de andere betaande ytemen. Daarom wordt verwacht dat er nog voor het jaar 2010 zo n MW aan intallatie zal worden gebouwd in Europa. Wanneer we kijken naar de drie grootte producenten op gebeid van windenergie. Dan zien we dat voor Duitland(14600MW), Spanje(6200MW) en Denemarken(3100MW) aan vermogen i geïntalleerd. Voor Spanje betekent dit vermogen een vervijftigvoudiging ten opzichte van het geïntalleerde vermogen in Naat Europa probeert Amerika ook zijn teentje bij te dragen bij het gebruik van groene energie. Sind kort worden ook Amerikaane projecten geubidieerd door de overheid. Heden ten dage i de technologie al zover geëvolueerd dat we voor 97% zekerheid kunnen tellen dat de prij per kilowatt geïntalleerd vermogen beloopt tuen de 800 en 1100 euro. De onderhoudkoten zouden niet meer bedragen dan 3% van het totale geïnveteerde bedrag. De implementatie van de intallatie hebben vandaag ook minder chadelijke invloed op de natuur en hun omgeving. Waar vroeger geklaagd werd over torend geluid al gevolg van de enorme wieken, worden er vandaag erieuze inpanningen geleverd om een compromi te zoeken tuen de haalbaarheid en de leefbaarheid van windmolen op on ociaal leven. [1] Figuur 2-1 Evolutie van generatorvermogen Figuur 2-2 Wereldwijde windmolencapaciteit 2

11 3 GENERATORPRINCIPES Door de generator, die betaat uit een ronddraaiende 'rotor' en een tiltaande 'tator', wordt mechaniche energie afkomtig van de motor of turbine omgezet in elektriche energie.we ondercheiden twee grote type van opwekking, de ynchrone generatie en de aynchrone generatie. Beide wekken een wielpanning op doch de wijze van opwekking i fundamenteel verchillend. Synchrone generatoren vinden we teevat terug waar grote vermogen dienen opgewekt te worden Bij ynchrone generatoren wordt de rotor van de generator bekrachtigd met gelijktroom, waardoor in combinatie met het ronddraaien van de rotor, een magnetich veld onttaat. Dit magnetich veld in de rotor veroorzaakt een panning in de tator, waarbij het toerental van de rotor gelijk i ('ynchroon') i met de frequentie van het tatordraaiveld. Er i du alleen prake van een continue vermogenoverdracht al het rotor- en tatordraaiveld even nel draaien. Indien de ynchrone generator gekoppeld i aan het openbaar elektriciteitnet, dan wordt het tatordraaiveld opgelegd door het openbare net en ligt hiermee de rotornelheid vat. Het baiprincipe van aynchrone generatoren zijn in principe inductiemotoren die boven hun ynchrone nelheid worden aangedreven. Hierbij ondercheiden we netgekoppeld en eilandbedrijf. Bij netgekoppelde ytemen wordt de frequentie door het net opgelegd en ligt het toerental du ondubbelzinnig vat. In eilandbedrijf bepaalt het toerental de opgewekte frequentie. Ondertuen zijn deze baiprincipe aangevuld met de nodige vermogenelektronica waardoor het ook bij netgekoppelde ytemen mogelijk i de nelheid van de machine aan te paen. Daarnaat i het ook mogelijk om naat deze toerentalregeling een actief en reactief vermogenregeling toe te paen op aynchrone generatoren. Hierdoor kunnen deze toetellen qua functionaliteiten volledig concurreren met de regelmogelijkheden die een ynchrone generator biedt. 3

12 3.1 Synchrone generator Principe Bij ynchrone generatie ondercheiden we opnieuw verchillende type van opwekking. We hebben het binnenpool principe en het buitenpool principe Binnenpool principe Bij het binnenpool principe zal een bewegende magneet in een tiltaande poel een wielpanning opwekken. N Z U1 U2 Figuur 3-1 Binnenpoolprincipe Buitenpoolprincipe Bij AC- generatoren maken we meetal gebruik van het binnenpoolprincipe. En dit omdat we dan te maken hebben met rechttreeke afname van elektriche energie zonder bortel en leepringen. Dit heeft al voordeel dat we een eenvoudige contructie, minder onderhoud en géén vonken aan de bortel hebben. Bij DC- generatoren zien we on teed genoodzaakt om het buitenpoolprincipe toe te paen omwille van het feit dat we via een collector de wielpanning gemakkelijk kunnen gelijkrichten. 4

13 Noord Zuid Sleepringen met de koolbortel Figuur 3-2 Buitenpoolprincipe Rotor Hier zullen we de bouw van een binnenpool generator kort toelichten gezien dit principe veelvuldig wordt toegepat in de windturbinebouw. De rotor i een draaibaar opgetelde elektromagneet gevoed via 2 leepringen en 2 bortel door een DC- hulpbron. Op de rotor bevindt zich de veldwikkeling F1F2 waardoor we de bekrachtigingtroom kunnen regelen. N + Rv Z Figuur 3-3 Rotor van het type binnenpool principe met externe bekrachtiging 5

14 Naargelang de aandrijving ondercheiden we 2 type: Poolradgenerator: Deze kan men herkennen aan hungrote diameter, kleine lengte, uitpringende poollichamen en lage nelheid. Gebruik: dieelaandrijving, windaandrijving Turbogenerator: Deze rotoren laten zich kenmerken door het feit dat ze een kleine diameter bezitten, een grote lengte. De veldwikkelingen bevinden zich in de ankergleuven en de rotor i neldraaiend. Gebruik: turbogeneratoren (aangedreven door toomturbine) Stator Voor de tator ondercheiden we de eenfaige en driefaige uitvoering. Dit i een gelamelleerd dynamoblikpakket met in de gleuven de ankerwikkeling. Er wordt teevat gekozen voor dynamoblik om zo de ijzerverliezen (hytereiverlie en werveltroomverlie) te beperken. Zelden wordt de eenfaige uitvoering gebruikt. Meetal hebben we te maken met een in ter gechakelde driefaige wikkeling. U1 U1 W 1 V2 W 2 V1 U2 Figuur 3-4 Eénfaige tatoruitvoering U2 Figuur 3-5 Driefaige tatoruitvoering 6

15 3.2 Aynchrone generator Inleiding Wanneer de nelheid van de rotor groter wordt dan de nelheid van het tatordraaiveld hebben we een negatieve lip. Deze negatieve lip zal ervoor zorgen dat er energie wordt overgedragen van de rotor naar de tator. In de baiprincipe van aynchrone generatie dienen we er du voor te zorgen dat de rotor een nelheid zal bezitten die groter i dan de ynchrone nelheid om zodoende een negatieve lip tel bekomen. Dit wordt duidelijk gemaakt op ondertaande figuur. Hier tappen we van motorwerking over naar generatorwerking door het toerental boven het ynchrone toerental te brengen en zodoende de lip negatief te maken. Figuur 3-6 Draaizin rotorflux motor generator Figuur 3-7 Tn karakteritiek kooirotor 7

16 3.2.2 Theoretiche verklaring Nullatregime Uitgaande van het equivalent chema van een aynchrone motor, zien we dat de klempanning U groter i dan de panning E. Dit i een gevolg van de panningval over de tatorweertand en de tatorreactantie. De panning E vormt de tegen EMK lang de tatorzijde en i op een factor k na, gelijk aan de rotorpanning. I R 1 * I 10 jx l1 * I 10 X l2 R 2 I 10 I g I m U R fe E X h R 2 (1-)/ U - R 1 * I 10 - jx l1 * I 10 - E = 0 Figuur 3-8 Equivalent chema van een aynchrone machine Het vectordiagram in nullat ziet eruit al volgt: U jx l1 * I 1 R 1 * I 1 E I 10 I RFE I m Figuur 3-9 Vectordiagram voor motor in nullat 8

17 Wanneer we aan de motor een klempanning U aanleggen vloeit er een magnetiatietroom I m. Deze magnetiatietroom zal zorgen voor het magnetiche veld tuen tator en rotor. NI Φ d = (3.1) R Φ d = k ω R 1 I 10 1 I 10 (3.2) R Φ = k ω (3.3) d De grootte van de magnetiatietroom i afhankelijk van de grootte van de reluctantie R. We zien in boventaande formule dat hoe kleiner de reluctantie i de te kleiner de magnetieringtroom wordt. De grootte van de reluctantie hangt af van de luchtpleet tuen tator en rotor Motor met belating Nu zullen we proberen om de belate toetand uit te leggen van de aynchrone motor via het vectordiagram. U jx l1 * I 1 R 1 * I 1 jx l2 * I 2 E R 2 /* I 2 I 2 I 1 I 10 Figuur 3-10 Vectordiagram voor motor met belating 9

18 We herkennen de nullattroom I 10. Deze troom zal er voor zorgen dat we in de rotorkring een zekere panning gaan induceren. Deze panning zal door de rotorweertand een zekere troom gaan induceren, de rotortroom I 2. we zien dat de troom I 2 nagenoeg in fae ligt met de panningvector E. Dit komt doordat de lekreactantie van de rotorketen in werking heel klein i daar de reactantie frequentieafhankelijk i. Bij de optart zal deze maximaal zijn daar de lip het groott i en de frequentie du 50 Hz i. Echter naarmate de motor op toeren komt zal het relatieve frequentieverchil tuen beide heel klein worden en du zal de reactantie nog lecht een heel kleine invloed hebben op de troom. Deze troom zal zich amentellen met de huidige nullattroom tot de tatortroom I 1. Ten gevolge van het vloeien van de tatortroom I 1 krijgen we een zekere panningval over de tatorweertand en de tatorlekreactantie. Deze zullen in grootte variëren ten gevolge van de aangelegde troom. Inderdaad hoe groter de troom die door deze componenten vloeit de te groter de panningval erdoor zal worden. 10

19 Generatorwerking In generatorwerking zullen we een negatieve lip hebben die ervoor zal zorgen dat de opgewekte emk E in de rotor groter zal zijn dan de klempanning U. Hierdoor krijgen we een omgekeerd effect en zullen we troom leveren aan het net via de tator. R 1 * I 1 jx l2 * I 2 jx l1 * I 1 U E R 2 /* I 2 I 10 I 1 I 2 Figuur 3-11 Vectordiagram voor generatorwerking Doordat we nu energie gaan leveren zal de zin van de troom I 2 in tegenfae zijn met de panning E. Hierdoor zal de reultante van de nullattroom en deze rotortroom zich amentellen in het vierde kwadrant. Doordat we hier met een negatieve lip zitten, keert de zin de ohme panningval in de rotor teven om. Al beluit kunnen we hierbij teven opmerken dat voor inductiemachine met een vermogen van meer dan 10kW de tatorweertand te verwaarlozen valt. Hierdoor vereenvoudigd teven het vectorchema van de machine. 11

20 3.2.3 Aynchrone generator in eilandbedrijf Nu gaan we een optelling maken waarbij we de motor in eilandbedrijf gaan gebruiken. Met eilandbedrijf bedoelen we volledig onafhankelijk van het net. De tator wordt hierbij direct verbonden met de gebruiker. We bekijken hierbij oa. wat de invloed zal zijn op de panning en de frequentie onder deze omtandigheden Condenatorbatterij Zoal we hierboven hebben opgemerkt dient de motor een zeker reactief vermogen te onttrekken uit het net om zijn magnetich veld op te bouwen. Nu we onafhankelijk werken van het net zullen we deze reactieve inductieve energie van ergen moeten kunnen ontrekken. Een condenator neemt een capacitieve troom op of levert een inductieve troom af. Daar onze motor een inductieve troom dient op te nemen zullen we dit kunnen realieren door toevoeging van een condenator in het yteem. R 1 * I 1 jx l2 * I 2 jx l1 * I 1 U E R 2 /* I 2 U I 10 I c I 1 I L geleverd = I C ontrokken I L ontrokken I 2 Figuur 3-13 Vectordiagram met condenatorcompenatie Figuur 3-12 Stroomvectoren 12

21 Opname magnetiatiekarakteritiek am Om een idee te krijgen van de magnetiatieënergie die deze machine nodig heeft, wordt de magnetiatiekarakteritiek van een aynchrone generator opgenomen bij een frequentie van 50Hz. Via het opnemen van panning en troom komen we tot een equivalent van de BHkarakteritiek. Het opnemen hebben we gerealieerd door de machine in nullat al motor te laten werken en aan te luiten op een regelbare panningbron. Hierbij werden dan via divere meetpunten de panning en troom opgemeten. Uit de opgenomen waarden werd de magnetiatietroom bij verchillende panningen berekend. Ondertaande karakteritiek i het bekomen reultaat. Om de benodigde waarde te kennen van de condenatorkarakteritiek hebben we 2 rechten uitgezet van twee voorhanden zijnde condenatorbatterijen. We zien dat de condenator van 66µF een nijpunt heeft met de magnetiatie karakteritiek. Dit nijpunt geeft weer hoeveel capacitieve troom er moet geleverd worden door de batterij. Uit deze grafiek kunnen we nu afleiden welke de gegenereerde panning zal zijn die zich zal intellen in eilandbedrijf bij een opgewekte frequentie van 50Hz. Omgekeerd kan hiermee ook de condenator worden berekend wanneer we een bepaalde gewente panning bij 50Hz wenen te bekomen. Ondertaande berekening i hiervan een voorbeeld U (V) Hz 66 uf 33 uf I (A) Figuur 3-14 Opgenomen panning- troom karakteritiek 13

22 Berekeningvoorbeeld: Tabel 12 Motorkenplaat 230 V 8,8 A 2,2 kw 1410 tr/min co φ = 0,79 Y 400 V 4,95 A 2,2 kw 1410 tr/min co φ =0,79 We gaan uit van de opgemeten BH - karakteritiek. Wanneer we nu een panning van 230 V willen opwekken hebben we een magnetiatietroom van 5,53 A nodig (lijntroom). Via de baiformule kunnen we dan de condenatorwaarde berekenen. 1 Z = = ω. C U I m, f I m, f C = 2. π. f. U = 2. I m, l 3. π. f. U 2. 5,53 3. π = 44,2µ F (3.5) (3.6) Uit de grafiche voortelling kunnen we afleiden dat een grotere condenator zal gepaard gaan met een grotere panning (de richtingcoëfficiënt van de rechte zal dalen, waardoor het nijpunt met de B-H - kromme naar recht zal verchuiven). Het omgekeerde i ook geldig. We moeten er echter wel voor zorgen dat de twee grafieken een duidelijk nijpunt vertonen. In normale omtandigheden komt de generator in eilandbedrijf op panning door het zogenaamde neeuwbaleffect. Dit neeuwbaleffect treedt op een bepaald moment in waardoor de generator vanaf dit punt zeer nel op panning komt. Wanneer we het verloop van de panning opmeten dan zien we dat we alvoren de generator op panning komt toch een kleine panning opmeten. Deze kleine panning die we opmeten kan verklaard worden door de kleine hoeveelheid remanent magnetime die nog aanwezig i in de rotor. Het i belangrijk dat dit remanent magnetime aanwezig i. Zonder dit kan de machine niet op panning komen. Nieuwe machine of machine waarvan het remanent magnetime verdwenen i, dienen du te worden gemagnetieerd alvoren te gebruiken in eilandbedrijf. Dit kan door de machine korttondig al motor op het net te chakelen of een korttondige DC-panning aan te leggen aan de tator van de machine. Daarnaat moet de belating van de generator worden afgekoppeld. De kleine hoeveelheid remanent magnetime in de rotor zal een kleine panning en troom induceren in de tator. 14

23 Deze zal komen te taan op de in parallel gechakelde condenatoren. Deze zullen een kleine inductieve troom leveren aan de machine die het remanent magnetime zal verterken. Hierdoor onttaat een neeuwbaleffect waardoor de generator op panning zal komen. Wanneer er nu geen nijpunt i, dan i de inductieve troom (reactieve energie) niet groot genoeg om het luchtpleetveld op te bouwen en het draaiveld te verterken waardoor de generator niet op panning zal komen. 15

24 Invloed van de belating op de frequentie Hoe groter de belating wordt aan de aynchrone generator hoe meer de frequentie gaat dalen. We dienen op te merken dat we hierbij dan een zuiver ohme belating gaan bechouwen. Het preekt voor zich dat we nog andere fenomenen zullen kennen bij inductieve en capacitieve belatingen. Dit kunnen we verklaren doordat we ook hier een relatief verchil moeten hebben tuen het draaiveld van de rotor en het draaiveld van de tator. Daar we het de nelheid van de rotor contant houden zal het relatieve nelheid verchil zich opdringen in de tator. Hierdoor zal de frequentie gaan dalen bij toenemende belating. Dit kunnen we al een nadeel bechouwen bij eilandwerking. U (V) I (A) 42 Hz 44 Hz 46 Hz 48 Hz 50 Hz 52 Hz 54 Hz 66uF40 33uF40 66uF42 33uF42 66uF44 33uF44 66uF46 33uF46 66uF48 33uF48 66uF50 33uF50 66uF52 33uF52 66uF54 33uF54 40 Hz Figuur 3-15 Spanning- troom karakteritiek voor divere frequentie We krijgen dan een verchuiving van onze motorkarakteritiek naar onder toe. Waardoor we een andere waarde dienen te kiezen voor onze condenator. Doordat onze condenator teven frequentieafhankelijk i, kantelt de condenatorlijn naar link. Hierdoor daalt eveneen de gegenereerde panning. Willen we nu een tabiele werking verkrijgen in eilandbedrijf dan zullen we moeten gaan werken in het verzadiginggebied. Komen we in het lineaire gebied, dan kan een kleine variatie in frequentie een erieuze panningdaling tot gevolg hebben. Met al reultaat dat we on magnetich veld verliezen. 16

25 4 ELEKTRISCHE SYSTEMEN BIJ WINDTURBINES 4.1 Inleiding We kunnen 5 grote onderdelen ondercheiden in een windmolen Rotor Reductiekat Generator Vermogenomvormer Net Figuur 4-1 Principetekening van omzetting van windenergie naar elektriche energie 4.2 Direct netgekoppelde ytemen Kooirotor Figuur 4-2 Kooirotor al inductiegenerator 17

26 Hierbij wordt de tator van de kooirotor generator rechttreek verbonden met het net, voorzien van een tranformator die ervoor zorgt dat de opgewekte panning kan worden opgetranformeerd naar de gangbare panning van het hoogpanningnet. Over het algemeen zullen deze type uitgerut worden met driebladige rotoren, die weliwaar niet bechikken over een pitchregeling maar wel over een tallregeling. Windturbine met pitchregeling hebben vertelbare wieken. De bladhoek wordt tijden de werking aangepat om het vermogen te controleren. Dergelijke windturbine hebben een hydraulich of elektrich mechanime nodig om de wieken te vertellen. Bij tall, ook wel overtrekregeling genoemd, maakt men gebruik van de aërodynamiche eigenchappen van het wiekprofiel. Bij tijgende windnelheid en contante omtreknelheid van de wiek wordt de aantroomhoek groter. Bij een bepaalde waarde vermindert de liftkracht al gevolg van een lolatende troming. De wieken zijn hierbij vat met de naaf verbonden waardoor het yteem heel eenvoudig i. Teven vinden we een regelbare condenatorbank terug die de nodige reactieve energie kan leveren aan de generator. Zodoende dient deze niet ontrokken worden aan het net. Het i een economich en robuut yteem die tot op heden veel terug te vinden i in divere windparken. Er treden weliwaar een reek van nadelen op, die een gevolg zijn van het niet kunnen regelen van de windnelheid. De anelheid bij deze ytemen i nagenoeg contant en de frequentie wordt opgelegd door on tar net die hij voedt. Het probleem van het regelen treedt op bij hevige windtoten of bij terugval van de wind. Het yteem moet hierop gepat kunnen anticiperen ten einde geen toringen te creëren op on net. Teven krijgen we grote krachten op onze reductiekat die ervoor zorgen dat we zware mechaniche belatingen ondervinden die op hun beurt de levenduur negatief beïnvloeden. motor generator Figuur 4-3 Tn karakteritiek voor kooirotor 18

27 4.2.2 Bewikkelde rotor Bij een bewikkelde rotor zullen we extra rotorweertanden inbrengen in de rotorketen. Dit gebeurd via leepringen die verbonden worden met een externe weertandbatterij. Door dit yteem te hanteren kunnen we een eenvoudige lipregeling bekomen, maar hebben we te maken met bijkomende jouleverliezen ten gevolge van de extra weertanden. Figuur 4-4 Aynchrone generator met bewikkelde rotor Voordelen: grotere nelheidmarge lagere mechaniche belatingen op reductiekat minder netpulatie al gevolg van een betere nelheidregeling door gebruik te maken van externe rotorweertanden. Nadelen: nog teed reactieve energie nodig uit on net onderhoud aan leepringen lichte verbetering van de nelheidmarge, maar nog teed maar maximaal 10% van de nominale nelheid extra jouleverliezen ten gevolge van de extra rotorweertanden 19

28 4.2.3 Poolomchakelbare generatoren Bij poolomchakelbare generatoren kunnen we 2 nelheden verkrijgen naargelang de windnelheid. Via een chakelaar wordt een keuze gemaakt in functie van de windnelheid welke tatorwikkelingen er ingechakeld dienen te worden. Figuur 4-5 Poolomchakelbare aynchrone generator Voordelen: vergt weinig onderhoud dit yteem heeft zijn nut al reed bewezen geen leepringen meer nodig Nadelen: zware belating voor yteem bij windtoten geen compenatie voor de netpulatie(flicker) heeft eveneen reactieve energie nodig vanuit on net 20

29 4.3 Variabele nelheid 21

30 Bij variabele nelheid komt de frequentie niet meer rechttreek op het net, maar wordt dit via een vermogenomvormer gerealieerd. Dit kan zowel op directe al op een indirecte manier gebeuren. Zodoende kunnen we een tabiele frequentie garanderen. Teven kunnen we oepeler ingrijpen op de fluctuatie van de wind. Teven zijn alle ytemen uitgerut met een pitchregeling Kooianker generator Bij deze optelling maken we opnieuw gebruik van een kooianker generator, maar dan nu gekoppeld aan een omvormer. Het grote voordeel van dit yteem i dat we nu geen leepringen meer hoeven te gebruiken, wat zich vertaalt in een guntige onderhoudkot. Ook hier hebben we de actieve en reactieve energie volledig onder controle door gebruik te maken van een actieve gelijkriching. Figuur 4-6 Kooiankergenerator met omvormer Voordelen: volledig toerental bereik geen leepringen volledige controle van actieve en reactieve energie robuute technologie Nadelen: de omvormer heeft volledig vermogen van generator nodig (duur) gebruik van een reductiekat 22

31 4.3.2 Dubbel gevoede inductiegenerator Bij een dubbel gevoede of doubly-fed generator wordt de tator onmiddellijk verbonden met het net. De rotor daarentegen wordt via leepringen verbonden met een frequentieregelaar. Deze frequentieregelaar heeft lecht 10 à 15% van het generator vermogen. Dit reulteert i erieuze daling van de verliezen die gepaard gaan met de omvormer alook met de omvang van de omvormer. We tellen eveneen vat dat de opgewekte inu geen bijkomende harmoniche ignalen bevat. Ook het actieve en reactieve vermogen hebben we volledig in de hand. Figuur 4-7: Principetekening van een dubbel gevoede inductie generator met variabele nelheidregeling Voordelen: een brede nelheidmarge (-50% en +30% van de ynchrone nelheid) kleine frequentieregelaar volledige controle wat actieve en reactieve energie betreft ideale inuvorm van de opgewekte panning Nadelen: leepringen reductiekat 23

32 4.3.3 Synchrone generator met uitwendige bekrachtiging Bij deze optelling maken we gebruik van een ynchrone machine die via een uitwendige bekrachtiging wordt gevoed. We hebben hier opnieuw de volledige controle over het gane gebeuren, maar we moeten teven inveteren in dure omvormer Figuur 4-8 Principetekening van een ynchrone generator met uitwendige bekrachtiging met variabele nelheidregeling Voordelen: volledig nelheidbereik geen nood aan reductiekat volledige controle naar actieve en reactieve energie toe Nadelen: kleine omvormer voor het veld leepringen omvormer gelijk aan vermogen van de generator multipool generator i duur en zwaar 24

33 4.3.4 Synchrone generator met permanente magneten Hier maken we geen gebruik van een uitwendig bekrachtigd veld maar zijn er in de generator een reek van permanente magneten ingebouwd. Dit i een hele dure zaak en we mogen bijna tellen dat deze optelling het duurt i van alle tot nog toe gekende opwekkingytemen. Figuur 4-9: Principetekening van ynchrone generator met permanente magneten en variabele nelheidregeling Voordelen: volledig toerental bereik geen reductiekat volledige controle wat actieve energie betreft bortelloo geen veldbekrachtiger nodig Nadelen: vermogen omvormer gelijk aan vermogen generator multipool groot en zwaar permanente magneten zijn zeer duur 25

34 5 DUBBEL- GEVOEDE INDUCTIE GENERATOR 5.1 Inleiding Eert werd beproken hoe we met een kooiankermotor energie kunnen opwekken. Na een eerte kennimaking met inductiemachine gebruikt al generator zullen we in dit hoofdtuk on meer gaan verdiepen in één bepaald type regeling op de dubbel gevoede inductiemachine. Dit type regeling i eigenlijk de voorganger van de verder uitgewerkte vectorcontrole op de dubbel gevoede inductiemachine. Bij deze regeling zullen we de tator en rotor onafhankelijk gaan voeden vanuit een ACbron. De frequentie die we gaan opleggen op tator en rotor zullen verchillend zijn van elkaar. We ondercheiden ook hier een motor -en generatorwerking. Al motor vinden deze type nog teed hun toepaing in het aandrijven van hoogvermogenpompen die dienen geregeld te worden in nelheid. Wij zijn echter meer geïntereeerd in het gebruik van dit type machine al generator. Om de baiprincipe te verduidelijken zullen we echter eert de dubbel-gevoede inductiemotor bechrijven om zo de overtap te maken naar generatorwerking. 5.2 Algemeen principe We gaan uit van een 3-faige bewikkelde aynchrone motor. Hierbij gaan we de tator verbinden met het net op een vate netfrequentie van 50Hz, de rotor luiten we aan op een driefaige panningbron met een frequentie van 14Hz. Dan krijgen we volgende ituatie; E f=50hz 3-phae ource Figuur 5-1 Schematiche voortelling van een dubbel- gevoede inductie generator 26

35 We nemen aan dat het een motor betreft die 4-polig i uitgevoerd, die zowel in tator al rotor. In normale omtandigheden hebben we dan een ynchrone nelheid van 1500 tr/min. We dienen hier op te merken dat p gelijk i aan het aantal polen. f 50Hz n = 120 = 120 = 1500tr / min (5.1) p 4 We verondertellen dat de opgewekte tatorflux klokgewij ronddraait met een nelheid van 1500 tr/min. Door het extern aangelegde driefaig panningyteem zal een rotorflux opgewekt worden die ronddraait met een nelheid: f 14Hz n r = 120 = 120 = 420tr / min (5.2) p 4 We verondertellen hierbij eveneen dat de rotorflux klokgewij ronddraait. Willen we nu echter dat de N en Z polen van tator en rotor elkaar gaan aantrekken dan zullen we ervoor moeten zorgen dat beide fluxen met éénzelfde nelheid en richting gaan roteren. Dit wil du zeggen dat de rotor waar momenteel een rotorflux met een nelheid 420 tr/min aanwezig i, zal moeten overgaan naar een nelheid van 1500 tr/min. Dit kan enkel wanneer de nelheid van de machine het nelheidverchil tuen tator en rotorflux bedraagt. De nelheid van onze machine bedraagt du altijd: n rotora = 1500tr / min 420tr / min = 1080tr / min (5.3) Het i aboluut noodzakelijk dat beide fluxen roteren op dezelfde nelheid, gebeurt dit niet dan zullen de polen lang elkaar lippen en krijgen we een reulterend koppel dat gelijk i aan 0. Dit voorgaande i enkel mogelijk al de rotora een nelheid aanhoudt van 1080 tr/min. De rotor zal al het ware de tatorflux willen volgen en zal dit doen met een relatief nelheidverchil van 1080 tr/min. We creëren hier du een vorm van nelheidregeling door in te pelen op tator- en rotorflux. 27

36 We kunnen nu twee manieren van werken ondercheiden. Bij boventaande wijze preken we van ubynchrone werking omdat de rotornelheid onder de ynchrone nelheid ligt van 1500 tr/min. Verondertel dat we nu twee faen omwielen van de rotor. Dan krijgen we een rotorflux die tegengeteld zal draaien aan de tatorflux. De nelheid die onze motor nu dient aan te nemen wordt; n rotora = 1500tr / min+ 420tr / min = 1920tr / min (5.4) We preken hier van uperynchrone werking. 5.3 Koppel leveren We definiëren de lip al het relatief nelheidverchil tuen de anelheid van de rotor n r en de nelheid van het ynchroon draaiveld n.. n n r = (5.5) n Voor onze dubbel gevoede inductiemachine zullen we du ook een verhouding nodig hebben tuen het tatordraaiveld en het rotordraaiveld. De tator wordt met het net verbonden, wat du een vate 50 Hz vatlegt. De rotor wordt verbonden met een bron met regelbare frequentie. Du wanneer beide frequentie gekend zijn leggen we ondubbelzinnig de lip vat. We maken van onze aynchrone machine eigenlijk een peciaal oort van ynchrone machine. De lip van deze machine kunnen we dan ook definiëren al: f = (5.6) f 2 Wanneer f 2 = 0 Hz, dan i = 0 en draait onze machine aan ynchrone nelheid. Wanneer f 2 = 50 Hz, dan i = 1 en taat onze machine til. De eerte ituatie i vergelijkbaar met een klaieke ychrone machine waarbij de rotor bekrachtigd wordt met een DC-panning. 28

37 Ook wanneer de machine koppel dient te leveren kunnen we de analogie met de ynchrone machine doortrekken. De machine blijft dezelfde nelheid aanhouden zolang de aangeboden frequentie op tator en rotor vatliggen en de lip van de machine du vatleggen. Neem bijvoorbeeld een generatorituatie. Hierbij zal aan de a mechanich vermogen worden toegevoerd. Dit mechanich vermogen zal de machine ogenblikkelijk, maar heel korttondig doen vernellen, net al bij de ynchrone machine. Een bepaalde mechaniche hoek zal zich intellen tuen tator en rotor. Een vermogenoverdracht zal zich manifeteren van het aandrijvend koppel naar de machine toe. Eenmaal de mechaniche hoek zich heeft ingeteld draaien we terug aan de opgelegde nelheid. De lip in de machine blijft contant en de nelheid van de rotor blijft hierbij du ook contant. 5.4 Algemene vermogenbalan Ondertaande figuur geeft de voortelling van een aynchrone machine met bewikkelde rotor. We bechouwen hier een ituatie waarbij de machine al motor werkt. Dezelfde formule kunnen echter toegepat worden bij generatorwerking. We voeden de tator vanuit een 3 faig net op een gegeven frequentie f. Figuur 5-2 Principetekening met bijhorende formule 29

38 Het net levert een driefaig vermogen P e aan de tator. In de tator hebben we de ijzerverliezen P f en de jouleverliezen P j die we in rekening moeten brengen. Dit reulterend vermogen P r wordt overgebracht naar de rotor. Dit vermogen plitt zich in een uittredend vermogen via de leepringen vermogen P r en een reterend vermogen P m. Het P r wordt nogmaal in mindering gebracht door optredende jouleverliezen in zowel rotor- al externe weertanden. Het vermogen P m wordt verkregen door het verchil te maken van P r met P r. We zien daaruit dat hoe groter de lip wordt, hoe kleiner het overgedragen vermogen naar de a wordt. Dit kunnen we nu in een eenvoudige formule gieten die eruit ziet al volgt: f 2 P m = (1 ) P r (5.7) f We dienen hier ook wel nog wrijvingverliezen in rekening te brengen P v. Die na verrekening on de waarde geeft voor het nuttig avermogen P L. Ondertaande figuur geeft een chematiche amenvatting van deze vermogenbalan. P j + P f P e P jr P r *P r P jr P m P v P L Figuur 5-3 Vermogenbilan 30

39 5.5 Schematich overzicht van de werkinggebieden Voor de dubbel gevoede inductiemachine kunnen we 4 verchillende werkinggebieden ondercheiden. Een eerte onderverdeling kan gemaakt worden op bai van motor- of generatorwerking. Een tweede ondercheid valt te maken in het ubynchroon of uperynchroon werken van de machine. Willen we nu overgaan van motorwerking naar generatorwerking dan dienen we de rotornelheid op te voeren (=mechanich vermogen toevoeren) of de rotorfrequentie doen dalen bij eenzelfde nelheid van de aandrijvende machine wat uiteindelijk ook weer neerkomt op het toevoeren van mechanich vermogen. We dienen op te merken dat er bij deze overgang niet wordt overgegaan van ubynchroon naar uperynchroon of omgekeerd. Willen we hier een wijziging doorvoeren dan zijn we verplicht om 2 faen om te keren aan rotor of tator. Dit alle wordt chematich weergegeven in ondertaande figuur. Dubbel- gevoede inductiegenerator Motorwerking Generatorwerking Rotor nelheid verhogen Subynchroon Superynchroon Subynchroon Superynchroon n rotora = ntator nrotor n rotora = ntator + nrotor rotora tator rotor rotora tator rotor n = n n n = n + n Draaizin rotorveld omkeren, tegengeteld aan tatordraaiveld maken Draaizin rotorveld omkeren, tegengeteld aan tatordraaiveld maken Figuur 5-4 Overzicht motor-generatorwerking 31

40 5.6 Motorwerking Subynchrone motorwerking Wanneer we nu de rotor van een driefaige aynchrone motor met bewikkelde rotor gaan verbinden met een uitwendige bron E r automatich de lip vat. De lip wordt dan de verhouding van met bepaalde frequentie f 2, dan leggen we f 2. Deze aynchrone f machine i een peciale uitvoering van een ynchrone machine daar we eveneen met een vate lipwaarde werken. Dealniettemin i de vooropgetelde vermogenbilan bij de aynchrone motor nog teed geldig. Op ondertaande figuur merken we het vermogen P m op. Dit vermogen i het verchil van het overgedragen tatorvermogen met het via de leepringen uittredend rotorvermogen. Een deel van de energie f 2 P m = (1 ) P r (5.8) f P r zal verloren gaan onder de vorm van jouleverliezen in de rotor. Het reterende deel wordt onder de vorm van P er naar het net gebracht. Een deel van het via de tator ingetoken energie wordt du na verliezen via de rotorleepringen rechttreek terug naar het net gebracht. We dienen op te merken dat voor deze werking de fluxen in dezelfde richting gaan roteren. In dat geval i ondertaande formule opnieuw van toepaing. n rotora = n n (5.9) tator rotor We krijgen du een nelheid die lager ligt dan de ynchrone nelheid van de tatorflux. We preken van ubynchrone werking. 32

41 Figuur 5-5 Principetekening bij ubynchrone motorwerking Superynchrone motorwerking Bij deze optelling gaan we ervoor zorgen dat de rotorflux tegengeteld gaat draaien aan de tatorflux. Al gevolg van deze omkering mogen we nu de vermogen gaan optellen en zal er du geen energie uit de rotor vloeien naar de bron, maar zal er energie vanuit de bron via de rotor worden aangevoerd. Wat de vermogenverliezen betreft zijn deze nog teed gelijk aan deze voor de motor in ubynchrone werking. Het niet-gecorrigeerde avermogen i hier; f 2 P m = (1 + ) P r (5.10) f Figuur 5-5 Principetekening bij uperynchrone motorwerking 33

42 5.6.3 Beluit We mogen beluiten dat we via een regeling van de rotorfrequentie zowel het avermogen al het rotortoerental kunnen gaan regelen. Al we de rotorfrequentie aanpaen, paen we automatich de lip aan waardoor we de nelheid van onze machine kunnen aanpaen. Willen we een vermogenregeling gaan toepaen bij een bepaald van buitenaf opgelegd toerental, i dit teven mogelijk. Naargelang de werkwijze die we hanteren zullen we door de rotorfrequentie op te voeren het vermogen gaan noeren (ubynchrone werking) ofwel gaan opdrijven (uperynchrone werking). 34

43 5.7 Generatorwerking Subynchrone generatorwerking We kunnen nu eveneen overchakelen van motor naar generatorwerking. We moeten er dan voor zorgen dat we het relatieve nelheidverchil tuen tatorflux draaiveld en rotorflux draaiveld gaan compeneren via de aandrijving van de a van de motor. Gaan we van de verondertelling uit dat we een vate waarde hebben voor de rotorfrequentie (vb. 14 Hz) en een netgekoppelde tator op een frequentie (vb. 50 Hz). Wanneer we nu in ubynchrone werking bezig zijn dient de anelheid 1080 tr/min te bedragen. n rotora = 1500tr / min 420tr / min = 1080tr / min (5.11) Willen we nu het vermogen via de a opdrijven, dan trachten we de a neller te laten draaien. De machine zal hierdoor echter niet neller beginnen draaien, maar zal alle meerwaarde aan energie vertalen in een meerwaarde aan actieve energie die via de rotor terug naar het net wordt gevoerd. Op ondertaande figuur zien we dat we energie via de rotor en via de a van generator gaan toevoeren. De om van beide energietromen zal reulteren in een zekere waarde P e die via de tator in het net wordt gebracht. Figuur 5-6 Principetekening bij ubynchrone generatorwerking 35

44 5.7.2 Superynchrone generatorwerking Om nu over te gaan van ubynchrone werking naar uperynchrone werking moeten we ook hier enkel de faevolgorde van de rotor gaan aanpaen. Zodoende hebben we dan ook een uperynchrone nelheid nodig waarmee de rotora wordt aangedreven. We merken hierbij op dat het totaal toegevoerde vermogen zal verdeeld worden over de rotor en de tator. n rotora = 1500tr / min+ 420tr / min = 1920tr / min (5.12) Figuur 5-7 principetekening bij uperynchrone generatorwerking Beluit We mogen beluiten dat we door een koppelregeling van de generatora een vermogenregeling kunnen realieren. We dienen er teed op te letten dat bij inchakelen het relatieve nelheidverchil gerepecteerd wordt, ander treden er overgangverchijnelen op die gepaard gaan met erieuze toottromen. Maar dit wordt nader toegelicht in het praktiche deel omtrent de dubbel gevoede generator. Willen we van ubynchrone werking overtappen naar uperynchrone werking en vice vera, dan moeten we de faevolgorde van de rotor gaan omkeren. 36

45 5.8 Praktiche optelling Bechrijving optelling Nu we de theorie hebben beproken van de dubbel gevoede inductiegenerator zijn we in taat om praktiche metingen uit te voeren. De metingen worden uitgevoerd op een didactiche Siemengroep die op ondertaande foto in beeld i gebracht. De volledig rechte machine op de foto betaat uit een machine met driefaige vate tatorwikkelingen en verwielbare rotor. Voor de proefoptelling werd een bewikkelde rotor met leepringen ingebracht om een dubbelgevoede inductiemachine te imuleren. De belating van de machine gebeurt met een Foucaultrem opgeteld net naat de inductiemachine. De machine kan teven worden aangedreven door een DC-machine (meet link) om generatorwerking te imuleren. De kenplaatgegeven van alle onderdelen kunnen in bijlage worden teruggevonden. Stator en rotorgegeven werden opgenomen door twee Voltech PM3000 power analyer. De rotor wordt gevoed vanaf een draaiende groep betaande uit een gekoppelde DCmachine en ynchrone machine. Hierbij wordt de DC-machine al motor gebruikt en de SM al aangedreven generator. Door de nelheid van de DC-machine aan te paen, wordt de opgewekte frequentie aangepat. Door de bekrachtigingtroom van de SM aan te paen, wordt de amplitude van de opgewekte AC-panning aangepat. Om de geïnduceerde rotorpanning te ynchronieren met de panning opgewekt door de draaiende groep werd gebruik gemaakt van ocillocopen. Hierdoor kan worden ingechakeld op het ogenblik dat beide panningen even groot zijn en dezelfde frequentie hebben, dit om overgangverchijnelen te beperken die de optelling onnodig belaten en beveiligingen ongewent doen uitlaan. 37

46 5.8.2 Tetoptelling V- meter Focault rem Net 400V~ 50Hz Voltech A- meter + DC DFIG Regelbare DCankerpanning - V- meter A- meter Voltech Veldbekrachtiging DC- bron 3-faige regelbare AC- bron in frequentie en amplitude Figuur 5-8 Tekening meetoptelling 38

47 Figuur 5-9 Afbeelding van de volledige optelling Figuur 5-10 Detailopname van de ocillocopen en Voltech meettoetel 39

48 5.8.3 Meting opgewekte EMK bewikkelde rotor Afhankelijk van het relatief toerentalverchil tuen tator en rotor wordt een EMK opgewekt in de rotor. Deze EMK wordt opgemeten door de machine aan te drijven met de DC-machine. Hierbij wordt de rotorkring opengelaten en wordt de opgewekte panning in de rotorwikkelingen opgemeten. Deze meting i van belang om verder de correcte frequentie en daarbij horende panning te kunnen intellen van de draaiende groep voor een gegeven toerental. Deze aan de rotor aangelegde panning moet qua frequentie en amplitude bij het inchakelen zo dicht mogelijk bij de geïnduceerde EMK van de rotor liggen om overgangverchijnelen zo veel mogelijk weg te werken. Vooral de frequentie i hierbij een belangrijke factor want de draaiende groep i veel terker dan de bewikkelde rotormachine waardoor bij het inchakelen de aangelegde frequentie wordt opgedrongen aan de machine. Dit met heel nelle overgangverchijnelen qua nelheid/koppel al nefat gevolg. De geïnduceerde rotorpanning werd opgemeten met de Voltech PM3000A. De tator werd in ter op het net 3x400Vac, 50Hz aangeloten. Hieronder zien we een grafiek waarbij de opgemeten waarden werden uitgezet in functie van toerental. We merken duidelijk dat bij een hoger toerental de EMK gaat dalen. Dit kunnen we verklaren doordat er bij een hoger toerental een kleiner relatief nelheidverchil gaat optreden tuen tatorflux en rotor. Hierbij worden er du minder veldlijnen geneden door de rotorpoel. Dit reulteert in een lagere opgewekte panning. Gaan we echter over het nominale toerental dan zien we opnieuw een tijging van de panning. Dit valt eveneen te verklaren al een opnieuw groter worden van het nelheidverchil waarbij du weer meer veldlijnen worden geneden. e = Blv = Bl v v ) = ct( v v ) (5.13) ( tator rotora tator rotora e = ct 50Hz v ) (5.14) ( rotora 40