SISTEM EOLIAN CUGENERATOR ASINCRON CUINELE [612738]

SISTEM EOLIAN CUGENERATOR ASINCRON CUINELE
Generatorul asincron cuinele (GAI)s-aimpus înmicrosistemele electroenergetice în
care turația rotorică semodifică înlimite largi,așacum este cazul energiei eoliene .
Turbina devânt Tfuncționează laviteze variabile dependente deviteza vântului și
,astfel ,turația rotorică semodifică înlimite largi.
Turația semodifică înlimite largi șifrecvența dincirucitul rotoric semodifică înaceeași
măsură .Deacest fapt trebuie săseținăseama înestimarea pierderilor înfier(proporționale
cufrecvența ).
Fiind generator deputere activă șiconsumator deputere reactivă (pentru magnetizarea
miezului feromagnetic ),este foarte important deanalizat cum sepoate minimiza puterea
reactivă absorbită degenerator ,astfel încât GAI săfuncționeze launfactor deputere
unitar .
Înacest sens seiauînconsiderare două modalități :
1.plasarea unor condensatoare încircuitul rotoric (compensare rotorică )
2.plasarea unor condensatoare înstator (înparalel cuGAI)(compensare statorică ).
Compensare rotorică
Realizarea unui factor deputere unitar sepoate face prin plasarea unei capacități -C-în
circuitul rotoric saustatoric (eventual înambele părți ).
Încircuitul rotoric tensiunea este -U2-,mairedusă cavaloare decât ceastatorică -Us-.
Laplasarea încircuitul rotoric a
-rezistenței adiționale -Ra-sia
-condensatorului -C-
tensiunea rotorică sepoate scrie subforma :
U2I2Raj1
2C
sau
Ud2jUq2Id2jIq2Raj1
SC
Ud2Id2RaIq21
SC
Uq2Iq2RaId21
SC
Rezistența adițională -Ra-serealizează prin vehicularea puterii active înrețea prin
intermediul convertorului deputere șiatransformatorului deadaptare TE(figura1).
Deoarece seimpune ,încazul sistemelor eoliene ,funcționarea înpunctele deputere
maximă ,laviteze alevîntului variabile ,rezultă valori bine definite pentru :
-cuplul electromagnetic și
-turația laarborele generatorului
înfuncție deviteza vîntului .
Reglarea sistemului nusepoate realiza doar prin invertorul deputere înseriat încircuitul
rotoric .
Folosind doar reglarea încircuitul rotoric sepoate modifica alunecarea de
funcționare darnușicuplul electromagnetic algeneratorului ,încondițiile menținerii
fluxului statoric lavaloarea nominală .
Pentru modificarea cuplului electromagnetic șiaducerea salavaloarea prescrisă

Melmg,impusă defuncționarea înpunctul deputere maximă alturbinei eoliene ,laoanumită
viteză avîntului ),este necesar șimodificarea valorii tensiunii statorice (cunoscut fiind
faptul cădependența cuplului detensiune este pătratică ).
Modificarea tensiunii statorice serealizează cutransformatorul electric (TE)(figura1)cu
prize ,comutate electronic .
Prinmodificarea capacității condensatorului -C-dincircuitul rotoric sereglează
factorul deputere lacare funcționează generatorul electric ,iarprin comanda
convertorului semodifică cuplul electromagnetic .
Înaceste condiții funcționarea sistemului
-TURBINĂ GENERATOR ASINCRON -CONVERTOR -TE(TGA)
sepoate realiza înpunctul deputere maximă ,specific fiecărei viteze înparte .
Cum viteza vîntului semodifică continuu ,funcționarea sistemului (TGA)este mereu în
regim tranzistoriu șiînacest sens sistemul deconducere trebuie săfieeficient ,simplu și
sigur .
Dinecuațiile modelului ortogonal pentru GA:
UdR1IdL1IqMIqr
UqR1IqL1IdMIdr/j
Iqr
SCMSIqR2RaIdrL2SIqr
Idr
SCMSIdL2SIdrR2RaIqr/j
prin înmulțirea cu-j-aecuațiilor 2și4șiprin adunarea relațiilor 1cu2și3cu4,se
obține forma complexă asistemului deecuații pentru GAînregim staționar
U1R1I1jL1I1jMI2
OR2RaI2jI2SL21
SCjSMI1
unde :
UUdjUq-tensiunea statorică ;
IsIdjIq-curentul statoric ;
IrIdrjIqr-curentul rotoric ;
Lacompensare totală vectoriiUșiI1sunt coliniari șideci sepoate scrie :
U1KI1
obținîndu -se:
KR1jL1jMI2
I1
OR2RajSL21
SCI2
I1jSM
Dinprima ecuație secalculează I2/I1subforma :
I2
I1KR1jL1
jM
șiseînlocuiește înultima ,obținîndu -se:
KR1SL21
SCL1R2Ra
L1SL21
SCM2SR2RaKR1

sauprin eliminarea factorului deproporționalitate -K-rezultă condiția defactor deputere
unitarcos1.:
L1SL21
SC2M2SSL21
SCR2Ra2L10
Puterea activă -Pr-transmisă dinrotor înrețea este:
Pr3RaIr2
iarputerea activă -Ps-provenită dinstator (laR10secalculează curelația :
PsMelmg
Puterea activă totală obținută este suma celor două puteri :
PtPrPs
Fluxul statoric seimpune lavaloarea nominală :
s1.3Wb
sd2q20.1665B0.149Y20.1665A0.149X21.3
Schema electrică aGAcuinele ,launfactor deputere unitar ,prin dispunerea unei
baterii decondensatoare Cîncircuitul rotoric ,seprezintă înfigura demaijos.
Fig1.Generator asincron compensat înrotor
Laneglijarea pierderilor deputere ,bilanțul energetic sescrie subforma :
PTPsPrPt
unde :
-Pr-puterea vehiculată prin rotor ;
-Ps-puterea vehiculată prin stator ;
-PT-puterea turbinei ;
-Pt-puterea electrică dată înrețea ;
Valoarea puterii rotoricePrdepinde dealunecare ,astfel :
PrsPs

Launfactor deputere unitar (cos1),tensiunea statorică Usșicurentul statoric Is
sunt coliniari șiseobține următoarea diagramă fazorială :
Fig.2Diagrama fazorială laGA(cos1)
Pentru oanumită alunecare -s-rezultă ,lafrecvență statorică dată (ex:f50Hz),o
anumită valoare acapacității condensatorului C,pentru carecos1.
Deoarece tensiunea statorică semodifică ,(pentru arealiza cuplul impus deturbina
eoliană laofuncționare înpunctul deputere maximă ),miezul feromagnetic algeneratorului
poate sădevină saturat .
Dinacest motiv seimpune înrezolvarea sistemului demaijos,valoarea fluxului statoric :
sd2q21,3Wb
Dindiagrama fazorială ,launfactor deputere unitar ,rezultă :
L1R2Ra2L1SL21.
SC2M2SSL21.
SC
sau
0.16652.7Ra20.1665S0.16651.
SC20.1492SS0.16651.
SC
Dependența capacității condensatorului Cdeturația rotorică neste dată înfigura 4.
Punctele deputere maximă
Puterea maximă aturbinei -Pmaxdepinde deviteza unghiulară mecanică -mec2n/60-

pătratic șideci:
PmaxK1n2
Puterea turbinei -T-depinde deviteza vîntului laputerea atreia :
PTK2V3
Dinegalitatea celor două puteri rezultă :
K1n2K2V3
și:
-pentru
V15m/sseobțineK139002K2153
-pentru
V20m/sseobțineK1n22K2203
obținîndu -se,înfinal:
n2390020
1520
156004rpm
Puterea mecanică fiind:
PMelmgK2V3
laV15m/srezultă :
P1523900
60K2153
șilaV20m/sînmod analog :
P2Melmg26004
60K2203
Seobține ,astfel ,cuplul electromagnetic -Melmgnecesar pentru afuncționa înpunctul
deputere maximă ,laviteza vîntului de20m/s,făcînd raportul :
P1
P253900
Melmg640015
203
obținîndu -se:
Melmg7.68Nm
Înacest felsecalculează 6puncte defuncționare laputere maximă
P1,P2,P3,P4,P5,P6
Funcționarea înpunctele deputere maximă
P15,3900
P26.5735,5126.7
n18.
153
239005126.7:
Melmg18.
15319500
51266.5735
P37.68,6004
P48.88,6927.3
n22.
153
239006927.3
Melmg22.
15319500
6927.38.8811
P510.758,8391.5:
n25.
153
239008391.5
Melmg25.
15319500
8391.510.758
P612.752,9946.4:
n28.
153
239009946.4

Melmg28.
15319500
9946.412.752
seprezintă încontinuare .
P15,3900
1.30.1665B0.149Y20.1665A0.149X2
U14.36A0.1665B0.149Y
20034.36B0.1665A0.149X
1
SCY2.7RaXS0.1665YS0.149B
1
SCX2.7RaYS0.1665XS0.149A
00.149XBYAM
M5
n3900.
S0.1492S0.16651
SCRa2.720.16650.1665S0.16651
SC2
314.
n3000.1.S
IA2B2
IrX2Y2
UsU12120000
UrRaX1
SCY2
RaY1
SCX2
Pi3RaIr2
PsM0.1n
M5.0,314.0,C8.023104,Ra2.2791,A1.7908,X9.7225,
S0.3,B3.4038,
U1182.26,Y0.2589,Us391.43,I3.8462,Pi646.78,Ir9.7260,
Ur130.58,n3900.0,Ps1950.0,
P26.5735,5126.7

1.30.1665B0.149Y20.1665A0.149X2
U14.36A0.1665B0.149Y
20034.36B0.1665A0.149X
1
SCY2.7RaXS0.1665YS0.149B
1
SCX2.7RaYS0.1665XS0.149A
00.149XBYAM
M6.5735
n5126.7.
S0.1492S0.16651
SCRa2.720.16650.1665S0.16651
SC2
314.
n3000.1.S
IA2B2
IrX2Y2
UsU12120000
UrRaX1
SCY2
RaY1
SCX2
Pi3RaIr2
PsM0.1n
314.0,A2.2343,Pi3514.5,X10.324,U1170.63,Ps3370.0,
Y1.2136,C1.5879104,
I5.0565,B4.5361,Ir10.395,M6.5735,Us386.15,n5126.7,
S0.7089,Ra10.842,Ur314.94
P37.68,6004

1.30.1665B0.149Y20.1665A0.149X2
U14.36A0.1665B0.149Y
20034.36B0.1665A0.149X
1
SCY2.7RaXS0.1665YS0.149B
1
SCX2.7RaYS0.1665XS0.149A
00.149XBYAM
M7.68
n6004.
S0.1492S0.16651
SCRa2.720.16650.1665S0.16651
SC2
314.
n3000.1.S
IA2B2
IrX2Y2
UsU12120000
UrRaX1
SCY2
RaY1
SCX2
Pi3RaIr2
PsM0.1n
,314.0,n6004.0,X5.1055,U1162.06,Y9.6766,A2.5033,
C8.5756105,B5.3511,
Ra17.473,Pi6274.6,S1.0013,Us382.44,Ir10.941,Ps4611.1,
M7.68,I5.9077,Ur448.54
P48.88,6927.3

1.30.1665B0.149Y20.1665A0.149X2
U14.36A0.1665B0.149Y
20034.36B0.1665A0.149X
1
SCY2.7RaXS0.1665YS0.149B
1
SCX2.7RaYS0.1665XS0.149A
00.149XBYAM
M8.88
n6927.3
S0.1492S0.16651
SCRa2.720.16650.1665S0.16651
SC2
314.
n3000.1.S
IA2B2
IrX2Y2
UsU12120000
UrRaX1
SCY2
RaY1
SCX2
Pi3RaIr2
PsM0.1n
Ur590.48,Us378.42,X11.059,M8.88,n6927.3,S1.3091,
Ra24.462,Ir11.592,
Ps6151.4,C5.4451105,B6.253,I6.8308,Pi9862.0,U1152.32,
A2.7494,Y3.4756,314.0,
P510.758,8391.5

1.30.1665B0.149Y20.1665A0.149X2
U14.36A0.1665B0.149Y
20034.36B0.1665A0.149X
1
SCY2.7RaXS0.1665YS0.149B
1
SCX2.7RaYS0.1665XS0.149A
00.149XBYAM
M10.758
n8391.5
S0.1492S0.16651
SCRa2.720.16650.1665S0.16651
SC2
314.
n3000.1.S
IA2B2
IrX2Y2
UsU12120000
UrRaX1
SCY2
RaY1
SCX2
Pi3RaIr2
PsM0.1n
314.0,A3.0225,U1135.91,Y11.795,n8391.5,
B7.7037,S1.7972,
C3.2726105,M10.758,I8.2754,Ra34.859,X4.7445,Ps9027.6,
Ir12.714,Ur818.75,Us372.12,Pi16903.
P612.752,9946.4

1.30.1665B0.149Y20.1665A0.149X2
U14.36A0.1665B0.149Y
20034.36B0.1665A0.149X
1
SCY2.7RaXS0.1665YS0.149B
1
SCX2.7RaYS0.1665XS0.149A
00.149XBYAM
M12.752
n9946.4
S0.1492S0.16651
SCRa2.720.16650.1665S0.16651
SC2
314.
n3000.1.S
IA2B2
IrX2Y2
UsU12120000
UrRaX1
SCY2
RaY1
SCX2
Pi3RaIr2
PsM0.1n
,
Pi26224.,I9.8092,Us365.43,A3.1235,Ir14.010,B9.2986,
Ps12684.,S2.3155,
U1116.36,Ur1066.2,M12.752,n9946.4,314.0,X4.7803,Y13.169,
C2.2289105,Ra44.537
Dindatele demaisussepoate observa modul devariație cuturația aurmătoarelor
mărimi :
-capacitatea condesatorului -C-;
-tensiunea statorică Us;
-curentul statoric -I;
-curentul rotoricIr;
-tensiunea rotoricăUr;
-puterea preluată dinrotorPr;
-puterea transmisă prin statorPs;

Variatia cuplului in functie de turatie
02468101214
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
n [rpm]M [Nxm]
Fig.3Variatia cuplului înfunctie deturație
0100200300400500600700800900
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
n [rpm]C [uF]
Fig.4Dependența capacității condensatorului deturație
05101520253035404550
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
n [rpm]Ra[ohm]
Fig.5Dependența rezistenței adiționale deturație

360365370375380385390395
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
n [rpm]Us [V]
Fig.6Variația tensiunii statorice cuturația
020040060080010001200
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
n [rpm]Ur [V]
Fig7.Variația tensiunii rotorice cuturația
024681012
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
n [rpm]Is [A]
Fig8.Variația curentului statoric cuturația

0246810121416
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
n [rpm]Ir [A]
Fig9.Variația curentului rotoric cuturația
02000400060008000100001200014000
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
n [rpm]Ps [W]
Fig10.Variația puterii statorice cuturația
050001000015000200002500030000
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
n [rpm]Pi [W]
Fig11.Variația puterii rotorice cuturația
Realizarea unor capacități variabile seface printr -unsistem cudouă condensatoare fixe
:C1șiC2montate așacaînfigura :12

Fig.12Capacitate variabilă
Seobține labornele 1și2ocapacitate echivalentă Ceînintervalul
CeC1C1C2
Precizări :
1.Laturații apropiate celei desincronism (|s|0.013),dincauza frecvențelor rotorice
foarte mici (f20.013500.65Hz)reactanța capacitivă1
2Cdevine foarte mare și
rezolvarea sistemului deecuații conduce numai lasoluții complexe .
2.Capacitatea condensatorului Csemodifică semnificativ cuturația ceea ceface ca
sistemul cucompensare rotorică ,dinacest punct devedere ,săfiemaipuțin competitiv în
comparație cucellacare bateria decondensatoare este montată înstator .Laoturație
rotorică între 30005000rpmcapacitatea condensatorului Ctrebuie modificată înraportul
1:9
3.Fluxul statoricseste menținut constant ,prin modificarea tensiunii statorice Us,
indiferent deturația rotorică .
4.Cuplul crește liniar cuturația ,așacum erașideașteptat .
5.Rezistența adițională ,Ra,urmărește (cașicuplul )liniar creșterea turației .
6.Tensiunea statorică ,Us,scade (puțin -7%-)cumarireă turației ,aceasta rezultând din
condiția defluxconstant .
7.Tensiunea rotorică ,Ur,crește ,într-oproporție maimare cuturația ,decât curentul
rotoric Ir.
8.Curentul statoric ,Is,crește într-oproporție maimare cuturația decât curentul rotoric
Ir.
9.Puterea ,Ps,transmisă prin stator inrețea ,cașiputerea rotorică ,Pr,transmisă pela
inelele rotorice inrețea crește cupătratul turației (figurile 10-11).

Compensare statorică
Realizarea unui factor deputere unitar sepoate face șiprin plasarea unei capacități -C-
încircuitul statoric .
Laplasarea încircuitul rotoric a
-rezistenței adiționale -Ra-
tensiunea rotorică sepoate scrie subforma :
U2I2Ra
sau
Ud2jUq2Id2jIq2Ra
Ud2Id2Ra
Uq2Iq2Ra
Rezistența adițională -Ra-serealizează prin vehicularea puterii active înrețea prin
intermediul convertorului deputere șiatransformatorului deadaptare TE(figura1)
Dinecuațiile :
U1I1R1jL1jMI2
OI2R2RajSL2jSMI1
prin eliminarea curentului rotoric -I2-seobține :
UI1R1jL1M2SR2RajSL
R22SL2
sau:
UI1RejXe
deunde :
XeL1MS2L
R2Ra2SL2
ReR1M2SR2
R2Ra2SL2
Capacitatea condensatorului -C-conectat labornele GA,lacos1,secalculează din:
U2
Re2Xe2XeU2C
sau
1
CRe2Xe2
XeXeRe2
Xe
sau
1
CL1MS2L
R2Ra2SL22M2SR2Ra2
R2Ra2SL22L1R2Ra23S2L2L1L2M2
sau
1
314C52.28146.786S252.281
2.7Ra2S52.281246.7862S2.7Ra2
2.7Ra2S52.281252.2812.7Ra2S228345.7
sau
1
314.C2.70271051.452610192.1521019Ra1.19551019Ra25.6581021S2
7.291065.4106Ra1.0106Ra22.7333109S2
2.9521018Ra34.19111021RaS22.73331017Ra47.76131020Ra2S28.06731022S4
1.03011067.6302105Ra1.413105Ra27.661107S2 relatia1
Plasarea condensatorului deexcitație -C-labornele statorice alegeneratorului GAI se
justifică ,față devarianta rotorică ,prin următoarele avantaje :

-tensiune maimare șivariabilă înlimite mici ,deci putere reactivă :(Q3Us2C),mare
chiar șila-C-devaloare mică
-frecvență fixă(50Hz)sicudouă ordine demărime maimare decît cearotorică
15Hz;
Funcționarea înpunctele deputere maximă seprezintă încontinuare .
P15,3900
P26.5735,5126.7
n18.
153
239005126.7:
Melmg18.
15319500
51266.5735
P37.68,6004
P48.88,6927.3
n22.
153
239006927.3
Melmg22.
15319500
6927.38.8811
P510.758,8391.5:
n25.
153
239008391.5
Melmg25.
15319500
8391.510.758
P612.752,9946.4:
n28.
153
239009946.4
Melmg28.
15319500
9946.412.752
P15,3900

1.30.1665B0.149Y20.1665A0.149X2
U14.36A0.1665B0.149Y
20034.36B0.1665A0.149X
0.2.7RaXS0.1665YS0.149B
0.2.7RaYS0.1665XS0.149A
00.149XBYAM
M5
n3900.
relatia1
314.
n3000.1.S
IA2B2
IrX2Y2
UsU12120000
UrRaX2RaY2
Pi3RaIr2
PsM0.1n
Ra22.410,I9.1354,Ur97.057,Us393.09,C6.4645105,
Pi1261.1,S0.3,Ir4.331,
B6.7711,X1.1824,U1185.8,Y4.1665,A6.1325,
314.0,n3900.0,M5.0,Ps1950.0
P26.5735,5126.7

1.30.1665B0.149Y20.1665A0.149X2
U14.36A0.1665B0.149Y
20034.36B0.1665A0.149X
0.2.7RaXS0.1665YS0.149B
0.2.7RaYS0.1665XS0.149A
00.149XBYAM
M6.5735
n5126.7
relatia1
314.
n3000.1.S
IA2B2
IrX2Y2
UsU12120000
UrRaX2RaY2
Pi3RaIr2
PsM0.1n
,S0.7089,Ps3370.0,n5126.7,M6.5735,C6.7435105,
Pi4124.0,Ur240.02,Ir5.7273,I10.015,
Ra41.908,Us387.99,U1174.74,B7.8397,X1.1710,
314.0,A6.2318,Y5.6063
P37.68,6004,

1.30.1665B0.149Y20.1665A0.149X2
U14.36A0.1665B0.149Y
20034.36B0.1665A0.149X
0.2.7RaXS0.1665YS0.149B
0.2.7RaYS0.1665XS0.149A
00.149XBYAM
M7.68
n6004.
relatia1
314.
n3000.1.S
IA2B2
IrX2Y2
UsU12120000
UrRaX2RaY2
Pi3RaIr2
PsM0.1n
,
M7.68,Ps4611.1,S1.0013,I10.734,Ra50.672,314.0,Ur340.84,
Ir6.7263,Pi6877.7,X1.0303,
U1166.7,A6.4213,B8.6014,Y6.6470,Us384.43,
C6.9906105,n6004.0
P48.88,6927.3

1.30.1665B0.149Y20.1665A0.149X2
U14.36A0.1665B0.149Y
20034.36B0.1665A0.149X
0.2.7RaXS0.1665YS0.149B
0.2.7RaYS0.1665XS0.149A
00.149XBYAM
M8.88
n6927.3
relatia1
314.
n3000.1.S
IA2B2
IrX2Y2
UsU12120000
UrRaX2RaY2
Pi3RaIr2
PsM0.1n
,,C7.3097105,M8.88,n6927.3,I11.597,Ps6151.4,S1.3091,
Ra56.829,Ur445.0,Ir7.8306,Us380.62,
A6.7508,X0.73923,Pi10454.,B9.4297,
314.0,U1157.7,Y7.7956,
P510.758,8391.5

1.30.1665B0.149Y20.1665A0.149X2
U14.36A0.1665B0.149Y
20034.36B0.1665A0.149X
0.2.7RaXS0.1665YS0.149B
0.2.7RaYS0.1665XS0.149A
00.149XBYAM
M10.758
n8391.5
relatia1
314.
n3000.1.S
IA2B2
IrX2Y2
UsU12120000
UrRaX2RaY2
Pi3RaIr2
PsM0.1n
,Ps9027.6,M10.758,S1.7972,n8391.5,Ir9.6155,
Ra62.96,I13.109,X4.6102102,
B10.709,U1142.96,Us374.75,C7.9279105,Ur605.40,
Pi17464.,Y9.6154,A7.5602,314.0
P612.752,9946.4

1.30.1665B0.149Y20.1665A0.149X2
U14.36A0.1665B0.149Y
20034.36B0.1665A0.149X
0.2.7RaXS0.1665YS0.149B
0.2.7RaYS0.1665XS0.149A
00.149XBYAM
M12.752
n9946.4
relatia1
314.
n3000.1.S
IA2B2
IrX2Y2
UsU12120000
UrRaX2RaY2
Pi3RaIr2
PsM0.1n
n9946.4,M12.752,Ps12684.,I14.926,S2.3155,Ur766.75,
C8.7713105,Pi26721.,314.0,Us368.71,
Ir11.617,Ra66.005,A8.8846,Y11.531,
U1126.28,B11.994,X1.4063
Variatia cuplului in functie de turatie
02468101214
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
n [rpm]M [Nxm]
Fig13Variația cuplului înfuncție deturație

0102030405060708090100
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
n[rpm]C[uF]c
Fig14.Dependența capacității condensatorului înfuncție deturație
010203040506070
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
n [rpm]Ra [ohm]
Fig15.Dependența rezistenței adiționale cuturația
365370375380385390395
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
n [rpm]Us [V]
Fig16.Variația tensiunii statorice cuturația

0100200300400500600700800900
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
n [rpm]Ur [V]
Fig17.Variația tensiunii rotorice cuturația
0246810121416
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
n [rpm]Is [A]
Fig18.Variația curentului statoric cuturația
02468101214
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
n [rpm]Ir [A]
Fig19Variația curentului rotoric cuturația

02000400060008000100001200014000
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
n [rpm]Ps [W]
Fig20.Variația puterii statorice cuturația
050001000015000200002500030000
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
n [rpm]Pi [W]
Fig21.Variația puterii rotorice cuturația
Analiza comparativă (compensare rotorică -compensare statorică )conduce la
următoarele concluzii :
Deoarece turația semodifică inlimite largi șifrecvența dincirucitul rotoric semodifică in
aceeași măsură șideacest fapt trebuie săseținăseama înestimarea pierderilor în
fier(proporționale cufrecvența ).
Fiind generator deputere activă șiconsumator deputere reactivă (pentru magnetizarea
miezului feromagnetic ),este foarte important deanalizat cum sepoate minimiza puterea
reactivă absorbită degenerator ,astfel încât GAI săfuncționeze launfactor deputere
unitar .
Înacest sens seiauînconsiderare două modalități :
1.plasarea unui condensator încircuitul rotoric (compensare rotorică )
2.plasarea unui condensator înstator (înparalel cuGAI)(compensare statorică ).
3.Învarianta statorică condensatorul -C-semodifică înlimitele .79F.160F.,iarîn
cearotorică înlimitele .802F.22F..
4.Tensiunea statorică -Us-învarianta compensării statorice trebuie modificată în
limitele .393V368V,iarînvarianta compensării rotorice înlimitele 391V.365V..
5.Tensiunea rotorică -Ur-învarianta compensării statorice semodifică în

limitele .97V766V,iarînvarianta rotorică înlimitele 130V1066V.
6.Curentul statoric -IA2B2învarianta compensării statorice semodifică în
limitele 9A15A.,iarînvarianta rotorică înlimitele .4A10A..
7.Curentul rotoric -IrX2Y2învarianta compensării statorice semodifică înlimitele
4A12A.,iarînvarianta rotorică înlimitele .10A14A..
8.Puterea -Pi-transmisă pelainele însistem depinde deturație ,așacaînfigura 21și
învarianta compensării statorice semodifică înlimitele 1261W26721W.,iarînvarianta
rotorică înlimitele .646W26224W..
9.Puterea -Ps-transmisă prin stator sistemului areodependență deturație așacaîn
figura20șiînvarianta compensării statorice semodifică înlimitele 1950W12684W.,iar
învarianta rotorică înlimitele .1950W12684W..
Conducerea generatorului asincron cuinele
Generatorul asincron cuinele (GAI)s-aimpus înmicrosistemele electroenergetice în
care turația rotorică semodifică înlimite largi,așacum este cazul energiei eoliene .
Turbina devânt Tfuncționează laviteze variabile dependente deviteza vântului .
Funcționarea optimală ,dinpunct devedere alputerii laturbina devânt T,presupune ,
pentru oanumită viteză avântului dată ,impunerea :
-turației rotoricen(respectiv viteza unghiulară mec2n)șia
-valorii cuplului laarboreMT(egal cucelelectromagnetic :Melmg)
așacum sepoate observa dinfigura22.
Precizare :
Cunoașterea valorii cuplului ,Melm,nueste necesară dacă sedăcaracteristica
mecanică aturbinei ,deoarece precâzandu -sevaloarea turațieincorespunzătoare puterii
maxime prin reglajul sarcinii (respectiv arezistenței adiționale Rașiacapacității C)punctul
defuncționare sevadeplasa pecaracteristica mecanică înpunctul deputere maximă
definit prin valorile :Ra,C,Us,Urșin.
Conducerea generatorului asincron cuinele serealizează prin fixarea (laoanumită
viteză avântului ),aurmatoarelor mărimi :
1.Tensiunea statorică -Us-;
2.Rezistența adițională rotorică decalcul -Ra-;
3.Capacitatea condensatorului decompensare -C-dincircuitul rotoric /statoric .
Valorile mărimilor maisusmenționate seestimează dincondițiile de:
1.Flux statoric constant ;
2.Turație rotorică impusă ,n,deviteza vântului (pentru afuncționa înpunctul deputere
maximă )
3.Cuplul electromagnetic ,MelmMT
4.Funcționarea launfactor deputere unitar .

Fig.22.Funcționarea laputere maximă
Turația rotorică impusăndetermină valoarea alunecării slaGAI:
sn1n
n1
Conducerea generatorului asincron cuinele compensat rotoric
Laocompensare rotorică totală ,(cos1),tensiunea statorică Usșicurentul statoricIs
sunt coliniari șirezultă următoarea relație delegătură :
L1SL21
SC2M2SSL21
SCR2Ra2L10
Pentru arealiza valoarea culpului electromagnetic egală cuceaacuplului turbineiMt(la
neglijarea pierderilor mecanice ):
MelmgMt
seimpune variația tensiunii statorice Us,astfel cătransformatorul TEvaavea prize pe
înfășurarea primară 1.
Deoarece șitensiunea rotoricăUreste variabilă seimpun prize șipeînfășurarea
secundară 2(figura 24).
Comutarea prizelor laînfășurările statorice 1și2seface electronic ,comanda la
tiristoarele delaprize făcându -sedelaunitatea centrală (calculatorul deproces ).Trecerea
depeopoziție pealtalaprizele transformatorului TEseface însarcină șipentru limitarea
curenților înprocesul decomutație sefolosesc rezistoarele –r–puse între prize numai la
comutarea prizelor ,cuajutorul tiristoarelor T1,T2,..,așacum seobservă dinexplicativa
demaijos:

Fig.23Limitarea curenților decomutație .
Fig.24Transformator electric (TE)deadaptare cutreiînfășurări .
Algoritmul deconducere
Algoritmul deconducere este format dinurmătoarele etape :
Etapa I
Determinarea vitezei vântului V,prin măsurători experimentale șicalcularea mărimilor
prescrise :
-nturația arborelui GAI șia
-Melmgcuplului electromagnetic
Precizare :
Cunoașterea valorii cuplului ,Melm,nueste necesară dacă sedăcaracteristica
mecanică aturbinei ,deoarece precâzandu -sevaloarea turațieincorespunzătoare puterii
maxime prin reglajul sarcinii (respectiv arezistenței adiționale Rașiacapacității C)punctul

defuncționare sevadeplasa pecaracteristica mecanică înpunctul deputere maximă
definit prin valorile :Ra,C,Us,Urșin.
Studiu decaz
-viteza vântuluiV15m
s
-turația prescrisă n3900rpm
-cuplul electromagnetic Melmg5Nm
Etapa II
Determinarea alunecării rotorice -s-dinrelația :
sn1n
n1
șicalcularea :
-tensiunii statorice Us
-tensiunii rotoriceUr
-rezistenței echivalente Radincircuitul rotoric
-capacității echivalente Cedincircuitul rotoric .
cusistemul algebric demaijos.
Studiu decaz
-viteza vântuluiV15m
s
-turația prescrisă n3900rpm
-alunecarea S0.3
-cuplul electromagnetic Melmg5Nm
1)n3900rpm,Melmg5Nm
P15,3900

1.30.1665B0.149Y20.1665A0.149X2
U14.36A0.1665B0.149Y
20034.36B0.1665A0.149X
1
SCY2.7RaXS0.1665YS0.149B
1
SCX2.7RaYS0.1665XS0.149A
00.149XBYAM
M5
n3900.
S0.1492S0.16651
SCRa2.720.16650.1665S0.16651
SC2
314.
n3000.1.S
IA2B2
IrX2Y2
UsU12120000
UrRaX1
SCY2
RaY1
SCX2
Pi3RaIr2
PsM0.1n
M5.0,314.0,C8.023104,Ra2.2791,A1.7908,X9.7225,
S0.3,B3.4038,U1182.26,Y0.2589,Us391.43,I3.8462,
Pi646.78,Ir9.7260,Ur130.58,n3900.0,Ps1950.0,,
-tensiunea statorică Us391.43V
-tensiunea rotoricăUr130.58V
-rezistența echivalentă Ra2.2791dincircuitul rotoric
-capacitatea echivalentă Ce802F.
Valorile tensiunilor -UsșiUr-serealizează prin activarea potrivită aprizelor la
transformatorul electric TE.
Capacitatea echivalentă Ceserealizează dincele două capacități fixe-C1șiC2-așaca
înfigura 12.
Rezistența echivalentă Ra,dincircuitul rotoric ,serealizează prin vehicularea puterii
active înrețea prin intermediul convertorului deputere șiatransformatorului de
adaptare TE(figura1)
Conducerea generatorului asincron cuinele compensat statoric
Realizarea unui factor deputere unitar laocompensare statorică seface prin plasarea
unei capacități -C-încircuitul statoric .

Dinecuațiile :
U1I1R1jL1jMI2
OI2R2RajSL2jSMI1
prin eliminarea curentului rotoric -I2-seobține :
UI1R1jL1M2SR2RajSL
R22SL2
sau:
UI1RejXe
deunde :
XeL1MS2L
R2Ra2SL2
ReR1M2SR2
R2Ra2SL2
Capacitatea condensatorului -C-conectat labornele GA,lacos1,secalculează din:
U2
Re2Xe2XeU2C
sau
1
CRe2Xe2
XeXeRe2
Xe
sau
1
CL1MS2L
R2Ra2SL22M2SR2Ra2
R2Ra2SL22L1R2Ra23S2L2L1L2M2
sau
1
314C52.28146.786S252.281
2.7Ra2S52.281246.7862S2.7Ra2
2.7Ra2S52.281252.2812.7Ra2S228345.7
sau
1
314.C2.70271051.452610192.1521019Ra1.19551019Ra25.6581021S2
7.291065.4106Ra1.0106Ra22.7333109S2
2.9521018Ra34.19111021RaS22.73331017Ra47.76131020Ra2S28.06731022S4
1.03011067.6302105Ra1.413105Ra27.661107S2 relatia2
Pentru arealiza valoarea culpului electromagnetic egală cuceaacuplului turbineiMt(la
neglijarea pierderilor ):
MelmgMt
seimpune variația tensiunii statorice Us,astfel cătransformatorul TEvaavea prize pe
înfășurarea primară 1.
Deoarece șitensiunea rotoricăUreste variabilă seimpun prize șipeînfășurarea
secundară 2(figura 24).
Comutarea prizelor laînfășurările statorice 1și2seface electronic ,comanda la
tiristoarele delaprize făcându -sedelaunitatea centrală (calculatorul deproces ).Trecerea
depeopoziție pealtalaprizele transformatorului TEseface însarcină șipentru limitarea
curenților înprocesul decomutație sefolosesc rezistoarele –r–puse între prize numai la
comutarea prizelor ,cuajutorul tiristoarelor T1,T2,..,așacum seobservă dinfigura
23-limitarea curenților decomutație .
Algoritmul deconducere

Algoritmul deconducere este format dinurmătoarele etape :
Etapa I
Determinarea vitezei vântului V,prin măsurători experimentale șicalcularea mărimilor
prescrise :
-nturația arborelui GAI șia
-Melmgcuplului electromagnetic
Precizare :
Cunoașterea valorii cuplului ,Melm,nueste necesară dacă sedăcaracteristica
mecanică aturbinei ,deoarece precâzandu -sevaloarea turațieincorespunzătoare puterii
maxime prin reglajul sarcinii (respectiv arezistenței adiționale Rașiacapacității C)punctul
defuncționare sevadeplasa pecaracteristica mecanică înpunctul deputere maximă
definit prin valorile :Ra,C,Us,Urșin.
Studiu decaz
-viteza vântuluiV15m
s
-turația prescrisă n3900rpm
-cuplul electromagnetic Melmg5Nm
Etapa II
Determinarea alunecării rotorice -s-dinrelația :
sn1n
n1
șicalcularea :
-tensiunii statorice Us
-tensiunii rotoriceUr
-rezistenței echivalente Radincircuitul rotoric
-capacității echivalente Cdincircuitul statoric .
cusistemul algebric demaijos.
Studiu decaz
-viteza vântuluiV15m
s
-turația prescrisă n3900rpm
-alunecarea S0.3
-cuplul electromagnetic Melmg5Nm
P15,3900

1.30.1665B0.149Y20.1665A0.149X2
U14.36A0.1665B0.149Y
20034.36B0.1665A0.149X
0.2.7RaXS0.1665YS0.149B
0.2.7RaYS0.1665XS0.149A
00.149XBYAM
M5
n3900.
relatia2
314.
n3000.1.S
IA2B2
IrX2Y2
UsU12120000
UrRaX2RaY2
Pi3RaIr2
PsM0.1n
Ur97.057,S0.3,I9.1354,Ir4.331,C6.4645105,Ra22.410,
Us393.09,A6.1325,Pi1261.1,
Y4.1665,X1.1824,U1185.8,B6.7711,314.0,
n3900.0,M5.0,Ps1950.0,
-tensiunea statorică Us393.09V
-tensiunea rotoricăUr97.057V
-rezistența echivalentă Ra22.410dincircuitul rotoric
-capacitatea echivalentă dincircuitul rotoricCe64.6F.
Valorile tensiunilor -UsșiUr-serealizează prin activarea potrivită aprizelor la
transformatorul electric TE.
Capacitatea echivalentă Ceserealizează dincele două capacități fixe-C1șiC2-așaca
înfigura 12.
Rezistența echivalentă Ra,dincircuitul rotoric ,serealizează prin vehicularea puterii
active înrețea prin intermediul convertorului deputere șiatransformatorului de
adaptare TE(figura1)
Regimuri dinamice
Datorită momentelor deinerție foarte mari alegrupului turbină -generator (TGAI),
procesele trazitorii sepotgrupa îndouă categorii :
1)regimuri dinamice electromagnetice rapide

2)regimuri dinamice electromagnetice lente
Regimuri dinamice rapide
Lamodificarea vitezei vântului ,dincauza momentelor deinerție mari ,turația laGAI nu
semodifică înprimele perioade detimp (perioada T1
f0.02s).
Sistemul deconducere ,prin măsurarea vitezei vântului șipentru funcționarea în
punctul deputere maximă ,impune valorile tensiunilor statorice -Usșirotorice -Urșiale
capacității condensatorului -C-dincircuitul rotoric ./statoric .
Regimuri dinamice lente
Prin modificarea tensiunii statorice -Us-,arezistenței echivalente -Ra-dincircuitul
rotoric șiacapacității condensatorului -C-,launcuplu alturbinei cetinde spre valoarea
MTMelmg,caurmare acreșterii vitezei vîntului (dela15m
sla20m
s),turația vacrește și
funcționarea stabilă vafiînpunctulP2figura 22.
Regimul dinamic lacompensare rotorică
Analiza regimului dinamic laGAI seface pebaza sistemului deecuații diferențiale de
maijos:
Ecuațiile înfluxuri aleGAI sunt:
UdR1Iddd
dt1q
UqR1Iqdq
dt1d
0R2Idrddr
dt1qr
0R2Iqrdqr
dt1dr
Jd
dtp1MIqIdrIdIqrMT
unde
dL1IdMIdr;qMIqrL1Iq
drL2IdrMId;qrMIqL2Iqr
sau
UdR1IdL1dId
dtMdIdr
dt1MIqrL1Iq
UqR1IqL1dIq
dtMdIqr
dt1L1IdMIdr
0R2IdrL2dIdr
dtMdId
dt1MIqL2Iqr
0R2IqrL2dIqr
dtMdIq
dt1L2IdrMId
Jd
dtp1MIqIdrIdIqrMT
Condițiile inițiale
Condițiile inițiale ,laviteza vântuluiV15m
s,sunt calculate dinsistemul :

1)n3900rpm,Melmg5Nm
P15,3900
1.30.1665B0.149Y20.1665A0.149X2
U14.36A0.1665B0.149Y
20034.36B0.1665A0.149X
1
SCY2.7RaXS0.1665YS0.149B
1
SCX2.7RaYS0.1665XS0.149A
00.149XBYAM
M5
n3900.
S0.1492S0.16651
SCRa2.720.16650.1665S0.16651
SC2
314.
n3000.1.S
IA2B2
IrX2Y2
UsU12120000
UrRaX1
SCY2
RaY1
SCX2
Pi3RaIr2
PsM0.1n
n3900.0,M5.0,Ps1950.0,314.0,Pi646.78,B3.4038,
S0.3,Ur130.58,X9.7225,
Y0.2589,A1.7908,Us391.43,I3.8462,C8.023104,Ra2.2791,
Ir9.7260,U1182.26,
condițiile inițiale ,laviteza vântuluiV15m
s
X09.7225
Y00.2589
A01.7908
B03.4038
Condițiile finale
Condițiile finale ,laoaltăviteză avântului (deexemplu V20m
s),sedetermină în
condițiile funcționării înpunctul deputere maximă alturbinei eoliene Tla:
-turațianf6004rpm

-cuplulMf7.68Nm,
valori calculate încele ceurmează .
Puterea maximă aturbinei -Pmaxdepinde deviteza unghiulară mecanică -mec2n/60-
pătratic șideci:
PmaxK1n2
Deviteza vîntului puterea turbinei -T-depinde laputerea atreia :
PTK2V3
Dinegalitatea celor două puteri rezultă :
K1n2K2V3
și:
-pentru
V15m/sseobțineK139002K2153
-pentru
V20m/sseobțineK1n22K2203
obținîndu -se,înfinal:
n2390020
1520
156004rpm
Puterea mecanică fiind:
PMelmgK2V3
laV15m/srezultă :
P1523900
60K2153
șilaV20m/sînmod analog :
P2Melmg26004
60K2203
Seobține ,astfel ,cuplul electromagnetic -Melmgnecesar pentru afuncționa înpunctul
deputere maximă ,laviteza vîntului de20m/s,făcînd raportul :
P1
P253900
Melmg640015
203
obținîndu -se:
Melmg7.68Nm
Seimpune pentru fluxul statoric valoarea nominală :
s1.3Wb
șiînaceste condiții sistemul deecuații algebrice cedefinește regimul staționar final
este:
P27.68,6004

1.30.1665B0.149Y20.1665A0.149X2
U14.36A0.1665B0.149Y
20034.36B0.1665A0.149X
1
SCY2.7RaXS0.1665YS0.149B
1
SCX2.7RaYS0.1665XS0.149A
00.149XBYAM
M7.68
n6004.
S0.1492S0.16651
SCRa2.720.16650.1665S0.16651
SC2
314.
n3000.1.S
IA2B2
IrX2Y2
UsU12120000
UrRaX1
SCY2
RaY1
SCX2
Pi3RaIr2
PsM0.1n
X10.7,Y2.2825,Ra17.473,Ir10.941,S1.0013,Ps4611.1,Pi6274.6,
M7.68,I5.9077,A2.5033,
U1162.06,Ur448.54,B5.3511,314.0,n6004.0,Us382.44,C8.5756105
Pentru aceste valori -turația -nf6004[rpm],cuplul -Mf7.68[Nm],dinsistemul demai
susrezultă :
-tensiunea statorică UsU12400003162.06220032382.44V;
-rezistența adițională rotoricăRa17.473
-tensiunea rotoricăUr448.54V;
-capacitatea echivalentă Ce85.75F.
Regimuri dinamice rapide
Încazul regimurilor dinamice rapide ,datorită momentelor deinerție mari alesistemului
TGA,turația nusemodifică ,S0.3,șideci
însistemul deecuații ,diferențiale demaijosnuapare ecuația mișcării .
Dincondițiile finale ,deduse pentru viteza vîntului de20m
s,aurezultat :
-tensiunea statorică Ud162.06;Uq2003
-capacitatea condensatorului C85.75Fșideci1
SC106
0.331485.75123.8

-rezistența adițională rotoricăRa17.413
Înaceste condiții ,sistemul deecuații diferențiale specific proceselor rapide este:
162.064.36A0.1665dA
dt0.149dX
dt0.1665B0.149Y
20034.36B0.1665dB
dt0.149dY
dt0.1665A0.149X
1
SCY2.717.473X0.1665dX
dt0.149dA
dtS0.1665YS0.149B
1
SCX2.717.473Y0.1665dY
dt0.149dB
dtS0.1665XS0.149A
00.596XB0.596XG0.596YA0.596YH90.01dS
dt
saucu
0.16653140.166552.281
0.1493140.14946.786
1
SC106
0.331485.75123.8
S0.16650.33140.166515.684
S0.1490.33140.14914.036
dincondițiile inițiale ,laviteza vântuluiV15m
s
X09.7225
Y00.2589
A01.7908
B03.4038
devine :
162.064.36A0.1665dA
dt0.149dX
dt52.281B46.786Y
20034.36B0.1665dB
dt0.149dY
dt52.281A46.786X
123.8Y2.717.473X0.1665dX
dt0.149dA
dt15.684Y14.036B
123.8X2.717.473Y0.1665dY
dt0.149dB
dt15.684X14.036A
X09.7225
Y00.2589
A01.7908
B03.4038
A,X,B,Ycuplu0.596XB0.596YA

-20-10010203040
0.002 0.004 0.006 0.008 0.01
Fig25Variația cuplului electromagnetic detaliu
Cuplul electromagnetic ,inprima perioadă detimp,prezintă unșoc(dela18[Nm]la
28[Nm]).Laînceput înregim degenerator cuplul este negativ devenind apoi pozitiv ,fiind
pentru oscurtă perioadă detimp (0.001[s]),motor .
Modificarea deregim (generator -motor )este rezultatul plasării încircuitul rotoric a
capacității C,capacitate care generează unproces oscilant (circuit R,L,C).
Oscilațiile decuplu setransmit înlanțul cinematic șigenerează eforturi mecanice
suplimentare .
Așa cum sepoate observa ,încazul compensării statorice ,plasarea condensatorului C
înstator este maiindicată ,înaceastă situație cuplul electromagnetic prezentând oscilații
mult maireduse șinuareschimbări desemn .
-15-10-505101520
0.020.040.060.080.10.120.140.160.180.2
Fig26Variația cuplului electromagnetic
X2Y2

012345
0.020.040.060.080.10.120.140.160.180.2
Fig27Variația curentului rotoric
A2B2
024681012
0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12
Fig28Variația curentului statoric
Plasarea condensatorului încircuitul rotoric seresimte șiînvariațiile curenților (statoric și
rotoric ),așacum sepoate observa dinformele devariație întimp dinfigurile demaisus.
Oscilațiile cele maipronunțate sunt înprima jumătate deperioadă detimp(00.01[s]).
Valorile finale alecurenților
(X0.8218,Y0.16405,A6.0944,B2.4447)segăsesc dinsistemul
algebric demaijos.Aceste valori reprezintă condițiile inițiale pentru regimurile tranzitorii
lente .
162.064.36A52.281B46.786Y
20034.36B52.281A46.786X
123.8Y2.717.473X15.684Y14.036B
123.8X2.717.473Y15.684X14.036A
B2.4447,A6.0944,Y0.16405,X0.8218
X0.8218
Y0.16405
A6.0944
B2.4447
Caurmare amodificărilor de:

-sarcinăRa,
-capacitate Cși
-tensiune Usstatorică .,
înprima perioadă T0.02saulocsalturi semnificative lacurenții statorici
IA2B2,rotorici IrX2Y2șicuplul electromagnetic .
Observații :
1)Înprima perioadă detimp (T0.02s)cuplul electromagnetic ,urmare amodificării
tensiunii statorice Usșiacapacității condensatorului rotoricCsemodifică semnificativ :
-inițialMelmg5Nm;
-înregim dinamicMelmg15Nm20Nm;
2)Curentul statoricIsA2B2semărește dela:
-inițialIs4.5AlaImax6.5A-înregim dinamic ;
3)Curentul rotoricIrX2Y2semicșoreză dela:
-inițialIr10Ala1Aînregim dinamic ;
4)Schimbarea valorilor tensiunilor statorice șirotoriceUsșiUrșiacapacității
condensatorului Cdincircuitul rotoric generează șocuri mari încuplu (de4ori)șicurent
statoric .
Regimuri dinamice lente
Viteza vântului modificându -se(dela15m
sla20m
s)semodifică șivaloarea cuplului
dezvoltat deturbina eoliană
Încazul regimurilor dinamice lente (care apar lamodificarea turației arborelui
generatorului electric ,caurmarea aschimbării
valorii vitezei vîntului ),regimul electromagnetic poate ficonsiderat afistaționar .
Curenții ,cuplul electromagnetic șitensiunile depulsație șiderotație nusemodifică
semnificativ întimp șinuauvariații pronunțate ,așacum erau încazul regimurilor dinamice
rapide .
Incazul regimurilor dinamice lente intervine ecuația miscării :
Jd
dtp1MIqIdrIdIqrMT
încare valoarea momentului deinerție ,J,este esențială înstabilirea duratei regimului
tranzitoriu .
Condițiile inițiale pentru curenți ,încazul regimurilor lente ,sunt cele delacazul anterior
(regimuri tranzitorii rapide ):
X0.8218
Y0.16405
A6.0944
B2.4447
Cuplul electromagnetic de5Nmdinvaloarea inițială Pi(5,3900),semodifică invaloarea
finală la7.68Nm,punctul final fiind Pf(7.68,6004).
Capacitatea condensatorului Cdincircuitul rotoric arevaloarea finală C85.75Fși
deci reactanța capacitivă este :

1
C37.14
Lacalculul alunecarii inițiale seareînvedere valoarea turației ,n(0)3900rpm.
Înaceste condiții sistemul deecuații diferențiale ,pentru regimul tranzitoriu ,devine :
J0.4kgm2
162.064.36A0.1665dA
dt0.149dX
dt52.281B46.786Y
20034.36B0.1665dB
dt0.149dY
dt52.281A46.786X
37.14
SY2.717.473X0.1665dX
dt0.149dA
dtS52.281YS46.786B
37.14
SX2.717.473Y0.1665dY
dt0.149dB
dtS52.281XS46.786A
12.56dS
dt0.149XBYA7.68
S00.3
X00.8218
Y00.16405
A06.0944
B02.4447
Valorile finale secalculează dinsistemul algebric demaijos,obținându -se:
Melmg0.149XBYA7.68Nm
IsA2B26.421328.601210.734
IrX2Y21.030326.64726.7264
162.064.36A52.281B46.786Y
20034.36B52.281A46.786X
37.14
SY2.717.473XS52.281YS46.786B
37.14
SX2.717.473YS52.281XS46.786A
00.149XBYA7.68
Y2.2823,A2.5035,B5.350,X10.7,S1.0014
sau
X10.7
Y2.2823
A2.5035
B5.35
S1.0014
A2B22.503525.3525.9068
X2Y210.722.2823210.941
0.149XBYA

-8-7-6-5-4-3-2-100.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Fig29Variația cuplului electromagnetic întimp
S-1-0.8-0.6-0.4-0.200.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Fig30Variația alunecării întimp
A2B244.555.566.5
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Fig31Variația curentului statoric întimp

X2Y212345678
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Fig32Variația curentului rotoric întimp
Observații :
1.Cuplul electromagnetic (0.149XBYA)semărește delavaloarea inițială de5Nmla
valoarea finală dată deturbina ,de7.68Nm,aproape liniar .
2.Alunecarea ,s,semodifică dela–0.3la1.
3.Curentul statoric (A2B2)scade dela6.5Ala3.5A,înschimb curentul rotoric
crește dela1Ala8A,deoarece puterea activă transmisă înrețea pelainele s-amărit ca
urmare acreșterii cuplului turbinei eoliene .
4.Procesul tranzitoriu elentșiacest lucru seobservă dinvariațiile întimp alemărimilor
maisusmenționate .Procesul tranzitoriu rapid s-aconsumat înprima perioadă detimp
(T0.02s)șiînacest interval variațiile curenților șitensiunilor ,caurmare amodificării
regimului defuncționare prin comanda tiristoarelor delaconvertorul dincircuitul rotoric și
comutarea prizelor latransformatorul electric ,aufostpronunțate .
Prin simulările numerice prezentate maisussepotdetermina șocurile electrice și
mecanice ceapar înfuncționarea sistemului TGAI.
Acest sistem compensat rotoric sevaanaliza comparativ cusistemul compensat
statoric ,sistem prezentat înparagraful următor .
Înurma procesului tranzitoriu
laînceput rapid electromagnetic ,apoi lentelectromagnetic ,sistemul -TGAI -sevafixa
înpunctele deputere maximă ,definit ,pentru oanumită viteză avîntului prin valorile :
-cuplului și
-turației .
Aceste valori alecuplului și
turației pentru care puterea dată deturbina eoliană -T-este maximă ,sunt bine definite
prin măsurarea vitezei vîntului .

Fig33.Deplasarea punctului defunctionare
Conducerea sistemului TGAI sebazează esențial peaceastă estimare avitezei
vîntului cuanemometrul AE .
Conducerea sistemului -TGAI -prinBLOCUL DECALCUL ceestimează valorile
-tensiunii statorice -Us-
-tensiunii rotorice -Ur-
-sarcinii adiționale -Ra-
-capacității rotorice -C-
sebazează pecunoașterea cîtmaiexactă aparametrilor GAI.
Erorile înestimarea parametrilor influențează calitatea reglării însensul că,lavalori
modificate pentru parametri dincauza saturației ,încălzirii ,etc.,nuseatinge turația
prescrisă -n.
Aducerea sistemului lavaloarea prescrisă -n-serealizează prin folosirea unui
element comparator care laieșire aretocmai eroarea deturațien.
Pentru regulatorul -PI-eroarea deturație este intrarea ,iarieșirea este variația de
sarcină adițională rotorică -Ra-,astfel :
RaK1nK2ndt
Mărirea saumicșorarea sarcinii serealizează prin -CONVERTORUL DEPUTERE
ROTORIC -..
Serealizează ,astfel ,turația prescrisă -n-indiferent demodificările
estimările parametrilor .
.

Fig34.Conducerea sistemului TGAI
Regimul dinamic lacompensare statorică
Analiza regimului dinamic laGAI seface pebaza sistemului deecuații diferențiale de
maijos:
UdR1IdL1dId
dtMdIdr
dt1MIqrL1Iq
UqR1IqL1dIq
dtMdIqr
dt1L1IdMIdr
0R2IdrL2dIdr
dtMdId
dt1MIqL2Iqr
0R2IqrL2dIqr
dtMdIq
dt1L2IdrMId
Jd
dtp1MIqIdrIdIqrMT
Condițiile inițiale
Condițiile inițiale ,laviteza vântuluiV15m
s,sunt calculate dinsistemul :
1)n3900rpm,Melmg5Nm
P15,3900

1.30.1665B0.149Y20.1665A0.149X2
U14.36A0.1665B0.149Y
20034.36B0.1665A0.149X
0.2.7RaXS0.1665YS0.149B
0.2.7RaYS0.1665XS0.149A
00.149XBYAM
M5
n3900.
relatia2
314.
n3000.1.S
IA2B2
IrX2Y2
UsU12120000
UrRaX2RaY2
Pi3RaIr2
PsM0.1n
Us393.09,Ra22.410,Ur97.057,S0.3,I9.1354,Ir4.331,
C6.4645105,B6.7711,M5.0,Y4.1665,Pi1261.1,
U1185.8,A6.1325,X1.1824,Ps1950.0,314.0,n3900.0
condițiile inițiale ,laviteza vântuluiV15m
s
X01.1824
Y04.1665
A06.1325
B06.7711
Condițiile finale
Condițiile finale ,laoaltăviteză avântului (deexemplu V20m
s),sedetermină în
condițiile funcționării înpunctul deputere maximă alturbinei eoliene Tla:
-turațianf6004rpm
-cuplulMf7.68Nm,
valori calculate încele ceurmează .
Puterea maximă aturbinei -Pmaxdepinde deviteza unghiulară mecanică -mec2n/60-
pătratic șideci:
PmaxK1n2
Deviteza vîntului puterea turbinei -T-depinde laputerea atreia :

PTK2V3
Dinegalitatea celor două puteri rezultă :
K1n2K2V3
și:
-pentru
V15m/sseobțineK139002K2153
-pentru
V20m/sseobțineK1n22K2203
obținîndu -se,înfinal:
n2390020
1520
156004rpm
Puterea mecanică fiind:
PMelmgK2V3
laV15m/srezultă :
P1523900
60K2153
șilaV20m/sînmod analog :
P2Melmg26004
60K2203
Seobține ,astfel ,cuplul electromagnetic -Melmgnecesar pentru afuncționa înpunctul
deputere maximă ,laviteza vîntului de20m/s,făcînd raportul :
P1
P253900
Melmg640015
203
obținîndu -se:
Melmg7.68Nm
Seimpune pentru fluxul statoric valoarea nominală :
s1.3Wb
șiînaceste condiții sistemul deecuații algebrice cedefinește regimul staționar final
este:
P37.68,6004,

1.30.1665B0.149Y20.1665A0.149X2
U14.36A0.1665B0.149Y
20034.36B0.1665A0.149X
0.2.7RaXS0.1665YS0.149B
0.2.7RaYS0.1665XS0.149A
00.149XBYAM
M7.68
n6004.
relatia2
314.
n3000.1.S
IA2B2
IrX2Y2
UsU12120000
UrRaX2RaY2
Pi3RaIr2
PsM0.1n
Ps4611.1,M7.68,314.0,S1.0013,Pi6877.7,I10.734,
Ur340.84,Ra50.672,Ir6.7263,Us384.43,C6.9906105,
X1.0303,B8.6014,Y6.6470,U1166.7,A6.4213,n6004.0
Pentru aceste valori -turația -nf6004[rpm],cuplul -Mf7.68[Nm],dinsistemul demai
susrezultă :
-tensiunea statorică UsU12400003166.7220032384.43V;
-rezistența adițională rotoricăRa50.672
-tensiunea rotoricăUr340.84V;
-capacitatea echivalentă C69.9F.
Regimuri dinamice rapide
Încazul regimurilor dinamice rapide ,datorită momentelor deinerție mari alesistemului
TGA,turația nusemodifică ,S0.3,șideci însistemul deecuații ,diferențiale demai
josnuapare ecuația mișcării .
Dincondițiile finale ,deduse pentru viteza vîntului de20m
s,aurezultat :
-tensiunea statorică Ud166.7;Uq2003
-rezistența adițională rotoricăRa50.672
Înaceste condiții ,sistemul deecuații diferențiale specific proceselor rapide este:

166.74.36A0.1665dA
dt0.149dX
dt0.1665B0.149Y
20034.36B0.1665dB
dt0.149dY
dt0.1665A0.149X
02.750.672X0.1665dX
dt0.149dA
dtS0.1665YS0.149B
02.750.672Y0.1665dY
dt0.149dB
dtS0.1665XS0.149A
00.596XB0.596XG0.596YA0.596YH90.01dS
dt
saucu
0.16653140.166552.281
0.1493140.14946.786
S0.16650.33140.166515.684
S0.1490.33140.14914.036
dincondițiile inițiale ,laviteza vântuluiV15m
s
X01.1824
Y04.1665
A06.1325
B06.7711
devine :
166.74.36A0.1665dA
dt0.149dX
dt52.281B46.786Y
20034.36B0.1665dB
dt0.149dY
dt52.281A46.786X
02.750.672X0.1665dX
dt0.149dA
dt15.684Y14.036B
02.750.672Y0.1665dY
dt0.149dB
dt15.684X14.036A
X01.1824
Y04.1665
A06.1325
B06.7711
Melmg/20.596XB0.596YA

a)compensare statorică b)compensare rotorică
Fig35Variația cuplului electromagnetic detaliu
0.596XB0.596YA
a)compensare statorică b)compensare rotorică
Fig36Variația cuplului electromagnetic
X2Y2
a)compensare statorică b)compensare rotorică
Fig37Variația curentului rotoric
A2B2
a)compensare statorică b)compensare rotorică
Fig38Variația curentului statoric
Valorile finale alecurenților

(X0.5873,Y1.8717,A6.461,B4.3247)segăsesc dinsistemul
algebric demaijos.Aceste valori reprezintă condițiile inițiale pentru regimurile tranzitorii
lente .
Așa cum sepoate observa dinvariațiile întimp aleprincipalelor mărimi (cuplu șicurenți )
salturile aulocînprima perioadă detimp.Aceste salturi sunt importante șiîncazul cuplului
șiîncazul curenților .
Cuplul electromagnetic schimbă șisemnul (MotorGenerator )ceea ceduce lasolicitări
mecanice importante .
166.74.36A52.281B46.786Y
20034.36B52.281A46.786X
02.750.672X15.684Y14.036B
02.750.672Y15.684X14.036A
Y1.8717,X0.5873,A6.461,B4.3247
X0.5873
Y1.8717
A6.461
B4.3247
,cuplu0.596XB0.596YA8.7212
Caurmare amodificărilor de:
-sarcinăRa,și
-tensiune Usstatorică .,
înprima perioadă T0.02saulocsalturi semnificative lacurenții statorici
IA2B2,rotorici IrX2Y2șilacuplul electromagnetic .
Observații :
1)Înprima perioadă detimp (T0.02s)cuplul electromagnetic ,urmare amodificării
tensiunii statorice Usșiarezistenței adiționale rotoriceRa50.672,semodifică
semnificativ :-inițialMelmg20Nm;-înregim dinamicMelmg15Nm7Nm;
2)Curentul statoricIsA2B2semărește dela:-inițialIs7AlaImax9A-înregim
dinamic ;
3)Curentul rotoricIrX2Y2oscilează dela:-inițialIr1.7Ala2.7Aînregim
dinamic ;
4)Schimbarea valorilor tensiunilor statorice șirotoriceUsșiUrșiarezistenței adiționale
rotoriceRa50.672generează șocuri mari încuplu (de2ori)șicurenți .
Analiza comparativă acelor doua metode derealizare aunui factor deputere unitar ,
urmarită pesimularile demaisus,scoate înevidență următoarele :
1.Cuplul electromagnetic ,învarianta cuCîncircuitul rotoric ,prezintă șocuri mari șiîn
plus schimbă șisemnul (semodifică regimul defuncționare generator motor );
2.Plasarea condesatorului Cîncircuitul rotoric generează oscilații pronunțate încurenții
rotoric șistatoric ,oscilații mult maireduse învarianta compensării statorice .

Regimuri dinamice lente
Viteza vântului modificându -se(dela15m
sla20m
s)semodifică șivaloarea cuplului
dezvoltat deturbina eoliană
Încazul regimurilor dinamice lente (care apar lamodificarea turației arborelui
generatorului electric ,caurmarea aschimbării valorii
vitezei vîntului ),regimul electromagnetic poate ficonsiderat afistaționar .
Curenții ,cuplul electromagnetic șitensiunile depulsație șiderotație nusemodifică
semnificativ întimp șinuauvariații pronunțate ,așacum erau încazul regimurilor dinamice
rapide .
Încazul regimurilor dinamice lente intervine ecuația mișcării :
Jd
dtp1MIqIdrIdIqrMT
încare valoarea momentului deinerție ,J,este esentială înstabilirea duratei regimului
tranzitoriu .
Condițiile inițiale pentru curenți ,încazul regimurilor lente ,sunt cele delacazul anterior
(regimuri tranzitorii rapide ):
X0.5873
Y1.8717
A6.461
B4.3247
,cuplu0.596XB0.596YA/42.1812
Cuplul electromagnetic :Melmg5Nmdinvaloarea inițială Pi(5,3900),semodifică în
valoarea intermediară Melmg2.1812Nm,înfinal fiindMelmg7.68NmPf(7.68,6004).
Capacitatea condensatorului Cdincircuitul statoric arevaloarea finală C69.9F.
Lacalculul alunecării inițiale seareînvedere valoarea turației ,n(0)3900rpm.
Înaceste condiții sistemul deecuații diferențiale ,pentru regimul tranzitoriu ,devine :
J0.4kgm2
166.74.36A0.1665dA
dt0.149dX
dt52.281B46.786Y
20034.36B0.1665dB
dt0.149dY
dt52.281A46.786X
02.750.672X0.1665dX
dt0.149dA
dtS52.281YS46.786B
02.750.672Y0.1665dY
dt0.149dB
dtS52.281XS46.786A
12.56dS
dt0.149XBYA7.68
S00.3
X00.5873
Y01.8717
A06.461
B04.3247

Valorile finale secalculează dinsistemul algebric demaijos,obținându -se:
Melmg0.149XBYA7.68Nm
IsA2B26.421328.601210.734
IrX2Y21.030326.64726.7264
166.74.36A52.281B46.786Y
20034.36B52.281A46.786X
02.750.672XS52.281YS46.786B
02.750.672YS52.281XS46.786A
00.149XBYA7.68
S1.0013,B8.6014,X1.0303,A6.4213,Y6.6470
sau
X1.0303
Y6.647
A6.4213
B8.601
S1.0013
A2B26.421328.601210.734
X2Y21.030326.64726.7264
0.149XBYA
a)compensare statorică b)compensare rotorică
Fig39Variația cuplului electromagnetic întimp
S

a)compensare statorică b)compensare rotorică
Fig40Variația alunecării întimp
A2B2
a)compensare statorică b)compensare rotorică
Fig41Variația curentului statoric întimp
X2Y2
a)compensare statorică b)compensare rotorică
Fig42Variația curentului rotoric întimp
Observații :
1.Cuplul electromagnetic (0.149XBYA)semărește delavaloarea inițială de2Nmla

valoarea finală dată deturbina ,de7.68Nm,aproape liniar .
2.Alunecarea ,s,semodifică dela–0.3la–1.
3.Curentul statoric (A2B2)crește dela8Ala11A,înschimb curentul rotoric
crește dela2Ala7A,deoarece puterea activă transmisă înrețea pelainele s-amărit ca
urmare acresterii cuplului turbinei eoliene .
4.Procesul tranzitoriu elentsiaceast lucru seobservă dinvariațiile întimp alemărimilor
maisusmenționate .Procesul tranzitoriu rapid s-aconsumat inprima perioadă detimp
(T0.02s)șiînacest interval variațiile curenților șitensiunilor ,caurmare amodificării
regimului defuncționare prin comanda tiristoarelor delaconvertorul dincircuitul rotoric și
comutarea prizelor latransformatorul electric ,aufostpronunțate .
Prin simularile numerice prezentate maisussepotdetermina șocurile electrice și
mecanice ceapar înfuncționarea sistemului TGAI.
Acest sistem compensat statoric seimpune înfața variantei anterioare :compensare
rotorică ,atât prin șocurile maimici câtșiprin valorile capacităților decompensare reduse .
Concluzii :
REGIMURI STAȚIONARE
1.Compensarea statorică pentru realizarea unui factor deputere unitar ,presupune
realizarea unei capacități variabile înlimite maireduseCmax
Cmin1.32,comparativ cu
compensarea rotoricăCmax
Cmin40.
2.Tensiunea statorică arevalori comparabile inambele situații .
3.Tensiunea lainele emairedusă cavaloare (cu30%)învarianta compensării
statorice șisemodifică aproximativ înacelași raport (Urmax
Urmin8)înambele cazuri .
4.Curenții statorici sunt maireduși cavaloare ,laaceeași sarcină ,încazul compensării
rotorice .
5.Curenții rotorici lafelsunt maireduși incazul compensării statorice .
6.Puterea transmisă pelainele este,laalunecări mari ,deaceeași valoare înambele
cazuri ,doar laalunecări mici ,învarianta compesării rotorice ,puterea emaimică .
7.Puterea transmisă prin stator sistemului eidentică înambele variante derealizare a
factorului deputere :compensare statorică saurotorică .
REGIMURI DINAMICE RAPIDE
8.Variațiile întimp alecuplului electromagnetic sunt aproape identice încele 2cazuri de
compensare .
9.Lafelșivariația curentului statoric șirotoric sunt deasemenea asemănătoare încele
2cazuri .
10.Cuplul electromagnetic areoscilații pronunțate ,încazul compensării rotorice
schimbându -șichiar șisensul (dinvalori negative învalori pozitive ).Prin urmare
compensarea rotorică produce șocuri pronunțate încuplu ,aceasta explicându -seprin
caracterul circuitului rotoric ,oscilant datorită capacității conectate lainele .
11.Aceleași observații sunt valabile șilacurentul rotoric ,care înprima perioadă detimp

prezintă oscilații mult maimari față devarianta compensării statorice .
12.Curentul statoric încazul compensării rotorice areoscilații șimaipronunțate
(7A9A)încomparație cucompensarea statorică (4A11A)
13.Lacompensarea statorică curentul dinstator stabilizat (lat)esteIs10.7Aiar
lacompensare rotorică arevaloarea Is5.9A.
14.Lacompensarea statorică curentul dinrotor (lat)esteIr6.7Aiarla
compensare rotorică arevaloarea Ir10.9A.
Având învedere cele demaisussepotconcluziona cașiesențiale următoarele
aspecte :
a)Plasarea condensatorului decompensare -pentru realizarea unui factor deputere
unitar -învarianta cuCînstator este maiindicată deoarece :
-reduce oscilațiile încuplu șiîncurenți ;
-necesită valori mult maimici pentru C(cuunordin demărime mai
reduse învarianta statorică )
b)Tensiunea statorică ,Us,pentru aseobține unfluxstatoric constant șiegal cucel
nominal trebuie modificată înlimite mici (365[V]391[V]-varianta cuCînrotor și
368[V]393[V]cuCinstator ).Prin urmare ,înunele aplicații maipuțin pretențioase se
poate renunța lamodificarea tensiunii statorice .
c)Funcționarea laturații rotorice ridicate conduce la:
-tensiuni rotorice devaloare mare
-puteri vehiculate prin rotor importante .
Dimensionarea invertorului deputere dincircuitul rotoric seface înstrânsă corelare cu
valorile turației laGAI.
Finalizarea prezentului studiu necesită șiocomparație cusistemele eoliene
dotate cugeneratoare sincrone înlocul generatoarelor asincrone ,având învedere
aceeași plajă deviteze alevântului .
Înprezent varianta asincronă este ceamaidesutilizată ,darvarianta
sincronă începe săfiedinceîncemaiinteresantă atât dinpunct devedere tehnic câtși
economic ,deoarece mașina sincronă ,deși maicostisitoare ,areunele avantaje privind
generarea deputere reactivă șireglajul sepoate face mult maiprecis ,turația rotorică
depinzând direct defrecvența statorică .