Control eficiente de micro centrales eólicas usando generadores de inducción

Esta tesis está dedicada al estudio de esquemas y estrategias de control de micro centrales eólicas autónomas. Se ha puesto especial énfasis en el desarrollo de un sistema robusto, que requiera mínimo mantenimiento y de bajo costo. En tal sentido se fundamenta el enfoque de la misma a la utilización de generadores de inducción con adecuada excitación y control a fin de proveer energía con la calidad requerida, y a la utilización de técnicas de optimización y control de potencia por velocidad variable y paso fijo. Inicialmente se proponen dos estrategias de control del generador de inducción. La primera se basa en la técnica de orientación con el flujo, en la cual se persigue la regulación de la tensión de la carga y la minimización de las pérdidas de la máquina. La segunda estrategia de control se basa en la teoría de la potencia reactiva instantánea, con la que se logra una adecuada regulación de las tensiones de la barra de CC y de las cargas conectadas directamente al estator de la máquina de inducción. Por último se propone una estrategia de control de la turbina, basada en la regulación de su velocidad, que maximiza la conversión de energía del viento, satisfaciendo las restricciones de velocidad angular y potencia. Para evaluar las estrategias propuestas se obtuvieron resultados de simulación numérica y resultados experimentales, llevadas a cabo en una banco de ensayos y en una estación electro eólica experimental, con el objetivo de validar las propuestas presentadas.The present work is devoted to the study of schemes and control strategies for stand-alone, wind-driven micro power plants. It was given special emphasis on issues such as ruggedness, maintenance requirements and costs of the proposed generating system. According to this, the present work is based on the use of induction generators with an adequate excitation and control to provide the required energy quality, as well as on the use of optimization and power-control techniques based on variable speed and fixed pitch. Initially, two control strategies for the induction machine were proposed. One of them is based on the field orientation technique, in which load voltage regulation and losses minimization were pursued. The other strategy is based on the instantaneous reactive power theory, through which voltage regulation of DC link loads and stator connected AC loads can be achieved. Finally, a turbine control strategy, based on speed regulation, was proposed for the maximization of wind energy conversion, fulfilling speed and power bounds. For these strategies to be evaluated, numerical simulation and experimental results were obtained. Such results were carried out using a laboratory experimental setup and an experimental wind power plant in order to validate the presented proposal.Facultad de Ingenierí

Uso de generadores asíncronos en micro centrales

La Máquina Asincrona (MA) es la más económica y robusta de las máquinas eléctricas rotativas convencionales. Estas características la hacen atractiva para ser usada en micro centrales eléctricas de bajo costo, eólicas e hidráulicas. A pesar de que esta máquina es muy usada como motor, su uso como generador autónomo no se ha popularizado debido a que resulta complicado realizar su excitación y control de tensión. Actualmente, el avance tecnológico en la electrónica de potencia y la microelectrónica ha permitido el desarrollo de una gran variedad de sistemas de excitación para MAs. En éste trabajo se presenta una clasificación y una descripción sucinta, incluyendo las principales características, de los sistemas más comunes para la excitación MAs.Tema: Instrumentación y Materiales usados en Energías Renovables.Asociación Argentina de Energía Sola

Uso de generadores asíncronos en micro centrales

La Máquina Asincrona (MA) es la más económica y robusta de las máquinas eléctricas rotativas convencionales. Estas características la hacen atractiva para ser usada en micro centrales eléctricas de bajo costo, eólicas e hidráulicas. A pesar de que esta máquina es muy usada como motor, su uso como generador autónomo no se ha popularizado debido a que resulta complicado realizar su excitación y control de tensión. Actualmente, el avance tecnológico en la electrónica de potencia y la microelectrónica ha permitido el desarrollo de una gran variedad de sistemas de excitación para MAs. En éste trabajo se presenta una clasificación y una descripción sucinta, incluyendo las principales características, de los sistemas más comunes para la excitación MAs.Tema: Instrumentación y Materiales usados en Energías Renovables.Asociación Argentina de Energía Sola

Uso de generadores asíncronos en micro centrales

La Máquina Asincrona (MA) es la más económica y robusta de las máquinas eléctricas rotativas convencionales. Estas características la hacen atractiva para ser usada en micro centrales eléctricas de bajo costo, eólicas e hidráulicas. A pesar de que esta máquina es muy usada como motor, su uso como generador autónomo no se ha popularizado debido a que resulta complicado realizar su excitación y control de tensión. Actualmente, el avance tecnológico en la electrónica de potencia y la microelectrónica ha permitido el desarrollo de una gran variedad de sistemas de excitación para MAs. En éste trabajo se presenta una clasificación y una descripción sucinta, incluyendo las principales características, de los sistemas más comunes para la excitación MAs.Tema: Instrumentación y Materiales usados en Energías Renovables.Asociación Argentina de Energía Sola

Induction motors torque control with torque per ampere ratio maximization

The paper reports new theoretical and experimental results in vector control of induction motors. A novel direct field-oriented torque tracking controller is designed using output-feedback linearizing procedure which guarantees asymptotic torque tracking and maximal torque per Ampere ratio during steady state. The efficiency improvement is obtained by adjusting the flux level according to optimization procedure of maximal torque per Ampere (MTA) ratio that is very close to the optimization criterion of minimum losses. Main advantage of MTA control is simplicity of practical implementation. The proposed controller assures quite fast dynamics in the torque response and exponential stability. An intensive experimental investigations proof the effectiveness of the proposed control technique

Stator inter-turn faults diagnosis in induction motors using zero-sequence signal injection

This study presents a strategy for stator inter-turn faults diagnosis in induction motors (IMs) operating under timevariable load and time-variable speed conditions. The strategy consists in injecting a zero-sequence high-frequency signal in order to analyse variations in the stator inductances. Incipient stator inter-turn faults are detected by a simple signal processing of the derivatives of the currents. A feature of the strategy is that the zero-sequence high-frequency signal is generated by the inverter that feeds the machine, without modifying the standard space vector modulation of the IM-drive. Experimental results show that faults representing <1% of the stator winding can be detected, as well as the phase location of the fault, validating this proposal.Fil: Otero, Marcial. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: de la Barrera, Pablo Martin. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: Bossio, Guillermo Rubén. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: Leidhold, Roberto. Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg; Alemani

Two-phase transverse flux machine with disc rotor for high torque low speed application

This paper presents a special two-phase transverse flux machine with disc rotor. Because of the noncomplex construction and by using simple 2D flux path and 3D printing methods the manufacturing costs are hold low. A design criterion is proposed for maximizing the torque density in the low speed range. To prove the concept and analyse the potential of this construction a first direct driven prototype was built. The experimental results confirm the viability of this proposal and provide the required information for further enhancements

A Design Concept and Kinematic Model for a Soft Aquatic Robot with Complex Bio-mimicking Motion

Abstract Fish mortality assessments for turbine passages are currently performed by live-animal testing with up to a hundred thousand fish per year in Germany. A propelled sensor device could act as a fish surrogate. In this context, the study presented here investigates the state of the art via a thorough literature review on propulsion systems for aquatic robots. An evaluation of propulsion performance, weight, size and complexity of the motion achievable allows for the selection of an optimal concept for such a fish mimicking device carrying the sensors. In the second step, the design of a bioinspired soft robotic fish driven by an unconventional drive system is described. It is based on piezoceramic actuators, which allow for motion with five degrees of freedom (DOF) and the creation of complex bio-mimicking body motions. A kinematic model for the motion’s characteristics is developed, to achieve accurate position feedback with the use of strain gauges. Optical measurements validate the complex deformation of the body and deliver the basis for the calibration of the kinematic model. Finally, it can be shown, that the calibrated model presented allows the tracking of the deformation of the entire body with an accuracy of 0.1 mm

Ripple torque minimization in six-phase PM generators with arbitrary EMF waveform

A new strategy is proposed to control the power flow in Six-Phase Permanent Magnet Generators (SPPMG) with arbitrary Electromotive Force (EMF) waveform. The strategy aims to minimize ripple torque and reduce reactive power that flow on the machine. The control algorithm is based on the instantaneous active and reactive power theory and is implemented with two conventional three-phase converters with current control loops. The control currents of the machine are implemented using a variable change, allowing for any SPPMG with arbitrary EMF waveform get a similar result that a vector control with sinusoidal EMF waveform.Fil: Catuogno, Guillermo Ricardo. Universidad Nacional de San Luis; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Garcia, Guillermo. Universidad Nacional de Río Cuarto; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba; ArgentinaFil: Leidhold, Roberto. Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg; Alemani

Experimental investigation of an optimized pitch control for a Vertical Axis Turbine

International audienceThis study reports on an experimental method to obtain the motion law of a pitch system required for maximising the power output of a vertical-axis water turbine (VAWT). In order to allow for the close monitoring of blade forces, the turbine is modelled with a single oscillating hydrofoil in a water channel. The pitch motion is controlled numerically, and the pitch angle and forces are measured as a function of time. The objective of the optimisation is to maximise the time integral of the thrust coefficient. The optimisation is based on a hardware-in-the-loop method and uses a multi-scale, full-factorial approach. The optimal motion law is found through successive improvements with an adaptive parameter step refinement, while the integral of the driving force coefficient is used as a target function. An optimal pitch trajectory with a significant improvement in the thrust coefficient was obtained for a single operating point. The benefit of this methodology is the possibility to study a complete range of turbine designs through the variation of two dimensionless parameters (tip-speed ratio λ and reduced frequency k), within very short runtime, minimising time and costs investigation, compared to more common numerical methods, or experiments on a complete VAWT