Generazione Off-shore Di Energia Elettrica - macchine asincrone e controllo vettorial

[micma80]

Salve sono micma80 , ringraziando Mario Maggi e Livio Orsini per la loro celerità Vi pongo il seguente quesito :

è possibile generare energia elettrica da una macchina asincrona non connessa in rete tramite il controllo vettoriale ???

Se il tutto non funziona ad Aprile non mi fanno laureare , AIUTO!!!

[rguaresc]

Dovresti precisare meglio "non connessa in rete ...tramite il controllo vettoriale"

Una macchina asincrona ha un modo facile di generare energia, basta applicare un sistema trifase e dare coppia al rotore. Il sistema trifase lo potresti generare con un inverter qualsiasi, da batteria. L'energia prodotta la potresti prelevare sia dal lato DC dell'inverter.

Usando componenti passivi un motore asincrono genera in modo autonomo se e' collegato a un condensatore trifase di capacita' adatta. Purtroppo si ha un solo parametro di regolazione, la capacita', e non si riesce a controllare in modo indipendente la tensione e la frequenza. Per caso ti hanno gia' vietato la soluzione dell'inverter?

Ci sono vari studi per complessi misti stand-alone

http://www.cedex.es/ceta/cetaweb/info_fisi...ador_pesc00.pdf

[Mario Maggi]

Caro micma80,

rguaresc probabilmente e' la persona piu' adatta a consigliarti per il tuo quesito.

Ha proposto un documento che riguarda potenze limitate, ma e' molto interessante.

Stai valutando la generazione con eliche o con paratie oscillanti?

Sistemi stand-alone o in batteria? Il progetto di cui ti parlavo prevede l'uso di molti accumulatori inerziali, uno ogni 2 o 3 generatori, tutti connessi su bus DC.

Ciao

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mariomaggi

[Pietro Buttiglione]

la butto li'

(non vi ho letto con cura..

Un motore asincrono passa a funzionare da generatore

se portato da un motore principale in "iper-sincronismo"

cioe' a velocita' superiori a quella nominale.

La sua caratteristica e' esattamente quella come motore

ribaltata verso il basso e 'specchiata a dx'.

ciao

pietro

[micma80]

Ciao a tutti e Grazie per gli interventi .

per Rquaresc : l'attuale mio problema sta nel modo in cui forniire l'energia reattiva necessaria per la magnetizzazione della macch. , anche una batteria di condensatori può andare bene purchè la velocità di rotazione sia costante e iper-sincrona . In caso di moto impulsivo come potrei dimensionare i condensatori ?

per Mario Maggi : Ciao , sto pensando a sistemi di galleggianti connessi ad un generatore di media taglia .

Purtroppo sono solo al primo capitolo ( ridhiami di fisica - onde -etc,.) quindi ancora non tutto è ben fissato e

mi serve molto materiale .

[rguaresc]

Un condensatore vero fisso porta il generatore asincrono a funzionare su un solo punto stabile (U, f) . Per seguire altri stati ci vorrebbe un condensatore variabile, perche' in ogni caso la potenza reattiva del condensatore deve coincidere con quella del motore. Osservando che un sincrono (non un brushless, un sincrono a rotore avvolto) puo' funzionare da condensatore regolabile alzando il suo campo hanno ideato il "sincrono elettronico".

http://www.iee.tu-clausthal.de/download/ZT200001.pdf

figura 2

Modificato: 25 novembre 2003 da rguaresc

[Mario Maggi]

Caro micma80,

oggi sono andato a visitare la fiera MilanoEnergia, se avessi visto prima il tuo messaggio mi sarei fermato anche da chi aveva software per misure e valutazioni sul moto ondoso.

Ciao

Mario

[rguaresc]

La soluzione del condensatore probabilmente non e’ adatta a un generatore con movimento impulsivo. In fondo il tuo problema e’ simile a quello del controllo di un motore con elevata dinamica .

Preso un asincrono resta fissata la coppia con cui trasferisce la potenza. Potresti impostare il controllo in modo da tenere il generatore nelle condizione di opporre questa coppia all’azione del moto ondoso o, meglio, la combinazione coppia-velocita’ che assicura il massimo trasferimento di potenza. Probabilmente il sistema che userai per applicare la potenza delle onde al generatore avra’ dei limiti, le comuni turbine ad esempio devono conciliare l’esigenza di sfruttare la potenza del salto con quella di smaltire l’acqua.

Definita la coppia-velocita’ attesa potresti sfruttare un criterio di controllo di coppia ad orientamento di campo per motore asincrono di cui esiste un’abbondante letteratura per pilotare le valvole dell’inverter. Dovrai tenere traccia del valore e posizione del flusso di rotore e di statore, prevedere osservatori, usare equazioni note. Nel tuo caso, volendo generare dovrai tenere la posizione del flusso di statore dietro, di un certo angolo, a quella del rotore azionato dall’acqua.

Nelle applicazioni commerciali si usano motori senza trasduttori di Hall e si preferiscono le soluzioni sensorless, questo pero’ complica la trattazione e i calcoli.

[Mario Maggi]

Secondo me in futuro si usera' in questa applicazione un array di generatori piezoelettrici, per esempio da 1000 N l'uno come ce ne sono gia' in commercio. Generano tensione DC, piu' facile da gestire e da trasportare anche con un solo conduttore.

Ciao

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mariomaggi

[micma80]

Linea di principio

Sono arrivato , forse , ad una possibile soluzione :

Da un opportuna fonte ( es. accumulatore elettrochimico ) si può estrarre , tramite opportuna modulazione , una forma d’onda proporzionale al moto della boa-galleggiante . Un trasduttore elettro-meccanico converte il moto y= f(t) in una tensione variabile nel tempo con stessa legge ( es.potenziometro lineare ) . Questo segnale di posizione si può manipolare numericamente attraverso un sistema di controllo tale da avere grandezze di uscita che siano di riferimento per la modulazione di ampiezza e frequenza .

Le onde marine ( e quindi anche le forme d’onda delle grandezze modulate ) in prima approssimazione si ritengono periodiche e perciò scomponibili in serie di Fourier , un sistema trifase ( sfasamento di 120° elettr. ) di tensioni / correnti si riporta nella macchina ad un CM traslante con velocità imponibile dal convertitore . Generando un CM traslante a velocità poco inferiore a quella istantanea del moto ondoso la macchina si trova a funzionare da generatore e quindi può erogare potenza attiva ( quella reattiva , utile alla magnetizzazione , è fornita da un inverter PWM – lo stesso che genera il CM trasl.) .

Nello schema :

la boa trasmette il moto y=f(t) al traslatore della TLIM , la stessa informazione è ricavata tramite il trasduttore di posizione solidale all’asse . Il manipolatore si occupa di calcolare i coefficienti m , f di modulazione per l’inverter PWM che magnetizza la macchina . L’energia necessaria è prelevata da un accumulatore nel DC link.

La potenza “estratta” dalla macchina è inviata ad un raddrizzatore controllato pilotato dal manipolatore ( a è l’angolo di accensione dei tiristori ) dal quale si ottengono grandezze DC. Dall’inverter PWM in uscita si ottiene una linea trifase per l’utilizzazione .(non riesco ad inviare l'immagine relativa )

Fatemi sapere se mi sono perso in qualche passaggio logico ( è possibilissimo )

Salve a tutti !

[Mario Maggi]

Caro micma80

Le onde marine ... in prima approssimazione si ritengono periodiche

Se parti da questo presupposto temo che ti impantanerai.

Guarda il mare .... solo su coste rettilinee e con vento costante le onde sono quasi costanti.

Ciao

Mario

[rguaresc]

Non intendo affatto scoraggiarti e butto li solo qualche osservazione:

Se non ho capito male sfrutteresti i movimenti verticali di una boa meno estesa di un'onda. Il controllo deve azionare la boa per frenare i movimenti dell'onda. La potenza non sara' un po' piccola? Se l'insieme off-shore galleggia ti servira' un'altra boa di riferimento del movimento fissa e grande oppore collocata dove l'onda e' in opposizione di fase.

Nelle applicazioni correnti si frena rimandando corrente nell'"accumulatore" attraverso i diodi di rcircolo e si semplifica. Il controllo della posizione della boa sarebbe finalizzato a mantenere questa corrente e si elimina il raddrizzatore controllato.

Le dimensioni di una qualsiasi macchia a corrente alternata sono inversamente proporzionali alla radice della frequenza. Se tenti di ideare una macchia AC con frequenza pari a quella delle onde ti viene un rapporto potenza/peso bassissimo. Userei una moltiplica a ingranaggi e un generatore asincrono a frequenza industriale.

[Mario Maggi]

Caro rguaresc,

Userei una moltiplica a ingranaggi

Purtroppo i moltiplicatori vanno benissimo a velocita' stabile, molto meno quando la coppia si inverte.

In questo caso gli ingranaggi sarebbero sottoposti a oltre un migliaio di inversioni di coppia all'ora. Il problema si pone sui denti, nel punto dove "sbattono" nel passaggio tra coppia motrice e frenante, in quanto non e' conveniente realizzare degli ingranaggi assolutamente senza gioco.

Per uno studio universitario andrebbero bene i generatori TFM (Transversal Flux Machine) a 120, 144 o 180 poli.

Essendo macchine lente a magneti permanenti, il rendimento e' alto, e la frequenza variabile molto alta.

Ciao

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mariomaggi

[Livio Orsini]

Come ho acennato in precedenza, all'epoca dello shock petrolifero l'azienda dove ero impiegato pensò di sfruttare il moto ondoso per generare energia elettrica. Lo scopo principale era"professionale" (leggi militare), quindi l'economicità del dispsoitivo non era neanche considerata, se non entro limiti molto ampi. L'idea era di caricare un accunulatare tramite l'energia ricavata da una boa messa in movimento dal moto ondoso. L'idea venne presto scartata proprio per i problemi meccanici. In 25 anni la tecnologia elettronica è stata completamente rivoluzionata, mentre quella meccanica no. Io ritengo che le difficolta insormontabili di 25-30 anni fa siano ancora irrisolte.

[Mario Maggi]

Caro Livio,

le difficolta insormontabili di 25-30 anni fa siano ancora irrisolte.

La soluzione sara' - mi ripeto - il generatore lineare (esempio, piezoelettrico di potenza) e non rotativo.

Questo segue le onde con una meccanica semplice, efficiente e duratura. Putroppo non conosco generatori che convertano forze superiori ai 100 kG, quindi bisogna metterne parecchi in parallelo.

Ciao

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mariomaggi

[micma80]

Le onde marine ... in prima approssimazione si ritengono periodiche

Non lo sono sicuramente per zone ampie e varie direzioni ma individuando il fetch geografico ( e poi quello effettivo ) per porzioni ridotte di superficie si riscontra una certa periodicità . Nel progetto si vuole sfruttare il moto alternativo verticale comunque scomponibile in serie di Fourier ( c'è poi da analizzare l'effetto non lineare della macchina e rilevare la\e armonica\che prevalente\i )

[micma80]

Se non ho capito male sfrutteresti i movimenti verticali di una boa meno estesa di un'onda.

Salve , scusate per il post preced in cui non ho salutato .

L'idea è quella di sistemi galleggianti ( serpentoni ) meccanicamente connessi ad una unica macchina Asincrona che ha struttura lineare tubolare TLIM ( il n° di coppie polari può essere elevato ) .

La corrente assorbita dall'accumulatore o rete è chiaro che genera una forza frenante ( "reazione d'armatura")

A presto ! Per piacere indicatemi eventuali falle nel ragionamento .

[Mario Maggi]

Caro micma80,

ohibo', il TLIM l'avevo sempre considerato come servo veloce, non come generatore di potenza.

Ci penso su.

Ciao

Mario

[micma80]

CIAO Mario , ringrazio sempre tutti per la collaborazione .

Purtroppo l'UNIPA si è occupata molto dell'utilizzazione ( motori ) e poco della generazone .

Il TLIM è nato appunto come servo ( ci sono tecniche di controllo avanzatissime per le macc asincr ) ma ora ci si chiede cosa ne derivi dalla applicazione come generatore .

Il problema è complesso ma se ci riesco vorrei dare una idea elementare di piccola generazione.

[Mario Maggi]

Caro micma80,

non e' la stessa cosa, ma ti puo' essere utile:

www.oceanpd.com

Ciao

Mario