PRINCIPALI COMPONENTI DI UN AEROGENERATORE

I principali componenti che costituiscono un aerogeneratore ad asse orizzontale sono:

Fig. 4.49 schema componenti

1- Pala

2- Supporto della pala

3- Attuato e dell a golo di Pit h 4- Mozzo

5- Ogiva

6- Supporto principale 7- Albero principale

8- Luci di segnalazione aerea 9- Moltiplicatore di giri

10- Dispositivi idraulici di raffreddamento 11- Freni meccanici

12- Generatore

13- Convertitore di potenza e dispositivi elettrici di controllo 14- Trasformatore

15- Anemometri

16- Struttura della navicella 17- Torre di sostegno

18- O ga o di azio a e to pe l i a data

In breve ci soffermiamo su tre parti importanti ai fini di questo studio: il generatore, il trasformatore e il sistema di controllo/convertitore di potenza

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4.9.6.1 GENERATORE ELETTRICO

4.9.6.1.1 GENERATORE ASINCRONO

E esse zial e te u oto e t ifase ad i duzio e caratterizzato da una velocità di sincronismo che dipende dal numero di poli e dalla frequenza di rete.

Se la oppia e a i a age te sull al e o oto e ot i e a zi h resistente e fa aumentare la velocità di rotazione fino a superare la velocità di sincronismo, la macchina elettrica asincrona passa dal funzionamento come motore a quello come generatore immettendo energia elettrica in rete.

La differenza relativa tra la velocità di sincronismo e la velocità effettiva di rotazione è chiamata scorrimento (s) che nel funzionamento da generatore diventa quindi negativo. Nei generatori asincroni usuali con rotore a gabbia di scoiattolo (rotore in o to i uito , lo s o i e to di i a l % osi h tali dispositi i sono di fatto considerati a velocità di rotazione costante.

La corrente di magnetizzazione dello statore, la quale crea il campo magnetico rotante al traferro, è fornita dalla rete stessa. Inoltre tale generatore consuma una certa quantità di potenza reattiva, la quale deve essere fornita da sistemi compensatori quali i condensatori. Quando una raffica di vento colpisce una turbina eolica dotata di un generatore asincrono a rotore in cortocircuito, poiché la velocità di rotazione è costante, si ha una repentina variazione della coppia e la conseguente rapida variazione della potenza erogata; se la potenza di o to i uito della ete a ui l ae oge e ato e o esso assa, possono pertanto verificarsi delle fluttuazioni di tensione sui dispositivi elettrici collegati in prossimità, fluttuazioni che possono creare malfunzionamenti dei dispositivi stessi.

Inoltre si può assistere alla variazione rapida del flusso luminoso emesso dalle lampade elettriche, che genera quel fastidioso sfa fallio oto o e fli ke . A he pe tale oti o la i e a si spinta verso la realizzazione di sistemi a velocità variabile che o se to o i olt e di idu e gli st appi di oppia sul oto e e di fa

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funzionare lo stesso nel punto di massima efficienza aerodinamica su un ampio range di velocità del vento.

Soluzioni a velocità variabile realizzate con generatori ad induzione si realizzano interponendo tra lo statore del generatore con rotore a gabbia di scoiattolo e la rete un convertitore di frequenza o utilizzando un generatore asincrono a rotore avvolto ad anelli il cui rotore è alimentato da una corrente alternata indipendente, fornita da un convertitore di frequenza: in tal modo la velocità di sincronismo è funzione della differenza tra la frequenza di rete e la frequenza della corrente rotorica. Si può raggiungere così una variazione di velocità del 30 %.

4.9.6.1.2 GENERATORE SINCRONO

In questo tipo di generatore, chiamato anche alternatore, il rotore è costituito da un elettromagnete a corrente continua o da magneti permanenti. La frequenza della tensione indotta sullo statore (e quindi della corrente prodotta) è direttamente proporzionale alla velocità di rotazione del rotore.

Per consentire un funzionamento a velocità variabile, si interpone tra alternatore e rete un convertitore di frequenza che trasforma dapprima la corrente a frequenza variabile (in funzione della velocità del rotore e quindi del vento) in uscita dal generatore in corrente continua mediante un raddrizzatore elettronico e successivamente riconverte la corrente continua in corrente alternata la frequenza tramite un inverter.

Così facendo si svincola la frequenza della corrente generata dalla f e ue za di ete, il he può po ta e a he all a olizione del moltiplicatore di giri.

Grazie al motore sincrono ed al convertitore di frequenza, quando la forza del vento aumenta improvvisamente, il rotore è lasciato libero di a ele a e pe al u i se o di: l i e e to di elo ità di rotazione accumula energia i eti a el oto e stesso e o se te u e ogazio e costante di potenza.

Vi e e sa ua do il e to ala, l e e gia i agazzi ata el oto e viene rilasciata nel rallentamento del rotore stesso.

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4.9.6.2 TRASFORMATORE

La potenza elettrica in uscita dal generatore è generalmente in bassa tensione e deve essere convertita in media tensione attraverso un trasformatore per ridurre le perdite di trasmissione mediante l alla ia e to alla ete di dist i uzio e i edia te sio e.

Il trasformatore è installato nella navicella o alla base della torre (negli impianti riguardanti questo studio i trasformatori è installato in navicella).

I cavi elettrici di collegamento tra la navicella e la base della torre formano un anello al di sotto della navicella stessa al fine di consentire i o i e ti d i a data. Tali o i e ti e go o o ito ati e, se la rotazione è eccessiva, la gondola viene imbardata in senso opposto per e ita e l agg o iglia e to dei a i.

I trasformatori installati a bordo navicella sono del tipo CAST RESIN. 4.9.6.2.1 TRASFORMATORE CAST RESIN

I trasformatori a secco son tutti quei trasformatori in cui gli a olgi e ti so o aff eddati t a lo o dall a ia at osfe i a ed isolati con smalti e resina; rientrano in questa categoria anche i trasformatori in resina epossidica.

I trasformatori cast resin presentano notevoli vantaggi rispetto ai trasformatori in aria:

- Possibilità di esercizio con classi di isolamento termico maggiori - Riduzione delle distanze elettriche inter-avvolgimento

- Riduzione di manutenzione annuale

- Maggiore conducibilità termica della resina - Diminuzione del peso e delle perdite

- Maggior rendimento

- Maggiore solidità meccanica delle bobine agli sforzi elettrodinamici

- Avvolgimenti maggiormente protetti contro umidità, attacchi chimici e inquinamento rispetto ai trasformatori a secco

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A loro volta i trasformatori cast resin presentano vantaggi nei confronti dei trasformatori in olio per quanto riguarda la protezione contro age ti i ui a ti, l eli i azio e del is hio di propagazione di incendi, la iduzio e di e issio i tossi he i aso di guasto e l eli i azio e delle spese per opere civili poiché non è necessario progettare vasche contenitive per gli oli isolanti.

Si e ide zia o d alt a pa te al u i s a taggi: aggio i perdite nel nucleo e negli avvolgimenti provocate dalle maggiori distanze in aria, necessità di installazione in ambienti chiusi (o in armadio) con o segue te isog o di p otegge e le pe so e i i e do l a esso ai lo ali desti ati all i stallazio e delle macchine.

Altri svantaggi riguardano una minore capacità di tenuta ai so a a i hi legata all i fe io e i e zia te i a delle pa ti i te sio e da cui deriva la necessità di avere opportuni sensori di temperatura, utilizzo di materiali isolanti non auto ripristinanti, impossibilità di riparazione degli avvolgimenti danneggiati e infine necessità di un ottimo controllo del processo costruttivo al fine di limitare al minimo i possi ili difetti he de i a o dall utilizzo delle esi e epossidi he. Più avanti alcuni cenni costruttivi per i trasformatori CAST RESIN. 4.9.6.3 SISTEMI DI CONTROLLO E DI PROTEZIONE

Tali siste i ostituis o o il e ello della tu i a eoli a e fo is o o la logica di controllo, per comandare le procedure di avviamento ed arresto della turbina stessa e per assicurare che la turbina operi entro determinati parametri di funzionamento prestabiliti, proteggendo in particolare il rotore dalle sovra-velocità e le diverse parti del circuito elettrico dalle sovracorrenti e dalle sovratensioni.

La logica di controllo è usualmente programmata in un PLC. In particolare i sistemi di protezione/sezionamento disconnettono la turbina dalla rete in caso di malfunzionamento e consentono quindi il corretto funzionamento delle altre turbine eoliche in una centrale eolica.

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