ES2269725T3 - Maquina sincrona. - Google Patents

Abstract

Máquina síncrona con un inducido (rotor) que presenta una pluralidad de polos, cada uno de los cuales está provisto de al menos un arrollamiento de los polos, en el que los arrollamientos de los polos de varios polos están unidos entre sí de modo galvánico por medio de un primer conductor, a través del que fluye una corriente de excitación, caracterizada porque un conductor de supervisión está tendido fundamentalmente paralelo al primer conductor, que está solicitado o se puede solicitar con una señal prefijada, porque el conductor de supervisión está acoplado o unido con un dispositivo para el registro de la señal, y porque al producirse una interrupción del primer conductor, esto se constata o se puede constatar por medio de una variación de la señal en el conductor de supervisión, y el dispositivo para el registro de la señal está acoplado con un dispositivo de control, que al menos reduce entonces la corriente de excitación a través del primer conductor, preferentemente se desconecta.

Description

Máquina síncrona.

La presente invención se refiere a una máquina síncrona preferentemente con polos salientes con arrollamientos de los polos que están unidos entre sí de modo galvánico. Además, la invención se refiere a una instalación de energía eólica así como a un procedimiento para la supervisión de una máquina síncrona de una instalación de energía eólica.

Las máquinas síncronas se conocen por lo general. Una forma de construcción es la conformación o bien del inducido (rotor) o del estator con polos (salientes), presentando cada polo al menos un arrollamiento del polo que fluye a través de una corriente de excitación. En las máquinas síncronas, esta corriente de excitación es en todo momento una corriente continua.

En este caso, los arrollamientos de los polos de todos o de varios de los polos salientes individuales están unidos entre sí de modo galvánico. Puesto que los arrollamientos de los polos, sin embargo, se fabrican y se montan de modo individual, esta unión se lleva a cabo por medio de medios de unión adecuados, como aprietes, uniones soldadas, etc. En particular, estos puntos de unión, aunque también otros puntos, en los que, por ejemplo, se ha dañado el hilo para el arrollado, están sometidos al peligro de una interrupción de la unión galvánica, por ejemplo, como consecuencia de las vibraciones durante el funcionamiento de la máquina.

En esta interrupción se puede conformar un arco voltaico como consecuencia de las elevadas intensidades de corriente, que aumenta la interrupción por medio de erosión del material, y que de esta manera también aumenta él mismo su tamaño y puede llegar a tener varios centímetros más de longitud. En este caso existe el peligro de que el material en el entorno se encienda y se provoque con ello un incendio que destruya la máquina.

Debido a ello, el objetivo de la invención es mejorar tanto una máquina síncrona como un procedimiento para el funcionamiento de una máquina síncrona de tal manera que se reduzca el peligro de un incendio.

Este objetivo se alcanza con un procedimiento o una máquina síncrona del tipo mencionado al comienzo gracias al hecho de que se supervise la unión galvánica (al menos una de ellas) de los arrollamientos de los polos, y que en caso de que se produzca una interrupción de la unión galvánica al menos se reduzca la corriente de excitación. Por medio de la supervisión de la unión galvánica se puede reconocer a tiempo una interrupción. La reducción de la corriente de excitación evita entonces la conformación de un arco voltaico, de manera que disminuye el peligro de un encendido del material en el entorno de un modo efectivo.

En una forma de realización preferida de la invención se desconecta completamente la corriente de excitación para apagar de un modo seguro un arco voltaico que se pudiera producir. Con ello, con un reconocimiento a tiempo de una interrupción es posible prevenir de manera fiable que surja un incendio por medio de un arco voltaico.

En una variante especialmente preferida de la invención se puede apagar, por ejemplo, en el caso de grupos conectados en paralelo de arrollamientos de los polos, sólo aquel grupo en el que haya aparecido la interrupción. Gracias a ello, sólo a los arrollamientos de los polos de este grupo se les deja de suministrar corriente, mientras que a través del resto de grupos sigue fluyendo la corriente de excitación, de manera que la máquina síncrona puede continuar en funcionamiento.

Para poder reconocer de un modo sencillo una interrupción, y en particular un arco voltaico, se solicita un conductor estrechamente contiguo a la unión galvánica con una señal prefijable, y se supervisa la existencia de la señal. En caso de que se provoque un arco voltaico, también se interrumpe el conductor contiguo por medio de este arco voltaico. Con ello, la señal se interrumpe, y según el procedimiento conforme a la invención, se puede controlar la máquina síncrona de modo correspondiente.

Para configurar la construcción mecánica del modo más sencillo posible puede estar previsto un conductor (conductor de supervisión), que discurre paralelo o en forma helicoidal alrededor de la unión galvánica o bien está enrollado alrededor de la unión galvánica o está colocado o pegado en ésta.

En una forma de realización de la invención especialmente preferida, el conductor de supervisión es un conductor eléctrico, por ejemplo un hilo de cobre aislado convencional. Se puede disponer de éste de modo barato, y se puede colocar según la invención de una manera sencilla. Del mismo modo, la alimentación de una señal que se puede prefijar es posible en el caso de un conductor eléctrico con un coste reducido. En una forma de realización alternativa, el conductor de supervisión es un conductor óptico. En este caso, ciertamente, la solicitación con señales requiere un coste más elevado, si bien, en compensación, las señales son insensibles respecto a influencias electromagnéticas, y con ello presentan una mayor seguridad contra interferencias.

Para incrementar la seguridad de funcionamiento del procedimiento conforme a la invención y de la máquina síncrona pueden estar previstos, en particular, un primer dispositivo para la solicitación del conductor de supervisión con una señal y un segundo dispositivo para la supervisión de la señal de modo redundante. Gracias a ello, en caso de que se produzca una avería de un componente, su función puede ser tomada por uno redundante existente.

A continuación se describe con más detalle la invención a partir de las Figuras. En ellas se muestra:

Figura 1 un corte en forma de sección de un armazón polar;

Figura 2 una representación detallada aumentada de la Figura 1;

Figura 3 una representación simplificada de un conductor en una primera forma de realización de la invención con un conductor eléctrico;

Figura 4 una forma de realización alternativa de una supervisión con un conductor óptico;

Figura 5 una supervisión sin un conductor adicional;

Figura 6 una representación de una instalación de energía eólica con una barra conductora rodeada por un hilo de seguridad.

La Figura 1 muestra de un modo simplificado una sección de un armazón polar de una máquina síncrona (generador). El número de referencia 10 designa las zapatas polares individuales de los polos salientes, mientras que 12 designa los arrollamientos de los polos dispuestos en los salientes.

Estos arrollamientos de los polos 12 están unidos entre sí por medio de una unión 14 galvánica, de manera que los arrollamientos de los polos 12 están conectados en serie, y con ello a través de todos ellos fluye la misma corriente. Puesto que los arrollamientos de los polos 12 se fabrican de modo individual, se produce una unión de las conexiones entre sí, por ejemplo, por medio de manguitos de unión 16.

La Figura 2 es una vista detallada aumentada de la Figura 1, y muestra dos zapatas polares 10 con arrollamientos de los polos 12 dispuestos por detrás. Entre los arrollamientos de los polos 12 hay una unión 14 galvánica. Ésta se fabrica haciendo que el conductor 14, a partir del que está enrollado el arrollamiento de los polos 12, se una en un punto de unión 16, por ejemplo, con un manguito de unión 16 o por medio de una unión soldada u otra unión adecuada con el conductor del arrollado de los polos 12 contiguo. Este tipo de puntos de unión 16 también se encuentran, a su vez, entre los dos arrollados de los polos 12 representados en esta figura y sus arrollados de los polos 12 contiguos (pero no representados) respectivos. En particular, sin embargo, estos puntos de unión 16 son puntos débiles estructurales en esta unión 14 galvánica, de manera que se puede producir una interrupción, por ejemplo, como consecuencia de las vibraciones que se producen durante el funcionamiento de la máquina síncrona.

Alrededor de la unión 14 galvánica y el punto de unión 16 está representado un conductor 18 devanado en forma helicoidal como dispositivo de supervisión o bien conductor de supervisión.

En caso de que, por ejemplo, por medio de vibración, se produzca una interrupción en el punto de unión 16, entonces se conforma allí un arco voltaico, ya que la interrupción al comienzo es muy pequeña y la corriente de excitación es relativamente elevada. Por medio del arco voltaico se erosiona el material, y debido a ello se incrementa la interrupción. Esta erosión del material por medio del arco voltaico, sin embargo, también interrumpe el conductor 18, de manera que por medio de una supervisión adecuada del conductor 18 se reconoce esta interrupción, y con ello se puede deducir una interrupción de la unión 14 galvánica y la conformación de un arco voltaico. A continuación se pueden tomar medidas adecuadas, como la desconexión de la corriente de excitación, para apagar el arco voltaico, y con ello impedir que se provoque un incendio.

En la Figura 3 está representada de un modo simplificado una posibilidad de la supervisión con un conductor 18. Este conductor 18 está puesto en un lado a potencial de masa. En el otro lado del conductor está previsto un elemento de conexión 20, en este caso un relé, que se solicita con una tensión suficiente, para que pueda excitarse. Este relé presenta un contacto de reposo 22, que, así, está abierto en el relé 20 excitado. En caso de que se produzca una interrupción del conductor 18, cae el relé 20 y se cierra el contacto de reposo. Este cierre se puede reconocer, por ejemplo, en los bornes de conexión 24 por medio de un dispositivo secundario, y se puede evaluar de modo correspondiente.

Naturalmente, también es posible la disposición del relé en el otro lado del conductor 18. Entonces se solicita el conductor con una tensión adecuada que deja que se excite el relé 20, y también en este caso cae el relé 20 naturalmente, tan pronto como se interrumpe el conductor 18, lo que puede llevar directamente a la desconexión de la corriente de excitación.

En la Figura 4 está representada una forma de realización alternativa de la supervisión mostrada en la Figura 3. El conductor 18 en la Figura 4 es una guía de ondas fibroóptica. En esta guía de ondas fibroóptica 18 se acopla desde una fuente de luz 30, representada aquí como diodo luminoso, una señal óptica, que se recibe en el otro extremo por medio de un receptor 32, en el presente ejemplo una fotorresistencia, que a su vez puede ser parte constituyente de una conexión en puente.

Así pues, en tanto que la luz emitida por la fuente de luz 30 se transmite a través del conductor 18, el receptor 32 tiene un valor de resistencia determinado. En caso de que se produzca una interrupción del conductor 18, entonces la luz alimentada por la fuente de luz 30 ya no va a parar al receptor 32, éste modifica su valor de resistencia, y con ello se puede reconocer la interrupción del conductor 18.

Naturalmente, el receptor también puede estar conformado, por ejemplo, como fototransistor o como algún otro elemento sensible a la luz.

Una forma alternativa de la supervisión del conductor 14 galvánico está representada en la Figura 5. En este caso, en el punto de acoplamiento 36 se superpone adicionalmente a la corriente de excitación que fluye una tensión alterna con amplitud reducida y una frecuencia prefijada. En el punto de desacoplamiento 38 se supervisa esta tensión alterna. En este caso, el desacoplamiento se puede realizar, por ejemplo, de modo capacitivo o de modo inductivo. En la Figura, para ello, se representa un revestimiento 40 de un condensador. El otro revestimiento puede estar él mismo conformado, por ejemplo, por medio de la unión 14 galvánica.

Por medio de un circuito adecuado secundario se puede supervisar de nuevo la tensión alterna desacoplada por medio del condensador 40. En caso de que se produzca una interrupción de la unión 14 galvánica, si bien ciertamente se sigue transportando la corriente de excitación por medio del arco voltaico, la tensión alterna superpuesta sin embargo ya no se transporta, de manera que ésta tampoco puede ser ya desacoplada en el punto de desacoplamiento 38. Gracias a ello se puede reconocer la interrupción de la unión 14 galvánica.

Cuando varios arrollamientos de los polos se juntan para formar un grupo, y hay varios grupos de este tipo de arrollamientos de los polos, se ofrece conformar para cada grupo un hilo de seguridad previsto de modo propio, de manera que en caso de una interrupción del hilo de seguridad sólo se reduce o se desconecta la corriente de excitación del grupo en cuestión, de manera que el resto de grupos pueden seguir funcionando de manera convencional para hacer posible que el generador siga funcionando.

Así pues, en caso de que para cada grupo de arrollamientos de los polos esté previsto un hilo de seguridad (naturalmente con el dispositivo de alimentación y de supervisión correspondiente), entonces éste produce una asignación unívoca del grupo de arrollamiento de los polos y del hilo de seguridad correspondiente, y de modo correspondiente, en caso de que se separe el hilo de seguridad, se puede interrumpir el control del grupo de arrollamiento de los polos. Otra posibilidad es el uso de un único hilo de seguridad para el arrollado de los polos de todo el armazón polar, y la desconexión de la corriente de excitación en caso de una interrupción del hilo de seguridad. Si se vuelve a anular esta interrupción, que se ha de mantener durante un intervalo de tiempo prefijado, para apagar de modo seguro el arco voltaico, puede volver a fluir una corriente de excitación correspondiente. De esto se exceptúa entonces únicamente a los grupos de arrollamientos de los polos en el que se ha producido la interrupción. En esta solución, sin embargo, bajo ciertas circunstancias es desventajoso el hecho de que entonces el hilo de seguridad esté interrumpido, de manera que o bien se ha de continuar el funcionamiento sin hilo de seguridad, o bien no se ha de continuar por razones de seguridad de funcionamiento.

La invención no está limitada a la supervisión del generador de la instalación de energía eólica, sino que también se puede emplear en otras partes de la instalación de energía eólica. De este modo, por ejemplo, el problema de la generación de arcos voltaicos no sólo aparece en la interrupción de arrollamientos de los polos, sino que también se puede producir con la interrupción de barras conductoras de corriente continua, con las que se lleva la energía eléctrica generada por el generador desde la barquilla hasta los armarios de potencia que normalmente están dispuestos al pie de la torre o fuera de la torre. Estas barras conductoras de corriente continua están compuestas habitualmente de un metal, por ejemplo aluminio, y se fijan en el interior de las torres en la pared de la torre y se llevan hacia abajo. Puesto que la torre, como consecuencia de toda la carga eólica de la instalación de energía eólica también se mueve (en la región de la barquilla, este movimiento puede tener fácilmente una amplitud en el intervalo de 0,5 m a 2 m), también se mueven y se cargan las barras conductoras, lo que en un caso desfavorable, cuando los movimientos han sido demasiado fuertes, o cuando no se ha realizado un tendido limpio de las barras conductoras, puede llevar a una interrupción de las barras conductoras, debido a lo cual se puede conformar igualmente un arco voltaico entre las partes interrumpidas, y puesto que en este punto se registran flujos de energía muy elevados, esto puede llevar a daños muy importantes en la instalación de energía eólica, puesto que también es perfectamente posible que el arco voltaico que se origina salte a la torre puesta a tierra, de manera que tampoco se puede descartar la declaración de un incendio.

La realización representada según la Figura 6 muestra en una escisión parcial el arrollamiento de una barra conductora de tres vías con un hilo de seguridad, en el que para la supervisión del hilo de seguridad se pueden usar los dispositivos de supervisión conocidos de las Figuras 3 a 5. En caso de que aparezca la interrupción de una barra conductora, entonces ésta lleva también a la interrupción del hilo de seguridad, y en un caso de este tipo, se desconecta toda la instalación para su propia protección, y no continúa funcionando, puesto que entonces no sólo se han de reparar las barras conductoras (barras conductoras de corriente continua), sino que, bajo ciertas circunstancias también han de ser reemplazadas para garantizar un funcionamiento posterior seguro. Las barras conductoras sirven en el ejemplo representado, como viene siendo habitual, para conducir la potencia eléctrica desde el generador en la barquilla de la instalación de energía eólica desde el pie de la torre o bien desde los dispositivos eléctricos allí dispuestos, como onduladores y/o transformadores.

Claims (13)

1. Máquina síncrona con un inducido (rotor) que presenta una pluralidad de polos, cada uno de los cuales está provisto de al menos un arrollamiento de los polos, en el que los arrollamientos de los polos de varios polos están unidos entre sí de modo galvánico por medio de un primer conductor, a través del que fluye una corriente de excitación, caracterizada porque un conductor de supervisión está tendido fundamentalmente paralelo al primer conductor, que está solicitado o se puede solicitar con una señal prefijada, porque el conductor de supervisión está acoplado o unido con un dispositivo para el registro de la señal, y porque al producirse una interrupción del primer conductor, esto se constata o se puede constatar por medio de una variación de la señal en el conductor de supervisión, y el dispositivo para el registro de la señal está acoplado con un dispositivo de control, que al menos reduce entonces la corriente de excitación a través del primer conductor, preferentemente se desconecta.

2. Máquina síncrona según la reivindicación 1, caracterizada por un conductor de supervisión en forma helicoidal que discurre alrededor de la unión galvánica.

3. Máquina síncrona según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el conductor de supervisión está conformado como conductor eléctrico y/o como conductor óptico.

4. Máquina síncrona según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el dispositivo para la solicitación del conductor de supervisión está conformado de modo redundante con una señal, y está compuesto preferentemente de un primer y un segundo dispositivo para la solicitación del conductor con una señal.

5. Máquina síncrona según la reivindicación 4, caracterizada porque el primer y el segundo dispositivo para la solicitación del conductor de supervisión con una señal conforman una unidad constructiva.

6. Instalación de energía eólica con una máquina síncrona según una de las reivindicaciones precedentes.

7. Procedimiento para la supervisión del funcionamiento de una máquina síncrona, que presenta un inducido (rotor), que está compuesto de varios polos con un arrollamiento de los polos, en el que los arrollamientos de los polos de varios polos están unidos de modo galvánico entre sí, y a través de los arrollamientos de los polos fluye una corriente de excitación, en el que están previstos medios para la supervisión de la unión galvánica de los arrollamientos de los polos, en el que como medio para la supervisión de la unión galvánica se proporciona un conductor de supervisión, y en el caso de que se produzca una interrupción de la unión galvánica, ésta se constata por medio de una variación de la señal en el conductor de supervisión, y a continuación la corriente de excitación al menos se reduce, preferentemente se desconecta.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque en caso de varios grupos conectados en paralelo de arrollamientos de los polos, la corriente de excitación se desconecta en el grupo de arrollamientos de los polos con la interrupción galvánica, mientras que en los otros grupos, por el contrario, preferentemente se mantiene.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado porque para el reconocimiento de la interrupción galvánica, se sobrepone a la corriente de excitación en al menos una primera posición prefijable de la unión galvánica una tensión alterna de frecuencia y/o amplitud prefijable, y se supervisa la existencia de esta tensión alterna en al menos una segunda posición prefijada mediante un dispositivo de supervisión correspondiente.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque para el reconocimiento de una interrupción galvánica se solicita un conductor de supervisión contiguo a la unión galvánica con una distancia prefijable, y se supervisa la existencia de la señal prefijada, y en caso de fallo o modificación prefijada de la señal prefijada se hace que un dispositivo de control reduzca y/o desconecte completamente la corriente de excitación.

11. Instalación de energía eólica con un rotor y un generador acoplado con éste, que durante el funcionamiento de la instalación de energía eólica proporciona una potencia eléctrica, que es llevada por medio de barras conductoras desde el generador de la zona de la barquilla a la zona del pie de la torre, y allí se prepara para la alimentación a una red de distribución, en la que está tendido un conductor de supervisión fundamentalmente paralelo a la barra conductora, que está solicitado o se puede solicitar con una señal prefijable, en la que el conductor de supervisión (hilo de seguridad) está acoplado o unido con un dispositivo para el registro de la señal, y porque al interrumpir la barra conductora, esto se constata o se puede constatar por medio de una modificación de la señal en el conductor de supervisión, y el dispositivo para el registro de la señal está acoplado con un dispositivo de control que a continuación al menos reduce la corriente a través de esta barra conductora, preferentemente se desconecta.

12. Instalación de energía eólica con las características según una de las reivindicaciones 2 a 5.

13. Instalación de energía eólica según la reivindicación 11, caracterizada porque el conductor de supervisión está arrollado alrededor de una única barra conductora o bien alrededor de un grupo de barras conductoras, y discurre paralelo en su mayor parte desde el comienzo hasta el final de la barra conductora.