<p style=”text-align: justify;”>Transformador de frecuencia variable o simplemente VFT es una tecnología bastante nueva para conectar dos redes asíncronas. Las redes asíncronas significan dos sistemas de energía que operan a dos frecuencias diferentes. El primer VFT del mundo se instaló y puso en marcha en el año 2004 en la subestación Langlois de Hydro-Quebec, donde se utiliza para intercambiar hasta 100 MW de potencia entre las redes eléctricas asíncronas de Quebec (Canadá) y Nueva York (EE. UU.).
Lo primero que debe tener en cuenta aquí es que, aunque el nombre sugiere que es un transformador, pero en cuanto a la construcción, es como un motor de inducción de anillo deslizante. El concepto básico detrás del VFT es un transformador rotativo con devanados trifásicos tanto en el rotor como en el estator. Se utilizan un motor y un sistema de transmisión para ajustar la posición de rotación del rotor en relación con el estator, controlando así la magnitud y la dirección de la potencia que fluye a través de la VFT. VFT es un dispositivo bidireccional controlado que permite el flujo de energía en ambas direcciones, es decir, de una red a otra y viceversa. Tenga en cuenta que VFT tiene el mismo propósito que un sistema HVDC Back to Back.
Construcción de VFT:
El transformador de frecuencia variable consta de un estator que es muy parecido al estator de un hidrogenerador. Hay laminaciones de acero apiladas dentro de un marco de estator. Los devanados están configurados en un trifásico de cuatro polos arreglo. El estator está conectado a un sistema de energía a través de un transformador elevador. El rotor está construido de la misma manera que el estator. El rotor también contiene devanados trifásicos de cuatro polos. Una rejilla está conectada a los devanados del estator, mientras que la otra rejilla está conectada al rotor. El efecto neto es que se ha producido un transformador circular, con los devanados separados por un espacio de aire.
Para hacer la conexión con el rotor y aún permitir que el rotor gire libremente, es necesaria una disposición de anillos deslizantes. El VFT contiene un dispositivo conocido como colector. El colector consta de tres fases de escobillas y grandes anillos colectores de cobre. El número y el tamaño de los elementos del colector son tales que la capacidad nominal total de la corriente de la máquina se puede transferir continuamente a través de toda la gama de velocidades en cualquier dirección, incluida la velocidad cero. También en el eje del VFT se conecta un motor de accionamiento de CC. Este motor se utiliza para alinear el rotor con respecto al estator y mantener la rotación necesaria para salvar la diferencia de frecuencia de las dos rejillas. A través de la disposición de anillos deslizantes, el rotor de VFT se conecta a otro sistema de energía a través de un transformador elevador.
Principio de funcionamiento del transformador de frecuencia variable:
Como se discutió anteriormente en la publicación, el estator de VFT está conectado a una red a través de un transformador elevador y el rotor está conectado a otra red a través de un transformador elevador. Ahora veremos cómo se lleva a cabo la transferencia de energía en una máquina de doble alimentación, es decir, VFT. Para cualquier sistema de CA, la ecuación del flujo de potencia
P = V1V2Senδ / X
Donde V1 y V2 son voltajes y δ es el ángulo entre ellos.
Aquí, en el caso de VFT, el voltaje V1 es el voltaje de una red (digamos conectado al estator) y V2 es el voltaje de otra red (digamos conectado al rotor). Como se espera que tanto la red funcione al mismo nivel de voltaje como la relación de giro del transformador elevador también sea la misma, eso significa que V1 = V2 = V (digamos). Por lo tanto, la ecuación de flujo de potencia para VFT se reducirá a
P = V2Senδ / X
Así, δ es aquí una cantidad variable que podemos cambiar. Aquí viene el papel de Drive Motor. El motor de accionamiento conectado al eje del rotor simplemente cambia el ángulo δ al girar el rotor. El ángulo introducido en el rotor con respecto al estator, por el motor torque, es proporcional a la cantidad de torque (T) aplicado al eje. Por lo tanto, podemos decir que el flujo de potencia a través de un transformador de frecuencia variable, es decir, VFT, es directamente proporcional al par aplicado por el motor de accionamiento.
Un regulador de potencia de circuito cerrado mantiene la transferencia de potencia igual a un punto de ajuste del operador. El regulador compara la potencia medida con el punto de referencia y ajusta el par motor en función del error de potencia. El regulador de potencia es lo suficientemente rápido para responder a las perturbaciones de la red y mantener una transferencia de potencia estable.
En la figura anterior, el sufijo R significa Rotor mientras que el sufijo S significa Estator. La diferencia de ángulo de fase entre el voltaje del estator y el voltaje del rotor se puede ver fácilmente en la figura. La capacidad de la máquina para rotar continuamente es la forma en que la máquina puede salvar un límite asíncrono. Por ejemplo, suponga que una VFT conecta dos redes asíncronas. Para este ejemplo, llamaremos a las redes conectadas a VFT como Red A y Red B. Cuando ambas redes estén operando exactamente a la misma frecuencia, digamos 50,0 Hz, el rotor VFT se detendrá. Si la frecuencia de la Red A aumenta ligeramente a 50,1 Hz, mientras que la frecuencia de la Red B permanece constante en 50,0 Hz, el rotor de la VFT girará para permitir esta diferencia. Debido a que VFT es una máquina de cuatro polos, en este caso girará a 3 rpm. [120 (50.1-50) / 4 = 3 ]. Considere ahora la condición en la que la Red A se ralentiza a 49,9 Hz y la Red B todavía está a 50,0 Hz. El rotor ahora girará en la dirección opuesta a 3 rpm. Los VFT existentes tienen una velocidad operativa máxima de 90 rpm, lo que produce un delta de frecuencia máxima de tres hercios.
Como un transformador ordinario, el VFT también tiene corrientes magnetizantes. Por tanto podemos clasificar la VFT como una máquina de inducción. Desde una perspectiva a nivel de sistema, esto significa que el VFT consume potencia reactiva. Para permanecer neutrales a la red desde el punto de vista de la potencia reactiva, los condensadores de derivación se suministran con un VFT para satisfacer los requisitos propios de las máquinas. Estos son activados y desactivados por los controles VFT según sea necesario. Se pueden agregar capacitores de derivación adicionales para suministrar energía reactiva para una o ambas redes, si la aplicación dicta que esto es útil para los sistemas.
Debe ver este video tomado de GE Reports. Este video muestra el uso de VFT conectando las redes de Nueva York (NY) y New Jersy (NJ).
https://www.youtube.com/watch?v=ui9lNgohs0w
Este es el concepto básico del transformador de frecuencia variable. Espero que hayas disfrutado la publicación. ¡Gracias!
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