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La energía eólica es una de las tecnologías de energías renovables de más rápido crecimiento; sin embargo, presenta un problema fundamental: no es predecible. El voltaje de salida de una turbina eólica varía constantemente en respuesta directa a los cambios en la velocidad del viento, ráfagas y turbulencia. Esto no es aceptable para sistemas conectados a la red eléctrica, donde los voltajes deben mantenerse dentro de tolerancias muy estrechas, ni para cargas industriales independientes que podrían dañarse por eventos de sobrevoltaje o subvoltaje. Los reguladores de voltaje trifásicos convierten la energía CA irregular procedente de una turbina en una energía estable y utilizable realizando las siguientes funciones.
Compensación de variaciones rápidas de la velocidad del viento
La velocidad del viento puede variar varios metros por segundo en cuestión de segundos; las ráfagas harán que el rotor acelere y, por ende, aumente el voltaje del generador, o bien su disminución provocará una caída de voltaje. Este voltaje de variación rápida —entre ±15 % y 30 % del valor nominal— supera las capacidades de la mayoría de los equipos; las bombas, motores y circuitos de control pueden desconectarse o fallar, causando un evento indeseable. Un regulador de voltaje trifásico diseñado para aplicaciones eólicas utiliza tecnología SCR (tiristor) de respuesta rápida o tecnología de cambio de tomas accionada por motor servo para monitorear continuamente el voltaje de salida y ajustar la toma del regulador o el ángulo de disparo en 20 a 40 milisegundos, mucho más rápido que la respuesta mecánica de la turbina. A medida que la velocidad del viento cambia bruscamente, el regulador mantiene el voltaje dentro de un margen del 3 al 5 % del valor de consigna y protege las cargas vulnerables frente a desconexiones intempestivas, lo que lo hace adecuado para sistemas híbridos eólico-diesel o turbinas pequeñas conectadas a la red.
Gestión de la entrada desequilibrada debida a la asimetría de la turbina
Los generadores eólicos trifásicos (especialmente los de imán permanente) normalmente no producen una tensión perfectamente equilibrada; el desequilibrio, que puede alcanzar entre un 5 % y un 15 % entre fases, causado por la asimetría de las palas, un alineamiento incorrecto del giro (yaw) o un rotor parcialmente sombreado, provoca sobrecalentamiento en motores trifásicos, reducción de la eficiencia del rectificador y generación de corrientes armónicas. Un regulador de tensión trifásico ofrece control independiente por fase; el sistema regula individualmente las tres fases, compensando el desequilibrio mediante la elevación (boost) o reducción (buck) de cada línea por separado. Un desequilibrio del 5–15 % puede reducirse al 1–2 % en la salida del regulador. En aquellas turbinas eólicas que alimentan cargas trifásicas, como bombas de agua, compresores o cargadores de baterías, es indeseable que dicho desequilibrio llegue a la carga y dañe o degrade los equipos. Se mejora el factor de calidad de la energía, un parámetro cuyo cumplimiento se exige cada vez con mayor frecuencia en los códigos de red.
Protección contra eventos de sobrevoltaje por sobrevelocidad
Durante condiciones de tormenta, cuando la velocidad del viento supera el valor nominal, el voltaje del generador puede experimentar una sobretensión muy por encima del valor nominal —normalmente hasta un 130–150 % del voltaje nominal—. Si este nivel de voltaje se mantiene durante un tiempo prolongado, daña el aislamiento eléctrico, provoca una sobreexcitación en los transformadores y destruye cargas electrónicas sensibles, como variadores de frecuencia o inversores. Un regulador de voltaje trifásico controla las condiciones de sobretensión debidas a sobrevueltas limitando la salida. Durante dicho evento, se monitorea el voltaje de entrada; cuando supera los límites establecidos (típicamente del 110 al 115 % del valor nominal), la salida se reduce a un valor de toma inferior o, en casos extremos, se desconecta de la carga mediante un contactor de derivación interno. Algunos equipos emiten una señal al controlador de la turbina eólica para activar el frenado de la turbina o el control de paso, garantizando así que no ocurra una falla catastrófica del equipo durante condiciones de tormenta o si, por ejemplo debido a una falla de la red, no puede entregar su potencia.
Salida suavizada para la carga de la batería y la entrada del inversor
Para aplicaciones aisladas de la red, un banco de baterías suele cargarse mediante la turbina eólica o la energía se dirige a un inversor que alimenta cargas de corriente alterna (CA); tanto la carga de las baterías como las entradas al inversor requieren niveles estables de tensión. Durante la carga, a las tensiones elevadas, circulan corrientes de carga excesivas que provocan la emisión de gases por parte de las baterías y acortan su vida útil. Las entradas al inversor son muy sensibles a la ondulación de tensión, generando corrientes armónicas que reducen la eficiencia energética. Al colocar un regulador de tensión trifásico entre la turbina y el cargador de baterías o el inversor, se condiciona la salida de la turbina. Para cargas accionadas por inversor, esto significa ondas senoidales mucho más limpias y menores armónicos. La ondulación en la salida se reduce en un factor comprendido entre 5 y 10. Esto implica que, a velocidades de viento bajas, la batería recibe la tensión de carga requerida, prolongando así su vida útil entre un 20 y un 30 % respecto a una conexión directa con la turbina. Asimismo, se incluye protección de desconexión por baja tensión para evitar la sobredescarga de la batería durante los períodos de calma.
Ofrecemos reguladores de voltaje trifásicos que compensan los cambios rápidos de la velocidad del viento, gestionan entradas desequilibradas provocadas por la asimetría de las turbinas, protegen contra eventos de sobrevoltaje por sobrevelocidad y suavizan el voltaje de salida de baterías y entradas de inversores. Contamos con más de 20 años de experiencia y más de 50 000 metros cuadrados de superficie de fabricación, además de diseño propio de componentes, derechos de propiedad intelectual y nuestra condición de elaboradores de normas nacionales para la industria; suministramos reguladores de voltaje trifásicos para garantizar que la energía eólica sea utilizable y fiable.