Contribution to the analysis of the three-phase induction generator with wound rotor: experimental and theoretical studies under normal operating conditions and with unbalance voltage

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v10i16.23490

Keywords:

Induction generator; Experimental test platform; Wind energy systems; Wound rotor.

Abstract

In the present work analyzes the behavior of the three-phase induction machine with a wound rotor, which is widely used in the wind energy systems, operating as a generator under normal conditions and with unbalance voltage in the electrical system to which it is connected. For this, a mathematical model of the three-phase induction machine called “phase model” is adopted, in which coordinate or reference system transformations are not performed, in addition to taking into account the effects of magnetic saturation. The results from this model, which was implemented computationally, are compared with the results obtained in an experimental test platform. In both cases, the voltage and current curves were obtained, this data allowed, by means of comparison, to verify the satisfactory response of the mathematical model regarding the analyzed disturbance. From this, it was possible to conclude that the model is suitable for studies under normal operating conditions and with unbalance voltage.

Author Biography

Luciano Coutinho Gomes, Universidade Federal de Uberlândia

Doutor na área de Acionamentos Elétricos e professor na Faculdade de Engenharia Elétrica (FEELT) da Universidade Federal de Uberlândia (UFU),campus Santa Mônica.

References

Abad, G. & Iwanski, G. (2014). Properties and Control of a Doubly Fed Induction Machine. Power Electronics for Renewable Energy Systems, Transportation and Industrial Applications, 18, 270-318.

Bispo, D, Martins, L., Resende, J. T. & Andrade, D. A. (2001). A New Strategy for Induction Machines Modeling Taking into Account the Magnetic Saturation. IEEE Transactions on Industry Applications, 37(6), 1710-1719.

Bim, E. (2012). Máquinas elétricas e acionamento. (2a ed.), Elsevier.

Donolo, P., Bossio, G., De Angelo, C., García, G. & Donolo, M. (2016). Voltage unbalance and harmonic distortion effects on induction motor power, torque and vibrations. Electric power systems research, 140, 866-873.

El-Shimy, M. (2010). Optimal site matching of wind turbine generator: Case study of the Gulf of Suez region in Egypt. Renewable Energy, 35(8), No. 8, 1870-1878.

Freitas, W., Vieira Jr, J. C. M., França, A. M., Silva, L. C. P. D. & Costa, V. F. D. (2005). Análise comparativa entre geradores síncronos e geradores de indução com rotor tipo gaiola de esquilo para aplicação em geração distribuída. Controle & Automação Sociedade Brasileira de Automatica, 16(3), 332-344.

Fitzgerald, A. E., Kingsley, J. R. & Umans, C. (2006). Tradução Anatólio Laschuk–. Máquinas Elétricas: Com introdução a eletrônica de potência. (6a ed.).

Bookman.

Fortescue, C. L. (1918). Method of symmetrical co-ordinates applied to the solution of polyphase networks. Transactions of the American Institute of Electrical Engineers, 37(2), 1027-1140.

Global Wind Energy Council – GWEC. (2021). https://gwec.net/.

Gomes, L. C. (2008). Acionamento vetorial de motores de indução trifásicos com enfraquecimento de campo e maximização do conjugado por ampère. Tese de doutorado. Universidade Federal de Uberlândia.

Lamme, B. G. (1921). The story of the induction motor. Journal of the American Institute of Electrical Engineers, 40, 203-223.

Li, W., Chao, P., Liang, X., Ma, J., Xu, D. & Jin, X. (2017). A practical equivalent method for DFIG wind farms. IEEE Transactions on Sustainable Energy, 9, 610-620.

Lima, M. D. S. (2019). Uma análise crítica das distorções harmônicas de correntes associadas a aerogeradores DFIG. Dissertação de mestrado. Universidade Federal de Uberlândia.

Liu, M., Pan, W., Zhang, Y., Zhao, K., Zhang, S., & Liu, T. (2019). A dynamic equivalent model for DFIG-based wind farms. IEEE Access, 7, 74931-74940.

Muljadi, E., Yildirim, D., Batan, T., & Butterfield, C. P. (1999). Understanding the unbalanced-voltage problem in wind turbine generation. 1999 IEEE Industry Applications Conference, 2, 1359-1365.

Nakashima, K. (2013). Valor médio e eficaz. http://www.profelectro.info/wp-content/uploads/rms_medio_multimetro_Dc_e_AC.pdf. Acesso em 27 de out. de 2021.

Neves, A. B. F. (2014). Análise dos Efeitos do Desequilíbrio e da Distorção Harmônica de Tensão no Conjugado e no Rendimento de um Motor de Indução Trifásico. Dissertação de mestrado. Universidade de Brasília.

Oliveira, C. A. (2018). Plataforma para ensaios de motores de indução trifásicos e simulação de cargas mecânicas: acionamento, operação e monitoramento com auxílio de fonte programável. Dissertação de mestrado. Universidade Federal de Uberlândia.

Oliveira, I. A. C. (2017). Sistema de geração eólica baseado no gerador de indução de rotor bobinado alimentado por tensões desequilibradas. Dissertação de mestrado. Universidade Federal da Paraíba.

Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional. Módulo 8, Revisão 12, Resolução normativa n° 794/2017. http://www.aneel.gov.br/modulo-8 .

Resende, J. T. (1999). Modelagem da Máquina de Indução Trifásica incluindo a Saturação Magnética – Análise Dinâmica do Gerador de Indução Auto-Excitado. Tese de doutorado. Universidade Federal de Uberlândia.

Santos, Â. M. M., Medeiros, L. T. P., Silva, L. P., Junior, I. D. S., Teixeira, V. S. D. C. & Moreira, A. B. (2019). Wind power system connected to the grid from Squirrel Cage Induction Generator (SCIG). IEEE 15th Brazilian Power Electronics Conference and 5th IEEE Southern Power Electronics Conference, 1-6.

Vanço, W. E., Silva, F. B., Monteiro, J. R. B. A., Oliveira, C. M. R., Gomes, L. C. & Carvalho, D. P. (2018). Feasibility Analysis of the Use of the Generation of Induction in the Distributed Generation. IEEE Latin America Transactions, 16, 1921-1927.

Zhou, Y., Zhao, L. & Lee, W. J. (2018). Robustness analysis of dynamic equivalent model of DFIG wind farm for stability study. IEEE Transactions on Industry Applications, 54, 5682-569.

Published

07/12/2021

How to Cite

PINHEIRO, V. M.; OLIVEIRA, C. A. de; GOMES, L. C. Contribution to the analysis of the three-phase induction generator with wound rotor: experimental and theoretical studies under normal operating conditions and with unbalance voltage . Research, Society and Development, [S. l.], v. 10, n. 16, p. e93101623490, 2021. DOI: 10.33448/rsd-v10i16.23490. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/23490. Acesso em: 18 nov. 2024.

Issue

Section

Engineerings