Uma eólica utilizando uma MADA permite extrair uma potência máxima a partir de uma determinada velocidade do vento, optimizando a sua velocidade específica ? e minimizando as restrições mecânicas sobre a turbina devido às rajadas de vento. A velocidade específica ? é a relação entre a velocidade na extremidade das pás da turbina e a velocidade do vento. A potência da turbina eólica é convertida em potência eléctrica e é transmitida à rede através dos enrolamentos do estator e do rotor.  

Potência mecânica Pm à entrada da MADA:

Recorda-se a expressão da potência mecânica numa eólica:

Pm = 0.5 ρ π R² v³ Cp( λ,β )

Sendo :

ρ = 1.225 kg/m³ a densidade do ar.
R = comprimento das pás ou raio da turbina em m
v = velocidade do vento em m/s
Cp ( λ,β ) = coeficiente de desempenho e
λ = velocidade específica = Ωm.R/v
Ωm = velocidade de rotação mecânica em rad/s
β = ângulo de passo das pás em graus

O coeficiente Cp é adimensional e o seu valor é diferente em função do tipo de eólica a que se refere. Para uma eólica integrando uma MADA, a sua expressão, obtida de um modo empírico, corresponde a:

Diferentes fases de funcionamento de uma eólica de velocidade variável:

  Uma eólica integrando uma MADA tem quatro fases de funcionamento:

- Fase de arranque da máquina . A produção eléctrica inicia-se logo que velocidade de rotação atinge 70% da velocidade de sincronismo do gerador. A potência eléctrica tem um valor reduzido.

- Fase de extracção da potência máxima ou fase MPPT (Maximum Power Point Tracking). Nesta zona, a velocidade mecânica varia e poderá atingir um valor próximo da potência nominal. A potência eléctrica aumenta rapidamente.

Nesta fase, o ângulo de passo das pás, b , mantém-se constante no seu valor mínimo de modo a obter um Cp máximo. A potência máxima é, assim, obtida para cada valor de velocidade mecânica e para velocidades médias do vento (aproximadamente, 7-13 m/s).

- Fase de velocidade mecânica quase-constante . O ângulo de passo das pás varia de modo a obter a potência máxima para diferentes valores de vento. É o controlo “pitch”. A potência eléctrica aumenta muito rapidamente até ao seu valor nominal.

- Fase de potência constante. Se a velocidade do vento aumenta, a variação do ângulo de passo das pás assegura uma potência constante, no seu valor nominal .

Por razões de segurança, se a velocidade do vento é excessiva e toma valores que possam pôr em causa a estrutura da eólica, o ângulo de passo das pás é fixado em 90º. É a colocação em bandeira que assegura a paragem da eólica até que a velocidade do vento seja menor.

Transferts de puissance dans la MADA

Através dos conversores estáticos de potência bi-direccionais no circuito do rotor, a MADA é capaz de funcionar tanto como gerador como motor, nos modos hipersíncrono ou hipossíncrono.

Sendo o habitual, utiliza-se o esquema da MADA em convenção motor hiposíncrono.

Esquema da MADA em convenção motor hiposíncrono

Pm : Potência mecânica (Pm < 0 se a máquina está a ser accionada)
Ps : Potência activa absorvida pelo estator (Ps < 0 se a MADA está a funcionar como gerador)
Pr : Potência activa debitada pelo rotor (o seu sinal depende do sinal do escorregamento)
Prede : Potência activa fornecida pela rede à máquina
(Prede < 0 se a MADA está a funcionar como gerador)
Om : Velocidade de rotação da MADA

Admitindo desprezáveis as perdas nos circuitos do estator e do rotor, as potências poderão ser relacionadas da seguinte forma:

Pm = Prede
Prede = Ps - Pr
Pr = g Ps
Ps = Prede / (1-g)

Em modo gerador hipersíncrono, Pr é positivo, a potência é transmitida do rotor para a rede.

Em modo gerador hiposíncrono, Pr é negativo, a potência é transmitida da rede para o rotor.

Nos dois casos, a potência estatórica, Ps alimenta a rede.