UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD DE CIENCIAS
TE YT
TESINA
“CARACTERIZACIÓN DEL GENERADOR DE
IMANES PERMANENTES”
PARA OBTENER EL TÍTULO DE SEGUNDA ESPECIALIZACIÓN
PROFESIONAL EN ENERGÍA SOLAR
ELABORADO POR:
ALDO JUAN QUIÑONES BALTODANO
Asesor:
Mg. ALFREDO ALCIDES OLIVEROS DONOHUE
RESUMEN
El presente trabajo es una iniciativa, empeñada en mejorar la calidad de vida de la población rural, contempla en conocer el comportamiento, de un generador de imanes permanentes, a través de la información obtenida de la bibliografía y de los ensayos de laboratorio realizados para este tipo de generador, a fin de ser utilizado en un aerogenerador, en la perspectiva de posibilitar el abastecimiento de energía eléctrica en una zona específica del país. Es decir caracterizar un generador de imanes permanentes de pequeña escala, estudiando sus características técnicas de funcionamiento y de esta manera poder usarlo de manera óptima.
Se realizó una descripción general del generador de imanes permanentes, las consideraciones generales de los imanes permanentes, el diseño de un generador de imanes permanentes de 25 kW. Para la parte experimental, acudimos al Laboratorio N° 5 de Energía de la Facultad de Mecánica y Energía para realizar los ensayos correspondientes, los cuales se realizaron utilizando un generador de imanes permanentes de 500 W. Se presentan las pruebas realizadas en el laboratorio, el análisis de los resultados, conclusiones y recomendaciones.
Mencionamos la capacidad de energía eólica en la costa norte del país, la energía eólica o la energía del aire en movimiento en forma de viento ha sido utilizada por varios años tanto para aplicaciones como uso de molinos de viento, molinos de agua. Primordialmente los equipos eólicos eran utilizados en la molienda de granos y en el movimiento y bombeo de agua.
Desarrollos tecnológicos han permitido un uso amplio de la energía eólica en sistemas de generación de electricidad de gran tamaño sobre todo en países desarrollados, por el contrario en países en vías de desarrollo se ha dado uso amplio de esta energía para fines agrícolas, esencialmente, en labores de bombeo de agua.
AGRACEDIMIENTOS
INDICE
Página LISTA DE SIMBOLOS
GLOSARIO DE TERMINOS
CAPITULO 1:
1. INTRODUCCION……….……..11
CAPITULO 2: 2. OBJETIVOS……….…..13
2.1 Objetivos Generales………… ………..……….13
2.2 Objetivos Específicos……….………...13
CAPITULO 3: 3. MARCO TEORICO……….. 14
3.1 Generador de Imanes Permanentes (GIP)….……….14
3.2 Clases de Generadores de Imanes Permanentes………...14
3.2.1 Generadores de Imanes Permanentes de Flujo Axial…..………...15
3.2.2 Generadores de Imanes Permanentes de Flujo Radial…..………….…..15
3.3. Alternador Convencional Automotriz…..………….……….……… ...15
3.4. Consideraciones Generales de los Imanes Permanentes…………..…..15
3.4.1 Imanes de Acero al Carbono ……….………...15
3.4.2 Imanes de Alnico..……….………..16
3.4.3 Imanes de Ferrite..……….……….….17
3.4.4 Imanes de Tierras Raras..……….……….…17
3.5 Flujo y Densidad de Flujo..……….………....18
CAPITULO 4: 4. AEROGENERADOR CON IMANES PERMANENTES….………...20
4.1 Aerogenerador de Flujo Axial con Imanes Permanentes…………. .……20
4.2 Principio de Funcionamiento ………. ….…..20
4.3 Diseño del Generador de Imanes Permanentes……….…22
4.3.2 Obtención de la Relación entre Velocidad de Viento y Coeficiente
de Potencia de la Máquina………...24
4.3.3 Especificación de la Hélice……….…….….28
4.3.4 Definición de Polos y Bobinas……….….….29
4.3.4.1 Número de Polos y de Imanes………..…29
4.3.4.2 Número de Bobinas………....31
4.3.4.3 Tamaño de las Bobinas………..…32
4.3.5 Diagrama de Conexión de Enrollados de Estator…………..…………....32
4.3.6 Elección del Conductor y Cálculo de Parámetros de Estator……….…..33
4.3.7 Cálculo del Número de Espiras por Bobina……….…...34
4.3.7.1 Voltaje por Espiras………. ……34
4.3.7.2 Espiras por Bobina……….… …35
4.3.8 Dimensionamiento del Cuerpo del Generador……….…. ….37
4.3.9 Modelo Equivalente de la Máquina……….….…39
4.4 Equipos de Electrónica de Potencia………....40
4.4.1 Corriente Media de los Elementos Semiconductores……….…...41
4.4.2 Corriente Efectiva de los Elementos Semiconductores……….41
4.4.3 Voltaje Reverso Repetitivo Máximo (VRRM)………..…... 42
4.4.4 Ángulo de Conmutación……….…....44
4.4.5 Especificación del Equipo de Rectificación………..…...45
4.4.6 Especificación del Sistema de Control de Tensión Continua……….. .…49
4.4.7 Especificación del Equipo de Inversión………....…51
4.4.8 Especificación de las Baterías para Almacenamiento de Energía………..53
CAPITULO 5: 5. DISEÑO DE UN AEROGENERADOR DE 500W CON IMANES PERMANENTES PARA PEQUEÑAS DEMANDAS ELECTRICAS DE ZONAS RURALES…..54
5.1 Fundamentos de Diseño del Aerogenerador………...54
5.1.1 Ecuación de Carga ………...….55
5.1.2 Cálculo de los Voltajes Máximos………..………57
5.1.3 Cálculo de la Corriente Eficaz de Línea…...………...57
5.1.4 Cálculo del Circuito Eléctrico Equivalente……….………..…58
5.2 Turbina Eólica…...……….……...60
5.2.1 Cálculo del Diámetro del Rotor……….………60
5.2.2 Cálculo de la Sección del Alabe y Selección del Perfil………..……….. 61
5.3 Fabricación de la Pala………...63
CAPITULO 6: 6. SELECION DE UNA DE UNA COMUNIDAD DE LA COSTA NORTE DEL PERU…..67
6.1 Selección de la comunidad rural………..….….67
6.1.1 Potencial eólico……….………..…..68
6.1.1.1 Información Base………...………....……..68
6.1.1.2 Principales Estudios Realizados….………....…..69
6.2 Características de la Zona…...………...………..…..72
6.3 Necesidades de la Zona…...………...……….……..72
6.4 Análisis para las Condiciones de Riego...………..…..73
CAPITULO 7: 7. METODOLOGIA……….………...…74
7.1 Ensayo Calibración del Anemómetro………...75
7.2 Ensayo Usando como Carga Resistencia……….………...75
7.3 Ensayo Uso de Bancada de Torno……….………...….. 75
CAPITULO 8: 8. RESULTADOS DE LOS ENSAYOS……….77
8.1 Ensayo Calibración del Anemómetro……….…..77
8.2 Ensayo Usando como Carga Resistencia……….…..78
8.3 Ensayo Uso de Bancada de Torno……….……..80
CAPITULO 9: 9. ANALISIS DE RESULTADOS……….…..88
10. CONCLUSIONES………...90
11. RECOMENDACIONES………..….. .91
12. BIBLIOGRAFIA………..…….92
LISTA DE SIMBOLOS
wmec: Velocidad angular de la máquina (rad/s).
f: Frecuencia del voltaje generado (Hz).
p: Número de polos de la máquina.
Tr: Torque resistivo provocado por la carga eléctrica (Nm).
De: Demanda eléctrica (W).
Tu: Corresponde al torque útil, aprovechable por la máquina.
Tt: Corresponde al torque captado por la turbina.
Jt:
Corresponde al momento de inercia del disco central de la máquina más el
de las aspas, las cuales, se modelan como barras para este caso.
r:
Corresponde a la densidad del aire.
A:
Corresponde al área de barrido de la máquina.
v:
Corresponde a la velocidad del viento.
Ángulo de paso de la hélice.
r:
Radio del aerogenerador (m).
v:
Velocidad del viento (m/s).
Vm: Valor máximo de la tensión rectificada.
p:
Número de pulsos de voltaje durante un ciclo.
L:
Inductancia que genera el efecto de conmutación gradual de los elementos
Semiconductores.
V
CC: Voltaje continúo a la salida del rectificador.
Vff: Voltaje fase-fase a la entrada del rectificador.
v: Frecuencia angular del voltaje generado.
L: Inductancia de fase del generador.
Vd: Caída de tensión en el elemento semiconductor.
I
CC: Corriente continúa a la salida del rectificador.
P
CC: Potencia eléctrica obtenida a la salida del rectificador.
V
SAL: Voltaje continúo a la salida del equipo.
V
ENT: Voltaje continúo a la entrada del equipo.
Pent: Potencia de entrada al chopper, correspondiente a la potencia de salida del
rectificador.
Psal: Potencia de salida del chopper.
Pdis: Potencia disipada en el chopper.
Van1: Componente fundamental de la forma de onda obtenida entre una fase y el
neutro.
Vab1: Componente fundamental de la forma de onda obtenida entre fases.
E:
Voltaje de alimentación del inversor.
η
: Eficiencia
N: Velocidad de giro de la turbina eólica (RPM)
V
D: Velocidad de diseño (m/s)
λr:
Celeridad local para el radio r
λ
:
Celeridad de diseño
r:
Distancia del centro del rotor a la sección evaluada (m)
R:
Radio de la turbina (m)
β
:
Angulo formado por la velocidad relativa con el plano de giro del rotor
C:
Cuerda de la sección del álabe
z:
Número de álabes o palas
Cl:
Coeficiente de sustentación del álabe
:
Angulo formado por el álabe con el plano de giro
α
:
Angulo de ataque, tomado del perfil seleccionado
w:
Velocidad relativa al perfil m/s
μ
:
Viscosidad cinemática del aire
GLOSARIO DE TERMINOS
Aerogenerador. Generador de energía eléctrica que aprovecha la fuerza del
viento para funcionar.
Alternador. Es una máquina eléctrica, capaz de generar energía eléctrica a partir
de energía mecánica
Bobina. Arrollamiento de un cable conductor alrededor de un cilindro sólido o
hueco, con lo cual y debido a la especial geometría obtiene importantes características magnéticas.
Borne. Cada uno de los botones de metal en que suelen terminar ciertas
máquinas y aparatos eléctricos, y a los cuales se unen los hilos conductores.
Corriente Eléctrica. Es el flujo de electricidad que pasa por un material conductor; siendo su unidad de medida el amperio. y se representan por la letra I.
Corriente Eléctrica Alterna. El flujo de corriente en un circuito que varía
periódicamente de sentido. Se le denota como corriente A.C.
Corriente Eléctrica Continua. El flujo de corriente en un circuito producido
siempre en una dirección. Se le denota como corriente D.C.
Circuito. El lazo cerrado o camino por el que fluye una corriente eléctrica o un
flujo magnético.
Conductor. Un material que ofrece una baja resistencia al paso de la corriente
eléctrica.
Central de Generación Eólica. Es aquella central donde se utiliza la fuerza del
viento para mover el eje de los generadores eléctricos. Por lo general puede producir desde 5 hasta 300 kW.
Devanado. Bobinado de un motor.
Eficiencia Energetica. Relación cuantitativa entre el resultado en términos de
desempeño, de servicios, de bienes o de energía y la entrada de energía".
Electricidad. Fenómeno físico resultado de la existencia e interacción de cargas
eléctricas. Cuando una carga es estática, esta produce fuerzas sobre objetos en regiones adyacentes y cuando se encuentra en movimiento producirá efectos magnéticos.
Electroimán. Bobina que produce un campo magnético en presencia de una
Electromagnético. Que opera en base a una bobina que genera un campo magnético.
Electrónica de Potencia. La electrónica de potencia permite transformar y
controlar voltajes y corrientes de niveles significativos; controlar la velocidad y el funcionamiento de máquinas eléctricas mediante el empleo de dispositivos electrónicos, principalmente semiconductores.
Espira. Segmento de alambre de cobre que forma una trayectoria circular
alrededor del rotor de un motor.
Estator. Parte del motor que funge como electroimán.
Fase. Línea de voltaje que alimentan un circuito.
Generador. Dispositivo electromecánico utilizado para convertir energía mecánica
en energía eléctrica por medio de la inducción electromagnética.
Generación Eólica.. Generación de Energía mediante el uso de la energía del
viento.
Inducción Electromagnética. Es la generación de electricidad en un conductor,
debido al movimiento de un campo magnético cerca de este o por el movimiento del conductor en dicho campo.
Motor. Dispositivo electromecánico capaz de transformar la energía eléctrica en
energía mecánica.
Motor Eléctrico. El motor eléctrico permite la transformación de energía eléctrica
en energía mecánica, esto se logra, mediante la rotación de un campo magnético alrededor de una espira o bobinado que toma diferentes formas.
Motor Síncrono. Que tiene la misma frecuencia de la línea d alimentación.
Par. Fuerza giratoria desarrollada por el motor.
Pérdidas magnéticas o pérdidas en el hierro.Dependen de las variaciones que
se producen en los campos magnéticos y de la frecuencia.
Pérdidas eléctricas o pérdidas en el cobre.Se producen en el circuito eléctrico
y en sus conexiones y son debidas al efecto Joule.
Rotor. Parte giratoria o flecha de un motor.
Torsión. Fuerza angular.
Voltio. Es la unidad de fuerza que impulsa a las cargas eléctricas a que puedan
CAPITULO 1:
1. INTRODUCCIÓN
La energía eólica es una de las principales alternativas para la generación limpia de electricidad, ya que los avances tecnológicos producidos en los últimos años han permitido mejorar de forma considerable sus prestaciones y disminuir sus costos. Las aspas y el rotor de un sistema eólico transforman la energía cinética del viento en energía mecánica que, a su vez, es transformada en energía eléctrica mediante un generador.
Una de las mayores ventajas de la energía eólica es que es inagotable (renovable), ya que el viento existirá mientras que el sol exista, al menos cuatro billones de años más. Su utilización implica una reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), y el costo de producción de esta tecnología ha bajado en gran medida desde 1980 a la fecha.
El aprovechamiento de la energía eólica se ha incrementado significativamente, especialmente en aplicaciones de mediana y gran escala, debido principalmente al desarrollo de un competitivo mercado internacional de tecnologías, así como al apoyo de acertadas políticas de promoción especialmente en Europa. Sin embargo, el desarrollo de tecnologías para la aerogeneración a pequeña escala no ha tenido el mismo avance, más aún en países en vías de desarrollo donde las energías renovables aún no son consideradas en los planes energéticos.
Debido al bajo desarrollo de esta forma de obtención de energía en nuestro país es conveniente el desarrollo de máquinas con eficiencias globales (60-70%) y magnéticas (mayor a 80%) que permitan un mejor aprovechamiento de los recursos en sistemas de pequeña generación (menores a 100 kW).
Un generador de imanes permanentes funciona como un sistema sincrónico, la única diferencia es que el rotor donde están adheridos los imanes se encuentra ubicado en la parte interna, y el estator en donde se encuentran las bobinas en la parte externa.
Además esta clase de generadores de imanes permanentes no necesitan de una corriente excitatriz para producir el campo magnético ya que este es suministrado constantemente por los imanes evitando el consumo de parte de la potencia eléctrica obtenida por el sistema.
CAPITULO 2:
2.
OBJETIVOS
Objetivos generales
Conocer el funcionamiento de los generadores de imanes permanentes.
Estudiar el comportamiento de generador de imanes permanentes cuando varía la velocidad angular del generador.
Realizar ensayos de laboratorio para estudiar el comportamiento del generador de imanes permanentes.
Objetivos específicos
Proponer la implementación de aerogeneradores con imanes permanentes,
utilizando para su construcción materiales de fácil obtención en el mercado.
Construcción económica y sencilla.
CAPITULO 3:
3. MARCO
TEORICO
3.1 Generador de Imanes Permanentes (GIP)
Un generador de imanes permanentes es un generador síncrono en el que se ha sustituido el bobinado de excitación, normalmente en el rotor, por un sistema formado por imanes permanentes que suministran un campo de excitación constante.
El funcionamiento del GIP dista mucho de ser como un generador síncrono normal. En un generador usual, se controla la tensión mediante la excitación. En un GIP la excitación es constante por lo que al cargar el generador cae la tensión sin opción de regulación.
Se usa en aquellos casos en los que no importa que la tensión caiga, en cierto grado o siempre que se aplique electrónica a la salida del generador. La electrónica puede convertir un rango de tensiones variable en tensión continua de valor constante.
La principal ventaja es su simplicidad. La fabricación y montaje del rotor es más barata si se usan imanes. No necesitan mantenimiento ya que no llevan escobillas. Además la consistencia mecánica de un GIP es muy superior, aparte de no necesitar sistemas para su excitación. Al eliminar la excitación se puede llegar a ahorrar un 20% de energía simplemente por usar imanes. Al ser una fuente de energía independiente del generador, puede servir para suministrar energía a sistemas auxiliares del generador principal.
3.2 Clases de Generadores de Imanes Permanentes
En el apartado anterior se supone que se tiene una fila de imanes que se mueve con velocidad “lineal” frente a un grupo de espiras. Dicha situación no es la que se da en los generadores eléctricos, sino que los imanes se mueven con velocidad “circular”. Según sea el eje de giro, los generadores son de dos tipos, de flujo axial y de flujo radial.
Generadores de flujo radial: el eje de giro es perpendicular al campo magnético de los imanes.
Las expresiones “flujo axial” y “flujo radial” no son físicamente correctas, puesto que el flujo es una magnitud escalar y por tanto no puede tener sentido axial ni radial, pero esta terminología se ha establecido como distintiva de los dos tipos de generadores, y por ello continuaremos usándola en este documento.
3.2.1
Generadores de Flujo Axial
En los generadores de flujo axila, los imanes se disponen sobre un disco de hierro que gira alrededor de un eje perpendicular que pasa por su centro. Así pues el campo magnético de los imanes es paralelo al eje de giro, y de ahí la frase “flujo axial” que realmente significa campo magnético paralelo al eje de giro.
3.2.2
Generadores de Flujo Radial
En los generadores de flujo radial, los imanes se colocan sobre la superficie lateral de un cilindro que gira alrededor de su propio eje. En este caso el campo magnético de los imanes es perpendicular al eje de giro, y por tanto va en dirección radial, y de ahí la frase “flujo radial” que realmente significa campo magnético en dirección radial o perpendicular al eje de giro.
3.3 Alternador Convencional Automotriz
Los alternadores convencionales de automóviles están diseñados para cargar baterías a 12 V cuando su velocidad de rotación se encuentra a 3600 RPM.
Se busca conseguir que su funcionamiento sea adecuado aun en condiciones de bajas velocidades de rotación.
3.4 Consideraciones Generales de los Imanes Permanentes
3.4.1 Imanes de Acero al Carbono
avance de la metalurgia del acero se exploró el efecto de diversos elementos aleantes, lo que permitió descubrir que la adición de cromo, tungsteno, etc., además de modificar las propiedades mecánicas, también modificaba su capacidad de retener la magnetización. Los diversos grados de imanes de acero que se desarrollaron de esta forma en los siglos XVIII y XIX, fueron la única alternativa tecnológica práctica disponible, hasta que se crearon imanes más avanzados recién en el siglo XX. Diversas máquinas eléctricas de la época fueron posibles merced a este tipo de imanes, como por ejemplo los llamados “magnetos” (dispositivos que generaban la alta tensión para el encendido en los motores a explosión). Ejemplos de imanes de acero:
Acero al cromo 3% Cr, 0,9%C, 0,3 % Mn. Acero al tungsteno 6%W, 0,7% C, 0,3% Cr.
Acero 15 cobalto 15% Co, 5% Cr, 1% C, 1% W, 1 % Mo.
3.4.2 Imanes de Alnico
“Alnico” es el nombre genérico de una familia de imanes permanentes que comenzaron a desarrollarse en la década de 1930 y que recibió esta denominación porque generalmente, además de hierro, estos imanes contienen aluminio, níquel y cobalto como elementos de aleación. Existen diversos grados de Alnico dependiendo de la tecnología de fabricación y de las proporciones que guarden los elementos mencionados (pueden contener además cobre). Su aspecto es metálico, similar al de un acero, aunque mecánicamente son más frágiles. Cada grado posee propiedades particulares que son de interés para un uso determinado. Estos imanes constituyeron un importante avance respecto a los de acero al carbono (mayor resistencia a la desmagnetización o sea, coercitividad) y presentan algunas propiedades que los hacen actualmente insustituibles en ciertos usos particulares (Ejemplo: instrumentos de medición, donde se requiere independencia de las propiedades magnéticas con respecto a la temperatura, además de estabilidad en el tiempo).
Ejemplos:
Alnico 1 59 % Fe, 21 % Ni, 12 % Al, 5 % Co, 3 % Cu. Alnico 4 56 % Fe, 27 % Ni, 12 % Al, 5 % Co.
3.4.3
Imanes de Ferrite:Las ferritas o ferrites deben su nombre a la denominación en inglés del compuesto químico del que están hechas (Ej.: Barium ferrite, BaFe12O19). Presentan un color gris oscuro, son frágiles e inmunes a la corrosión. Estos compuestos superaron ampliamente la coercitividad del Alnico y a un costo mucho menor. Desarrolladas a partir de 1950, son actualmente insustituibles para gran número de aplicaciones en la cuales el costo es una variable importante, pero el volumen y peso no son muy limitantes. Ejemplos de utilización son los parlantes, los motores de corriente continua para industria automotriz, etc.
Ejemplos:
Ferrita de Bario BaO.6Fe2O3 (13,8 % BaO, 86,2 % Fe2O3). Ferrita de Estroncio SrFe12O19
3.4.4 Imanes de Tierras Raras:
3.5 Fl
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referencia a ella a fines didácticos. Actualmente la antigua “línea” del sistema c.g.s. se denomina Maxwell:
1 G = 1 Maxwell / cm2 = 1 Mx / cm2
En la figura anterior, el flujo magnético a través de la superficie “s”, expresado en el sistema c.g.s. sería entonces de 10 Maxwell. Según una definición más rigurosa, el flujo magnético es el flujo del vector campo magnético a través de una superficie determinada, que tiene en cuenta, además de la densidad de flujo en cada punto, la orientación del área considerada en relación a la dirección del campo:
φ
=
∫∫
B
.
dA
C
4.
A
4.1
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co pasa de el eje del ro bobinas. Ca uina en form
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permanente
Se aumenta la eficiencia, al eliminar las corrientes de excitación y las pérdidas que éstas conllevan, con lo que finalmente se disminuye el costo de operación del equipo.
Alta relación potencia/tamaño.
Se aumenta la confiabilidad del equipo al disminuir las piezas que lo componen.
4.3 Diseño del Generador de Imanes Permanentes hasta 25 kW
Se plantea lograr el diseño de pequeñas unidades aerogeneradores con generadores sincrónicos de flujo axial basados en el uso de imanes permanentes, que puedan exigirse hasta una potencia de alrededor de 25 kW y especificar los diferentes equipos de electrónica de potencia que permitan la correcta operación de estos aerogeneradores. Los principales aspectos a tomar en cuenta, son los siguientes:
Elección de los imanes a utilizar, determinando claramente dimensiones y flujo magnético de éstos.
Obtención de la relación entre velocidad de viento y rendimiento (Potencia del viento vs potencia mecánica en eje) del aspa a utilizar para la confección de la máquina.
Especificación del diámetro de la hélice requerida, de acuerdo a la potencia que se desea para cada máquina, con lo que se obtiene:
Potencia nominal de cada máquina.
Definición, en función de la potencia nominal de la máquina, de:
Número de polos.
Número de bobinas.
Área de bobinas.
Realizar diagrama de conexión de enrollados de estator
Elección del conductor a usar en las bobinas, con el consiguiente cálculo de:
Resistencia por unidad de longitud.
Inductancia por espira.
Velocidad de desconexión por calentamiento de bobinas.
Dimensionamiento del cuerpo del generador, a fin de contar con el espacio suficiente para la instalación de imanes y bobinas.
Con el modelo se debe, a continuación, realizar la simulación del comportamiento de la máquina según diversas razones de velocidad de punta, en función de la velocidad de viento, conociéndose de esta forma.
Máxima corriente de salida de la máquina.
Nivel de tensión en bornes.
Velocidad de viento de calentamiento de enrollados (de acuerdo a las razones de velocidad de punta especificadas).
Con los datos anteriores, se pasa a la etapa de rectificación. Así, con los datos del comportamiento de la máquina, según su razón de velocidad de punta y la velocidad de viento, se simula el comportamiento del equipo de rectificación, obteniéndose para éste:
Corriente media y corriente efectiva de los elementos semiconductores del rectificador.
Tensión continúa de salida.
Corriente continúa de salida.
Posteriormente se requiere especificar un sistema de control de tensión continua, además de un filtro, que estabilice el valor de la tensión a la salida del rectificador de cada aerogenerador antes de la conexión con el control de tensión continua. En este caso se logra obtener:
Tipo de filtro y valores de sus componentes.
Corriente y tensión de entrada y salida del equipo de control de tensión continúa.
Ciclo de trabajo del equipo de control de tensión continúa.
Especificación de equipos de almacenamiento de energía:
Voltaje de cada unidad.
Corriente máxima de cada unidad.
Diagrama de conexión.
Luego se requiere especificar el equipo de inversión de tensión, y el filtro de la tensión de salida, previa conexión a la red local de la comunidad. Se conoce así:
4.3.1
4.3.2
Niv
Tip
Finalmen transmitir consumo
Elección
Para la co generado mayor flu dimensio
Obtenci
Potencia
Una de la aerogene de la hé velocidad tanto, si c la máquin de la máq del aerog aerogene continuac
Modelaci de gene dependie
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es variables “Razón de V cidad del vi
y por la ve elocidad del rtas condicio obtener la RV
La forma d ediante un a
ue resistivo, e se relac mero de polo
nte a la entr sus compone ransformado
en los nive
ilizar
de imanes, s de 14500 en el merc nte las indic
ensiones de
ntre Veloc
que influye Velocidad de iento). Esta elocidad deviento o se ones, sólo ba
VP y así log e conocer análisis de c
en función ciona con os, como se
rada y salida entes. or elevador
eles de tens
conjunto qu Gauss cada cado. Tienen cadas en la t
e los imanes
cidad de V
n en el coef e Punta”, RV a magnitud rotación de e quiere simu asta conoce grar conocer la velocidad curvas de tor
de potencia la velocida
muestra en
a del equipo
de tensión sión adecua
ue correspon a uno, siend n forma trap tabla 4.1.
iento y Co
ficiente de p VP = (velocid
está determ el eje de la
ular el comp er la velocida
el coeficien d de rotació
rque, el que
a consumida ad de rotac (4.1) y (4.2)
.
n para pod ados para l
nde al rotor d do éstos los
pezoidal y s
oeficiente d
potencia de dad tangenc minada por
máquina; p portamiento
ad de rotaci nte de potenc
ón del eje d se describe
J l r A v Dónde: wmec: Velo f: Frec p: Núm Tr: Tor De: Dem
Model
de la i
Dónde: Tu: Corres Tt: Corres Jt: Correspo las aspas, la r: Correspo A: Correspo v: Correspon
Intercepta de operac
cidad angula cuencia del mero de polo rque resistivo manda eléctr
ación de tor nercia del ro
sponde al tor sponde al tor onde al mom as cuales, s onde a la de onde al área nde a la velo
ar ambas cu ción
ar de la máq voltaje gene os de la máq o provocado rica (W).
rque útil de otor de la mi
rque útil, apr rque captado mento de ine se modelan c nsidad del a a de barrido
ocidad del v
urvas, despe
quina (rad/s) erado (Hz). quina. o por la carg
la turbina e sma.
rovechable p o por la turb ercia del disc
como barras aire
de la máqui iento
ejar w de est ).
a eléctrica (
n función de
por la máqui bina
co central de s para este c
na
ta igualdad Nm).
el viento que
ina
e la máquina caso
y encontrar ( 4.3 )
( 4.4 )
(4.5 ) ( 4.3 )
( 4.4 ) ( 4.1 )
( 4.2 )
e ésta capta
a más el de
una velocid a y
S p e
Siguiendo e proporciona escenarios:
1. Que la caso l lo que torque movim la form
2. Que la de torq caso
este procedi dos soluc
as solucione as curvas d no se cuen e de partida miento y el a
ma exhibida
Figu
as solucione que motriz y
se debe
miento se ll ciones, y q
es a la ecuac e torque mo ta con un pu a de la má aerogenerad
en la figura
ura 4.4. Solu
es a la ecuac y de torque
realizar un
lega a una que además
ción anterior otriz y de tor
unto de oper áquina es or no se mu 4.4.
uciones com
ción anterior resistente s
análisis d
ecuación d s lleva a
r sean comp rque resiste ración de la
insuficiente ueve. En est
mplejas conju
r sean reales se intercepta
de estabilid
e segundo enfrentar d
lejas conjug nte no se in máquina, d como par te caso las
ugadas
s, en cuyo ca an en dos pu dad median
grado, la cu dos diferent
gadas, en cu nterceptan, p ebido a que ra ponerla curvas son
oscilac restitu aumen (consu velocid A. En torque tambié inversa velocid perma
3. Una v conoc
ciones, pue yentes. Es nta su veloc umos eléctri
dad de giro el caso de d e resistivo, ll
én en el pu as, que pr dad o la red anezca en el
ez que se c er el coeficie
esto que u decir, si la cidad de gir
cos), al ser de la máqu disminuir la v
eva la máqu unto A. El o rovocarán q duzca hasta
punto de op
Figura 4
conozca la v ente de pote
un solo pu máquina es ro, el torque
mayor que uina, y la dej
velocidad de uina a aume otro punto que la má llegar al pu peración B u
4.5. Solucion
velocidad de encia a partir
unto (punto stá en el pu e resistivo el torque m ja operando e giro, el torq entar su velo (B) present quina aume unto estable un tiempo co
nes reales
e operación d r de la RVP
A) prese unto A y por
producido p motriz, lleva o nuevamen
que motriz a ocidad y la d terá relacion
ente indefin e A, siendo
onsiderable.
de la máqui mediante la
ntará torqu r algún moti por las carg a disminuir te en el pun al ser mayor
deja operan nes de torq nidamente
imposible q (figura 4.5).
na, es posib a fórmula (4.6
4.3.3
Dónde:
Ángu
Utilizand función seleccio
Especifi
Se plante genere a potencia para gene Para con coeficient usar, par
ulo de paso
do la fórmul de la RVP, e onada. (figura
Figura 4.6
icación de
ea obtener u aproximadam
se elige lue eradores de ocer la dime te de poten ra así verific
de la hélic
la anterior, exponiendo a 4.6).
6. Coeficient
la Hélice
una máquin mente 25 k
go de conoc e estas carac ensión de la
cia o rendim car que se c
e
se puede g gráficament
te de Potenc
a que a la kW de pote cer las magn cterísticas.
s aspas del miento de la cumpla el req
graficar el co te este com
cia en funció
mayor veloc encia, con nitudes que
aerogenera a hélice con
quisito de p
oeficiente d portamiento
ón de la RVP
cidad de vie un voltaje se ofrecen e
ador es nece el aspa qu potencia a ge
e potencia o para la héli
P
ento aceptad alterno. Es en el merca
esario saber e se preten enerar. Así
en ice
da, sta do
4.3.4
4.3.4.
tiene, po potencia correspon Luego, pa sistema e 90%, sin costo, sin considera CP = 43%Luego, de generació recopilad siguiente máximo d
Definició
1 Núme
El núm la frecu Se pro final e conside facilitarr ejemplo, q se obtiene nde aproxim
ara especific eléctrico del
embargo, p n todas las a una eficien %,
n
E = 0,85e (4.7), se p ón vmax y u
os para la , se toma de generació
n de Polos
ero de Polo
mero de polo uencia del vo ocurará gene n la cual la erará ademá rá el alisami
que para el e para bue madamente a
car las aspa generador. puesto que mejoras qu ncia
n
E un py tiene lo sig
puede despe una densida región a a una densida ón vmax de 1
s y Bobina
os y de Ima
os que prese oltaje que se erar un volta a energía s
ás que mien iento de la c
l tipo de hé ena razón d
a CP = 43 %
as a utilizar, Generador
en este cas e pueden a poco menor,
guiente:
ejar un valor ad de aire analizar, dat
ad de aire 4 m/s, con l
s
anes
entará el aer e desea gen aje cuya fre será utilizad ntras mayor corriente y s
élice elegida de velocida %, como se p
solo resta c res actuales so se trata ayudar a log , de 85%. D
de r, a part mínima ρ. tos que se
crítica de o que se ob
rogenerador nerar. ecuencia sea da, que corr
r sea la frec se disminuirá
a, el mejor ad de punta puede ver en
conocer el re tiene eficie de un gene grar dichas e De esta form
ir de un vien Basándose exponen e 0,69 Kg/m3 btiene:
r tiene direct
a cercana a responde a cuencia gene á el rizado d ( 4
( 4
( 4
coeficiente a de 10,4, n la figura 4
endimiento d ncias sobre erador de ba
eficiencias, a, suponien
nto máximo en los dat en el capítu 3, y un vien
ta relación c
a la frecuenc 50 Hz, y erada, más del voltaje a
salida girará velocid
Dónde
w: Velo r: Rad v: Velo
En rpm
Velocidad
Luego, dep
del rectifica la máquina dad de viento
:
ocidad angu io del aerog ocidad del vie
m:
de rotación
pendiendo d
ador. Por ot (ns) se ob o y la velocid
lar (rad/s). enerador (m ento (m/s).
que proporc
del viento, pa
tra parte, la btiene de la
dad angular
m).
ciona una fre
ara obtener 5
as revolucio ecuación d del aerogen
ecuencia de
50 Hz, se re ( 4.10 )
(4.11 )
( 4.12 )
( 4.13 )
nes por min de RVP, qu nerador (4.1
generación
equieren:
nuto a la q e relaciona 0).
según (4.13
( 4.14 )
ue la
4.3.4.
Es decir, p no se pued hecho de i
Sin embarg rectificació frecuencia Por otro la número de generado p Así, se elig en total.
De esta for
Se puede configurac requiere 3 cantidad s discos con imanes.
2 Núme
Para e relació número
para todos e de realizar d mplementar
go, la forma ón y luego distinta a lo ado, si se de
e polos com por todos los ge 18 polos,
rma se tiene
concluir en ión a usar, 36 imanes p e modificará n imanes y d
ero de Bob
este caso, e n (4.16) e o de polos d
estos casos debido a rest r tantos polo
de operació otra de inv os 50 Hz.
esea utilizar mo un múl s imanes en previendo u
e (4.15):
ntonces que de rotor de para el des á, tal como dos discos c
inas
l de un gen entre el núm del generado
se requieren tricciones de
s encarecer
ón elegida, q versión, per
al máximo tiplo par de todo mome un esquema
el aerogen elantero y tr sarrollo del se explica m con bobinas
erador trifás mero de bo or.
n una gran e espacio y ría demasiad
que consiste rmite que la
el espacio d e 3, es po ento, maximi de 6 bobina
nerador será rasero, amb
aerogenera más adelant
, con lo que
sico, se tien obinas posib
cantidad de de presupue do el aeroge
e en una prim a generació
del generad osible aprov izando el us as por fase,
á de 18 pol bos con ima ador. Sin em
te, a un esq e se llega a
ne que tene bles de imp
(
(4.16
e polos, lo cu esto, ya que enerador.
mera etapa ón sea a u
dor, al elegir vechar el flu so de espacio y 18 bobina
los, y dada anes, luego
mbargo, dic quema de tr un total de
r en cuenta plementar y
( 4.15 )
4.3.4.
4.3.5
Toman (6 por enlaza Se con3 Tamañ
Se req los ima imanes Así se por lad perímeDiagram
En una m equilibrad del mism a una se otra fase
Donde p donde el otra bobin
A continu estator, d por fase e
ndo k = 3, y fase), las c dos por ellas ncluye así qu
ño de las B
uiere que la anes, por ta s.
elige una bo do, lo que la etro total de
ma de Cone
máquina elé dos, sus bob o tipo de ca paración fís
de:
correspond número de na es de 13
uación, en la de acuerdo
elegidas.
colocando 1 cuales es po s puedan su ue el genera
Bobinas
as bobinas p anto deben
obina que si a deja con tr
167 mm.
exión de E
éctrica trifás binas deben able, estar se
ica o geomé
de al númer polos de la m ,3º.
a figura 4.7, s al número d
18 polos en osible conec umarse. ador tendrá 1
puedan enlaz poseer un
gue la forma es lados de
nrollados
sica, para qu n, además de eparadas po étrica entre c
ro de polos máquina es
se ilustra el de polos de
el generado ctarlas de f
18 bobinas
zar la totalid área mayo
a del imán, c e 38 mm. y u
de Estator
ue sus volta e ser del mi or 120º eléct cada bobina
de la máq 18, la separ
lugar de ub e la máquina
( 17 )
or, se requie forma tal qu
dad del flujo or que la qu
con una holg uno de 53 m
r
ajes y corrie ismo númer tricos, lo que a de una fas
uina. Así pa ración angu
icación de la a y el núme )
ere 18 bobin ue los camp
generado p ue poseen l
gura de 5 m mm., dando
entes result ro de vueltas
e correspon se con la de
ara este ca lar entre una
as bobinas d ero de bobin
4.3.6
Elección
Para est vayan en como pa como par utilizar ca
El cable mW/m a de tempe
Figura 4.7
n del Cond
e tipo de a ntre 14 y 17
ra disminuir ra poder ma ables de cob
elegido, 14 una temper eratura.
7. Diagrama
ductor y Cá
aplicaciones 7 AWG, ya r las pérdida alearlos y co bre de 14 AW
4 AWG, pre ratura de 20
de ubicació
álculo de P
s se recomi que esos ta as óhmicas, onfeccionar WG para este
esenta una 0ºC. Este va
ón de bobina
Parámetros
enda utiliza amaños son y a la vez las bobinas e caso.
a resistencia alor aumenta
as del estato
s de Estato
ar cables cu n suficientem suficienteme . Por tanto,
a caracterís a en 4 μW/m
or
or
uyos tamañ mente grues ente delgad se ha elegi
tica de 8,2 m por cada
ños sos dos do
4.3.7
4.3.7.
Cálculo
1
Voltaj
Para c de dis
Dónde Ve: Vo f: Fre B: De
Ai: Áre
Por ot
Dónde p: RVP: R v: r: R
Reem
Si se tom densidad imanes e 958 x
10-del Núme
je por Esp
calcular el n eño (4.18):
e:
oltaje por esp ecuencia del ensidad de fl ea del imán.
ro lado, com
e:
Número de Razón de ve Velocidad d Radio del ae
plazando (4
man 18 polos de flujo tot en que cada
-6 m2, se lle
ro de Espi
iras
úmero de es
pira de la bo voltaje gene ujo máximo
mbinando las
polos de la elocidad de
el viento. erogenerado
.19) en (4.18
s, una RVP d tal de 2,9 W imán propo ega a (4.21):
ras por Bo
spiras por b
obina. erado. que atravies s ecuaciones máquina. punta. or.
8), se conclu
de 10,4, un Wb/m2 (corr orciona 1,45
obina
obina, se ut
sa la bobina
s (4.10), (4.1
uye (4.20):
radio de 4,8 respondiente 5 Wb/m2) y u
( 4.18 )
( 4.19 )
( 4.20 )
tiliza la sigui
a.
12), se tiene
8 metros de e al caso d un área de
iente ecuaci
e:
largo, con u e 2 discos los imanes
ón
4.3.7.
2
Espir
Los co solo e funcio equipo Para e corrien compa esto s diseño
La
con
Las
hor del
El e ven exte Luego para e misma el equ
Áre
Den
Cor
ras por Bob
omponentes especifican namiento qu o.
especificar lo nte de 12 arada con la e debe a la o:
máquina e nstante, lo qu s velocidade ras la tempe equipo en e equipo no es ntilación de é
erior.
o de lo expue el diseño de a densidad d
ipo si la den
ea del cable nsidad de co rriente de de
bina
eléctricos q sus carac ue no deben
os próximos A/mm2, qu usada norm s caracterís
estará some ue ayuda a l es mayores eratura amb el momento d
stará enclau éste, sino m
esto, se just la máquina de corriente nsidad exced
14 AWG = 2 orriente máx esconexión =
que se utiliza cterísticas, n violarse si
s valores de ue correspo malmente en sticas particu
etida a cor la refrigerac
de viento, biental es m
de máxima e ustrado en a más bien est
ifica la elecc a. Además s
de 12 A/mm de este valor
2,08 mm2. xima = 12 A/
= 25 A.
ará en el dis sino, adem
no se dese
e diseño, se nde a una n el diseño d
ulares de bu
rrientes de ción del equi
se registra ás baja, ay exigencia. alguna estruc
tará práctica
ción anterior se fija como m2, con lo cu r. Así se tien
/mm2. ( 4.21 )
eño del aero más impone
ea degradar
utilizará una magnitud de equipos e uena refriger
aire (vient po.
n por la no yudando a la
ctura que im amente en c
r de densida límite, de o ual se deber ne:
ogenerador en límites la vida útil d
a densidad un tanto a eléctricos, pe ración de es
to), en form
oche, en es a refrigeraci
mpida la bue ontacto con
Sin em como funcio en que un vie siguien todo e Diciem Según Así: Finalm Donde Las ex Esta c solo d imane imán. mbargo, dise resultado namiento en e el equipo
nto máximo nte, y adem el año, y por mbre que cor
n lo expuesto
mente, consid
e Ve(vdesc) c
xpresiones o
cantidad de isco de esp s, obteniend
eñar el gene un equip n repetidas o
sea capaz d de 14 m/s ( ás consider r lo tanto en rresponde a
o, la potenci
derando un
corresponde ocupadas pa
espiras es d iras, luego, do como fluj
erador basán po subdime ocasiones. P de operar d (50,4 km/h), rando que e frentar mayo
0,78 kg/m3
a eléctrica e
diseño que
al voltaje in ara rg y xg se
demasiado se decide u jo enlazado
ndose en la ensionado, Por tanto, el durante el 95 , datos que s l aerogener ores densid 3.
es la que res
funcione pa
nducido por e explican en
alta como p tilizar dos d o el triple de
velocidad p que debe diseño se h 5 % del tiem
se exponen rador debe o ades del air
sulta en (4.2
ara vientos h
espira eval n el ítem 4.3
para implem iscos de es el proporcion
promedio da ería salir hará pensan mpo, toleran en el capítu operar duran re, como la
2) y (4.23)
asta 14 m/s
uado a vdes 3.9.
entarse en piras y tres nado por ca
( 4.22 )
( 4.23 )
( 4.24 )
Luego, repitiendo el procedimiento de cálculo, ahora para un valor de flujo de 4,35 Wb/m2, se obtiene un diseño de 86 espiras en total, lo que implica colocar 43 espiras en cada disco de bobinas. Sin embargo, para redondear los valores, se colocarán 90 espiras en total, con lo que es posible colocar 45 espiras por bobina por disco en 9 capas de 5 espiras cada, con lo que se aumentará un poco la potencia máxima obtenida.
4.3.8
Dimensionamiento del Cuerpo del Generador
Para poder dimensionar el cuerpo del aerogenerador, es necesario especificar la forma que tendrán las bobinas, de qué forma se hará el arreglo de 18 bobinas por disco.
Así, deno que se tie mostrado
Dónde:
A: 69,3 m a: 13,3º, b: 83,35º
Se obtie correspon
Figur
ominando b ene un trián o en la figura
mm
la separació
ene finalme nderá a un d
ra 4.8. Diagr
al ángulo fo gulo isóscel a, debe ser:
ón entre una
ente el tam disco de 30 c
rama del cue
ormado por e les, el radio
y otra bobin
maño del c centímetros
erpo del gen
el tramo R y del disco, c
na dentro de
cuerpo del de radio.
( 4.26
nerador
y el tramo A, correspondie
el disco
aerogener 6 )
consideran ente al trazo
rador, el q do o R
4.3.9
Modelo
El largo p
Luego la
Ahora, pa ley circuit
Dónde:
μ0 = Perm aire N = Núme l = Largo A = Área
valor
Para el c correspon sola gran multiplica
Equivalen
promedio de resistencia ara obtener tal de Ampémeabilidad m e, entonces s ero de espir o que recorr por la que a r de 958 mm
cálculo, es n nden a 540, n bobina, s ar este valor
te de la Má
cada espira
de estator p
el valor de l re (30):
magnética de se aproxima ras por fase re el flujo atraviesa el f m2.
necesario co , sin embarg ino, se deb
por el núme
áquina
a se obtiene
por fase, corr
la inductanc
el vacío (por a al valor en
flujo, que co
onsiderar tod go, no es p ben calcular ero de polos
mediante e
responde a:
cia de fase d
r que el reco el vacío) 4 x
orresponde a
das las esp osible cons r las espiras s de la máqu
el cálculo sig
del generado
orrido del fluj x 10-7 Henry
al área del im
piras de una iderarlas tod s por cada uina, ya que
( 4.27 )
( 4.28 )
( 4.29 )
uiente (4.27
or, se aplica
jo lo hace po y/m
mán, con un
a fase, las q das como u polo y lue de esta form
4.4
r f s i v T e 2 se suma interaccio Así, Conocido modelo eEquipos d
El esquema regulación d frecuencia c sistema de g imán perma variables, noTeniendo e electrónica d
1. Etapa de 2. Filtro LC períodos
an inductan ones que pro
os los valore equivalente d
Figu
e Electrón
a de electró del suministr constantes. P
generación, nente (sin re o sincronizad
sto en con de potencia rectificación : alisamiento de apertura ncias que oduzcan ind
es de la res de la máquin
ura 4.9. Mod
ica de Pot
nica de pot ro de la ene Para lograrlo el cual está egulación de das entre sí
sideración, debe dividir
n (polifásica o de la corr a del choppe
están en c uctancias m
sistencia e i na que se ilu
elo equivale
encia
tencia a util ergía eléctric
o, es necesa á conformad
e tensión), l (independie
la regulació se en las sig
): Rectificad riente y alm er.
cuadratura mutuas.
inductancia ustra en la fig
ente de la m
izar, tiene c ca, procuran ario conside
o por un co os que oper entes).
ón mediant guientes eta
ores tipo pu macenamient magnética de estator, gura 4.9. áquina como objetiv ndo un nive erar las cara njunto de ge ran a tensió
e el uso d apas:
uente trifásic to de energ ( 4.30
y no tien
se obtiene
vo principal el de tensión acterísticas d eneradores
n y frecuenc
e equipos
3 4 5 6 7 8 C n A n
4.4.1
4.4.2
3. Regulado regulació 4. Banco de 5. Rectificad 6. Transform 7. Filtro de a 8. Línea delocal.
Cabe menci no se abord
Antes de c necesario in
Corriente
Viene da durante u Dónde: T: Períodid(t): Corri
q: Númer por un
Corriente
Viene da circula po
or de tensió ón de tensión
e baterías. dor controlad mador (D-Y)
armónicas y transmisión
ionar que la arán por ale
comenzar a ntroducir algu
e Media de
ada por la in un ciclo, com
do, equivalen iente que cir ro de conmu n elemento.
e Efectiva d
ada por la ra or el elemen
ón del tipo n y corriente
do operando elevador de y corrección
n en BT has
as especifica ejarse demas
a especifica unos concep
e los Eleme
ntegral de la mo se expres
nte a 1/f rcula por el e utaciones co
de los Elem
aíz cuadrada to durante u
chopper cl e de acuerdo
o en inversió e tensión.
del factor de sta punto de
aciones de l siado del tem
ar los equip ptos con res
entos Sem
a magnitud sa en (4.31):
elemento en nsecutivas d
mentos Se
a de la integ un ciclo, com
lase A: cum o al régimen
ón.
e potencia. e conexión c
os filtros an ma central d
pos de ele specto a los s
miconducto
de corriente :
n el instante de la corrien
emiconduc
gral del cua mo se expres
( 4
mpliendo un de carga de
con la red d
nteriormente del presente
ectrónica de sistemas de
ores
e que circul
t
nte continua
ctores
drado de la sa en (4.32): 4.31 )
na función e las batería
de distribuci
mencionad trabajo.
e potencia e rectificació
a el elemen
4.4.3
Cabe des corrientes, uno y otro toda la c introducida este trabaj pérdidas p formas des
Voltaje R
Correspo forma re important elemento repetitiva equipo, lu tensión i inutilizandEn las fig un diodo aprecia lo inversa m “breakdow repetitivo absoluta) resistirlo
tacar que es decir, c elemento s corriente qu as por dicho
jo y se utili por disipació spreciables.
Reverso R
onde al may epetitiva, an te ya que d os semicond
, cuya mag uego, si el e inversa en do el equipo
guras (4.10) o y de un r
o que suced mayor a la wn voltaje” o o máximo c
), al “breakd en forma rep
esta relació cuando no s semiconduct ue circula modelo no zará en ade ón en los ele
Repetitivo M
yor voltaje in ntes de qu dada la form
ductores se gnitud corres
elemento no forma repe o.
y (4.11) se rectificador d
de con el el que éste o “maximun corresponde down voltag petitiva, sin
ón se cump se considera
tor, suponien por cada u son de may elante, ya q ementos sem
Máximo (V
R nverso quee éste suf ma de funcio e ven some
sponde a ra está diseña etitiva, el e
muestran la de silicio co emento cua está diseña reverse vol e a un niv e”, puesto q mermar su v
ple para e an los tiemp
ndo una con uno de ell yor relevanc que solo inf miconductor
RRM
)
el elemento fra algún d onamiento d etidos a vo aíz de dos v
ado como p elemento se
as caracterí ontrolado (S ando éste es ado para to
ltage”. No o vel de volta
que el elem vida útil.
l modelo re pos de conm nmutación i
os. Las ap cia para el te
fluirá en el c res, las que
o es capaz daño. Esta del puente d ltajes invers veces la ten ara soportar e degradará
ísticas voltaj SCR) o tiris s sometido olerar, corre bstante, el v aje menor mento debe
( 4.32 )
ectangular mutación en
nstantánea proximacion ema central cálculo de l son de tod
de tolerar magnitud de Graetz, l sos en form nsión fase d r este nivel á y quema
je-corriente stor, donde
Teniendo valores d sometido transiente (4.33)
o esto en c de VRRM se os en opera
es que se p
Figura 4.
uenta, se e ean el doble ación norma pudieran pro
10. Caracte
especificarán e del voltaje al, para que ducir, por d
rística voltaj
n elementos e inverso m e así los e iversas cau
je-corriente d
s semicond máximo al qu
elementos p sas, como s
de un diodo ( 4.33 )
uctores cuy ue estos se puedan tole se muestra
4.4.4
Ángulo
La prese potencia, de la cor conducció de la on tensión c
La duraci dando or
Dónde:
Vm: Valo p: Númer L: Inducta
Figura 4.
de Conmu
ncia de reac conversor y riente ICC d ón simultáne da de corrie ontinua a la
ión de la tra igen a la ecu
or máximo de ro de pulsos ancia que ge
.11. Caracte
utación
ctancia en e ya sea AC/D de un eleme
ea de dos e ente en el
salida, en e
nsferencia s uación de co
e la tensión de voltaje d enera el efec
erística voltaj
el lado de al DC o DC/AC ento semicon
elementos. E elemento se el caso de un
se expresa m onmutación,
rectificada durante un ci
cto de conm
je-corriente
terna de un C, obliga a nductor a ot Esto, se trad emiconducto n rectificado
mediante el expresada
iclo
mutación grad
de un SCR
n equipo de una transfer tro, con lo c duce en una or y una re
r.
ángulo de c en (4.34)
dual de los e ( 4.34 )
electrónica rencia gradu cual habrá u
a modificaci educción de
conmutación
elementos )
de ual na ón la
4.4.5
semicond
Especifi
Se elige a su ma conectar todas en generada rectificad El circuito a continu
Dentro d exigencia necesario decir, so coeficient Las ecua trifásico t ductores
icación de
como sistem sivo uso en cada máqu forma inde as por cadaor.
o correspond ación (figura
Figura 4.
de los crite a, es por e o el conside
metido a u te de potenc
aciones de ipo puente d
l Equipo d
ma de rectifi n la industri uina a un r ependiente, a máquina,
diente a un a 4.12):
12. Rectifica
rios de dis esto, que pa
erar un gene n viento de cia de la héli
estado que de Graetz so
de Rectifica
cación, un p ia y fácil im rectificador p se producen lo que impo
rectificador
ador trifásico
eño está e ara diseñar erador func e 14 m/s y
ice, CP, de 4
e describen on las siguie
ación
puente de G mplementaci propio, ya q n diferencia osibilita con
de tipo puen
o tipo puente
el satisfacer el equipo ionando a s una RVP d 43 %
n el compo entes:
Graetz de 6 p ón. Para es que al esta as en las for nectarlas tod
nte de Grae
e de Graetz.
r la condici de rectifica su máxima de 10,4 que
rtamiento d
pulsos, debi sto se plan ar funcionan rmas de on das a un so
tz se presen
j
Dónde:
VCC: Vol
Vff: Vol v: Fre L: Ind Vd: Caí
ICC: Cor
PCC: Pot
En este c la inducta líneas lar valor usu lo que la una indu (4.37) y (
De (4.38) se junto con la
taje continúo ltaje fase-fas ecuencia ang uctancia de da de tensió rriente contin encia eléctri
caso L se co ancia de fas rgas entre la ual de la rea inductancia ctancia extr 4.38).
e desprende inductancia
o a la salida se a la entra gular del volt fase del gen ón en el elem núa a la salid ica obtenida
onsidera co se del gener a conexión d ctancia para a de fase de
ra para logr
e que se req propia del g
a del rectifica ada del rectif taje generad nerador mento semic
da del rectifi a a la salida
mo inductan ador debido el aerogene a estos caso
l generador rar dicho va
quiere de un generador lle ador ficador do conductor. cador del rectificad
ncia de disp o a que no e erador y el re os es de ent es insuficie alor. Esta in
na inductanc egar a un va
dor
persión, corr existen trans ectificador. N tre un 5 % y ente, obligan nductancia
cia extra de alor cercano ( 4.35
( 4.36
( 4.37 )
( 4.38 )
respondiente sformadores No obstante, y un 10 %, p ndo a conec
se calcula
T c r d m t m g d A d Tomando es como se mu rectificador.
Para conoce diodos, don mencionado tensión de 1
Para dimen mayor exige generador. T de 10,4 se t
Reemplazan
Además, ree deben tolera
sto en cons uestra en (4
er un valor de se extraj os documen
,25 V.
sionar los e encia, es dec Tomando los iene:
ndo (41) en
emplazando ar los eleme
ideración es 4.41), para d
de Vd estim jo dicho val ntos. Se co
elementos s cir cuando la
s máximos v
(43) y resolv
o (4.43) en (4 ntos semico
s posible ah determinar c
mado, se usó or a partir d ncluyó un
emiconducto a potencia ge valores obte
viendo, se lle
4.32) y (4.31 onductores
hora realizar cuál es la co
ó los “datas de las curva
valor aprox
ores, se de enerada es enidos en la
ega a
1), para esp
r un balance orriente que
sheet” de tre as V-I prese ximado para
be consider la máxima q simulación
pecificar las ( 4.39 )
( 4.40 )
( 4.41 )
( 4.42 )
( 4.43 )
e de potenc e circula por
es modelos entadas en l a la caída
rar el caso que entrega
para una RV
A
Y
C s s
Así, reempla
Y finalmente
Con (4.44), semiconduc salida de ca Las caracter
azando (43)
e, con (34) y
(4.45) y ( ctores que d ada aerogene
rísticas del r
Ta
en (36) se c
y (42), se obt
4.47) se es deben compo
erador. rectificador s
abla 4.2. Ca
conoce el va
tiene el valo
specifican la oner el rect
se observan
aracterísticas
alor de VCC
or del
V
RRMas caracter tificador trifá
en la tabla 4
s del rectifica
rísticas de l ásico que se
4.2.:
ador ( 4.44 )
( 4.45 )
( 4.46 )
( 4.47 )
los element e ocupará a
