EYM_U2_EA_LUBC

7/28/2019 EYM_U2_EA_LUBC

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Electricidad y MagnetismoUnidad 2. Circuitos Elctricos

Facilitador: Vctor Rivera Mancera

Evidencia de aprendizaje. Anlisis del sistema degeneracin elctrica

Presenta:

Luis Felipe Becerra Castn AL10527676


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ANALISIS DE UN AEROGENERADOR DE 500 W

El diseo de los componentes del sistema aerogenerador -generador elctrico, rotorelico y sistema de orientacin-, se basa en la compatibilidad de los parmetros de laturbina elica con los del generador elctrico y a su vez con las caractersticas tpicas delviento predominante en las zonas de influencia.

GENERADOR ELCTRICO DE IMANES PERMANENTES

En este tipo de mquinas, el campo de excitacin es de direccin constante formado pormedio de los imanes permanentes; ante la falta de prdidas en el devanado de excitacin,poseen un mejor rendimiento siempre que la geometra de diseo sea ptima y losimanes trabajen en su punto mximo de operacin de energa (HB)max,

Esta mquina elctrica se distingue de sus anlogas, por la estructura de sus sistemas

magnticos de hierro giratorio, cuyas caractersticas estn gobernadas bajo la teora delas mquinas de excitacin electromagntica. Es de caracterstica geomtrica tipo disco,diseada para trabajar especficamente con una turbina elica.

Las consideraciones para el diseo son: velocidad de giro del rotor condicionado por lavelocidad del viento, voltaje de salida y, la geometra constructiva para encontrar el puntomximo de trabajo del imn en el circuito magntico.

En la figura 1 se muestra el arreglo que tienen los imanes y el bobinado, considerando unncleo de aire; de esta forma se puede hallar el campo magntico dentro del ncleo deaire con una longitud lg.

Fig. 1. Configuracin de diseo de los imanes y del bobinado


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Ecuacin de carga. Definida de la siguiente forma:

Hm.lg

t2.

Am

Ag.Bm (1)

Siendo:

Bg: Densidad de campo magntico promedio dentro del entrehierro

Ag: rea transversal promedio del entrehierro

Bm: Densidad de Campo magntico en la superficie del imn

Am: rea transversal del imn

: Permeabilidad magntica del ncleo (aire)

Hm: Intensidad de campo magntico en la superficie del imn

Para el siguiente paso se define una geometra de referencia del imn, el cual da el puntode partida para los clculos; estas dimensiones sern recalculadas posteriormente segnel requerimiento.

710..4

m10.8t 3

a = 50.10-3 m

b = 50.10-3 m

rea de la cara del imn: Am = ab = 2.5.10-3 m2

Entrehierro: distancia entre los imanes: lg = 15.10-3 m

rea transversal del entrehierro, considerando efecto de borde: Ag = (a + lg)(b+lg)= 4.225.10-3 m2

La geometra de diseo es ptima si los imanes trabajan en su punto mximo deoperacin (HB)max, para determinarlo se hace la interseccin de las curvas demagnetizacin del tipo de imn a utilizar y la curva de carga (verfigura 2). La curva derojo representa la curva de magnetizacin, caracterstico para imn tipo NdFeB N35 (para


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cada tipo de imn existe una curva caracterstica diferente). La curva de azul es la curvade carga segn la ecuacin Bm para las dimensiones tomadas como referencia.

Fig. 2. Interseccin de la curva de magnetizacin y curva de carga;

curva de transferencia de energa de imn

En el presente caso el punto de operacin est prcticamente en el punto de mximatransferencia de energa; de no ser as se debe modificar las dimensiones de los imanes odel entrehierro, para tener un mejor circuito magntico. Se obtiene los siguientesresultados:

Bm = 0.761 T

Hm = 3.361.105 A/m

Densidad de campo dentro del ncleo de aire: T451.0Bm.Ag

AmBg

Clculo de los voltajes mximos

Los parmetros de entrada requeridos para nuestro diseo son:

Velocidad de giro del rotor: 300 rpm

Voltaje de salida: 24 V DC

Nmero de pares de polos: 16

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

1 105

2 105

3 105

BH

Ba


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Frecuencia del voltaje inducido: Hzf 40120

16.300 ; siendo la

velocidad angular del voltaje inducido = 2.f

Nmero de espiras por fase: Nc = 160

Nmero de bobinas por fase: Mb = 8

Nmero de espiras por bobina: 20Mb

NcNb

Se asume inicialmente un rea del ncleo de aire del bobinado. El clculo del voltajemximo de fase se realiza en vaco, es decir sin colocar ninguna carga al generador

rea del ncleo de aire: An = 1367. 10-6 m2

Voltaje eficaz de Fase: Vf := 4.44NcBgAnf = 17.5 V

Voltaje mximo de fase: V749.24.2 VfVfm

Voltaje mximo de lnea en vaco: V866.42Vfm.3lmoV

Clculo de la corriente eficaz de lnea

Dado que se requiere una potencia mxima especfica, no conociendo la cada de voltajedebido a la impedancia del conductor, se asume que el voltaje de vaco ser el voltaje decarga, verificndose al final. Entonces se tendr un valor inicial de la corriente de la carga:

Potencia asumida para el clculo: Pot := 600 W

Voltaje eficaz de lnea: V971.162

24Vef

Corriente eficaz de lnea y de fase: A412.20Vef.3

PotI


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Clculo del circuito elctrico equivalente

Rin: Radio interior del imn

Rout: Radio exterior del imn

kw1: Factor de enrollamiento, Kw1=1

m1: Nmero de fases, m1=3

P: Nmero de polos

Nc: Nmero de espiras por fase

I: Corriente en el estator

g: Entrehierro

kfd: Factor de forma en direccin d, kfd = 1.2

kfq: Factor de forma en direccin q, kfq = 1.2

Xad: Reactancia del eje directo

Xaq: Reactancia de eje en cuadratura

Fig. 4. Circuito elctrico equivalente del generador


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Fig. 4. Diagrama fasorial del circuito

2569.0Ac

L*qRe Resistencia equivalente del cable por fase

025.0kfd.

1lg

RinRout.

P

1kw.Ncf..1m.2Xad

222

019.0kfq.qlg

RinRout.

P

1kw.Ncf..1m.2Xaq

222

Voltaje eficaz en la carga por fase: Vc = 12.25 V

Voltaje mximo de lnea: V006.30Vc*6Vml

Potencia de la carga: Sc = 3.VcI = 750.155 W

Potencia disipada por el conductor: Pcu = 3.I2Req = 321.085 W

Eficiencia elctrica

%027.70Peje

Sc

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