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• Juan Carlos Castillo Zegarra

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Pruebas eléctricas IT - PE- 100

INFORME PRUEBAS ELECTRICAS IT - PE - 100 [W] Introducción: Se cuenta con los siguientes antecedentes a presentar en el informe, los cuales fueron consensuados entre ambas parte antes de realizar las pruebas de laboratorio. Datos a medir       

Potencia trifásica Potencia por fase Corriente en cada fase Voltaje en cada fase rpm. Velocidad de viento en m/s Frecuencia

Curvas a realizar     

Potencia vs rpm, caso generador Potencia vs velocidad de viento, caso generador Curva de vacío, caso generador Curva de carga, caso generador Coltaje vs corriente, caso motor

Diagrama de conexionado:

I AC

-

I AC

v DC

Diagrama de conexionado

Ing. Juan Carlos Castillo Z.

1

CARGA (RESISTENCIA VARIABLE "OHM")

TENSION DC

I AC

I DC

+

PUENTE DE DIODOS

Hz

v AC

BORNES DE CONEXION 6 3 4

N

1

5 2

AEROGENERADOR

v AC

v AC

El diagrama mostrado sirve para los casos de motor y generador. Si funciona como motor la corriente debe de ingresar al aerogenerador. Si funciona como generador la corriente debe salir del aerogenerador.

Pruebas eléctricas IT - PE- 100 Metodología: En principio se realizaron al generador las pruebas como motor.  Voltaje vs Corriente, caso motor Ésta prueba se considera, para verificar la corriente que puede soportar el aerogenerador. Así como también poder determinar el sector que calienta con mayor intensidad respecto al área donde se encuentran las bobinas. Para este efecto se conecto tres voltímetros para medir los voltajes de línea, se utilizaron tres pinzas amperometricas para medir las corrientes en las tres líneas; se decidió utilizar las pinzas amperometricas, por la necesidad de medir corrientes mayores a 10 amperios, en dos de las pinzas se tomaron datos de potencia monofásica. Para poder controlar el voltaje trifásico, considerando un valor máximo de 12 voltios AC, se coloco un auto transformador trifásico, en el cual se fue aumentando la tensión en forma progresiva tal como muestra los datos. DATOS MOTOR ROTOR TRABADO Tension Línea Alterna [V] RS 1 2,5 5 5,4 6 6,2

ST 1,7 3,2 4,8 5,6 6 7,3

TR 2 3,3 4,9 5,6 5,9 7,3

Corriente de Línea Alterna [V] R 3,77 6,03 8,75 9,84 9,91 9,96

S 3,53 5,9 8,63 9,83 9,91 10,29

T 3,73 5,88 8,5 9,65 10,03 10,29

Impedancia de fase [Ω] R 0,19 0,30 0,42 0,40 0,35 0,36

S 0,35 0,40 0,41 0,42 0,35 0,41

T 0,39 0,41 0,42 0,42 0,34 0,41

Potencia Monofásico Trifásico [W] [W] R S R S 10 9 30 27 9 14 27 42 14 28 42 84 28 32 84 96 29 50 87 150 65 44 195 132

Tabla 1: Datos medidos y calculados, IT - PE -100 caso motor rotor trabado En la tabla 1, se muestran los datos medidos de tensión entre fases, corrientes R, S y T, así como la potencia monofásica como la trifásica. También se aplica la ley de Ohm para determinar la impedancia por fase. Al principio el motor requiere de una determinada cantidad de corriente para poder magnetizar las bobinas. Posterior se estabiliza, y las características eléctricas deben ser aproximadamente iguales. Observaciones: Se observa las tres tensiones de línea aproximadamente iguales, hay una variación en la línea RS, debido a la no simetría de las bobinas de esa línea.

Ing. Juan Carlos Castillo Z.

2

Pruebas eléctricas IT - PE- 100 Generador como motor: V vs. I 6

Voltaje linea [V]

5 4

Tension rs Tension st

3

tension tr

2 1 0 0

2

4

6

8

10

12

Corriente linea [A]

Fig.1 tensiones de línea [V] vs. Corriente de línea [A]  Curva de vacío “tensión AC” Se utilizó tres voltímetros para medir las tensiones de línea, un tacómetro para medir los rpm. La medición de voltajes se realizo en voltaje alterno. Para realizar la prueba se utilizó un torno, el cual puede variar las velocidades en escalas definidas mostradas en la columna velocidad en rpm de la tabla 2

1 2 3 4 5 6 7 8

Rt 1,1 1,73 2,63 3,93 6,17 10 15 23,8

Generador- Prueba en vacío Voltaje VAC [V] Velocidad rs st rpm 1,1 1,1 40 1,68 1,67 63 2,52 2,52 100 3,78 3,78 160 5,93 5,94 250 9,64 9,68 400 14,3 14,4 630 22,8 23 1000

Tabla 2, valores prueba de vacío, con voltaje AC

Ing. Juan Carlos Castillo Z.

3

Pruebas eléctricas IT - PE- 100 La constante de construcción K expresada en la ecuación 1, se determina por la razón de la tensión alterna en [V] generada por la velocidad en [rpm]; ver tabla 2, el resultado como valor promedio es: 0,024 [V/rpm] Ea=Kn

Ec. 1

Donde: Ea: Tensión inducida expresado en Voltios por fase. K: Constante que refleja los parámetros de construcción del generador n: Velocidad expresado en rpm La grafica de la tabla 2, se muestra en la figura 2. Prueba de vacio generador V vs. I 25

tension de linea [V]

20

15 tension rt vs. rpm tension rs vs. rpm tension st vs. rpm

10

5

0 0

200

400

600

800

1000

1200

Velocidad [rpm]

Fig.2 Prueba de vacío generador IT – PE – 100 En la figura 2, se puede observar que debido al flujo constante producido por los imanes de neodimio la tensión es proporcional a la velocidad; validando la ecuación 1.

Ing. Juan Carlos Castillo Z.

4

Pruebas eléctricas IT - PE- 100  Curva de vacío “tensión DC” La tabla 3, indica la cantidad de voltaje de salida del aerogenerador en función a la velocidad en el eje del aerogenerador.

Voltaje rectificado VDC [V] 0,01 0,01 2,5 4,6 7,3 12,3 19 30,7

Velocidad Rpm 40 63 100 160 250 400 630 1000

Tabla 3. Valores de prueba en vació, con VDC La constante de construcción expresada en la ecuación 2, es válido en la parte lineal; indicando que los arrollamiento no están saturados y, se determina por la razón de la tensión continua en [V] generada por la velocidad en [rpm]; ver tabla 3, el resultado de ésta relación es: 0,029 [V/rpm] V=Kn

Ec. 2

Prueba de vacio Voltaje V [DC] vs Velocidad [rpm] 35 y = 0.0319x - 1.002 R2 = 0.9977

30

voltaje DC [V]

25 20

Prueba de vacio voltaje vs. rpm

15

Lineal (Prueba de vacio voltaje vs. rpm)

10 5 0 0

200

400

600 800 velocidad [rpm]

1000

1200

Fig. 3 Prueba de vació con tensión DC Ing. Juan Carlos Castillo Z.

5

Pruebas eléctricas IT - PE- 100  Curva de carga, caso generador Se realizaron las mediciones de tensión y corriente, con tensión y corriente alterna en las tres líneas y, tensión y corriente continua para diferentes cargas. Tensión V [AC]

1 2 3 4 5 6 7 8

rt 2.56 2.56 2.55 2.54 2.55 2.53 2.51 2

rs 2.46 2.47 2.46 2.45 2.45 2.44 2.41

velocidad st 2.46 2.46 2.44 2.44 2.44 2.42 2.39

Tensión V [AC]

[rpm]

100

velocidad

1 2 3 4 5 6 7

rt 3.85 3.84 3.83 3.82 3.8 3.78 3.72

rs 3.7 3.69 3.68 3.67 3.66 3.64 3.58

st 3.71 3.7 3.68 3.68 3.66 3.64 3.58

8

3.48

3.34

3.35

Tensión V [AC]

[rpm]

160

velocidad

1 2 3 4 5 6 7

rt 6.01 6 5.97 5.92 5.88 5.77 5.56

rs 5.79 5.78 5.73 5.69 5.64 7.54 5.34

st 5.81 5.79 5.76 5.72 5.67 5.56 5.36

8

5.13

4.91

4.93

Ing. Juan Carlos Castillo Z.

[rpm]

250

Voltaje Corriente Potencia Corriente I [AC] Rectificado Rectificado continua [DC] R T S [DC] [DC] 1.6 0.04 0.06 1.4 0.12 0.17 1.5 0.15 0.23 no se tomaron los datos 1.5 0.18 0.27 de corriente, porque la 1.5 0.18 0.27 tensión es reducida 1.6 0.23 0.37 1.5 0.26 0.39 1.2 0.26 0.31 Voltaje Rectificado [DC] 3.2 3.5 3.1 3.5 3.1 2.9 3.12

0.14 0.26 0.3 0.4 0.46 0.66

0.15 0.28 0.27 0.39 0.46 0.79

0.15 0.26 0.27 0.52 0.48 0.72

2.4

1.51

1.52

1.52

Corriente I [AC] rt

rs

Voltaje Rectificado [DC] 6.1 6.1 5.9 6.2 5.7 5.5 5.1

0.39 0.46 0.32 0.72 0.55 0.76 1.24

rt 0.39 0.48 0.43 0.71 0.55 0.76 1.24

rs 0.39 0.45 0.35 0.7 0.54 0.74 1.31

4.5

2.22

2.23

2.16

6

Corriente I [AC]

Corriente Potencia Rectificado continua st [rpm] 0.06 0.19 0.18 0.63 0.23 0.71 0.28 0.98 0.23 0.71 0.36 1.04 0.55 1.72 1.16

2.78

Corriente Potencia Rectificado continua st [rpm] 0.25 1.53 0.31 1.89 0.4 2.36 0.52 3.22 0.65 3.71 0.93 5.12 1.52 7.75 2.72

12.24

Pruebas eléctricas IT - PE- 100 Tensión V [AC]

velocidad

1 2 3 4 5 6 7

rt 9.6 9.6 9.5 9.4 9.4 9.2 8.9

rs 9.2 9.1 9.1 9 8.9 8.8 8.4

st 9.2 9.2 9.1 9.1 9 8.8 8.5

8

8

7.6

7.6

Tensión V [AC]

1 2 3 4 5 6 7

rt 14.5 14.5 14.4 14.3 14.2 14 13.6

rs 13.9 13.8 13.8 13.7 13.5 13.3 13

8

12.6

12

[rpm]

400

velocidad st 14 13.9 13.8 13.8 13.6 13.4 13.1 12.1

[rpm]

630

Voltaje Rectificado [DC] 10.9 10.9 10.8 10.7 10.6 10.2 9.5

0.45 0.53 0.55 0.71 0.9 1.23 1.95

rt 0.4 0.48 0.57 0.71 0.92 1.24 1.96

7.7

3.94

3.98

Corriente I [AC]

Voltaje Rectificado [DC] 17.2 17.2 17 16.9 16.6 16.2 15.6

0.61 0.75 0.85 1.01 1.27 1.65 2.36

rt 0.62 0.76 0.85 1.02 1.28 1.78 2.39

13.8

4.36

4.42

rs 0.37 0.45 0.54 0.7 0.88 1.29 1.89

Corriente Potencia Rectificado continua st [rpm] 0.48 5.23 0.67 7.30 0.72 7.78 0.93 9.95 1.15 12.19 1.5 15.30 2.37 22.52

3.81

Corriente I [AC] rs 0.59 0.72 0.83 0.98 1.23 1.62 2.3

4.94

38.04

Corriente Potencia Rectificado continua st [rpm] 0.79 13.59 0.9 15.48 1.11 18.87 1.28 21.63 1.54 25.56 2.02 32.72 2.91 45.40

4.23

5.49

75.76

Tablas 4. Prueba de carga con regulador variando la velocidad y la carga La figura 4, muestra la grafica de la tablas 4. La pendiente negativa mostrada en la fig. 4 representa la caída de tensión producido por el aumento de carga a una velocidad constante.

Ing. Juan Carlos Castillo Z.

7

Pruebas eléctricas IT - PE- 100 Prueba de carga Generador Voltaje vs. Corriente 12

10 Tension rt vs. Corriente R - rpm 100 Tension rs vs. Corriente t - rpm 100

8

Tension st vs. Corriente s - rpm 100

Voltaje V [AC]

Tension rt vs. Corriente R - rpm 160 Tension rs vs. Corriente t - rpm 160 Tension st vs. Corriente s - rpm 160

6

Tension rt vs. Corriente R - rpm 250 Tension rs vs. Corriente t - rpm 250 Tension st vs. Corriente s - rpm 250 Tension rt vs. Corriente R - rpm 400

4

Tension rs vs. Corriente t - rpm 400 Tension st vs. Corriente s - rpm 400

2

0 -5

0

5

10

15

20

Corriente I [AC]

Fig. 4, Prueba de carga a velocidad constante  Potencia vs. Velocidad rpm En esta prueba se tomaron los datos a la salida del regulador, los valores representan tensiones y corrientes continuas. Los valores de tensión y corriente rectificados son valores en continua, por tanto la potencia del generador esta dado por la siguiente ecuación: P= VI [w]

Ec.3

Donde: P: V: I:

potencia en [w] voltaje continuo (DC) corriente continua (DC)

Ing. Juan Carlos Castillo Z.

8

Pruebas eléctricas IT - PE- 100 Datos en carga P (W) vs. rpm

90 80 y = 0.0001x2 + 0.0723x - 9.8824 R2 = 0.9953

70 60

P(w)

50 40 30 20

P (W) vs rpm - R=22 OHM P (W) vs rpm R=19.56 OHM P (W) vs rpm R=17.12 OHM P (W) vs rpm R=14.68 OHM P (W) vs rpm R=12.24 OHM P (W) vs rpm R=9.8 OHM P (W) vs rpm R=7.36OHM P (W) vs rpm y = 6E-05x2 + 0.0416x R=4.92 - 5.5168OHM 2 R = 0.9963 Polinómica (P (W) vs rpm - R=7.36OHM) y = 6E-05x2 + 0.0205xPolinómica - 3.005 (P (W) vs rpm - R=4.92 OHM) 2 R = 0.997 Polinómica (P (W) vs y = 4E-05x2 + 0.0168x rpm - 2.5426 - R=9.8 OHM) Polinómica (P (W) vs R2 = 0.9953 rpm - R=12.24 OHM)

10 0 0

200

400

600

800

-10 rpm

Fig 5 Datos en carga Potencia vs. rpm En la figura 5, se muestra que a una carga determinada al aumentar la velocidad aumenta también la potencia

Ing. Juan Carlos Castillo Z.

9

Pruebas eléctricas IT - PE- 100 Pruebas de Campo. El aerogenerador se instala en una camioneta, a una altura de 4,5 metros aproximadamente. Se toma las mediciones de viento con un anemómetro a una separación de 2 metros del aerogenerador y una altura de 4,5 metros y el data logger (HOBO); con el fin de comparar la velocidad de viento con las velocidades mecánica en rpm. Los datos obtenidos fueron siguientes: 

R ohm

Potencia vs rpm, caso generador en carga hz 28 30 29 34 42 37 41 42 47 51 25 33 37

22.8

36 R ohm

20.7

hz 17 20 25 28 30 33 34 38 38 38 39 39 45 43 45

rpm v m/s v ac L1 v ac L2 v ac L3 A ac L1 V DC I DC P DC 210 7.96 8.01 8.07 8.08 0.48 9.4 0.42 3.95 225 8.53 8.7 9.26 8.84 0.52 10.04 0.47 4.72 217.5 8.25 8.97 9.35 9.01 0.52 10.06 0.48 4.83 255 9.67 10.57 11.01 10.69 0.56 13 0.58 7.54 315 11.94 12.26 12.82 12.8 14.09 0.58 8.17 277.5 10.52 11.46 11.99 11.54 0.47 14.2 0.59 8.38 307.5 11.66 12.3 12.53 12.32 0.75 14.6 0.58 8.47 315 11.94 12.92 13.53 13.08 0.58 16.02 0.73 11.69 352.5 13.36 14.16 14.81 14.28 0.6 17.7 0.8 14.16 382.5 14.50 15.56 16.24 15.67 0.66 19.07 0.89 16.97 187.5 7.11 7.56 7.91 7.6 8.7 247.5 9.38 9.99 10.43 10.05 0.4 12.1 277.5 10.52 11.41 11.96 11.96 14.1 270

10.24

10.81

11.37

10.96

0.41

0.6

rpm v m/s v ac L1 v ac L2 v ac L3 A ac L1 VDC I DC P DC 127.5 4.83 5.26 5.51 5.31 0.56 0.26 0.15 150 5.69 5.97 5.26 6.03 0.23 6.6 0.31 2.05 187.5 7.11 7.47 7.83 7.46 0.38 8.5 0.4 3.40 210 7.96 8.58 7.96 8.64 0.35 10.1 0.47 4.75 225 8.53 8.61 9.1 8.8 0.47 10.2 0.5 5.10 247.5 9.38 10.25 10.66 10.47 12.4 0.62 7.69 255 9.67 10.62 11.05 10.64 0.48 12.8 0.63 8.06 285 10.80 11.15 11.69 11.22 0.54 13.2 0.69 9.11 285 10.80 11.45 11.97 11.52 0.53 14 0.69 9.66 285 10.80 11.56 12.05 11.57 0.53 14.2 0.7 9.94 292.5 11.09 11.87 12.33 11.96 0.7 14.2 0.73 10.37 292.5 11.09 11.85 11.38 11.93 0.56 14.6 0.72 10.51 337.5 12.80 12.88 13.23 13 0.7 15.1 0.79 11.93 322.5 12.23 12.72 13.28 12.81 0.65 15.8 0.78 12.32 337.5 12.80 13.37 13.95 13.57 0.67 16.9 0.73 12.34

Ing. Juan Carlos Castillo Z.

10

Pruebas eléctricas IT - PE- 100

R ohm

43 50 49

322.5 375 367.5

12.23 14.22 13.93

13.09 14.79 15.01

13.57 15.41 15.85

13.09 14.84 15.32

0.62 0.84 0.7

16.2 18.5 19.1

0.8 0.91 0.95

12.96 16.84 18.15

51

382.5

14.50

15.43

16.1

15.54

0.75

19.6

0.96

18.82

hz 52 57 28 30 43 42 38 36 40 39 39 41 42 45 43 44 48 47 50 53 53 51 53 54 54

17.6

58 R ohm

14.4

hz 37 40 41 41 45 46 49 52

rpm v m/s v ac L1 v ac L2 v ac L3 A ac L1 V DC I DC P DC 390 14.79 15.56 16.3 15.74 0.88 20.02 427.5 16.21 17.24 16.9 17.39 1.01 21.08 210 7.96 8.5 8.89 8.55 0.44 10 0.59 5.9 225 8.53 8.9 9.3 8.93 0.47 10.5 0.69 7.245 322.5 12.23 12.86 13.4 12.98 0.7 15.4 0.48 7.392 315 11.94 12.64 13.18 12.72 0.65 15.7 0.48 7.536 285 10.80 11.21 11.73 11.28 0.62 13.1 0.7 9.17 270 10.24 10.83 11.19 10.82 0.557 13.4 0.77 10.318 300 11.37 11.87 12.44 11.99 0.65 14.6 0.77 11.242 292.5 11.09 11.51 12.02 11.6 0.63 14.1 0.86 12.126 292.5 11.09 12.06 12.61 12.16 0.76 14.9 0.82 12.218 307.5 11.66 12.4 13.08 12.58 0.69 15.08 0.9 13.572 315 11.94 12.56 13.14 12.64 0.67 15.6 0.92 14.352 337.5 12.80 13.45 14.02 13.55 0.85 16.6 0.89 14.774 322.5 12.23 12.41 13.03 12.53 0.73 15.9 0.97 15.423 330 12.51 13.08 13.71 13.11 0.74 16.4 1.02 16.728 360 13.65 14.21 14.9 14.38 0.83 17.8 0.98 17.444 352.5 13.36 14.19 14.81 14.28 0.79 17.8 1.08 19.224 375 14.22 14.95 15.63 15.02 0.83 18.8 1.09 20.492 397.5 15.07 15.81 16.67 15.86 0.96 19.8 1.08 21.384 397.5 15.07 15.58 15.42 15.79 1.02 19.05 1.19 22.6695 382.5 14.50 15.7 16.43 15.83 0.8 19.9 1.15 22.885 397.5 15.07 15.47 16.41 15.55 0.96 19.6 1.19 23.324 405 15.35 16.22 16.85 16.29 0.92 20.5 1.19 24.395 405 15.35 16.51 17.53 16.67 0.92 21.08 1.2 25.296 435

16.49

17.5

18.28

17.62

0.95

22.2

1.25

27.75

rpm v m/s v ac L1 v ac L2 v ac L3 A ac L1 V DC I DC P DC 277.5 10.52 10.4 11.27 10.84 0.76 13 0.95 12.35 300 11.37 11.85 12.4 11.93 0.83 14.05 1.04 14.58 307.5 11.66 12.08 12.37 12.14 0.9 15.3 1.13 17.21 307.5 11.66 12.14 12.12 12.2 0.93 14.9 1.16 17.32 337.5 12.80 13.34 13.92 13.44 0.95 16.5 1.19 19.60 345 13.08 13.65 14.23 13.74 0.92 17 1.15 19.55 367.5 13.93 14.45 15.05 14.47 0.95 18.1 1.19 21.50 390 14.79 15.45 16.05 15.45 1.14 19.3 1.43 27.50

Ing. Juan Carlos Castillo Z.

11

Pruebas eléctricas IT - PE- 100

R ohm

8.4

405 405 412.5 420

15.35 15.35 15.64 15.92

16.12 15.65 16.25 17.36

16.82 16.03 16.99 18.18

16.22 15.83 16.44 17.57

1.1 1.2 1.14 1.17

20.3 19.5 20.6 22.3

1.38 1.50 1.43 1.46

27.91 29.25 29.36 32.62

57

427.5

16.21

16.95

17

17.05

1.17

21.8

1.46

31.89

hz

11.5

R ohm

54 54 55 56

rpm

v m/s

195

27

202.5

7.68

7.99

37

277.5

10.52

10.45

40

300

11.37

11.64

40

300

11.37

11.73

41

307.5

11.66

43

322.5

48

360

49 54

A ac L1

8.35

8.07

10.42

10.49

12.15 12.26

13.62

12.23 13.65

367.5 405

58 60 64

60

7.72

v ac L3

0.91

22 29 31 34 37 38 39 41 45 48 49 51 53 55

7.33

v ac L2

7.46

hz

7.39

v ac L1

26

V DC

I DC

P DC

8.4

1.14 9.55576

0.61

9.3

0.76 7.09182

0.95

12.5

1.19 14.8449

11.66

1.02

14.2

1.28 18.1064

11.83

1

14.4

1.25 18.0014

14.24

13.74

1.22

16.8

1.53

12.55

13.15

12.68

1.1

15.5

1.38 21.3142

14.12

14.76

14.23

1.25

17.6

1.56 27.5022

13.93

13.99

14.08

14.13

1.28

17.4

1.60 27.8422

15.35

15.99

16.71

16.15

1.4

20.1

1.75 35.1778

435

16.49

17.05

17.85

17.25

1.52

21.6

1.90 41.0433

450

17.06

17.25

18.08

17.4

1.53

21.9

1.91 41.8871

480

18.20

18.86

19.67

18.98

1.64

23.9

2.05 48.9989

25.622

rpm v m/s v ac L1 v ac L2 v ac L3 A ac L1 V DC I DC P DC 165 6.26 6.28 6.45 6.28 0.85 6.9 1.06 7.33184 217.5 8.25 8.43 8.83 8.93 0.97 9.8 1.21 11.8835 232.5 8.81 8.39 9.26 8.94 1.07 10.4 1.34 13.9111 255 9.67 9.63 10.04 9.66 1.14 11.4 1.43 16.2463 277.5 10.52 10.4 10.85 10.51 1.5 12.5 1.88 23.4394 285 10.80 10.96 11.52 10.99 1.61 13.3 2.01 26.7684 292.5 11.09 11.05 12.05 11.12 1.35 13.4 1.69 22.6143 307.5 11.66 11.84 12.1 11.74 1.39 14.2 1.74 24.6745 337.5 12.80 12.5 13.08 12.6 1.53 15.4 1.91 29.4549 360 13.65 12.25 12.7 12.29 2.18 15.2 2.73 41.4233 367.5 13.93 13.94 14.59 13.96 1.72 17.1 2.15 36.7679 382.5 14.50 14.43 15.1 14.53 1.8 18.1 2.25 40.7283 397.5 15.07 15.53 16.3 15.68 1.89 19.5 2.36 46.0724 412.5 15.64 15.87 16.31 15.8 2.1 19.5 2.63 51.1916 450

17.06

Ing. Juan Carlos Castillo Z.

16.97

17.75

12

17.11

2.11

21.4

2.64

56.447

Pruebas eléctricas IT - PE- 100 R ohm

hz 11 12 15 30 35 37 38 39 40 41 42 45 47 48

5.2

52 R ohm

2.2

hz 33 34 35 35 37 39 43 45 46 47 49 51 50 55 56

rpm v m/s v ac L1 v ac L2 v ac L3 A ac L1 V DC I DC P DC 82.5 3.13 3.26 3.41 3.29 0.4 2.8 0.50 1.40011 90 3.41 3.36 3.55 3.83 0.47 2.9 0.59 1.70389 112.5 4.27 4.13 4.31 4.15 0.62 3.9 0.78 3.02274 225 8.53 8.2 8.52 8.28 1.62 9.5 2.03 19.239 262.5 9.95 9.79 10.24 9.07 1.89 11.6 2.36 27.4072 277.5 10.52 10.76 11.55 10.78 1.79 13 2.24 29.0898 285 10.80 10.5 11.96 10.55 1.94 12.5 2.43 30.3149 292.5 11.09 10.39 10.87 10.49 1.94 12.4 2.43 30.0724 300 11.37 10.72 10.81 2.06 12.8 2.58 32.9626 307.5 11.66 11.56 12.02 11.55 1.96 13.8 2.45 33.8127 315 11.94 11.26 11.87 11.27 2.32 13.5 2.90 39.1531 337.5 12.80 11.99 12.47 12.09 2.53 14.4 3.16 45.5436 352.5 13.36 12.72 12.85 2.37 15.6 2.96 46.2187 360 13.65 13.2 13.85 13.73 2.72 16.2 3.40 55.0844 390

14.79

14.16

15.02

14.27

2.81

17.5

3.51 61.4737

rpm v m/s v ac L1 v ac L2 v ac L3 A ac L1 V DC I DC P DC 247.5 9.38 7.47 7.84 7.57 3.39 8.3 4.46 37.018 255 9.67 7.83 8.3 7.98 3.57 8.7 4.39 38.193 262.5 9.95 8.24 8.67 8.35 3.71 9.2 4.69 43.148 262.5 9.95 8.3 8.75 8.38 3.64 9.4 4.92 46.248 277.5 10.52 8.3 8.85 8.47 4.37 9.3 5.08 47.244 292.5 11.09 9.07 9.46 9.11 4.3 10.3 5.18 53.354 322.5 12.23 9.6 10.04 9.73 5.08 11 5.93 65.23 337.5 12.80 10.22 10.72 10.32 4.96 11.8 6.36 75.048 345 13.08 10.52 11.03 10.61 4.9 12.2 6.24 76.128 352.5 13.36 10.44 11.24 10.63 5.58 12 6.76 81.12 367.5 13.93 11.03 11.55 11.14 5.44 12.8 6.68 85.504 382.5 14.50 11.73 12.16 11.67 5.38 13.9 6.86 95.354 375 14.22 11.83 12.38 11.91 5.65 13.08 7.32 95.7456 412.5 15.64 12.3 12.94 12.47 6.11 14.6 7.68 112.128 420

15.92

12.47

13.29

12.79

6.36

14.8

8.06 119.288

Tablas 5. Prueba de carga con regulador variando la velocidad y la carga Los valores resaltados representan la frecuencia próxima ó igual a 50 Hz, para el cual el aerogenerador puede operar en condiciones nominales; Por condiciones nominales se entiende que en Bolivia, la frecuencia industrial es 50 Hz

Ing. Juan Carlos Castillo Z.

13

Pruebas eléctricas IT - PE- 100 Las gráficas son las siguientes: Pot fun (v rpm) R=22.8 ohm

Con carga Pot (W) fun. v (rpm)

Pot fun (v rpm) R=20.7 ohm Pot fun (v rpm) R=17.6 ohm

140.00 2

y = 0.0009x - 0.1066x + 11.537 R2 = 0.9953

120.00

y = 0.0005x 2 - 0.0378x + 1.2598 R2 = 0.9909

100.00

Pot. DC (W)

Pot fun (v rpm) R=14.4 ohm

y = 0.0003x 2 + 0.0115x - 2.9198 R2 = 0.9767

80.00 60.00

2

y = 0.0002x + 0.0078x - 1.1832 R2 = 0.9783

40.00

Pot fun (v rpm) R=11.5 ohm Pot fun (v rpm) R=8.4 ohm Pot fun (v rpm) R=5.2 ohm Pot fun (v rpm) R=2.2 ohm Polinómica (Pot fun (v rpm) R=2.2 ohm)

20.00

Polinómica (Pot fun (v rpm) R=5.2 ohm)

0.00 0

100

200

300

400

500

v (rpm)

600

Polinómica (Pot fun (v rpm) R=8.4 ohm) Polinómica (Pot fun (v rpm) R=11.5 ohm)

Fig. 6 Datos en carga Potencia DC (w) vs. rpm



potencia vs velocidad de viento, caso generador con carga

Ing. Juan Carlos Castillo Z.

14

Pruebas eléctricas IT - PE- 100 Con carga Pot. (w) fun. V (m/s)

Pot fun. V (m/s) R=22.8 Ohm Pot fun. V (m/s) R=20.7 Ohm

140.00

Pot fun. V (m/s) R=17.6 Ohm y = 0.5971x 2 - 2.8127x + 11.537 R2 = 0.9953

120.00

Pot fun. V (m/s) R=14.4 Ohm

2

y = 0.3428x - 0.9981x + 1.2598 R2 = 0.9909

Pot (w) DC

100.00

Pot fun. V (m/s) R=11.5 Ohm Pot fun. V (m/s) R=8.4 Ohm

80.00

y = 0.1921x 2 + 0.3034x - 2.9198 R2 = 0.9767

60.00

y = 0.1395x 2 + 0.2062x - 1.1832 R2 = 0.9783

Pot fun. V (m/s) R=5.2 Ohm Pot fun. V (m/s) R=2.2 Ohm

40.00 Polinómica (Pot fun. V (m/s) R=2.2 Ohm) 20.00 0.00 0.00

Polinómica (Pot fun. V (m/s) R=5.2 Ohm) 5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

Polinómica (Pot fun. V (m/s) R=8.4 Ohm) Polinómica (Pot fun. V (m/s) R=11.5 Ohm)

V (m/s)

Fig 7 Datos en carga Potencia DC (w) vs. rpm En las figuras 6, 7: se puede observar que la pendiente depende de la carga; para comprender mejor. A mayor carga física se genera mayor corriente y mayor potencia (la corriente es proporcional a la potencia P=V*I), pero a mayor resistencia eléctrica, menor corriente para que se dedé el equilibrio entre la potencia generada y la potencia consumida. La ecuación de la curva polinómica de grado 2 mostrada en la fig. 7, da a entender que con una resistencia eléctrica pequeña (2.2 Ohm), podría generar en vacío una potencia de 11.537 Watts. Esté valor es entregado por el aerogenerador una vesvez que haya roto el momento de inercia; de lo contrario la potencia es cero.

Comment [C1]: Se debe especificar que la fig.6 corresponde a la prueba de laboratorio. Y la fig 7 a la de campo Estas curvas son similares, si bien están variando las ecuaciones, considero que deberían tener menos similitud, pues la primera es el resultado obtenido en el laboratorio (con datos puntuales y controlados) y la segunda obtenida en función a la velocidad de viento, con datos variables.

En las curvas polinómicas de la fig, 7, se muestra que la mayoría de las curvas rompen inercia a un velocidad aproximada de 2.5 (m/s). Solo se considera las tendencias de las curvas más representativas, ya que los otros no llegan a trabajar a la frecuencia de 50 Hz. Se considera los 50 Hz como dato nominal de operación del aerogenerador.



Comment [C3]: No se han realizado las apreciaciones a este acápite

curva de vacío, caso generador sin carga Frecuencia [hz]

rpm

Ing. Juan Carlos Castillo Z.

Velocidad de

v ac L1

15

Comment [C2]: Son los otros datos registrados?

v ac L2

v ac L3

VDC

Pruebas eléctricas IT - PE- 100

2 5 7 9 11 15 18 21 23 26 28 33 37 39 41 43 45 45 46 47 48 50 51 53 55 57 59 60

15 37.5 52.5 67.5 82.5 112.5 135 157.5 172.5 195 210 247.5 277.5 292.5 307.5 322.5 337.5 337.5 345 352.5 360 375 382.5 397.5 412.5 427.5 442.5 450

vientov m/s 0.57 1.42 1.99 2.56 3.13 4.27 5.12 5.97 6.54 7.39 7.96 9.38 10.52 11.09 11.66 12.23 12.80 12.80 13.08 13.36 13.65 14.22 14.50 15.07 15.64 16.21 16.78 17.06

0.04 1.63 2.36 3.08 3.56 4.68 5.99 6.82 7.19 8.4 8.81 10.22 11.75 12.39 12.08 13.57 13.1 14.19 14.23 14.58 15.11 15.29 15.88 16.62 17.42 18.1 18.47 18.97

0.01 1.71 2.51 3.2 3.7 4.88 6.25 7.13 7.53 8.64 9.21 10.64 12.26 12.8 13.57 14.19 14.34 14.96 14.85 15.13 15.85 15.99 16.54 17.34 18.17 18.9 19.27 19.83

Tabla 6. Datos prueba de vacíovació

Ing. Juan Carlos Castillo Z.

16

0.01 1.67 2.39 3.1 3.57 4.7 6.29 6.85 7.23 8.44 8.87 10.31 11.82 12.38 13.07 13.67 13.14 14.35 14.33 14.6 15.23 15.38 15.95 16.69 17.62 18.17 18.56 19.1

0.5 6 6 7.6 8.1 9.9 11.4 12.2 12.6 14.2 14.7 16.4 18.4 16.4 20.2 21.4 20.9 22.8 21.8 22.2 23 23.9 24.1 25 26.2 27 27.5 28.1

Pruebas eléctricas IT - PE- 100 Prueba de vacio 30

y = -6E-06x 2 + 0.0586x + 2.7053 R2 = 0.984

25 Volt (v) fun. V (rpm)

Volt. DC (v)

20 y = 0.0556x + 2.9405 R2 = 0.9838

15

Polinómica (Volt (v) fun. V (rpm)) Lineal (Volt (v) fun. V (rpm))

10 5 0 0

100

200

300

400

500

v (rpm)

Fig 8 Datos prueba de vació Volt. fun. V (rpm) prueba de laboratorio? Prueva de vacio 30

y = -0.0044x 2 + 1.5454x + 2.7053 R2 = 0.984

Volt. DC (v)

25 y = 1.4666x + 2.9405 R2 = 0.9838

20

Volt. (v) fun. V (m/s) Polinómica (Volt. (v) fun. V (m/s))

15

Lineal (Volt. (v) fun. V (m/s)) 10 5 0 0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

v (m/s)

Fig 9 Datos prueba de vació Volt fun. V (m/s) – Prueba de campo 

voltaje vs. corriente, caso generador

Ing. Juan Carlos Castillo Z.

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Pruebas eléctricas IT - PE- 100 Con carga Volt. (v) fun. I (amp) 25 Volt (V) vs. I (Amp) rpm=210

Volt. DC (v)

20

Volt (V) vs. I (Amp) rpm=255

15

Volt (V) vs. I (Amp) rpm=277.5

10

Volt (V) vs. I (Amp) rpm=322.5

5

Volt (V) vs. I (Amp) rpm=352.5 Volt (V) vs. I (Amp) rpm=375

0 0

2

4

6

8

10

Volt (V) vs. I (Amp) rpm=397.5

I DC (Amp)

Fig.10 Datos prueba de carga Volt fun. I (Amp) DC Comparando la fig. 10 con la fig. 4: la fig. 4 se realizó en un torno garantizando una velocidad constante todo el tiempo. La fig. 10 se realizo en la prueba de campo. Por tanto los datos mostrados en la fig. 10 están con variación de ± 1 Hz; teniendo como resultado una variación en la velocidad de ± 7.5 rpm – esté valor es el resultado de dividir n  60 * f  / pp –. Si f = 1 Hz y pp = 8; siendo f “frecuencia”; y pp = pares de polos,

Comment [C4]: Para comprender mejor, sería bueno tener estas curvas en un mismo acápite.

Field Code Changed

entonces, n “velocidad en rpm” será ± 7.5. Resultados.  Las tensiones son aproximadamente iguales, hay una variación en la línea RS, debido a que las dos bobinas no están implementadas en forma simétrica.  La prueba de vacio del aerogenerador sugiere que no llega a saturarse el entrehierro, por tal motivo solo éstaestá actuando en la zona lineal, con una pendiente indicada claramente en la fig. 2.  A una velocidad de 375 rpm, y 8 pares de polos obtenemos 50 Hz teóricamente, llama la atención que a una velocidad de 630 rpm y 8 pares de polos se obtenga 46 Hz.

Comment [C5]: Esto se debe a factores de construcción?...

 En condiciones de carga, se observa que a un aumento de carga aumenta la potencia desarrollada por el generador, ver fig. 5 

El eje del generador no choca con los imanes internos, pero existe una separación mayor en el entrehierro, produciendo mayores pérdidas al equipo como tal.

Ing. Juan Carlos Castillo Z.

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Comment [C6]: Para justificar este resultado, se debería comparar las curvas obtenidas con la curva de potencia del IT-PE-100, presentado en el manual de construcción.

Pruebas eléctricas IT - PE- 100  En las fig. 8 y fig. 9, la curva de tendencia tiene dos formas: cuadrática y lineal, al ver la relación cuadrática en ambos se puede adoptar una curva lineal para poder modelar los aerogeneradores de la misma gama.  Tanto en la fig. 8 y 9, el valor constante de 2.9405 indica una tensión remanente, la cual es producto del efecto de los campos magnéticos de los imanes de neodimio.  Datos importantes del aerogenerador: Datos con carga R ohm

hz rpm v m/s

11.50 60 11.50 64 8.40 60

450 480 450

17.06 18.20 17.06

hz

rpm

v ac L1

v ac L2

17.25 18.86 16.97

v ac L3

18.08 19.67 17.75

17.4 18.98 17.11

A ac L1

VDC

ADC

1.53 21.9 1.91 1.64 23.9 2.05 2.11 21.4 2.64

P DC 41.89 49.00 56.45

Datos sin carga 57 59 60

427.5 442.5 450

v m/s 16.21 16.78 17.06

v ac L1

v ac L2

18.1 18.47 18.97

18.9 19.27 19.83

v ac L3

VDC

18.17 27 18.56 27.5 19.1 28.1

Conclusiones:  Al tener 8 pares de polos y 6 arrollamientos, el campo magnético de los imanes afecta de forma no simétrica al área de los arrollamientos. Ing. Juan Carlos Castillo Z.

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Comment [C7]: Cómo se obtiene este valor

Pruebas eléctricas IT - PE- 100  Se debe tener cuidado al momento de echar la resina a los arrollamientos ya que este procedimiento puede mover a los arrollamiento, consiguiendo desequilibrios en las mediciones de las fases.  Medir ó calcular la resistencia por fase, una vez que haya operado durante buen tiempo.  Estudiar nuevas formas de configuración tanto de los imanes permanentes comocono de los bobinados.  Realizar una reingeniería para poder calcular correctamente la sección del conductor.  Al aumentar la sección del conductor, se puede obtener mayor corriente y menor resistencia.

Juan Carlos Castillo Z. Ing. eléctrico

Ing. Juan Carlos Castillo Z.

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Comment [C8]: La finalidad de estas mediciones?