GENERADOR DE INDUCCIÓN AUTOEXCITADO CON CAPACITOR SHUNT Y AUTOREGULADO CON CAPACITOR SERIE PARA UTILIZACIÓN EN PLANTAS AUTONOMAS DE GENERACION EOLICA

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1 GENERADOR DE INDUCCIÓN AUTOEXCITADO CON CAPACITOR SHUNT Y AUTOREGUADO CON CAPACITOR SERIE PARA UTIIZACIÓN EN PANTAS AUTONOMAS DE GENERACION EOICA Robeto Ramíez Acelle Comté e Opeacón Económca el Stema Seccón Potgao FIEE Unvea Eléctco Inteconectao Naconal Naconal e Ingeneía. INTRODUCCION Cuano una máuna e nuccón e mpulaa po meo e un moto exteno a una veloca mayo ue la veloca íncona (elzamento negatvo, la eccón el toue electomagnétco e nvete, la potenca electomagnétca ale po u bone y la máuna tabaja como geneao e nuccón. En eta concón e opeacón, la máuna toma una coente ue e etaa e la tenón en má e 9 gao [], [] y [], la potenca actva fluye haca fuea e la mauna y la potenca eactva ngea. Eta feenca con epecto a la mauna íncona, e ebe a ue la máuna e nuccón no pone e un evanao e exctacón ubcao en el oto, n el tema e contol e la coente e exctacón. Po eta azón, paa cea u campo magnétco, la máuna e nuccón ebe abobe toa la potenca eactva neceaa e la e [4] o e la e y un banco e capactoe conectao a u bone paa la compenacón e la potenca eactva [5]. natualeza e la fuente e enegía ue e ponen en eto cao (háulca, eólca y ota, y con el objetvo e capta la máxma enegía poble, e neceao pemt ue eta mco-centale funconen a veloca vaable. Sumao a eto, no e poble utlza la e e tbucón paa egula fecuenca y tenón, n embago la enegía geneaa en foma alaa ebe poee una cala aecuaa paa u conumo. En ete ento, e han popueto alguno tema e geneacón alaa con veloca vaable ue utlzan geneaoe e nuccón, ue pueen egula la tenón con fecuenca vaable [8] y [9]. Oto tema e geneacón alaa, entegan tenón y fecuenca egulaa [] y []. En la Fgua. e mueta una etuctua alaa e geneacón con un geneao e nuccón con oble almentacón mpulao a veloca vaable, ue utlza un tema e contol paa mantene fecuenca contante en la caga. o motoe pmo ue e utlzan paa mpula a la máuna e nuccón como geneao, pueen e e veloca contante o e veloca vaable, ammo, la ubcacón el gupo moto pmo-geneao puee eta ceca a la e o en lugae alao. Po ello, egún [6] la etuctua e geneacón e pueen clafca en: De veloca contante y fecuenca contante, De veloca vaable y fecuenca contante, y De veloca vaable y fecuenca vaable. a mco-centale e geneacón, tene u pncpal aplcacón en la povón e enegía eléctca, a conumoe alejao e la e e tbucón, ue e ota foma no poían accee a ella. Debo a la Fgua. Geneao e nuccón con oble almentacón mpulao a veloca vaable almentano una caga alaa Con motoe pmo e veloca vaable, el funconamento e lo geneaoe

2 íncono puee vee afectao, n embago, paa eto cao el Geneao e Inuccón Autoexctao puee e convenentemente utlzao paa almenta caga etva e calefaccón, ue on eencalmente nenble a la fecuenca. En la Fgua. e mueta una etuctua e geneacón e ete tpo ue utlza una máuna e nuccón e jaula e alla, ue a pea e e má mple y e meno coto ue una e oto bobnao e mla potenca, euee meno mantenmento, e má obuta y peenta mayo confabla e opeacón. En ee ento, el peente tabajo e centa en ete tpo e etuctua e geneacón alaa, ue utlza al Geneao e Inuccón Autoexctao, ue etá ganano gan mpotanca paa lo uo nepenente e la enegía eólca []. El geneao e nuccón e amplamente conoco po u opeacón en paalelo con un tema eléctco e potenca ue le povee la potenca eactva paa la ceacón el campo magnétco, tal como e ha epotao en numeoa aplcacone a ecala munal. En el ámbto naconal, en [] e ecbe una aplcacón el geneao e nuccón opeano en paalelo con un tema eléctco e potenca, n embago como e ha manfetao, e factble u opeacón autónoma como geneao autoexctao. Fgua. Geneao e nuccón e jaula e alla almentano una caga alaa El concepto e autoexctacón e la máuna e nuccón emegó po pmea vez en 95, cuano Baet y Potte [4] motaon ue la máuna e nuccón puee funcona como geneao en moo alao, e mpulaa a una veloca etemnaa y e le conecta un capacto, en paalelo con lo temnale el etato. Ete banco en conexón hunt le va a umnta a la máuna la potenca eactva euea paa genea la tenón bucaa. El poceo e cecmento e la tenón en un geneao e nuccón e muy mla al cao e un geneao autoexctao e coente contnua, po lo cual ebe ext en el oto un valo convenente e magnetmo emanente. En auenca e un valo apopao e magnetmo emanente, el voltaje no ceceá: po ello e tan eeable mantene un alto nvel el magnetmo eual, con lo cual e faclta el poceo e autoexctacón e la máuna. Po lo tanto paa la opeacón autónoma el geneao e nuccón, la tenón emanente nuca po el flujo emanente el oto conttuye el punto e pata paa ue e nce el cecmento e la tenón, la ue e ncementaa po la coente el banco e capactoe poucénoe la autoexctacón. El valo fnal e la tenón en temnale e etablece po el eulbo ente la potenca eactva ue puee entega el banco e capactoe y la potenca eactva euea po la máuna, ue eta efna po la atuacón e u ccuto magnétco. En ee ento a lo lago e lo año e ha nvetgao el pncpo e funconamento, eño y apecto e contol el Geneao e Inuccón Autoexctao (GIA. Dee lo año ochenta, ebo al énfa mpueto en lo ecuo e enegía enovable, ha cobao mpotanca el eaollo e fuente nepenente e geneacón, con un geneao aíncono autoexctao meante capactoe en conexón hunt e mpulao po motoe pmo como molno e vento, peueña tubna háulca, motoe e combutón ue utlzan el bogá, etc. En tal ento ebo a u bajo coto, a ue no euee una fuente nepenente e potenca paa la exctacón, a u obutez y contuccón el oto n ecoblla, facla e mantenmento, autopoteccón en concone e falla, el GIA convenconal e ha conveto en una altenatva mpotante en la fuente e geneacón autónoma

3 [6] y [7] fente al geneao íncono (altenao convenconal. Exten numeoa publcacone ue han tatao en etalle el anál en etao etaconao el GAA convenconal. En eto tabajo e muetan vea técnca e olucón ya ea utlzano el ccuto euvalente e etao etaconao o el ccuto euvalente opeaconal, ente ello e puee cta a [5], [8], [9], [] y []. En 96, Doxey [5] popuo ncalmente un métoo e anál gáfco paa explca y calcula u compotamento en etao etaconao el GIA. En [] e analza lo euemento e capactoe hunt paa geneaoe aíncono autoexctao convenconale, poponeno un métoo analítco paa calcula la capactanca mínma euea paa la autoexctacón en vacío; motano ue ete valo e nveamente popoconal a la aíz cuaaa e la veloca y a la eactanca magnetzante atuaa. Ammo, e examna la nfluenca e la magntu el banco e capactoe hunt obe la máxma potenca ponble en temnale el geneao aíncono autoexctao. En too lo tabajo menconao, e ha pueto en evenca ue la pncpal eventaja el GIA e u pobe egulacón e tenón, ncluve opeano con veloca egulable. Po eta azón e ha nvetgao olucone paa mejoa la caacteítca extena (Tenón-Potenca el GIA y mejoa u factbla e aplcacón como fuente e geneacón nepenente. En [] y [] e han peentao veo euema e egulacón e tenón, ue utlzan capactoe hunt, nuctanca vaable o eactoe atuable, en euema e lazo ceao uano contactoe o conmutacón a ttoe. Sn embago eta olucone e egulaoe e tenón mplcan confguacone compleja e ntncao eño e ccuto e contol y poblema opeaconale como amónco y tantoo e conmutacón ue vcan la gane ventaja e la máuna aíncona como fuente e geneacón autónoma. En ete contexto, la ncopoacón e capactoe en conexón ee paa povee potenca eactva aconal, cuano el GIA opea con caga, ha eultao una e la má atactva opcone paa mejoa la egulacón el GIA, ue loga elmna el euemento e un egulao e tenón ya ue la compenacón ee tene caácte autoegulante. En ee ento en [4] y [5] e ha nvetgao euema e autoegulacón utlzano capactoe en ee paa efoza la potenca eactva umntaa po lo capactoe conectao en paalelo con lo temnale e la máuna y loga una caacteítca extena (Tenón-Potenca con tenón azonablemente contante. o capactoe ee pueen conectae e o foma; en la pmea (conexón cota lo capactoe etán en ee con la caga y en la eguna (conexón laga e conectan en ee con caa fae e la máuna, paa compena la caía e tenón en la etenca y la eactanca e peón el etato. Tanto en [4] como en [5] e utlza el ccuto euvalente paa el anál e la opeacón en etao etaconao el GIA con compenacón ee y e peenta técnca numéca e olucón el ccuto euvalente ncopoano la atuacón. En ambo tabajo la atuacón e nclua utlzano la caacteítca Tenón en el enteheo-reactanca Magnetzante, ue e obtene a pat e un enayo en vacío el moto aíncono elecconao paa opea como geneao aíncono. Ammo, [4] y [5] emuetan ue la egulacón e tenón y la capaca e coente el GIA e mejoan utancalmente con una apopaa eleccón e lo capactoe hunt y ee. En [5] e peenta una metoología paa la eleccón e lo capactoe hunt y ee a e utlzao en el GIA y e emueta ue la conexón cota e lo capactoe en ee, conttuye la altenatva e autoegulacón ue ofece una mejo caacteítca extena. En cuanto al anál tantoo el GIA exten alguno tabajo ue muetan el compotamento tantoo el GIA, patculamente la autoexctacón y eexctacón [], [6], [7], [8], [9] y []. En [] la atuacón e moelaa meante un polnomo ue ecbe la vaacón e

4 / m con el flujo concatenao magnetzante m, obteno a pat el enayo en vacío y e peenta enayo expementale ue valan lo eultao e la mulacone. Fgua.4 Geneao e nuccón e jaula e alla con oble bobnao en el etato con capactoe ee y almentano una caga alaa Fgua. Geneao e nuccón e jaula e alla con oble bobnao en el etato almentano una caga alaa En [] e eaolló y vefcó expementalmente un moelo paa el anál e la opeacón en etao etaconao e un geneao aíncono autoexctao con o bobnao nepenente en el etato (GIADBE, el cual e mueta euemátcamente en la Fgua.. En el bobnao e mayo tenón, e conectó lo capactoe hunt e exctacón y en el oto bobnao e conectó una caga puamente etva. El moelo e ete Geneao e Inuccón no convenconal e eaolló con la fnala e aplcalo a la vefcacón el eño e geneaoe e nuccón etnao a planta eólca, lo ue tenían pevto entega potenca po meo e un tema e ectfcacón a un banco e bateía e o 4 volto. En eto cao eultó aecuao utlza un bobnao nepenente e mayo tenón paa la conexón e lo capactoe e exctacón []. El GIADBE, al gual ue el GIA convenconal, peenta la eventaja e la pobe egulacón e tenón y la eexctacón con potenca mayoe a u potenca máxma. En el peente tabajo e ha eaollao un moelo paa el anál e etao etaconao y tantoo el Geneao e Inuccón Autoexctao con Doble Bobnao en el etato, el cual, aemá e lo capactoe hunt paa la autoexctacón, poee capactoe en ee con la caga. En eta popueta, ue e euematza en la Fgua.4, lo capactoe ee e han utlzao paa mejoa la egulacón e tenón e ncementa la capaca e obecaga el Geneao e Inuccón Autoexctao con Doble Bobnao en el etato. Paa moela eta máuna la ecuacone han o efomulaa en témno e flujo concatenao y e ha epeentao la atuacón el ccuto magnétco el geneao utlzano un moelo ue fue popueto y vefcao expementalmente en [].. MODEO MATEMATICO DE GENERADOR DE INDUCCIÓN AUTOEXCITADO CON DOBE BOBINADO EN E ESTATOR En ete acápte e mueta el moelo matemátco el Geneao e Inuccón Autoexctao con Doble Bobnao en el Etato (GIADBE utlzano lo flujo concatenao como vaable e nteé. En la efeenca [] e ha moelao el Geneao e Inuccón con Doble Bobnao en el Etato utlzano la coente e la bobna como vaable. 4

5 En la Fgua. e mueta una epeentacón euemátca e la máuna e nuccón con oble bobnao en el etato, confomaa po nueve bobna acoplaa magnétcamente. a bobna A, B y C, ubcaa en el etato epeentan al evanao tfáco e exctacón, en el cual e conectan lo capactoe hunt. El evanao e caga (U, V y W tambén eta ubcao en el etato. El evanao otóco e ha epeentao po la bobna, y t. Fgua. Geneao e Inuccón Tfáco con Doble Bobnao en el Etato a ecuacone e tenón-coente el GIDBE e epeentan egún la ecuacón (.. V V V, Z Z Z Z V, I * I (. I y I on lo vectoe e tenone y coente el etato y oto epectvamente, ue tenen lo elemento motao en (.. t V v A vb vc vu vv vw t I A B C U V W. t V v v vt t I t Po u etuctua, la matz e mpeanca el GIDBE tene 8 elemento no nulo ue etán tbuo en la matce [Z ], [Z ], [Z ] y [Z ]. Alguno e eto elemento epenen e la pocón Ө el oto, po lo tanto eta ecuacone feencale on el tpo no lneal y paa euc u compleja e neceao aplca un cambo e vaable. En [] y [4] e analzan lo tema e efeenca o tanfomacone má utlzaa paa el anál e la mauna e nuccón. En el anál e la máuna e nuccón métca e uual utlza un tema e efeenca fjo al etato. En [5] e utlza la tanfomacón e un tema e te eje a un tema e o eje, manteneno nvaante la potenca: f f a f fb fo fc (. Depué e aplca la Tanfomacón e Fae a la máuna tfáca y luego e habe epaao la fla y columna e la vaable o, ue olo apaecen en el cao e falla amétca en máuna con el neuto conectao, e obtene la ecuacone feencale aa po: V ' Z ' * I ' (.4 En eta ecuacón [Z ] e la matz e mpeanca e la mauna tanfomaa y lo vectoe e tenone y coente el etato y oto epectvamente, tenen la guente etuctua: ' t V v v v v v v ' t I (.5 a ecuacone feencale eultante coeponen a un geneao e nuccón bfáco con o bobnao en el etato, ue e epeenta euemátcamente en la Fgua., y ue e euvalente ee el punto e vta e conveón electomecánca e enegía al geneao e nuccón tfáco con oble bobnao en el etato. 5

6 Fgua. Geneao e Inuccón Bfáco con Doble Bobnao en el Etato Euvalente a etuctua e la matz e mpeanca e eta máuna euvalente e e oen 6x6, con 6 elemento no nulo. Alguno e eto elemento epenen e la pocón Ө el oto, po lo tanto el moelo matemátco e eta máuna aun e el tpo no lneal. a no-lneala toavía peente en la ecuacone feencale e elmna eemplazano lo bobnao y el oto el GIDBE bfáco po bobnao fjo y alneao a lo eje y el etato. Eta tanfomacón eaollaa en [5] tambén e enomna Tanfomacón e Conmutao. R p M p M p R p M p M p R p M p M p R p M p Mwm M p M wm R p Mwm M p M wm M p wm (.7 Paa obtene el compotamento el GIDBE, lo bobnao el oto y e caga han o eflejao al bobnao e exctacón. Con eta eflexón toa la nuctanca magnetzante e caa evanao y la nuctanca mutua e gualan, tal como e euematza en la Fgua.. M p M p w m R p Paa tanfoma un tema e bfáco e eje otogonale α -β otante a una etemnaa veloca tal ue θ=w t en un tema bfáco e eje octogonale - fjo e utlza la guente tanfomacón otogonal: f f co en en f co f (.6 uego e la aplcacón e eta tanfomacón, e obtene la matz [Z ] e mpeanca e mauna tanfomaa e (.7, ue nca ue la ecuacone feencale on lneale. Fgua. Moelo - el GIDBE eflejao al evanao e exctacón. MODEO PROPUESTO PARA E GIADBE CON CAPACITORES SHUNT PARA A AUTOEXCITACIÓN Y CAPACITORES EN SERIE CON A CARGA. MODEO MATEMÁTICO En el peente tabajo la ecuacone e la máuna han o expeaa utlzano lo flujo concatenao como vaable e nteé []. a ea ha o obtene el flujo concatenao magnetzante e la máuna ( m, ya ue e utlzao paa expea la nuctanca magnetzante (M y e ea manea conea el efecto e la atuacón. 6

7 7 En la Fgua. e mueta el moelo el GIADBE, con capactoe hunt paa la exctacón y capactoe en ee con la caga paa la autoegulacón, expeao en un tema e efeenca - fjo al etato, ue eá enomnao GIADBECSE. Fgua. Moelo - el GIDBCSE eflejao al bobnao e exctacón ncluyeno lo capactoe y la etenca e caga a ecuacone feencale e tenón el GIADBCSE, on: p R p R p R v p R v p R v p R v (. o flujo concatenao e lo bobnao el etato y oto on: m m m m m m (. Done: ( ( m m M M (. a tenone en lo bobnao e exctacón y caga el etato etán aa po: C e C e h h R pc v R pc v pc v pc v (.4 Eta ecuacone feencale y algebaca pueen e expeaa meante lo ccuto euvalente eaollao e manea epaaa en lo eje y (Fgua.. (a Eje cuaatua

8 magnetzante, e poble obtene u magntu meante la ecuacón (.7, aa po: m m m (.7 uego e calcula: a a m a M m (.8 (b Eje ecto Fgua. Moelo el GIDBECSE en un tema e efeenca - fjo al etato. ESTRATEGIA DE SOUCIÓN DE AS ECUACIONES AGEBRAICO- DIFERENCIAES Paa la olucón e la ecuacone el GIADBECSE, e neceao ue la ecuacone menconaa ean epejaa en la foma euea paa efectua la mulacone meante el Toolbox Smulnk e Matlab. Entonce, a pat e la ecuacone (. e obtene: p p p p p p v v v v R R R R R R (.5 Con la ecuacone (. e poble epeja la componente en lo eje y el flujo concatenao magnetzante e la máuna, expeao en funcón e la vaable el bobnao e exctacón. m m (.6 Una vez obtena la componente en lo eje y el flujo concatenao Entonce, la componente en lo eje y e la coente e lo bobnao e exctacón y caga, aí como la componente e la coente el oto e calculan a pat e la ecuacone (. y (., meante la guente elacone: m ( M m ( M ( m ( ( ( m m m (.9 Po lo tanto, la tenone en lo bobnao e exctacón y caga el etato etán aa po: v pc v v v pc pc pc h h e e R R C C (. 4. TRANSITORIOS EN E GENERADOR DE INDUCCIÓN AUTOEXCITADO CON DOBE BOBINADO EN E ESTATOR (GIADBE 4. AUTOEXCITACIÓN DE GIADBE CON CARGA RESISTIVA Conte en mpula al GIADBE a una veloca contante e 7 pm, con una 8

9 VOTIOS VOTIOS caga etva en el bobnao e caga y luego e conecta (en el bobnao e exctacón un banco e capactoe e uf/fae. Se ha encontao ue paa eta concone, la etenca e caga cítca e 7.5 po fae (Fgua 4. y ue con etenca e caga menoe a ete valo no e poble la autoexctacón (Fgua 4.. AUTOEXCITACION DE GIADBE CON Rc=7.5 OHM A 7 RPM, Ch= uf/fae y SIN CAPACITOR SERIE TENSION EXCITACION (V TENSION CARGA (V Fgua 4. Autoexctacón el GIDBE con la caga etva ctca AUTOEXCITACION DE GIADBE CON Rc=5 OHM A 7 RPM, Ch= uf/fae y SIN CAPACITOR SERIE TENSION EXCITACION (V TENSION CARGA (V Fgua 4. Autoexctacón el GIADBE con etenca e caga meno a la ctca En la Fgua 4. e mueta el poceo e autoexctacón paa etenca e caga mayoe al valo ctco. VOTIOS AUTOEXCITACION DE GIADBE CON Rc=5 OHM A 7 RPM, Ch= uf/fae y SIN CAPACITOR SERIE TENSION EXCITACION (V TENSION CARGA (V Fgua 4. Autoexctacón el GIADBE con etenca e caga mayo a la ctca 4. CAMBIOS BRUSCOS DE CARGA EN E GIADBE En la Fgua 4.4 y 4.5 e mueta la evolucón en el tempo e la tenone y coente e lo bobnao e exctacón y caga. Po el ncemento e la caga, e peentan mnucone tantoa en la tenone, ue e etablzan 5 m epué e povocao el evento. Sn embago, en la Fgua 4.6 e apeca ue la obecaga mulaa eexcta al GIADBE. VOTIOS GIADBE CAMBIO DE CARGA DE Rc=7 OHM A 7.5 OHM TENSION EXCITACION TENSION BOBINADO DE CARGA Fgua 4.4 Compotamento tantoo e la tenone 9

10 A GIADBE CAMBIO DE CARGA DE Rc=7 OHM A 7.5 OHM CORRIENTE CARGA CORRIENTE EXCITACION Fgua 4.5 Compotamento tantoo e la coente VOTIOS GIADBE CORTOCIRCUITO EN A CARGA TENSION EXCITACION TENSION BOBINADO DE CARGA Fgua 4.7 Compotamento tantoo e la coente GIADBE CORTOCIRCUITO EN A CARGA VOTIOS GIADBE CAMBIO DE CARGA DE Rc=5 OHM A 4 OHM TENSION EXCITACION TENSION BOBINADO DE CARGA Fgua 4.6 Deexctacón po cambo a caga mayo a la ctca Se mueta ue exte un punto e colapo ue eta ao po una concón e caga epeenta una etenca e caga meno a la etenca e caga ctca. 4. CORTOCIRCUITO EN A CARGA DE GIADBE El cotoccuto en la caga e un evento ue tene gan pobabla e ocuenca. En la Fgua 4.7 e mueta ue al pouce ete evento el GIADBE e eexcta ca ntantáneamente. a coente el bobnao e caga (Fgua 4.8 peenta la típca evolucón en el tempo e la coente e cotoccuto en la máuna e nuccón. A CORRIENTE CARGA CORRIENTE EXCITACION Fgua 4.8 Compotamento tantoo e la coente Aun cuano ete compotamento ante cotoccuto puee e coneao como una ventaja, ete tpo e falla puee povoca la ncetumbe e ue la máuna puea e-exctae epué el evento n eue ue lo capactoe e exctacón eban e cagao pevamente. 5. TRANSITORIOS EN E GENERADOR DE INDUCCIÓN CON DOBE BOBINADO EN E ESTATOR AUTOEXCITADO CON CAPACITORES SHUNT Y AUTORREGUADO CON CAPACITORES SERIE (GIADBECSE 5. EFECTO DE A ADICION DE UN CAPACITOR EN SERIE CON A CARGA EN E GIADBE Se ha mulao la autoexctacón el GIADBE a la mma concone e veloca y capacto e exctacón, añaénole un capacto en ee con la caga etva, coneano feente valoe e caga etva ee 5 hata 7. o eultao (Fgua 5., 5. y

11 5. muetan ue al ncopoa capactoe en ee con la caga, el geneao e nuccón puee autoexctae ncluve con etenca e caga menoe al valo ctco, upeano la nflexbla menconaa en el acápte CAMBIOS BRUSCOS DE CARGA EN E GIADBECSE En la Fgua 5.4, 5.5 y 5.6 e mueta la evolucón en el tempo el compotamento el GAADBCSE ante un evento e cambo e caga. AUTOEXCITACION DE GIADBECSE CON Rc=7 OHM A 7 RPM, Ch= uf/fae y Ce= uf/fae VOTIOS VOTIOS VOTIOS TENSION EXCITACION TENSION CARGA TENSION CAPACITOR SERIE Fgua 5. Tenone, autoexctacón el GIADBECSE con caga mayo a la ctca AUTOEXCITACION DE GIADBECSE CON Rc=7.5 OHM A 7 RPM, Ch= uf/fae y Ce= uf/fae TENSION EXCITACION TENSION CARGA TENSION CAPACITOR SERIE Fgua 5. Tenone, autoexctacón el GIADBECSE con la caga ctca AUTOEXCITACION DE GIADBECSE CON Rc=7 OHM A 7 RPM, Ch= uf/fae y Ce= uf/fae TENSION EXCITACION TENSION CARGA TENSION CAPACITOR SERIE Fgua 5. Compotamento e la tenoneauto exctacón con caga el GIADBECSE VOTIOS - - GIADBECSE CAMBIO DE CARGA DE Rc=7 OHM 4 OHM (Ce= uf/fae TENSION EXCITACION TENSION BOBINADO DE CARGA Fgua 5.4 Compotamento e la tenone en lo bobnao-cambo e caga GIADBECSE A GIADBECSE CAMBIO DE CARGA DE Rc=7 OHM 4 OHM (Ce= uf/fae CORRIENTE CARGA CORRIENTE EXCITACION Fgua 5.5 Compotamento e la coente e lo bobnao-cambo e caga GIADBECSE o eultao ponen en evenca un ncemento en la capaca y habla el GIADBECSE paa opota gane evento n pee la etabla, popeae ganaa po la ncopoacón e lo capactoe ee.

12 VOTIOS VOTIOS GIADBECSE CAMBIO DE CARGA DE Rc=7 OHM 4 OHM (Ce= uf/fae TENSION EN A CARGA TENSION CAPACITOR SERIE Fgua 5.6 Compotamento e la tenone en la caga y capacto ee-cambo e caga GIADBECSE CORTOCIRCUITO EN A CARGA DE GIADBECSE Debo a la falla mulaa, la tenón en el bobnao e exctacón expementa un cecmento e % (e 75.6 V a 77 V. a obeexctacón el GAADBCS e explca ya ue po efecto el cotoccuto uea opeano en vacío, con el capacto ee conectao en paalelo con lo temnale el bobnao e caga e la máuna. GIADBECSE CORTOCIRCUITO EN A CARGA (Ce= uf/fae TENSION EXCITACION TENSION BOBINADO DE CARGA Fgua 5.7 Compotamento e la tenone en lo bobnao a coente en el capacto ee e ncementa notablemente en 74 % uante el cotoccuto. En contate con el GIADBE ue e eexcta po un cotoccuto oteno, ahoa exte una aecuaa coente ue eta almentano la falla y e actvaá la poteccón e obecoente el geneao. Ammo una vez lbeao el VOTIOS cotoccuto el GIADBCSE no va a eue la caga e lo capactoe paa el enco e la opeacón. A GIADBECSE CORTOCIRCUITO EN A CARGA (Ce= uf/fae CORRIENTE CARGA CORRIENTE EXCITACION Fgua 5.8 Compotamento e la coente en lo bobnao GIADBECSE CORTOCIRCUITO EN A CARGA (Ce= uf/fae TENSION EN A CARGA TENSION CAPACITOR SERIE Fgua 5.9 Compotamento e la tenone en la caga y capacto ee-giadebcse- Cotoccuto en la caga 5.4 CORTOCIRCUITO EN E CAPACITOR SERIE Se ha mulao un cotoccuto en lo capactoe ee a pat e una concón ncal e opeacón en la ue el GIADBCSE eta almentao una caga etva e 5 /fae. Se apeca ue al peee la contbucón e lo capactoe ee el geneao e convete en un GIADBE almentao una caga etenca e caga e 5 mayo al valo cítco, lo ue explca el poue eta falla no povoca el colapo e la tenón el geneao.

13 VOTIOS A GIADBECSE CORTOCIRCUITO EN E CAPACITOR SERIE ( uf/fae TENSION EXCITACION TENSION BOBINADO DE CARGA Fgua 5. Compotamento e la tenone en lo bobnao GIADBECSE CORTOCIRCUITO EN E CAPACITOR SERIE ( uf/fae CORRIENTE CARGA CORRIENTE EXCITACION Fgua 5. Compotamento e la coente en lo bobnao GIADBECSE CORTOCIRCUITO EN E CAPACITOR SERIE ( uf/fae o eultao ncan ue el GIADBCSE eta opeano con caga, ue epeentan etenca mayoe a la etenca cítca el GIADBE poá eponee a lo efecto e la péa e lo capactoe ee, ebo a un cotoccuto. 6. OPERACIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO 6. ECUACIONES DE ESTADO ESTACIONARIO DE GIADBECSE Paa obtene la ecuacone e etao etaconao el GIADBECSE mpulao a una veloca w contante e eemplaza en la ecuacone feencale y algebaca (.7, (.8, (.9 y (. la guente elacone: p jw w w w V ( v I ( V ( v I ( jv j jv j / / / / (6. I ( j / Intepetano la ecuacone eultante e llega al ccuto euvalente paa la opeacón en etao etaconao el GIADBECSE, en el cual apaece el capacto C e en ee con la caga (Fgua 6.. VOTIOS TENSION EN A CARGA TENSION CAPACITOR SERIE Fgua 5. Compotamento e la tenone en la caga y capacto Fgua 6. Ccuto euvalente e etao etaconao el GIADBECSE

14 6. ESTRATEGIA DE SOUCION DE AS ECUACIONES DE ESTADO ESTACIONARIO DE GIADBECSE Aplcano la leye e Kchoff en el ccuto euvalente e la Fgua 6. y al epaa la pate eale e magnaa en la ecuacone e obtenen 6 ecuacone algebaca. Paa la olucón e eta ecuacone e neceao ue extan olamente 6 ncógnta, paa ello, e puee peefn lo valoe ec h, C e, R c y w y e ha entfcao 6 vaable (ncógnta e moo tal ue: V x jx 6 / jx x V x jx wr C m 4 5 (6. Efectuano la opeacone e obtene la ecuacone e etao etaconao el GAADBCSE aa po (6.. wr C R x R x wc 4 h wc / R / R x h h x h c c x w w w / R x w x x 4 x (/ M x c C C / R / R 5 h x x wx h c c x x x wx (( R / x 4 (6. x x / R x ( R 4 x c (( 5 /( wc /( wc / x 6 w x5 ( R / x6 ( w e e R wx R c c 5 ( w En (6. /M e una funcón el flujo concatenao e ha expeao meante la elacón empíca /M = a +a Ψ m + a Ψ m. (Ve Fgua 6.. /Heno FUNCION /M y = 4.545x -.65x Flujo concatenao magnetzante (Webe /M Poly. (/M Fgua 6. Ccuto euvalente e etao etaconao el GIADBECSE Se apeca ue en (6. e tenían poble ncógnta: R c, w, C h, C e, x, x, x, x 4, x 5 y x 6. Entonce paa efn un punto e opeacón, como e ha menconao, bataía con agna valoe a R c, w, C h, C e ueano el eto e ncógnta efna al eolve la ecuacone. Paa eolve la ecuacone etao etaconao el GIADBECSE e utlza el métoo teatvo e Newton-Raphon. 6. OPERACIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO DE GIADBE SEECCIÓN DE CAPACITOR DE BOBINADO DE EXCITACIÓN (Ch Se han ealzao mulacone e la opeacón en vacío el GIADBE, mpulao a veloca contante (7 pm con cnco magntue e capacto e exctacón (Fgua 6.. Se ha elecconao uf/fae como capacto C h, paa pouc en vacío valoe cecano a la tenone nomnale e lo bobnao e exctacón y caga el geneao mplementao (Anexo. 4

15 En la Fgua 6.5 y 6.5, ue mueta el compotamento e la tenón en el bobnao e exctacón y e caga en funcón e la potenca conuma en la caga, e apeca ue lo eultao el moelo popueto en el peente tabajo tenen una mejo apoxmacón a lo eultao expementale e []. Fgua 6. Efecto el capacto tenón en vacío Ch obe la CARACTERÍSTICA EXTERNA DE GIADBE Toa la mulacone e la opeacón en etao etaconao han o ealzaa a una veloca contante e 7 pm, con el banco e capactoe C h e uf/fae en el bobnao e exctacón y umntano potenca a una caga puamente etva vaable. En la Fgua 6.4 e mueta la caacteítca extena ó caacteítca P-V, ue peenta la foma típca e lo geneaoe autoexctao, e ec, pateno e la concón e vacío al ncementae la caga la tenón mnuye y luego e alcanza una potenca máxma (64 W y una caía e tenón en ete punto e 5 %. V CARACTERISTICA V (BOBINADO DE EXCITACION-P DE GIDBE POTENCIA EN A CARGA (W PRUEBAS REFERENCIA [] MODEO REFERENCIA [] MODEO PROPUESTO Fgua 6.5 Caacteítca P-V el bobnao e exctacón el GIADBE En [] la atuacón fue moelaa meante una epeentacón e la nuctanca magnetzante M en funcón e la coente magnetzante utlzano te tamo lneale, menta ue en el peente tabajo e moela la atuacón meante la funcón /M = a +a Ψ m + a Ψ m., ue peenta mejo ajute a lo punto expementale e la pueba paa etemna la nuctanca magnetzante. Eto eultao muetan la valez el moelo eaollao paa la peccone el compotamento en etao etaconao el GIADBE. Fgua 6.4 Caacteítca P-V el GIADBE 5

16 4 CARACTERISTICA V (BOBINADO DE CARGA-P DE GIDBE caacteítca CA, ya ue pueen e egtao expementalmente []. VOTIOS POTENCIA EN A CARGA (W PRUEBAS REFERENCIA [] MODEO REFERENCIA [] MODEO PROPUESTO Fgua 6.6 Caacteítca P-V el bobnao e caga el GIADBE FUJO MAGNETIZANTE (WEBER CARACTERÍSTICA RESISTENCIA-FUJO En la Fgua 6.7 e mueta la caacteítca Flujo Concatenao veu Retenca e caga. Se obeva ue lo punto e eulbo en etao etaconao exten paa etenca e caga mayoe al valo en C, paa la concone e opeacón ncaa. C RESISTENCIA DE CARGA (OHM Fgua 6.7 Caacteítca Retenca-Flujo Magnetzante el GIADBE En [], ue analza al geneao e nuccón convenconal, e mueta ue má allá el punto C, matemátcamente exten o poble punto e opeacón po caa valo e etenca e caga. Uno e ello con un flujo magnetzante bajo y el oto con un flujo magnetzante alto. En la eala olamente exten lo punto e opeacón etaconao con flujo magnetzante alto ubcao en la A CARACTERÍSTICA RESISTENCIA- POTENCIA De manea mla en la Fgua 6.7 e obeva ue al mnu la etenca e caga a pat e un punto e opeacón etable (E, la potenca en la caga e ncementa hata el punto D en ue e alcanza el máxmo valo. Ma allá e ete punto, una mnucón e la etenca e la caga povoca una mnucón e la potenca. a concón ctca e opeacón coeponente a la máxma potenca epeenta el límte e opeacón atfactoa el geneao. Paa emana mayoe, el contol e potenca vaano la etenca e caga e hace netable, e ec una mnucón e la etenca e caga povoca una mnucón e la potenca en la caga. Ete fenómeno conttuye un evento catatófco, ya ue el geneao e eexcta y la tenón en temnale el geneao mnuye otenamente hata el valo emanente. POTENCIA EN A CARGA (W C D RESISTENCIA DE CARGA (OHM Fgua 6.8 Caacteítca Retenca-Potenca el GIADBE De la Fgua 6.8 el valo cítco e etenca e caga e 7.5 ohm. Ete eultao explca poue el GIADBE no puo autoexctae con una caga etva epeentaa po una etenca meno a ete valo. E 6

17 TENSION EN A CARGA (V F C POTENCIA EN A CARGA (W Fgua 6.9 Caacteítca Potenca-Tenón el GIADBE a explcacón anteo puee hacee tambén en la Fgua 6.9. Se apeca ue al ncementa la potenca ee la concón e vacío (F hata concone e mayo caga (E la tenón mnuye y la potenca olo poá ncementae hata el punto D. Eta concón ctca e opeacón ue coepone a la máxma potenca epeenta el límte e la opeacón atfactoa el GIADBE. Ma allá el punto D, la caga tene a mnu la potenca el GIADBE, e ec, al euc la etenca e la caga a pat el punto e opeacón F, la tenón mnuye gaualmente paano po E y llegano hata el punto D. En el camno e F haca D, la penente e la tenón e negatva y e va ncementano en magntu, hata ue en el punto D alcanza un valo negatvo nfnto. Ma allá el punto D la penente camba e gno y peenta alto valoe. Se puee ec ue too lo punto e opeacón ee D hata C on netable y el geneao en eta zona e eexctaá. El punto e máxma potenca D e e gan mpotanca poue pemte v la caacteítca P-V en o pate: la etable, ue e la zona upeo po encma el punto D y la zona netable (la pate nfeo o zona e eexctacón. Entonce, el GIADBE en etao etaconao peenta la guente eventaja: ( Pobe egulacón e tenón, en vacío la tenón en la caga e V y a la potenca máxma e 64 W, la tenón E D TENSION EN A CARGA (P.U. e olo 9 V, ue epeenta.75 p.u. e la tenón e vacío. Eta nflexbla ue le mpe apovecha a plentu la etuctua magnétca e la máuna y la capaca e coente e u bobnao, e una caacteítca ue entfca a lo geneaoe autoexctao. ( Deaolla una potenca máxma. S el geneao e cagao po encma e ete valo e vuelve netable y e eexcta. ESTIMACION DE A POTENCIA NOMINA DE GIADBE IMPUSADO A 7 RPM Se ha bucao el valo e C h con el cual e tenga la concón e máxma potenca a la tenón e vacío. De la Fgua 6. e puee aum ue la potenca nomnal el GIADBE e 6 W POTENCIA EN A CARGA (W uf 5 uf 4 uf 4.5 uf Vnom Fgua 6. Caacteítca P-V el GIADBE mpulao a 7 pm con feente valoe e C h 6.4 OPERACIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO DE GIDBECSE Paa compena la caía e tenón en el bobnao e caga y apovecha la potenca nomnal e la máuna e nuccón utlzaa, e ha conectao un capacto en ee con caa fae el bobnao e caga. Ete capacto C e ha o menonao e moo tal ue la potenca nomnal e 6 W e entegue a la caga etva a la tenón nomnal ( V. 7

18 CARACTERÍSTICA EXTERNA DE GIADBCSE En la Fgua 6. e mueta como evolucona la tenón en la caga en funcón e la potenca umntaa a la caga etva (en p.u. con una potenca bae e 6 W el GIADBECSE con el banco e capactoe e uf/fae en el bobnao e exctacón, con un capacto ee C e en caa fae el bobnao e caga y umntano potenca a una caga vaable puamente etva. CARACTERISTICAS P-V EFECTO DE CAPACITOR SERIE vaacón pemble e la tenón en la caga, el ango paa eleccona el valo el capacto ee e e a 4 uf. Se ha elecconao un capacto ee e uf paa entega la potenca nomnal e 6 W a la caga a una tenón ue ea páctcamente el valo e vacío. Se puee ec ue el capacto ee flexblzaá la opeacón el GIADBE ya ue puee pemtle opea ceca e u límte témco, logano el máxmo apovechamento e la máuna. 6. REGUACION DE TENSION EFECTO DE CAPACITOR SERIE TENSION EN A CARGA (V POTENCIA EN A CARGA (P.U. Sn Ce 4 uf 5 uf uf 5 uf uf Fgua 6. Efecto el capacto ee obe la caacteítca P-V En la Fgua 6. e apeca ue la máxma potenca el GIADBE e.4 p.u., menta al utlza un capacto en ee con la caga e puee obtene potenca mayoe ue e acecan a la potenca nomnal y con la cual e apovecha plenamente a la máuna e nuccón utlzaa. SEECCIÓN DE CAPACITOR SERIE (Ce Paa eleccona la magntu e capacto ee e ha utlzao el concepto e egulacón, ue ha o efna como el pocentaje e cambo e la tenón en la caga a mea ue el geneao entega potenca ee ceo hata el valo nomnal. En la Fgua 6. e mueta como evolucona la egulacón e tenón en la caga, en funcón el valo e capacto ee. S e acepta 5 % como ango e REGUACION (% CAPACITOR SERIE (uf Fgua 6. Regulacón e tenón en funcón el capacto ee CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DE GIADBCSE Se ha calculao el compotamento en etao etaconao el GIADBECSE, con el capacto ee e uf y lo eultao han o eumo en la Fgua 6.. Se apeca ue: Ente la concón e vacío y la ue coepone a la potenca nomnal (6 W, la tenón en la caga e mantene en el ango e.95 a. p.u., ebo al efecto autoegulante el capacto ee conectao en lo temnale el bobnao e caga. a fecuenca e geneacón e mantene ente.95 a. p.u. epecto el valo e vacío. a tenón en el bobnao e exctacón e mantene en el ango anteo e.95 a. p.u., ee vacío hata una concón e caga cecana al 6 % e 8

19 la caga nomnal. Paa potenca upeoe al 6 % eta tenón expementa un cecmento, alcanzano una obetenón e 8 % a la potenca nomnal. Se puee ec ue eta obetenón no ebe e coneaa como un eo poblema, ya ue eta ento e lo ango aceptable paa máuna nomale. Ammo, e neceao emaca ue la máuna pueen e eñaa paa opota en foma contnua tale obetenone. a tenón en el capacto ee V Ce mueta un compotamento ca lneal con la caga; a la potenca nomnal eulta aleeo e.46 p.u. ue epeenta 55. V. a coente e exctacón coeponente al banco e capactoe hunt, e mantene enblemente contante, gueno el compotamento e la tenón e exctacón. Menta ue la coente e la caga evolucona en foma popoconal a la potenca conuma, en vtu a la apoxmaa contanca e la tenón e la caga. con el euema e egulacón etuao en el peente tabajo. CARACTERÍSTICAS RESISTENCIA- POTENCIA Y RESISTENCIA-FUJO MAGNETIZANTE Se ha contuo eta caacteítca y e muetan en la Fgua 6.4. Se obeva ue al mnu la etenca e caga, el flujo magnetzante aumenta y han eapaeco la etccone paa la autoexctacón con caga y paa caa valo e etenca e caga exte un únco valo e flujo magnetzante. Po lo tanto, la zona e netabla ha o eplazaa ma allá e la concón e opeacón a caga nomnal e la mauna. FUJO MAGNETIZANTE (WEBER RESISTENCIA DE CARGA (OHM FUJO MAGNETIZANTE POTENCIA EN A CARGA (p.u. Fgua 6.4 Caacteítca Retenca- Potenca el GIADBECSE mpulao a 7 pm 7. CONTRIBUCIONES Y CONCUSIONES 7. CONTRIBUCIONES Fgua 6. Caacteítca e opeacón e GIDBECSE o eultao ncan ue el GIADBECSE peenta apopaa egulacón e tenón, ue lo hacen atactvo cuano e compaao con un geneao íncono, ya ue el altenao convenconal, aemá e e mucho má cao, euee e un tema e exctacón y egulacón e la tenón, ue peenta gan compleja al e compaao En la lteatua ecoplaa y evaa no e ha encontao publcacone en la ue e etue un geneao e nuccón autoexctao con oble bobnao en el etato. En el peente tabajo e eaolla el moelo matemátco, e etuan lo tantoo e mayo nteé y e mueta la opeacón en etao etaconao el GIADBE. 9

20 Se mueta ue con la ncopoacón e capactoe en ee con la caga, e elmna la nflexblae el GIADBE ue poee olamente capactoe e exctacón hunt, logano ncementa u capaca e obecaga y po lo tanto e le ota e mayoe mágene e etabla paa la opeacón en etao etaconao y paa hace fente a un conjunto e evento e gan envegaua. 7. CONCUSIONES El GIABDE al gual ue el GIA convenconal, poee o nflexblae ue le mpen compet con el geneao íncono: la pobe egulacón e tenón y una naecuaa utlzacón e u potenca máxma ponble. Po eta azón, puee eexctae cuano e obecagao po encma el punto e colapo e tenón o ante un cotoccuto en la caga. Al eexctae puee eue la caga e lo capactoe paa la e-exctacón. Sn embago, e le añae capactoe en ee con la caga e loga una buena egulacón e tenón y una apopaa utlzacón e la potenca máxma ponble. Eta nflexblae pueen upeae ebo a ue el capacto ee compena pate e la eactanca e peón el evanao e caga paa cualue concón e opeacón. Ammo, e peenta un cotoccuto en la caga, el geneao e obeexcta y peenta una coente e falla ue puee e etectaa po la poteccón e obecoente. Ammo, lo eultao e la mulacone y ota ue fuean euea utlzano el moelo eaollao en el peente tabajo poveeán la nfomacón paa ealza la coonacón e la poteccone el geneao. Po lo tanto, el Geneao e Inuccón Autoexctao con capactoe hunt y autoegulao con capactoe en ee con la caga, al tene un excelente compotamento en etao etaconao con una aecuaa epueta tantoa e convete en una altenatva mple, e bajo coto y autoegulaa paa tema e geneacón autónomo. 8. REFERENCIAS BIBIOGRÁFÍCAS [] I. J. Nagath an D.P. Kotha, Electcal Machne, New Yok, Tata Mc Gaw-Hll, 997. [] Kotenko Potoky, Máuna Eléctca, Tomo II, Etoal MIR [] P.K.S. Khan an J.K.Chattejee, Thee-phae nucton geneato: A cuon on pefomance, Elect. Mach. Powe St., vol 7, pp. 8-8, Nov [4] R.C. Banal, T.S. Batí, an D.P. Kotha, Some apect of g connecte wn electc enegy conveon ytem, Intecplnay J. Int. Eng. (Ina, vol 8, pp. 5-8, may. [5] R.C. Banal, T.S. Batí, an D.P. Kotha, Some apect of g connecte wn electc enegy conveon ytem, n Poc. 4 th Nat. Renewable Enegy Conveon, Bombay, Ina, Nov-Dec. -,, pp [6] R.C. Banzal, Thee-Phae Self- Excte Inucton Geneato: An Ovewew, IEEE Tanacton on Enegy Conveon, Vol. 8, No, June 5. [7] CIRCE-SISENER INGENIEROS S.., Stema e Conveon- Aeogeneaoe Actuale. [8] R. ehol, G. Bo, C. De Angelo, D. Fochett, G. Gaca, Geneao e Inuccon autoexctao con capactoe paalelo ee, Anale e la VII RPIC, San Juan Agentna, 997. [9] Wagne, C. (97. Self-Exctaton of Inucton Moto. AIEE Tan., Vol. 58, pp 47-5., 97. [] Smôe G., Boe B., Spegel R. Degn an Pefomance Evaluaton of a Fuzzy-ogc-Bae Vaable Spee Wn Geneaton Sytem IEEE Tan. on In Appl. Vol. No. 4 Jul./Aug., 997. [] R. Galno el Valle, M. Cotoogea P. an D. Bel Solé, Do famla e contolaoe en moo e elzamento paa un geneao e nuccón oblemente almentao en un tema alao, IEEE ATIN

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22 Planta e Geneacón Eólca, Delcoa S.A.-ITINTEC, 98. [] Kaue, P., Waynczuk, O. an Suhoff, S., "Analy of Electc Machney", IEEE PRESS, 995. [4] P.C. Kaue an C.H. Thoma, Smulaton of Symmetcal Inucton Machney, IEEE Tan. Powe Appaatu an Sytem, Vol 84, Novembe 965. [5] N.N. Hancock, Matx Analy of Electcal Machney, n Eton, Pegamon Pe, 988. ANEXO Se ha utlzao lo paámeto y caacteítca e un Geneao e Inuccón Autoexctao con Doble Bobnao en el Etato (GIADBE mplementao en [], utlzano la Máuna Genealzaa Mawley Stuent' Demontaton Set el aboatoo e Electca e la Unvea Naconal e Ingeneía. Bobnao e exctacón (, 5 V, 5 Hz N =8.98 epa efectva /fae Bobnao e caga (, 5 V, 5 Hz N =.66 epa efectva /fae Bobnao el oto : N =6.56 epa efectva /fae Retenca y eactanca e peón R 5.684,.5H R.845, R.66,.766H.H Inuctanca magnetzante en funcón e la coente e magnetzacón M.47.7* I ; I.4 M.585; 55I.4 M * Im; Im.55 En el peente tabajo la atuacón e moela meante: /M = a +a Ψ m + a Ψ m. a =.6, a =.65 y a =4.545 m m m