ENERGIAS RENOVABLES

1. DISEÑO DE GENERADORES ELÉCTRICOS CON IMÁNES
PERMANENTES
18.04.15Expositor: Ing. JAVIER OLIVEROS DONOHUE
UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA
FACULTAD DE CIENCIAS
DEPARTAMENTO ACADEMICO DE INGENIERIA ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES
ASOCIACIÓN PERUANA DE ENERGÍA SOLAR Y DEL AMBIENTE (APES)
XXI SIMPOSIO PERUANO DE ENERGÍA SOLAR Y DEL AMBIENTE
10 – 14 DE NOVIEMBRE DEL 2014, PIURA, PERU
Consultora OCI

2. 18.04.15
Comportamiento del
Generador Eléctrico de Imanes
Permanentes
Consultora OCI
0
5,000
10,000
15,000
20,000
25,000
30,000
35,000
40,000
45,000
0 5 10 15
P, Watts Wind
P, Eje
Power Calculated
Power Data
50*RPM
10000*η Wind
10000*η' Eje
10000*η'' Elec
12 PP – 300 RPM Curva Potencia vs. Vviento
Rotor 10.6 m Dia.
V viento, m/s

3. 72 PP – 50 RPM Curva Potencia vs. Vviento
Rotor 9.6 m Dia.

4. Constante de Máquina para Generadores Eólicos
de 12 (300RPM) PP and 72 PP (50RPM)
0
5,000
10,000
15,000
20,000
25,000
0 50 100150200250300350400450500550600
12PP (ro=0.342; L=0.35)
& 72PP( ro=0.68; L=0.23
) Power Calculated
12PP (5kW, 300 RPM) &
72PP(5kW, 50 RPM)
Power Data Measured
POTENCIA, Vatios
RPM

5. 18.04.15
Consultora OCI
Geometría (envoltura)

6. Parámetros Externos
Potencia de Entrada del Viento = Cp * 1/2 * ρ* A * V3
ó
Potencia de Entrada del Viento = 0.2 * D2 * V3
Cp * 1/8 * ρ* π ≈ 0.2
Cp = Coeficiente de Potencia
ρ = Densidad del Aire
A = π D2/4 = Area del Rotor Eólico
D = Diámetro del Rotor Eólico
V = Velocidad del aire
Consultora OCI

7. Parametros Internos
Número de pares de polos
Longitud del entrehierro
Espesor de los Imánes Permanentes
Area Transversal del Circuito Magnético
Constante de la Máquina
Consultora OCI

8. Modelo
1. P = ( π/µo) B2
zm ω.ro
2.L. tng ɣ; KM .n. tng ɣ
Potencia electromagnética que fluye del rotor (Imanes
Permanentes) al estator (bobinas) de la Máquina de Imanes
Permanentes (MIP)
ω = Velocidad Angular del Campo Magnético Giratorio (CMG),
rad/seg. (n = ω.60/2 π, RPM)
µo = Permeabilidad Magnética = 4.π.10-7 Henry/m
ro = radio del entrehierro de la MIP, m.
L = Longitud de la MIP, m.
Bzm = Inducción magnética en el entrehierro, Tesla.
KM = Constante de la Maquina, Vatios/RPM
Consultora OCI

9. Modelo (continúa)
2. El Voltaje Inducido en las bobinas (VFASE) es:
VFASE = - N * dϕ/dt
N = Número de espiras de las bobinas.
Φ = Flujo Magnético.
3. Cálculo del Circuito Magnético del Generador
U M a,b = HM.LM = HFe.(L‘Fe + L“Fe) + He.Le (Ampere)
HM = Vector de Intensidad del Campo Magnético en el Imán
Permanente
HFe = Vector de Intensidad del Campo Magnético en el Fierro
He = Vector de Intensidad del Campo Magnético en el
Entrehierro
LM = Longitud ó Espesor del Imán Permanente
LFe = Longitud del Fierro
LE = Longitud del Entrehierro
Consultora OCI

10. Modelo del Diseño
Consultora OCI

11. Configuración física de los Imanes Permanentes y las Bobinas 1PP.
Consultora OCI

12. Configuración física de los Imanes Permanentes en el ROTOR de la Maquina de 12 PP.
(En Vista A se míra del exterior hacia el eje para ver los Imanes Permanentes)
Consultora OCI

13. Configuración física de las Bobinas en el ESTATOR de la Maquina de 12 PP.
(En Vista A se míra del eje hacia el exterior para ver las bobinas)
Consultora OCI

14. Especificaciones
Incluye Parametros y dimensiones del generador eléctrico.
1. Datos de la máquina at 300 rpm.
Potencia, 5kW; Voltaje, 24V; Corriente, 4 Amps.; frequencia, 60 Hz.
Rango de Velocidades 100-600rpm.
Rotor: Diámetro, 0.6m; Longitud total a lo largo del eje, 0.4m; Número de polos, 12;
Posición de las piezas polares (ver dibujo); Tamaño del entrehierro, 0.001m
Estator: Diámetro externo, 0.7m; Posición de las bobinas.
Bobinas: Número de espiras, 100; Tamaño de las bobinas (ver dibujo): largo, 0.45m;
ancho, 0.11m; altura, 0.05m; número AWG de los conductores, 16.
2. Generación de las Constantes Fundamentales Eléctricas y Magnéticas de la máquina.
Bobinas: Resistencia, 0.5 Ohms; Reactancia Sincrónica, 0.5 Ohms.
Circuito Magnético: Inducción Magnética (BE, 0.6T) y Campo Magnético (HE, ).
3. Característica magnética en vacio y cortocircuito; Magnetización de los imanes
permanentes, 1.3T; Inducción é intensidad de campo en el entrehierro, Inducción é
intensidad en el material magnético del circuito magnético.
Consultora OCI

15. Especificaciones (continúa)
4. Rotor
Especificación de los cojinetes. MTBF and axial load.
Torque máximo para la sujeción de las piezas polares
5. Polos de Neodimio (NeFeB) atornillados.
6. Máxima temperatura del alambre y del material aislante que soporta las bobinas.
7. Máxima deflección del eje de la máquina.
8. KM = Constante de la Máquina; KM -12PP = 0.04046 ( r o = 0.342 m, L = 0.35 m);
KM - 72PP = 0.10635 ( r o = 0.68 m, L = 0.23 m)
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16. 18.04.15
Modelo del Diseño
Consultora OCI
1. P = (π/µo) B2
zm ω. ro
2. L tng ɣ
ω = 2.π.f; µo = 4.π.10-7 Henry/m;
ro = 2.5" = 0.0635 m
Bzm = 0.6 Tesla
2. El Voltaje Inducido en las bobinas (VFASE) es:
VFASE = - N * dϕ/dt
N = Número de espiras de las bobinas.
Φ = Flujo Magnético.

17. Modelo del Diseño (continúa)
3. Cálculo del Circuito Magnético del Generador
U M a,b = HM.LM = HFe.(L‘Fe + L“Fe) + He.Le (Ampere)
HM = Vector de Intensidad del Campo Magnético en el Imán Permanente = 0.12T
HFe = Vector de Intensidad del Campo Magnético en el Fierro = 1,200 Amp/m (max.)
He = Vector de Intensidad del Campo Magnético en el Entrehierro = 517,252 Amp/m (max.)
LM = Longitud ó Espesor del Imán Permanente = 0.007m.
LFe = Longitud del Fierro = 0.3m.
LE = Longitud del Entrehierro = 0.020m.
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18. (a) Circuito magnético con Imán Permanente y entrehierro.
(b) Flujo magnético vs. fuerza magneto-motriz (f.m.m).
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19. Dimensiones del equipo ensamblado.
Consultora OCI

20. Vista de las componentes del Generador Eólico: Rotor,
Generador Eléctrico, Cola Seguidora del Viento y Conexión
Mecánica al Poste Vertical de Soporte.

21. Data de Generadores Eólicos de 400 W y 5,000 W
0.4kW Gen. 5kW Gen.
Rotor Diameter, m: 1.15 9.6
Weight, kg: 5.85 65
Shipping, kg: 7.7 70
Shipping, mm: 686x38x228
Mount, diámetro del
tubo, mm:
48 96
Start-up wind , m/s 3.13 3
Voltage, VDC: 24 24
Rated Power, W:
400 Watts at
12.5m/s
5000 Watts at
6.5 m/s
Blades (three): Carbon Fiber
Composite
Carbon Fiber
Composite
Kilowatt hours per
month (12 hrs/day):
38 kWh/mo at
5.4m/s
1,800
Warranty, yrs.: 3 20
Survival Wind speed,
m/s:
49.2 50
Body: Cast aluminum
(powder coated
for corrosion
protection)
Cast aluminum
(powder coated
for corrosion
protection)

22. Instalación del Generador Eólico en Torre
de 20 metros de Altura