Energía Eólica

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA
Y ELÉCTRICA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

ENERGÍA EÓLICA Y DISEÑO DE
CONTROL DE VOLTAJE Y
FRECUENCIA PARA UN
CONVERTIDOR DE POTENCIA CON
TOPOLOGÍA CA/CD-CD/CD-CD/CA.

TESIS
QUE PARA OBTENER EL GRADO DE:
INGENIERO ELECTRICISTA
PRESENTA

MARCO ANTONIO MORALES CAPORAL

MÉXICO, D.F.

Junio 2009

Lopoco que he aprendido carece
de valor, comparado con lo que
ignoro y no desespero en
aprender.
René Descartes

DEDICATORIA

A MIS PADRES:
Rodolfo Morales Delgado
Carolina Caporal Moreno

Por su amor, cariño y confianza que han depositado en mi durante todos estos
años. Porque sin su apoyo este trabajo no sería posible GRACIAS

A MIS HERMANOS:
Rodolfo
Roberto
Maricela
VeronicaPor estar conmigo siempre en las buenas y en las malas y ser parte de mi
motivación para seguir adelante, con cariño y amor para ustedes.

A MI FAMILIA

Por su cariño y ser quienes han alentado mi superación cada día.

AGRADECIMIENTOS

A Dios creador del universo que me ha permitido seguir avanzando cada día para
cumplir cada una de las metas que me he propuesto.

Un agradecimiento atodos aquellos que me han apoyado, aconsejado y trabajado
junto conmigo, sin haber para ello ningún interés que no sea otro que el de
cooperar, el de mostrar su aprecio y amistad.

A:
Dr. Roberto Morales Caporal
Por la asesoría, apoyo, consejos y haber creído en mí y en la posibilidad de la
existencia de este trabajo.

A:
M. en C. Edgar Belmonte González
Por el interés y dedicación enla codirección de este trabajo y por sus enseñanzas
académicas que he recibido que no solo han sido útiles en el desarrollo de este
trabajo, sino también en mi formación profesional y personal.

Un agradecimiento a todos los profesores del departamento de ingeniería eléctrica
de la ESIME Zacatenco por sus enseñanzas. En especial a los profesores Juan
Carlos Aguirre Fonseca y Sergio ÁvilaSolís miembros del jurado, por los
comentarios y observaciones para mejora de este trabajo.

A mis compañeros y amigos que también estuvieron conmigo en mi desarrollo
personal. Por su amistad y apoyo durante mi estancia en esta institución.

ÍNDICE

CAPITULO 1
ANTECEDENTES Y ESTADO DEL ARTE DE LA ENERGÍA EÓLICA
1.1 ESTADO DEL ARTE

2

1.2 POTENCIAL EÓLICO EN MEXICO

3

1.3 ENERGÍAEÓLICA EN EL MUNDO

6

1.4 GENERADORES EÓLICOS

6

1.4 PRINCIPALES COMPONENTES DE UN GENERADOR EÓLICO

7

1.4.1 GENERADOR

7

1.4.1.1 GENERADOR EÓLICO DE EJE VERTICAL

8

1.4.1.2 GENERADOR EÓLICO DE EJE HORIZONTAL

8

1.4.2 LA GONDÓLA

8

1.5 LOS SISTEMAS DE VELOCIDAD VARIABLE FRENTE A LOS
SISTEMAS DE VELOCIDAD FIJA

9

OBJETIVO

11

JUSTIFICACIÓN

11
CAPITULO2
ENERGÍA OBTENIBLE DEL VIENTO

2.1 ENERGÍA OBTENIBLE DEL VIENTO

13

2.2 TIPOS DE MÁQUINAS EÓLICAS

16

2.2.1 MOLINOS DE EJE HORIZONTAL

17

2.2.2 MOLINOS DE EJE VERTICAL

18

2.3 APLICACIONES DE LAS MÁQUINAS EÓLICAS

19

2.3.1 GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD

19

2.4 TIPOS DE GENERADORES UTILIZADOS EN SISTEMAS EÓLICOS 21
DE VELOCIDAD VARIABLE
2.5 TECNOLOGÍA DE GENERACIÓN22
II

ÍNDICE

2.5.1 GENERADORES EMPLEADOS EN LA GENERACION DE ENERGÍA 23
EÓLICA
2.5.2 SISTEMAS DE CONTROL

25
CAPITULO 3

MÁQUINA SINCRONA DE IMANES PERMANENTES
INTRODUCCIÓN

27

3.1 MÁQUINA SÍNCRONA DE IMANES PERMANENTES

27

3.2 MODELO DE LA MÁQUINA SÍNCRONA

28

3.2.1 MODELO MATEMÁTICO DE LA MSIP

29

3.2.1.1 ECUACIONES ELÉCTRICAS

29

3.2.1.2 ECUACIONESMECÁNICAS

31

3.3 ESTRUCTURA DEL PROGRAMA

33

CAPITULO 4
TOPOLOGÍAS DE CONVERTIDORES SELECCIONADOS PARA EL
CONVERTIDOR DE POTENCIA
4.1 INTRODUCCIÓN

36

4.2 TOPOLOGÍAS

37

4.2.1 CONVERTIDOR DE DOS NIVELES

39

4.2.2 CONVERTIDOR MULTINIVEL

40

4.2.3 CONVERTIDOR MATRICIAL

41

4.3 TOPOLOGÍAS SELECCIONADAS

42

4.3.1 CONVERTIDOR ELEVADOR (BOOST)

43

4.4...