tesis de proyecto

Universidad Politécnica de Madrid
Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales

SISTEMA DE CONVERSIÓN
ELECTROMECÁNICA DE ALTA POTENCIA
ESPECÍFICA PARA GENERACIÓN ELÉCTRICA
DE ORIGEN RENOVABLE

Tesis Doctoral

Manuel Pinilla Martín
Ingeniero Industrial del ICAI
2011

Departamento de Ingeniería Eléctrica
Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales

SISTEMA DECONVERSIÓN
ELECTROMECÁNICA DE ALTA POTENCIA
ESPECÍFICA PARA GENERACIÓN ELÉCTRICA
DE ORIGEN RENOVABLE

Manuel Pinilla Martín
Ingeniero Industrial del ICAI
2011

Dirigida por:
Prof. Dr. Ing. Industrial Sergio Martínez González
Prof. Dr. Ing. Industrial Francisco Blázquez García

Parte del trabajo presentado en esta Tesis ha sido realizado en el marco de la empresa
Norvento EnergíaDistribuída S.L., dentro de un proyecto destinado al desarrollo de
un alternador de imanes permanentes de accionamiento directo con aplicación a la
generación eólica. Dicho proyecto ha contado con el apoyo de la Xunta de Galicia a
través del Programa INCITE para el fomento del I+D, gracias al cual se ha llevado a
cabo el trabajo experimental y de simulación aquí mostrado, y del Ministerio deEducación a través del programa Torres Quevedo (beca PTQ-09-02-02160 del Plan
Nacional de I+D+i 2008-2011).

V

VI

Dedicado a aquellos que apuestan por la tecnología y ven en su desarrollo un camino
para mejorar España y el mundo entero.

VII

VIII

Agradecimientos
A mis allegados, por haber sido comprensivos con mi casi obsesiva dedicación a este
trabajo doctoral en los últimos años,y a cada cual de manera proporcional al
producto de calidad y cantidad del tiempo que dejé de pasar con él.
A Christine Heller, por haberme transmitido su inquietud por las máquinas eléctricas.
A Julio Lucas, la persona con mayor impacto en mi formación como ingeniero.
A Sergio Martínez por su dedicación y ayuda más allá de lo que sus responsabilidades
como director de este trabajo o comotutor durante mi tiempo en el programa de
doctorado le obligaban.
To Giri Venkataramanan, for giving me the chance of boosting my mind by hosting
me at WEMPEC, and to all the great people that I met there and made that possible.

IX

X

Manuel Pinilla Martín

Tesis Doctoral

SÍMBOLOS

Pairgap

fuerza
velocidad
densidad de flujo magnético
campo magnético H
Potencia activaintercambiada en el entrehierro

Pbornas

Potencia activa intercambiada en terminales de la máquina

E0

Xd

fuerza electromotriz interna
corriente en los bobinados estatóricos
tensión en terminales de la máquina
reactancia
reactancia de eje directo

Xq

reactancia de eje en cuadratura

Bm

campo de operación del imán

Bcurrent

valor de pico del primer armónico del campo delas corrientes en el entrehierro

Bmin
Iˆsc

mínimo campo de funcionamiento del imán en condiciones de linealidad

Rs

resistencia estatórica

Lm

inductancia mutua

Ll

tm

inductancia de dispersión
pulsación eléctrica
espesor del imán

tg

espesor del entrehierro

Ti

armónico i-ésimo del par electromagnético

ωm
αm

pulsación mecánica

Am

área tranversal deimán

µ rec

nt

permeabilidad del imán en la región lineal de su característica B-H
longitud magnética del entrehierro
diámetro de entrehierro
número de pares de polos
altura de las ranuras de estator
cociente ancho de ranura/paso de diente
cociente ancho de culata/paso polar
número de ranuras por fase y polo
número de espiras por bobina

ns

número de ranuras

F
v
B
HI, i
U
X

ω

L
D
P

hs
r

rc
q

valor de pico de la corriente de cortocircuito

fracción de arco polar cubierto por el imán

XI

Manuel Pinilla Martín

Tesis Doctoral

Bm−1

primer armónico espacial del campo de entrehierro debido al imán

Lm − fase

inductancia mutua estator-rotor vista por una fase aislada

Lm −trifasica

inductancia mutua estator-rotor...