Desarrollo y Construcción de Micro Aerogenerador Tipo PMSG con Convertidor Troceador de Potencia Plena

Abstract

El presente Trabajo Fin de Grado tiene como finalidad el diseño, desarrollo y construcción de un sistema de micro-generación eólica. Para ello, se ha construido un aerogenerador trifásico de tamaño reducido integrado en un túnel de viento y con un sistema electrónico de potencia de conversión de energía para alimentar a una carga resistiva con corriente continua. Se ha comenzado por la construcción del aerogenerador. El generador es una máquina eléctrica de tipo PMSM que ha sido extraída de una unidad de disco duro. Se han fabricado dos aeroturbinas, con dos y tres palas respectivamente. El diseño de palas fue realizado empleando un programa de MatLab, creado por Javier Gallego Bote para su TFG en el curso 2018. El perfil desarrollado se ha dibujado en la herramienta AutoCad, para posteriormente ser fabricadas mediante la técnica de impresión 3D. Además, se ha fabricado un molde de silicona para facilitar y agilizar la fabricación del resto de palas en resina epoxi. Posteriormente, turbina y generador han sido ensamblados en una estructura que hace de aerogenerador, que se ha introducido en un túnel de viento, que ha sido caracterizado mecánicamente, para poder conocer la velocidad del viento incidente. A continuación, se ha llevado a cabo la construcción de un módulo con componentes electrónicos para rectificar la corriente trifásica y mediante un convertidor DC-DC de tipo elevador poder regular los niveles de tensión en cada momento. Este convertidor alimenta a una carga resistiva variable, con un reóstato. El convertidor se controla mediante el DSP comercial Arduino, que ha sido programado inicialmente para poder controlar manualmante el ciclo de trabajo. Esta etapa de trabajo ha estado en revisión y análisis, ya que al principio no funcionaba como se esperaba. Esto, a pesar de que haya podido retrasar el avance de trabajo, ha sido lo que más valor añadido y riqueza ha aportado al Proyecto, ya que para solventar los problemas que han surgido ha sido necesaria una larga etapa de estudio y análisis para pasar a evaluar la solución o alternativa, teniendo en cuenta sus costes temporales y materiales. En esta etapa se han desarrollado múltiples modelos para poder realizar la simulaciones necesarias mediante Matlab Simulink para entender el funcionamiento del sistema eléctrico que conforma todo el equipo. La siguiente etapa del Proyecto ha consistido en realizar tres ensayos, en los que se pone de manifiesto que, a pesar del reducido nivel de potencia que es capaz de proporcionar, el sistema verifica satisfactoriamente las características teóricas de la tecnología eólica. Se presentan gráficas producidas en estos ensayos y se extraen conclusiones. Por último, se ha desarrollado una estrategia de control para el sistema, del tipo Perturb and Observe, cuyo algoritmo consiste en modificar el ciclo de trabajo para buscar el punto de máxima potencia MPP, y trabajar en él. En paralelo con todas las etapas de trabajo, se ha redactado una sección donde se analiza y descubre la base teórica y los conocimientos científico-técnicos que se consideran de importancia para la ejecución del equipo. El sistema eléctrico que se ha desarrollado a lo largo de este Proyecto puede ser empleado como material didáctico en asignaturas con contenidos de energías renovables en general, o energía eólica en particular, debido a la comodidad de operación y facilidad de ensamblaje por el reducido tamaño del equipo montado. En suma, se estima que se han conseguido todos los objetivos fijados para este Trabajo Fin de Grado. El tiempo de dedicación ha sido aproximadamente de 430 horas. Con todo ello, considero que este proyecto ha sido muy enriquecedor ya que no solo ha implicado un estudio concreto de un tema en particular, sino que adicionalmente ha permitido realizar un proceso práctico y continuo de creación desde cero de un sistema de energía eléctrica desde su etapa inicial -el planteamiento-, hasta su finalización - pruebas y control-, pasando por todas las diversas etapas intermedias de construcción y mejoras. Esto me ha permitido profundizar en distintos campos de conocimiento relativos a la ingeniería eléctrica, electrónica y de control. Además, se reconoce en un trabajo como este la importancia que tienen las nuevas tecnologías, que tenemos a nuestro alcance como han sido la impresión 3D, o softwares como AutoCad, MatLab o Excel.