Sistema de generación con imanes permanentes para turbinas eólicas marinas

Abstract

En este Trabajo de Fin de Máster se ha diseñado un generador síncrono de imanes permanentes para un aerogenerador marino de 5 MW de potencia nominal.

En primer lugar se ha llevado a cabo un estudio de los generadores utilizados en aplicaciones de eólica marina y de sus herramientas de desarrollo. A continuación se ha planteado un primer diseño de las estructuras básicas rotórica y estatórica, basándose en prácticas aceptadas en la industria. Se ha llevado a cabo el estudio tanto analítico como de simulación del circuito magnético del generador y se han ajustado ciertos parámetros de diseño para evitar la saturación de los yugos. A continuación se han detallado los elementos del rotor, en especial los imanes incluyendo su tipo y geometría. También se han detallado los elementos del estátor, en especial la configuración y conexión de los devanados.

A continuación se han obtenido los parámetros característicos del generador (potencia, par, rendimiento, cortocircuito, desmagnetización) y se ha evaluado su comportamiento en condiciones de cortocircuito trifásico y nominales. Finalmente se ha integrado el generador con el convertidor de potencia, con el que se ha aplicado un control vectorial para controlar el comportamiento del generador y llevarlo al punto óptimo de operación.

In this Master's Thesis, a permanent magnet synchronous generator has been designed for a 5 MW rated power offshore wind turbine.

Firstly, a study has been conducted on generators used in marine wind applications and their development tools. Subsequently, an initial design of the basic rotor and stator structures has been proposed, based on industry-accepted practices. The magnetic circuit of the generator has been analytically and simulatively studied, and certain design parameters have been adjusted to prevent yoke saturation. The rotor elements, particularly the magnets, including their type and geometry, have been detailed. The stator elements, particularly the configuration and connection of windings, have also been specified.

Next, the characteristic parameters of the generator (power, torque, efficiency, short-circuit, demagnetization) have been obtained, and their performance has been evaluated under short-circuit and nominal three-phase conditions. Finally, the generator has been integrated with the power converter, applying vector control to manage the generator's behavior and bring it to the optimal operating point.