Los ensayos característicos de máquinas eléctricas se desarrollan con el fin de conocer sus principios de funcionamiento, obtener sus circuitos eléctricos equivalentes y evaluar sus comportamientos frente a diferentes condiciones. Para la puesta en marcha y en especial para la realización de los ensayos en máquinas que requieran de voltaje directo como los motores DC o los generadores de corriente alterna en su circuito de campo, se requieren fuentes de alimentación cuyo valor de voltaje pueda ser variable. Esto quiere decir que dichas fuentes no solo deben entregar una tensión continua del valor que se especifica en las características nominales de la máquina, sino también deben tener la capacidad de entregar valores de tensión menores. La presente tesis aborda el diseño y la implementación de fuentes de alimentación de tensión regulables para suministrar energía a los circuitos de campo y armadura de un motor DC shunt y al circuito de campo de un generador síncrono trifásico. Para este objetivo, en la presente tesis se realiza el estudio del motor DC y del generador síncrono trifásico; sus principios de funcionamiento, sus tipos y sus circuitos eléctricos equivalentes. También se aborda el estudio de las tecnologías actuales usadas en el diseño de las fuentes de alimentación lo que introduce a un análisis completo del diseño de las mismas. Por último, se muestran los resultados de las primeras pruebas realizadas a las fuentes implementadas. / Tesis

Ingeniero Civil Electricista / El objetivo principal de este trabajo consiste, como su nombre lo indica, en investigar y desarrollar los procedimientos de diseño de generadores sincrónicos de flujo axial, de imanes permanentes, para la aplicación en aerogeneradores. Con este fin, primero se realiza una etapa de investigación sobre este tipo de máquinas y la tecnología existente en la actualidad para aerogeneradores, además del estado del arte en Chile con respecto a la energía eólica y materias de electrificación rural. Los temas más importantes son plasmados aquí, para crear el prisma bajo el cual se espera el lector siga este trabajo. La segunda etapa consiste en el diseño del generador sincrónico de flujo axial. Para esto, primero se realiza un ajuste de fórmulas que calculan los flujos que se pueden enlazar con las bobinas del generador. Esto permite implementar una metodología de diseño de la máquina, la que luego es optimizada en base a los precios del hierro dulce, los imanes y el cable a utilizar, concluyendo además la ventaja del uso de hierro dulce. Con la metodología implementada y las expresiones que relacionan el viento con el generador, se obtiene el óptimo para ciertas condiciones impuestas de potencia demandada y velocidades de viento máxima y nominal, procediendo luego a obtener las simulaciones para el generador en vacío y con carga, en función del viento. La correcta modelación de esta carga es fundamental para la simulación del comportamiento de la máquina, ya que ésta, junto con los datos del potencial eólico del lugar escogido (Ollagüe), permiten obtener la curva de potencia del aerogenerador diseñado, dato fundamental para la posterior simulación del comportamiento de la máquina con datos reales de la localidad. Finalmente, en base a la simulación realizada para el consumo eléctrico de la localidad de Ollagüe, se compara la alternativa eólica que incluye al aerogenerador diseñado, con una alternativa diesel, verificándose que la primera resulta ser más conveniente en un plazo de 10 o más años.

Ingeniero Civil Eléctrico / El presente trabajo de título consiste en el diseño e implementación de una herramienta computacional para la determinación de la carta de operación de generadores síncronos de rotor cilíndrico, orientado específicamente a centrales térmicas que forman parte del sistema eléctrico chileno, el cual se divide en dos grandes bloques llamados; Sistema Interconectado Central y Sistema Interconectado del Norte Grande, o en sus siglas SIC y SING respectivamente. Es necesario disponer de un software que dibuje los diagramas de operación de las unidades generadoras, pues muchas centrales en el país no disponen de estas, y son una exigencia por parte del Centro de Despacho Económico de Carga del Sistema Interconectado Central y Sistema Interconectado del Norte Grande; CDEC-SIC y CDEC-SING hacia las centrales. Por otro lado permite un mejor monitoreo de las unidades generadoras por parte de los operadores en las centrales. El prototipo se diseña a través del software computacional Matlab, la cual posee un lenguaje de programación muy cómoda para el usuario. Matlab además posee aplicaciones, como la Interfaz Gráfica de Usuario, con su sigla en inglés GUI, que permite el diseño de interfaces, las que interactúan con el usuario en una amplia gama de aplicaciones. En esta memoria representa al sistema de Supervisión, Control y Adquisición de datos, SCADA. El modelo se valida mediante la comparación con los diagramas de operación de las unidades generadoras, Huasco TG (Turbina Gas): unidades 1-2-3, Huasco TV (Turbina Vapor): unidades 1-2, Bocamina: unidad 1, Diego de Almagro: unidad 1, todas propiedad de Endesa. Con esta herramienta computacional el operador de la central puede disponer del diagrama y punto de operación (Qop,Pop) de la unidad generadora en tiempo real, y de los datos de placa de este. Con ello se dispone de la zona factible de trabajo, y se evita exceder los límites del generador para así mejorar la coordinación y estabilidad en la operación del sistema. La confiabilidad que otorga el prototipo permite una operación técnico-económica más eficiente, óptima y en la toma de decisiones apropiadas por parte del operador ante contingencias en el sistema eléctrico de potencia.

Los motores síncronos son importantes en la industria debido a la posibilidad de proporcionar velocidades constantes, corregir el factor de potencia de una instalación, su alto rendimiento y capacidad de torque, etc. Sin embargo, dado al incremento en su popularidad, también han incrementado las fallas ocurridas en estos motores, especialmente en su rotor siendo la falla más común los corto circuitos en sus devanados. Por ello, existen estándares eléctricos, por ejemplo, el DL/T1525-2016, que propicia una guía para un correcto diagnóstico de fallas debido a corto circuitos, con la finalidad de determinar si existen fallas en su rotor; no obstante, estos se basan en una comparación de las mediciones de su voltaje, impedancia AC y potencia cuando el motor se encuentra en un correcto funcionamiento y cuando existe una falla. A pesar de ello, estos no proporcionan información acerca de la ubicación ni la severidad de la falla solo de su presencia en el motor por lo que se incrementas u tiempo de mantenimiento tanto para su identificación como para su corrección. El objetivo general de la presente tesis es diseñar un equipo de detección de fallas de rotores de motores síncronos para facilitar la identificación de fallas brindando información acerca de su ubicación y severidad con el propósito de disminuir tanto los tiempos como los costos del mantenimiento del motor. Para ello, se diseñó un equipo de detección de fallas que genera e inyecta pulsos cuadrados en ambos lados del devanado del rotor, para después graficar las señales reflejadas y con estas poder determinar la posición teórica de la falla y calcular la precisión del método comparándola con la ubicación real. Con la finalidad de disminuir el tiempo en el cual el motor se encuentra en mantenimiento y, de esta forma, disminuir sus costos.

Hoy en día es difícil imaginar un mundo sin motores. Existen diferentes tipos y cada uno tiene características propias que los hacen ideales para una u otra aplicación. Desde el más pequeño hasta uno de gran potencia, los motores son usados en múltiples aplicaciones. Entre la variedad de motores los más comunes son los de corriente directa y los de corriente alterna. Dentro del último grupo, se encuentran los motores asíncronos, y síncronos. De ellos, los motores síncronos, aún se pueden subdividir en dos clases atendiendo al tipo de campo inductor o de excitación con que cuentan, es decir, si emplean devanado de excitación o imanes permanentes. Estos motores tienen características superiores a los asíncronos para la aplicación en los procesos donde se requieran de velocidad constante y respuesta rápida de torque. Sin embargo, su arranque o puesta en marcha y el control de su velocidad en función a la carga es muy complejo a diferencia de los motores asíncronos. Por ello, este tipo de motores requieren de sistemas complejos para controlar velocidad y torque en diferentes regímenes de funcionamiento, dado que en cada caso el motor debe mantener sus condiciones de sincronismo. Para este caso de estudio se usó el “Motor Síncrono de Imanes Permanentes” o por sus siglas MSIP, el cual es un sistema multivariable; es no lineal, y de alto acoplamiento magnético. En este caso el control vectorial de campo orientado ofrece una solución mediante transformaciones que permiten obtener un modelo dinámico del motor reduciendo sustantivamente la complejidad matemática. Por lo tanto, esta tesis está basada en el análisis del comportamiento del motor síncrono de imanes permanentes (MSIP) y la aplicación del control de campo orientado (FOC) empleando el software Matlab/Simulink. Todo el sistema de control está dividido en etapas funcionales, siendo estas: el generador de la modulación de ancho de pulso de vector espacial (SVPWM), modelo del MSIP, modulo inversor, transformación de coordenadas y sintonización de controladores. Luego, combinando esos módulos se construyó el modelo de simulación de la respuesta de velocidad y torque, dado que son los parámetros más importantes en el funcionamiento en estado estable de los MSIP. Finalmente se obtienen las gráficas que muestran que la curva de velocidad, torque y corriente llega a la respuesta deseada para diferentes niveles de carga.

Los ensayos característicos de máquinas eléctricas se desarrollan con el fin de conocer sus principios de funcionamiento, obtener sus circuitos eléctricos equivalentes y evaluar sus comportamientos frente a diferentes condiciones. Para la puesta en marcha y en especial para la realización de los ensayos en máquinas que requieran de voltaje directo como los motores DC o los generadores de corriente alterna en su circuito de campo, se requieren fuentes de alimentación cuyo valor de voltaje pueda ser variable. Esto quiere decir que dichas fuentes no solo deben entregar una tensión continua del valor que se especifica en las características nominales de la máquina, sino también deben tener la capacidad de entregar valores de tensión menores. La presente tesis aborda el diseño y la implementación de fuentes de alimentación de tensión regulables para suministrar energía a los circuitos de campo y armadura de un motor DC shunt y al circuito de campo de un generador síncrono trifásico. Para este objetivo, en la presente tesis se realiza el estudio del motor DC y del generador síncrono trifásico; sus principios de funcionamiento, sus tipos y sus circuitos eléctricos equivalentes. También se aborda el estudio de las tecnologías actuales usadas en el diseño de las fuentes de alimentación lo que introduce a un análisis completo del diseño de las mismas. Por último, se muestran los resultados de las primeras pruebas realizadas a las fuentes implementadas.