La Energía Eólica y los Sistemas de Adquisición

La Energía Eólica y los Sistemas de Adquisición

Juan Cordonnier, Nicolás Falcone

Director: Ing. Raul Rivera

Carrera: Ingeniería Electrónica

Año: 2004

Resumen

Los aerogeneradores son los encargados de transformar la energía eólica en energía eléctrica y muchas veces resulta de vital importancia realizar ensayos sobre dichos motores, ya sea para conocer su potencia, temperatura de bobinados, velocidad del rotor, etc.. Se desarrolló un sistema que realiza dicha tarea de sensado en forma totalmente automática y que ofrece control sobre el motor ….. Utiliza un sistema de adquisición portable encargado de sensar, digitalizar y almacenar los parámetros mencionados en un ordenador utilizando el puerto paralelo.

El Software se desarrolló utilizando el lenguaje Visual Basic, ofreciendo así una interfaz práctica y amigable. Su tarea principal es el manejo de la plaqueta adquisidora.

Las especificaciones del sistema son las siguientes:

El producto finalmente logrado resultó ser de muy bajo costo comparado con los similares del mercado, además de ofrecer alta flexibilidad en cuanto la elección de sensores y configuración del sistema en general.

Introducción

El desarrollo de la “Instrumentación Virtual” ha abierto nuevos horizontes en varias ramas de la Ingeniería, principalmente en el sector de automatización, medición y control. Los sistemas informatizados comienzan a reemplazar los tradicionales equipos de medición y control industrial, ofreciendo gran capacidad y velocidad de cálculo, además del procesamiento de las señales adquiridas. La “Instrumentación Virtual” consiste en la implementación de equipos de medición e instrumentación, entre otros, emulados dentro de una PC. El “Sistema de Adquisición” es el encargado de vincular los fenómenos sensados con el sistema informático.

El presente trabajo describe las principales características de un “Sistema de adquisición” de los parámetros de un motor eléctrico enfocado principalmente al campo de la energía eólica. Fue solicitado por el laboratorio de energías alternativas (GEEAA) de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Mar del Plata, ante la necesidad de disponer de un banco de ensayo totalmente automatizado.

Especificaciones preliminares

El prototipo debía ser capaz de almacenar información para su posterior análisis con la exactitud y precisión necesaria. Además debía brindar una interfaz amigable y práctica con el fin de proporcionar alta flexibilidad de configuración y capacidad de control sobre el aerogenerador analizado. Dada la posibilidad de realizar ensayos en campo, el sistema debía ser de simple instalación y traslado.

En base a lo expuesto se decidió la utilización del puerto paralelo como medio de conexión entre el sistema de adquisición y la PC, evitando así el desarrollo de un dispositivo interno al gabinete, lo cual carece de practicidad en esta aplicación.

Para cumplir con los requisitos de lograr una interfaz amigable además de completa y brindar flexibilidad, no solo en la instalación sino también en la configuración, no hubo dudas en utilizar el sistema operativo Microsoft Windows. Finalmente se optó por Visual Basic como lenguaje de desarrollo.

En ensayos típicos de aerogeneradores se considera indispensable la evaluación de la tensión, corriente y potencia, tanto de continua como de alterna, además de la temperatura de los bobinados y velocidad del rotor. Para la temperatura se requiere una resolución de 0,5ºC en un rango de 0 a 200 grados centígrados. Para la tensión y corriente (continua y alterna) hasta el décimo de Volt y Ampere respectivamente, en un rango máximo de 0 a 311 Volts (220 eficaces) y 0 a 100 Amperes respectivamente en el caso de alterna. Para la velocidad por lo menos 1 RPM en un rango de 0 a 5000 RPM. El caso más exigente a nivel resolución se presenta en la tensión, para la cual se requiere de una resolución mínima de 12 bits (Conversor A/D).

Diseño y desarrollo

Hardware

Diagrama en bloques

Funcionamiento general

Las señales analógicas ingresan al multiplexor de entrada. El decodificador de direcciones, por medio del Bus de Control del puerto paralelo, habilita la lógica de selección (Conversión). A esta le llega la información (por medio del puerto paralelo, Bus de Datos en configuración de escritura) sobre que canal se debe habilitar, que ganancia debe afectar al mismo además de controlar el momento de inicio de la conversión A/D.

La etapa de amplificación, además de amplificar la señal, controla el ancho de banda del sistema limitando el ruido que ingresa al conversor. El ancho de banda resultante, luego del filtrado impuesto por la etapa en cuestión, es de aproximadamente 1600Hz. No olvidemos que el diseño está pensado para la medición de señales del orden de los 300 Hz y por lo tanto tener un ancho de banda demasiado elevado no tiene mucho sentido en esta aplicación.

Una vez realizada la conversión A/D, se encuentran disponibles en los pines de salida del conversor, los datos en formato binario complemento a dos. Debido a que los pines del puerto paralelo disponibles para realizar la operación de lectura no llegan a 16, es necesario

...