prądnica synchroniczna z magnesami trwałymi o wirniku ... - Komel

134Zeszyty Problemowe – Maszyny Elektryczne Nr 89/20112. Przeznaczenie prądnicyCelem projektu było opracowanie obwodu elektromagnetycznegooraz konstrukcji mechanicznejdla prądnicy synchronicznej z magnesamitrwałymi o mocy ciągłej P N = 2 kW, uzyskiwanejprzy prędkości obrotowej wirnikan N = 90 obr/min. Prądnica ta miała znaleźć zastosowaniew małych, przydomowych turbinachwiatrowych o pionowej osi obrotu łopatek.Przykładowe rozwiązanie konstrukcyjne takiejmałej elektrowni wiatrowej pokazano na rys. 1.3. Konstrukcja prądnicyZ uwagi na konstrukcję turbin wiatrowycho pionowej osi obrotu, najrozsądniejszymz punktu widzenia stopnia skomplikowania,masy i niezawodności całego zespołu elektrowniwiatrowej (turbina + prądnica) wydajesię być zastosowanie w tych elektrowniachprądnic z wirnikiem zewnętrznym. Takie teŜrozwiązania elektrowni wiatrowych o osi pionowejsą spotykane najczęściej. Dzięki wirnikowizewnętrznemu łopatki turbiny mogą byćmocowane bezpośrednio do kadłuba prądnicy,np. do górnej tarczy łoŜyskowej prądnicy(rys. 2).W prądnicach (oraz silnikach) synchronicznychz magnesami trwałymi i wirnikiem zewnętrznymstosowane jest powszechnie rozwiązaniez magnesami o kształcie łukowym mocowanymina wewnętrznej powierzchni cylindrycznegojarzma wirnika. Konstrukcja taka jestokreślana w literaturze angielskojęzycznej jakoSurface Mounted Permanent Magnet SynchronousGenerator, w skrócie SMPMSG. Taką teŜkonstrukcję zastosowano w przypadku opisywanejtu prądnicy.W prądnicy zastosowano magnesy trwałez domieszkami ziem rzadkich, typu NdFeB.Magnesy te są mocowane na wewnętrznej stroniejarzma wirnika, które jednocześnie pełnirolę kadłuba zewnętrznego prądnicy (rys. 2 i 3).Liczbę biegunów magnetycznych prądnicyustalono w procesie projektowym na 2p = 40.W celu uproszczenia konstrukcji uzwojenia stojanai ułatwienia procesu zwojenia prądnicyzastosowano liczbę Ŝłobków na biegun i fazęq = 1. Konieczne było zaprojektowanie nowegowykroju blachy stojana. Częstotliwość znamionowaprądnicy wynosi f N = 30 Hz.Masa całkowita prądnicy (łącznie z jej zintegrowanączęścią wału) wynosi ok. 85 kg.Rys. 2. Opracowana w BOBRME Komel konstrukcjaprądnicy synchronicznej z magnesamitrwałymi i wirnikiem zewnętrznym, dedykowanado turbin wiatrowych o pionowej osi obrotuRys. 3. Widok prądnicy z rys. 2 po zdemontowaniugórnej tarczy łoŜyskowej4. Moment zaczepowyW maszynach z magnesami trwałymi występuje,w mniejszym lub większym stopniu, tzw.zjawisko momentu zaczepowego. Jest to zjawiskoniekorzystne, skutkujące tętnieniem momentu,drganiami mechanicznymi i zwiększonymhałasem. Moment zaczepowy jest związanyz występowaniem sił oddziaływaniamagnetycznego pomiędzy zębami pakietu blachstojana a magnesami trwałymi w wirniku.W przypadku elektrowni wiatrowych występowaniezjawiska momentu zaczepowego jestszczególnie niepoŜądane. Przede wszystkimmoment zaczepowy powoduje, Ŝe prędkośćwiatru, przy której turbina wiatrowa zaczyna sięobracać i moŜe oddawać moc, jest większa niŜw przypadku braku tego zjawiska. Drugą przyczynąsą drgania turbiny wiatrowej, mogące