RO125352A2 - Generator electric eolian multipolar, polifazat cu magneţi permanenţi în inductor - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un generator electric multipolar polifazat echipat cu magneţi permanenţi în inductor, cuplat direct cu o turbină eoliană. Generatorul conform invenţiei cuprinde un stator al cărui miez (1) feromagnetic este echipat cu o înfăşurare ondulată, profilată, poligonală cu numărul mde faze al înfăşurării egal cu 7...49, de tip indus de curent continuu, înfăşurarea ondulată, simplă sau multiplă, se închide o singură dată fiind îndeplinită condiţia ca numărul Z de crestături şi numărul p de căi de curent să fie numere prime între ele, înfăşurarea indusului fiind prevăzută în partea frontală de partea opusă acţionării cu un număr de prize egal cu numărul de faze cu un pas ycare este direct proporţional cu numărul Z de crestături şi invers proporţional cu numărul mde faze ale înfăşurării.

Description

_Λ . -----Π_ΠΒ||„|,„_|_ίχ_

OHgIuL DE STAT PENTRuSvENȚII Șl MĂRCI Cerere de brevet de invenție

Generator electric eolian multipolar, polifazat, cu magneți permanenți în inductor

Invenția se referă la un generator electric eolian multipolar,polifazat,cu magneți permanenti in inductor,cuplat direct cu turbina eoliană și conectat cu un convertizor static de frecvență și tensiune pentru conversia energiei mecanice primită la arbore cu turație variabilă în limite largi, în energie electrică cu tensiune și frecvență constante egale cu cele ale rețelei electrice cu care se interconectează.

Generatoarele electrice eoliene, sincrone cunoscute sunt cuplate direct cu turbina eoliană, au indusul echipat cu înfășurări trifazate și funcționează pe principiul câmpului magnetic învârtitor la care tensiunea indusă și pierderile sunt dependente de valoarea maximă a inducției magnetice din întrefier și valoarea frecvenței cu valoarea de 50 Hz(sau 60 Hz. Aceste generatoare prezintă dezavantajul producerii unor pierderi mari în miezul feromagnetic din indus, iar armonicile din curba tensiunii și a curenților din indus produc pierderi suplimentare în indus și în cablurile de legătură dintre generator și convertorul static de frecvență. Generatoarele sincrone cuplate direct sau indirect cu turbina eoliană și conectate direct la rețeaua electrică cu frecvența industrială de 50 Hz (sau 60 Hz), au turația la arbore egală cu turația sincronă și dezavantajul de a nu putea prelua șocurile de cuplu produse de viteza variabilă a vântului. Aceste generatoare sunt excitate în curent continuu și necesită înfășurare de excitație, inele de contact, perii și sursă de curent continuu pentru alimentarea înfășurării de excitație.

Scopul invenției este de a realiza un generator electric eolian cu comutație statică, care sa funcționeze pe principiul mașinii de curent continuu, la care pierderile în miezul feromagnetic din indus sunt mai mici, fiind dependente de valoarea inducției magnetice din întrefier și de frecventă, a cărei valoare este redusă (5 - 25 Hz).

Invenția rezolvă problema realizării unui nou tip de generator electric pentru centralele eoliene, care sa fie caracterizat de o masă mai redusă cu 5 - 8 % datorită creșterii inducției magnetice în întrefier, un randament mai mare cu 0.3 - 0.5 % și o încălzire a mașinii mai redusă datorită eliminării pierderilor de excitație, o fiabilitate mai ridicată și o reducere a cheltuielilor de întreținere datorita utilizării magneților permanenți în locul excitației în curent continuu.

Generatorul electric eolian multipolar conform invenției, compus dintr-un stator si un rotor,înlătură dezavantajele menționate mai sus,prin aceea ca, statorul este echipat cu o înfășurare polifazată poligonală cu numărul de faze irif= 7...49, tip indus de curent continuu și anume o înfășurare ondulată simplă sau multipla, infasurarea se închide o singura data si trebuie îndeplinita condiția ca Z si p sa fie numere prime intre ele, numai in aceste condiții nu mai sunt necesare conexiuni echipotentiale, înfășurarea statorului (indusului) este prevăzută în partea frontală de partea opusă acționării, cu un număr de prize egal cu numărul de faze, cu pasul y_f = Z/mf, care fac legătura electrică cu diodele redresorului.

Invenția prezintă următoarele avantaje:

-reducerea masei generatorului electric, ^-2 008-00540

4 -07- 2008

IF

-creșterea randamentului ca urmare a absentei înfășurării de excitație,a inelelor de contact,a periilor,a sursei de curent contiunuu pentru alimentarea circuitului de excitație,

- scăderea încălzirea mașinii datorita absentei pierderilor din inductor;

- creșterea fiabilității și reducerea cheltuielilor de întreținere prin absența sistemului de excitație în curent continuu;

- realizarea legăturii electrice în curent continuu dintre nacelă și invertor reduce căderea de tensiune din interiorul sistemului;

- îmbunătățirea sistemului de consolidare a magneților la acțiunea forțelor radiale și tangențiale.

Se da in continuare un exemplu de realizare a invenției, in legătură cu Fig. 1, 2, 3, 4, 5 care reprezenta:

- Fig. 1. Secțiune transversală parțială prin generatorul electric conform invenției;

- Fig. 2. Detaliu pentru fixarea magneților pe jugul rotoric;

- Fig. 3. Schema desfășurată a înfășurării cu Z= 55 crestături, 6 poli, 4 căi de curent și 11 faze;

- Fig. 4. Diagrama de fazori ai tensiunilor fazelor înfășurării indusului de tip ondulată, dublă, polifazată cu m_f=11 faze, închisă o singură dată;

- Fig. 5. Schema bloc a generatorului electric GE, cuplat direct cu turbina eoliană TE și conectat la rețeaua electrică RE, prin intermediul convertorului static de frecvență (R- redresor și I-invertor).

Generatorul este compus dintr-un stator si un rotor.

Statorul (indusul) - Fig. 1, are miezul feromagnetic 1 din tablă silicioasă de grosime 0.5 - 1 mm,, echipat cu o înfășurare polifazată poligonală cu doua sau mai multe căi de curent așezată în crestăturile 2 , închiderea crestăturilor se realizează cu pene izolante 3, sau cu pene magnetice.

Rotorul este format dintr-un jug inductor feromagnetic 4, construit din fier masiv sau din tole; pe suprafața exterioară spre întrefier sunt așezați magneții (polii inductori) 5, construiți din magneții permanenți sinterizați din Nd Fe B, care formează un sistem heteropolar.

In Fig. 2 se prezintă un detaliu privind modul de fixare al magneților 5 pe jugul inductor 4. Pentru o mai bună fixare a magneților 5 se prevăd la periferia jugului inductor feromgnetic 4al rotorului, alte crestături echidistante, cu o adâncime redusa de 0.5 - 1 mm și lățime determinată de lățimea magnetului 4, în care se montează magneții 5 prin lipire cu loktite, iar la periferie peste magneți 5 se aplică un multistrat de 0.5 - 1 mm din bandă adezivă izolantă din fibre de sticlă sau carbon 6.

Rotorul este montat pe un arbore prin intermediul unui butuc.

Ca exemplu de realizare al înfășurării polifazate poligonale, conform invenției, se prezintă o înfășurare poligonala ondulata cu Z = 55 crestaturi, p=2 , a (nr. de cai de curent) =4, mf (nr.de faze al înfășurării) =11. Prizele pentru scoaterea fazelor se realizează la începutul bobinelor, cu pasul fazelor y_mf = 5 crestaturi

Faza 1 este scoasa de la începutul bobinei 1, faza 2 este scoasa de la începutul bobinei așezata in crestătură cu pasul 1 + y_mf, faza 3 este scoasa la începutul bobinei așezata in crestătură cu pasul 1+ 2y_mf, iar următoarele după acest algoritm.

In Fig. 3 se prezintă schema desfasurata a înfășurării conform invenției, în care se arată și prizele fazelor.

Numărul de bobine al înfășurării este egal cu numărul de crestaturi al înfășurării cu doua straturi

Bobinele in număr de N_b = Z = 55 cu un număr de spire oarecare, cu pasul yi = 9 crestături apropiat de pasul diametral al înfășurării y_d =Z/ 2p=6 1/4, se aseaza in

crestaturile armăturii statorului, unde Z este nr. total de crestaturi, p este nr. de perechi de poli.

Conexiunile dintre bobine se realizează in modul următor: sfârșitul unei bobine se conectează cu începutul altei bobine așezata Ia un pas rezultant y_o = (Z-/+m)/p = 19, unde m este ordinal de multiplicitate al înfășurării. In acest caz infasurarea va avea 2a = 2m căi de curent. înfășurarea se închide o singura data si trebuie îndeplinita condiția ca Z si p sa fie numere prime intre ele; cu această condiție nu mai sunt necesare conexiuni echipotentiale de speța 2, ca in cazul înfășurărilor închise de mai multe ori; prin urmare pasul rezultant este yo=(55+2)/3 = 19. Bobina nr.l este legata cu bobina 20, apoi cu bobina 39,apoi cu bobina 3 ș.a.m.d.

In Fig. 4 se prezintă diagrama de fazori ai tensiunilor induse în înfășurările de fază pentru o înfășurare ondulată dublă cu 4 căi de curent, închisă o singură dată; ieșirile fazelor sunt conectate la câte o punte redresoare ( cu conducție directă respectiv inversă) legate la un sistem de două bare (+, respectiv - ), care fac legătura cu invertorul I.

In Fig. 5 s-a prezentat schema bloc a componentelor principale ale unei centrale eoliene; în nacela NA, se montează generatorul electric GE cuplat mecanic cu turbina eoliană TE aflată parțial în exteriorul nacelei NA și redresorul R format de 11 punți redresoare, conectat la bornele fazelor generatorului; barele de legătură B montate în interiorul turnului, dintre redresor și invertorul I plasat în exteriorul nacelei într-o incintă separată la baza turnului de susținere.

Asocierea generatorului electric cu un convertizor static de frecvență compus dintr-un redresor cuplat cu un invertor, are avantajul obținerii puterii electrice furnizate de centrala eoliană la rețeaua electrică cu parametrii ceruți privind numărul de faze, frecvența și tensiunea electrică, indiferent de valorile acestora la bornele generatorului electric. Această soluție oferă avantajul de a realiza un transfer de putere electrică la rețea fără a periclita stabilitatea generatorului electric așa cum se întâmplă in cazul generatorului sincron clasic care trebuie să funcționeze cu turație și frecvența constante.

Convertizorul static de frecvență, tensiune și număr de faze este compus dintr-un redresor (R) conectat la bornele înfășurării statorului și un invertor (I) alimentat dela redresor si conectat direct la rețea (sau prin intermediul unui transformator electric ridicător).

Generatorul eolian multipolar, conform invenției, asociat cu un convertizor static de frecvența, funcționează în modul următor: generatorul antrenat direct de turbina eoliană cu turația n_g convertește puterea mecanică primită pe la arbore și o convertește în putere electrică alternativă polifazată cu frecvența variabilăf_g= p*n_gși tensiunea polifazată U_g = U_ng * nfn_ng, unde U_ng este tensiunea nominală a generatorului și n_ng - turația nominală a ansamblului; puterea electrică transmisă de generator pe la borne este redresata în putere continuă de redresor și transmisă invertorului( I) care o transformă în putere trifazată cu frecvența și tensiunea egale cu frecvența și tensiunea rețelei de curent alternativ și este transmisă rețelei electrice.

Claims (3)

1. CC-2 Ο Ο 8 - Ο 0 5 4 Ο

   1 4 -07- 2008

   Revendicări

   1. Generator electric eolian multipolar, polifazat, cu magneți permanenți în inductor, compus dintr-un stator si un rotor,caracterizat prin aceea că , statorul este echipat cu o înfășurare ondulată, polifazată, poligonală cu numărul de faze mf= 7...49, tip indus de curent continuu și anume o înfășurare ondulată simplă sau multiplă, infasurarea care se închide o singura dată si în acest scop trebuie îndeplinită condiția ca Z si p sa fie numere prime între ele (numai in aceste condiții nu mai sunt necesare conexiuni echipotentiale); înfășurarea indusului este prevăzută în partea frontală de partea opusă acționării, cu un număr de prize egal cu numărul de faze, cu pasul yf = Z/mf, care fac legătura electrică cu diodele redresorului.
2. 2. Generator electric conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că are o îmbinare dintre magneți permanenti (5) și jugul inductor feromagnetic (4) pentru a prelua forțele tangențiale și radiale care se exercită asupra magneților realizată astfel: magneții permanenti (5) sinterizați din Nd Fe B, se montează pe jugul inductor (4) feromagnetic al rotorului, la periferia jugului, în alte crestături cu o adâncime mică de 0.5 - 1 mm și lățime determinată de lățimea magnetului, prin lipire cu loktite, iar la periferie peste magneți se aplică un multistrat de 0.5 - 1 mm din bandă adezivă izolantă din fibre de sticlă sau carbon (6).
3. 3. Generatorul electric conform revendicării 1 si 2,caracterizat prin aceea ca, este conectat la rețeaua electrică prin intermediul unui convertizor static de frecvență, tensiune și număr de faze, compus dintr-un redresor( R) montat în nacelă (NA) în carcasa generatorului și un invertor (I) montat în afara nacelei (NA), care convertește puterea electrică continuă în putere electrică trifazată cu parametrii tensiunea electrică și frecvența egale cu parametrii rețelei electrice.