02.pdf

(1358 KB) Pobierz

Microsoft Word - 02.Boguslaw Karolewski 2.doc

Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Nap ħ dów i Pomiarów Elektrycznych

Nr 64

Politechniki Wrocławskiej

Nr 64

Studia i Materiały

Nr 30

2010

maszyny elektryczne, magnesy trwałe, konstrukcja, generatory

synchroniczne, pr Ģ dnice tarczowe, magnetowody, elektrownie wiatrowe

Bogusław KAROLEWSKI *

BADANIE WOLNOOBROTOWEJ PR ġ DNICY

PRZEZNACZONEJ DO MAŁYCH ELEKTROWNI

WIATROWYCH

Przedstawiono wyniki pomiarów parametrów bezrdzeniowej pr Ģ dnicy tarczowej z okr Ģ głymi

cewkami, zakupionej w serwisie aukcyjnym ALLEGRO. Pr Ģ dnice takie przeznaczone s Ģ do małych

elektrowni wiatrowych. Podane przez producenta warto Ļ ci parametrów s Ģ znacznie zawy Ň one. Mo Ň -

liwa do uzyskania moc pr Ģ dnicy okazała si ħ kilkukrotnie ni Ň sza od deklarowanej. Główn Ģ przyczyn Ģ

słabych parametrów jest za mała grubo Ļę tarcz wirnika.

1. WPROWADZENIE

Małe elektrownie wiatrowe staj Ģ si ħ coraz bardziej popularne, a zainteresowanie

nimi mo Ň e jeszcze wzrosn Ģę , bo wg dyrektyw UE projektanci budynków b ħ d Ģ musieli

uwzgl ħ dni ę wykorzystanie energii pochodz Ģ cej z odnawialnych Ņ ródeł energii (OZE).

Elektrownie wiatrowe dobrze nadaj Ģ si ħ do spełnienia tego warunku.

Przydomowe elektrownie wiatrowe mog Ģ słu Ň y ę jako dodatkowe Ņ ródło energii,

zmniejszaj Ģ ce zapotrzebowanie na energi ħ pobieran Ģ z sieci, której ceny ci Ģ gle rosn Ģ .

Najprostsze elektrownie przydomowe wykorzystuj Ģ wolnobie Ň ne synchroniczne

pr Ģ dnice tarczowe z magnesami trwałymi. Nie wymagaj Ģ one przekładni mechanicz-

nej, co pomniejsza koszt układu i obni Ň a poziom hałasu. Sprawno Ļę takich pr Ģ dnic

mo Ň e by ę du Ň a, a koszt ich wykonania jest stosunkowo niewielki. Na wyj Ļ ciu takiej

pr Ģ dnicy otrzymuje si ħ napi ħ cie przemienne o zmieniaj Ģ cej si ħ warto Ļ ci i cz ħ stotliwo-

Ļ ci. Zmiany te s Ģ funkcj Ģ pr ħ dko Ļ ci turbiny wiatrowej, która z kolei zale Ň y od pr ħ dko-

Ļ ci wiatru. Z elektrowni mo Ň na zasili ę bezpo Ļ rednio wydzielony obwód z odbiorni-

__________

* Politechnika Wrocławska, Instytut Maszyn, Nap ħ dów i pomiarów Elektrycznych, ul. Smoluchow-

skiego 19, 50-372 Wrocław, bogusław.karolewski@pwr.wroc.pl

781066693.143.png

2

kami grzejnymi – np. wspomaga ę grzanie ciepłej wody u Ň ytkowej. W celu zasilenia

bardziej wymagaj Ģ cych odbiorników, konieczne jest prostowanie i akumulowanie

wytworzonej energii (z zastosowaniem kontrolera ładowanie akumulatorów), a na-

st ħ pnie wykorzystanie falownika i transformatora, aby uzyska ę napi ħ cie o stałych

parametrach, podobne do sieciowego.

W ostatnim okresie pojawiło si ħ wiele ofert, umo Ň liwiaj Ģ cych zakup wolnobie Ň nej

pr Ģ dnicy tarczowej, mi ħ dzy innymi w serwisie aukcyjnym ALLEGRO. Niektórzy

producenci wytwarzaj Ģ pr Ģ dnice w do Ļę prymitywnych warsztatach i nie maj Ģ warun-

ków ani potrzebnych urz Ģ dze ı , aby pomiarowo sprawdzi ę parametry uzyskanego wy-

robu. Po zakupie takiej przykładowej pr Ģ dnicy wykonano badania laboratoryjne, okre-

Ļ laj Ģ ce czy maszyna posiada parametry podane przez producenta.

Opis działania pr Ģ dnic stosowanych w elektrowniach wiatrowych przedstawiono

np. w [2], [3], [5], a wyniki bada ı modeli pr Ģ dnic w [1], [4], [6], [7].

2.PARAMETRY DEKLAROWANE

Pr Ģ dnic ħ wykonano jako tarczow Ģ bezrdzeniow Ģ . Wirnik składa si ħ z 2 tarcz z ma-

gnesami. Pomi ħ dzy tarczami wirnika zamocowano stojan z cewkami o kształcie ko-

łowym. Dokładniejszy opis tego typu pr Ģ dnicy mo Ň na znale Ņę np. w [5].

Deklarowane przez producenta parametry pr Ģ dnicy trójfazowej s Ģ nast ħ puj Ģ ce:

- moc 3 kW przy 250 obr/min,

- napi ħ cie za trójfazowym mostkiem prostowniczym 110 V,

- po 24 magnesy na ka Ň dej tarczy (12 par biegunów) czyli napi ħ cie ma cz ħ stotli-

wo Ļę 50 Hz przy 250 obrotach,

- Ļ rednica tarcz wirnika 51 cm, a Ļ rednica stojana 57 cm,

- wymiary magnesów 45x25x10,

- cewki nawini ħ te drutem o Ļ rednicy 1,6 mm,

- prawdopodobnie cewka ma 15 zwojów (nie podano),

- 6 cewek na faz ħ daje 90 zwojów na faz ħ .

Na rys. 1 przedstawiono zdj ħ cie pr Ģ dnicy.

3

Rys. 1. Wygl Ģ d badanej pr Ģ dnicy

Fig. 1. Appearance of researched generator

Pr Ģ dnica jest przystosowana do bezpo Ļ redniego zamontowania na maszcie elek-

trowni. Nie posiada pełnej osi, a tylko póło Ļ samochodow Ģ . Z drugiej strony (góra na

rys. 1) przewidziano monta Ň turbiny trójpłatowej. W celu wykonania bada ı samej

pr Ģ dnicy, konieczne było wykonanie specjalnej konstrukcji mocuj Ģ cej. W osi pr Ģ dnicy

zamiast turbiny dodano koło pasowe, słu ŇĢ ce do poł Ģ czenia pr Ģ dnicy z silnikiem na-

p ħ dzaj Ģ cym maszyn ħ . Dodano równie Ň czujnik i głowiczk ħ do pomiaru pr ħ dko Ļ ci.

Badany układ przedstawiono na rys. 2.

Rys. 2. Pr Ģ dnica wraz z nap ħ dem umieszczona w konstrukcji mocuj Ģ cej

Fig. 2. Generator with drive placed in grappling construction

781066693.154.png

781066693.165.png

4

3. WYNIKI POMIARÓW

Silnik nap ħ dowy zasilono przez przemiennik cz ħ stotliwo Ļ ci. Silnik nap ħ dzał pr Ģ d-

nic ħ przez przekładni ħ pasow Ģ o przeło Ň eniu 4. Moc wej Ļ ciow Ģ mierzono w układzie

jednego watomierza. Pr ħ dko Ļę pr Ģ dnicy wskazywał miernik cyfrowy, współpracuj Ģ cy

z enkoderem indukcyjnym.

3.1. CHARAKTERYSTYKI BIEGU JAŁOWEGO

Wykonano badania napi ħę na zaciskach pr Ģ dnicy podczas pracy na biegu jałowym.

W wariancie pierwszym pr Ģ dnic ħ traktowano jako trójfazow Ģ maszyn ħ pr Ģ du zmien-

nego, a w drugim, po dodaniu prostownika, jako Ņ ródło pr Ģ du stałego. Przebiegi uzy-

skanych charakterystyk przedstawiono na rys. 3 i 4.

Przy 250 obr/min napi ħ cie wyprostowane miało warto Ļę 72 V zamiast deklarowa-

nych 110 V. Aby uzyska ę napi ħ cie 110 V, trzeba pr Ģ dnic ħ nap ħ dzi ę z pr ħ dko Ļ ci Ģ rz ħ -

du 400 obr/min.

50

40

30

20

10

0

50 100 150 200 250 300 350

Rys. 3. Charakterystyka biegu jałowego: zale Ň no Ļę napi ħ cia przemiennego Ļ redniego z 3 faz U Ļ r od pr ħ d-

ko Ļ ci obrotowej n

Fig. 3. Characteristic of idle run: dependence of AC voltage medium of 3 phases U Ļ r from rotary speed n

120

100

80

60

40

20

0

50 100 150 200 250 300 350

Rys. 4. Charakterystyka biegu jałowego: zale Ň no Ļę napi ħ cia wyprostowanego U pr od pr ħ dko Ļ ci

Fig. 4. Characteristic of idle run: dependence of rectified voltage from speed Upr

781066693.176.png

5

3.2.CHARAKTERYSTYKI ZEWN Ħ TRZNE

Utrzymuj Ģ c stał Ģ pr ħ dko Ļę obrotow Ģ zwi ħ kszano rezystancyjne obci ĢŇ enie pr Ģ dni-

cy. Przykład uzyskanych wyników przedstawiono w tab. 1, a charakterystyk ħ ze-

wn ħ trzn Ģ pr Ģ dnicy pr Ģ du zmiennego na rys. 5.

Tabela 1. Wyniki dla trójfazowej pr Ģ dnicy pr Ģ du zmiennego przy pr ħ dko Ļ ci n = 250

Table 1. Results for 3 phase AC generator at speed n = 250

Pobór z sieci

Napi ħ cia fazowe pr Ģ dnicy

Pr Ģ dy fazowe pr Ģ dnicy

Moc wyj.

L.p.

P w

I f

U f

U 1

U 2

U 3

U Ļ r

I 1

I 2

I 3

I Ļ r

P

[W] [A] [V] [V]

[V]

[V]

[V] [A]

[A]

[A] [A]

[W]

1. 151 1,2 230 32,9 29,5 29,2 30,5

0

0

0

0

0

2. 310 2,5 230 26,4 23,4 22,7 24,1 5,2

4,8

5,0

5,0

361,5

3. 380 3,1 230 23,6 21,0 20,3 21,6 8,3

7,9

7,8

8,0

518,4

4. 560 4,9 230 19,0 16,5 16,2 17,2 11,6 11,0 11,0 11,2

577,9

5

740 5,8 230 14,5 11,9 11,0 12,5 15,6 14,7 14,6 15,0

562,5

Rys. 5. Charakterystyka zewn ħ trzna U Ļ r w funkcji I Ļ r dla pr ħ dko Ļ ci n = 250

Fig. 5. External characteristic U Ļ r in function of I Ļ r for speed n = 250

Moc pr Ģ dnicy przy obci ĢŇ aniu pocz Ģ tkowo ro Ļ nie, a po przekroczeniu pewnej war-

to Ļ ci zaczyna male ę . Maksymalna moc czynna (obci ĢŇ enie było rezystancyjne, wi ħ c

jest to równie Ň moc pozorna) przy 250 obr/min odpowiada warto Ļ ci pr Ģ du jednej fazy

około 12 A. Jest to zreszt Ģ pr Ģ d bliski maksymalnego dopuszczalnego pr Ģ du obci ĢŇ e-

nia pr Ģ dnicy, gdy Ň przyrost temperatury uzwoje ı przy tym pr Ģ dzie osi Ģ ga warto Ļę

około 50 o C. Napi ħ cie fazowe wynosi wtedy 16,5 V, czyli moc pr Ģ dnicy P = 3 * U Ļ r *

I Ļ r = 3 * 16,5 * 12 Ä 600 W. Jest to kilkukrotnie mniej ni Ň moc deklarowana o warto Ļ ci

3 kW. Z szacunkowych oblicze ı wynika, Ň e dla uzyskania mocy 3 kW przy pr Ģ dzie

znamionowym 12 A, nale Ň ałoby nap ħ dzi ę pr Ģ dnic ħ z pr ħ dko Ļ ci Ģ rz ħ du 800 obr/min.

781066693.001.png

781066693.012.png

781066693.023.png

781066693.034.png

781066693.045.png

781066693.056.png

781066693.067.png

781066693.078.png

781066693.089.png

781066693.100.png

781066693.103.png

781066693.104.png

781066693.105.png

781066693.106.png

781066693.107.png

781066693.108.png

781066693.109.png

781066693.110.png

781066693.111.png

781066693.112.png

781066693.113.png

781066693.114.png

781066693.115.png

781066693.116.png

781066693.117.png

781066693.118.png

781066693.119.png

781066693.120.png

781066693.121.png

781066693.122.png

781066693.123.png

781066693.124.png

781066693.125.png

781066693.126.png

781066693.127.png

781066693.128.png

781066693.129.png

781066693.130.png

781066693.131.png

781066693.132.png

781066693.133.png

781066693.134.png

781066693.135.png

781066693.136.png

781066693.137.png

781066693.138.png

781066693.139.png

781066693.140.png

781066693.141.png

781066693.142.png

781066693.144.png

781066693.145.png

781066693.146.png

781066693.147.png

781066693.148.png

781066693.149.png

781066693.150.png

781066693.151.png

781066693.152.png

781066693.153.png

781066693.155.png

781066693.156.png

781066693.157.png

781066693.158.png

781066693.159.png

781066693.160.png

781066693.161.png

781066693.162.png

781066693.163.png

781066693.164.png

781066693.166.png

781066693.167.png

781066693.168.png

781066693.169.png

781066693.170.png

781066693.171.png

781066693.172.png

781066693.173.png

781066693.174.png

781066693.175.png

781066693.177.png

781066693.178.png

781066693.179.png

781066693.180.png

781066693.181.png

781066693.182.png

781066693.183.png

781066693.184.png

781066693.185.png

781066693.186.png

781066693.002.png

781066693.003.png

781066693.004.png

781066693.005.png

781066693.006.png

781066693.007.png

781066693.008.png

781066693.009.png

781066693.010.png

781066693.011.png

781066693.013.png

781066693.014.png

781066693.015.png

781066693.016.png

781066693.017.png

781066693.018.png

781066693.019.png

781066693.020.png

781066693.021.png

781066693.022.png

781066693.024.png

781066693.025.png

781066693.026.png

781066693.027.png

781066693.028.png

781066693.029.png

781066693.030.png

781066693.031.png

781066693.032.png

781066693.033.png

781066693.035.png

781066693.036.png

781066693.037.png

781066693.038.png

781066693.039.png

781066693.040.png

781066693.041.png

781066693.042.png

781066693.043.png

781066693.044.png

781066693.046.png

781066693.047.png

781066693.048.png

781066693.049.png

781066693.050.png

781066693.051.png

781066693.052.png

781066693.053.png

781066693.054.png

781066693.055.png

781066693.057.png

781066693.058.png

781066693.059.png

781066693.060.png

781066693.061.png

781066693.062.png

781066693.063.png

781066693.064.png

781066693.065.png

781066693.066.png

781066693.068.png

781066693.069.png

781066693.070.png

781066693.071.png

781066693.072.png

781066693.073.png

781066693.074.png

781066693.075.png

781066693.076.png

781066693.077.png

781066693.079.png

781066693.080.png

781066693.081.png

781066693.082.png

781066693.083.png

781066693.084.png

781066693.085.png

781066693.086.png

781066693.087.png

781066693.088.png

781066693.090.png

781066693.091.png

781066693.092.png

781066693.093.png

781066693.094.png

781066693.095.png

781066693.096.png

781066693.097.png

781066693.098.png

781066693.099.png

781066693.101.png

781066693.102.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Springer-Verlag Wind Energy Systems for Electric Power Generation(1).pdf (11636 KB)
Springer-Verlag Wind Energy Systems for Electric Power Generation.pdf (11636 KB)
[2004] Synchronous Generators for Wind Energy Systems (WES).pdf (6129 KB)
elektrownia wietrowe generator.pdf (919 KB)
Ebook - Wind Power - Savonius Generator Plans - Pico Turbine(1).pdf (103 KB)

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin