SVEUILITE JOSIPA JURJA STROSSMAYERA U OSIJEKU ELEKTROTEHNIKI FAKULTET

Struni studij

SPOROHODNI SINKRONI GENERATOR SNAGE

1000 kVA ZA VJETROELEKTRANU

Zavrni rad

Ines Biani

Osijek, 2013.

IZJAVA O ORIGINALNOSTI RADA

Osijek, 2013

Ime i prezime studenta: Ines Biani

Studij : Struni studij, smjer Elektroenergetika

Mat. br. studenta, godina

upisa: A3919, 2010.

Ovom izjavom izjavljujem da je rad pod nazivom:

SPOROHODNI SINKRONI GENERATOR SNAGE 1000 kVA

ZA VJETROELEKTRANU

izraen pod vodstvom mentora mr.sc. Milice Puar dipl.ing.

moj vlastiti rad i prema mom najboljem znanju ne sadri prethodno objavljene ili neobjavljene pisane materijale drugih osoba, osim onih koji su izriito priznati navoenjem literature i drugih izvora informacija. Izjavljujem da je intelektualni sadraj navedenog rada proizvod mog vlastitog rada, osim u onom dijelu za koji mi je bila potrebna pomo mentora, sumentora i drugih osoba, a to je izriito navedeno u radu.

Potpis studenta:

SADRAJ

1. UVOD..................................................................................................................................1

1.1. Zadatak zavrnog rada...........................................................................................1

2. IZVEDBE VJETROAGREGATA................................................................................2

2.1. Vjetroagregat s turbinom konstantne brzine vrtnje i asinkronim kaveznim

generatorom.....................................................................................................................3

2.2. Vjetroagregat s turbinom promjenjive brzine vrtnje sa sinkronim ili dvostrano

napajanim asinkronim generatorom................................................................................4

2.3. Vjetroagregat s turbinom promjenjive brzine vrtnje i sinkronim generatorom bez

multiplikatora..................................................................................................................6

2.4.Vjetroagregat hrvatske proizvodnje..........................................................................8

3. DIMENZIONIRANJE ETVEROPOLNOG SINKRONOG

GENERATORA S ISTAKNUTIM POLOVIMA SNAGE 1000 kVA...............9

3.1. Glavne dimenzije.....................................................................................................9

3.2. Indukcija i strujni oblog.........................................................................................12

3.3. Zrani raspor..........................................................................................................13

3.4. Statorski utor, irina i broj utora............................................................................13

3.5. Statorski namot......................................................................................................15

3.6. Inducirani napon....................................................................................................17

3.7. Zubi statora i punjenje utora..................................................................................19

3.8. Jaram statora i rotora..............................................................................................22

3.9. Polovi.....................................................................................................................23

3.10. Ukupno protjecanje u praznom hodu...................................................................25

3.11. Uzbudni i priguni namot.....................................................................................30

4. ZAKLJUAK..................................................................................................................34

LITERATURA.....................................................................................................................36

POPIS OZNAKA................................................................................................................37

SAETAK.............................................................................................................................42

IVOTOPIS..........................................................................................................................43

PRILOZI.................................................................................................................................44

1

1. UVOD

U sklopu ovog zavrnog rada obraivat u temu vezano za sporohodni generator koji

se koristi u vjetroelektranama.

Na samom poetku rada ukratko emo rei neto o samom razvoju vjetroelektrana u

svijetu. Vjetroelektrane su obnovljivi izvor energije te su uz to i jako profitabilne. Sam razvoj

vjetroelektrana poeo je intenzivnije u zadnjih desetak godina gledajui globalnu razinu. Do

2006. godine kapacitet proizvodnje elektrine energije iz vjetroelektrana dosegao je razinu od

74223 MW, dok je samo u 2008. godini izgraeno novih 15197 MW kapaciteta [1]. Vidljivo

je da se svake godine sve vie poveava razina kapaciteta elektrine energije koja se proizvodi

iz vjetroelektrana te je sigurno da e se u godinama koje dolaze ti kapaciteti i dalje konstantno

poveavati. Moemo rei da razvoj vjetroelektrana ima sigurnu budunost.

1.1. Zadatak zavrnog rada

U radu treba ukratko opisati mogua rjeenja generatora za proizvodnju elektrine

energije u vjetroelektranama. Prema Uputama za proraun sinkronih strojeva treba odrediti

podatke namota i konstrukcije za sporohodni sinkroni generator snage 1000 kVA za napon

690 V i frekvenciju 14,5 Hz.

2

2. IZVEDBE VJETROAGREGATA

Na izvedbu vjetroagregata utjee vrsta turbine i vrsta generatora [1]. Openito svi

instalirani vjetroagregati podijeljeni su na tri vrste turbina:

1. s konstantnom brzinom vrtnje,

2. s djelomino promjenjivom brzinom vrtnje,

3. s promjenjivom brzinom vrtnje.

Bitna karakteristika kod vjetroelektrana je statina karakteristika (slika 2.1.) [1]. Ona

pokazuje ovisnost izmeu promjene snage vjetrene turbine i brzine vjetra.

Nazivna snaga turbine i generatora se postie u dijelu od nazivne vn do maksimalne

brzine vmax. Od brzine ukljuenja vu do nazivne brzine vn snaga agregata se usklauje

podeavanjem lopatica tako da se dobije to vie snage. Od nazivne brzine vn do maksimalne

brzine vmax regulacijom aerodinaminog profila lopatica turbine ograniava se snaga na

nazivnu snagu agregata.

Prema karakteristici na slici 2.1. se bira generator i sustav regulacije snage agregata u

promjenjivim uvjetima brzine vjetra.

Slika 2.1. Statina karakteristika snage vjetroturbine [1]

Izbor vrste generatora ovisi o tome da li se koristi multiplikator brzine i kakav je

prikljuak na mreu. Koriste se generatori izmjenine struje, asinkroni i sinkroni u vie

varijanti.

3

2.1. Vjetroagregat s turbinom konstantne brzine vrtnje i asinkronim

kaveznim generatorom

Kod koritenja turbine fiksnih brzina uobiajeno koristimo asinkrone generatore,

kavezne ili klizno-kolutne, te se oni direktno spajaju na mreu. Neophodan je multiplikator

brzine vrtnje. Asinkroni generator s mnogo polova (2p > 20) je neprihvatljiv zato to ima lo

faktor snage cos (0,6 i manje) i zbog slabih energetskih pokazatelja.

Na slici 2.2. [1] prikazan je vjetroagregat s asinkronim strojem i turbinom konstantne

brzine vrtnje. Izmeu rotora turbine i asinkronog generatora je multiplikator tako da se moe

upotrijebiti 4-polni ili 6-polni trofazni asinkroni kavezni generator. U primjeni je esta

varijanta kaveznog asinkronog stroja s promjenjivim brojem polova, obino za 2 brzine.

Prikljuuje se direktno na mreu uz spajanje ureaja za smanjenje struja kratkog spoja.

Optereenje generatora je ogranieno izvedbom lopatica turbina, a brzina cijelog pogonskog

niza se jako malo mijenja oko nazivne brzine generatora, dok je klizanje generatora oko

1-2%. Vjetroagregat mora biti prikljuen na mreu iz koje uzima jalovu snagu za uspostavu

magnetskog polja.

Slika 2.2. Vjetroagregat s asinkronim strojem i turbinom konstantne brzine vrtnje [1]

Na slici su koritene sljedee oznake:

Pt - snaga turbine,

n - brzina vrtnje generatora,

Pmeh - mehanika ulazna snaga generatora,

2p1, 2p2 - razliiti brojevi polova asinkronog generatora.

4

2.2. Vjetroagregat s turbinom promjenjive brzine vrtnje sa sinkronom ili

dvostrano napajanim asinkronim generatorom

Kod ovakvog vjetroagregata obavezno se koristi multiplikator. Na slici 2.3. [1]

prikazana je izvedba sa sinkronim strojem. Klasini sinkroni generatori na rotoru imaju

istosmjernu uzbudnu struju. Radi bolje energetske iskoristivosti ovakvog agregata potreban je

frekvencijski pretvara koji je smjeten izmeu namota sinkronog generatora i energetske

mree fiksne frekvencije, a slui za podeavanje napona i frekvencijskog generatora na napon

i frekvenciju mree.

Slika 2.3. Vjetroagregat sa sinkronim strojem i turbinom promjenjive brzine vrtnje [1]

Na slici 2.3. koritene su sljedee oznake:

Ug - napon generatora,

fg - frekvencija generatora,

Umr - napon uzbude rotora,

fmr - frekvencija uzbude rotora na ulazu u pretvara.

U sluaju vjetroagregata s dvostrano napajanim asinkronim strojem prema slici 2.4.

[1] se izmjeninom uzbudnom strujom u rotorskom namotu iz frekvencijskog pretvaraa

prikljuenog na istu mreu kao i statorski namot utjee na energetsku iskoristivost agregata.

5

Slika 2.4. Dvostrano napajani generator vjetroagregata promjenjive brzine vrtnje [1]

Oznake na slici 2.4. su sljedee:

Pg - elektrina snaga generatora,

f1 - frekvencija mree (generatora),

f2 - frekvencija uzbudne struje,

s - klizanje,

Pref - referentna radna snaga prilikom regulacije radne i induktivne snage,

Qref - referentna jalova snaga prilikom regulacije radne i induktivne snage.

Detaljnije emo opisati ovaj pogonski niz. U izvedbama za vjetroelektrane izmeu

turbine i generatora je multiplikator, kojim se postie da brzina vrtnje generatora bude 1000

ili 1500 o/min. Konstrukcija ovog stroja je izvedba asinkronog kolutnog stroja kojem na

statoru i rotoru podesimo napone razliitih frekvencija. Rotorski i statorski namot moraju biti

trofazni i imati jednaki broj polova 2p da bi se mogla obavljati elektromehanika pretvorba.

Ako rotorski namot napajamo s naponom frekvencije f2, okretno magnetsko polje rotora e se

vrtjeti sinkronom brzinom [3]

22

60 f

pn

, (2-1)

gdje je:

n2 - okretno magnetsko polje [o/min],

f2 - frekvencija uzbudne struje [Hz]

p broj pari polova

Istovremeno sinkrona brzina statora n1 uz frekvenciju napona f1 iznosi:

6

1

1

60 f

pn

. (2-2)

Stvarna brzina vrtnje rotora n je jednaka [3]

1(1 ) ,sn n (2-3)

a odnos frekvencije statora i rotora je jednak klizanju s:

2

1

fs

f , (2-4)

to uvrteno u (2-3) daje izraz za brzinu vrtnje:

1 2

60( )n f f

p . (2-5)

Vidimo da se s promjenom frekvencije f2 uzbudnog napona na rotoru utjee na brzinu vrtnje

rotora, a time i na brzinu vrtnje turbine.

Dvostrano napajani generator znatno je povoljniji zbog veliine i cijene frekvencijskog

pretvaraa, viih harmonikih lanova u mrei koje generira pretvara, uparljivosti, potrebnog

prostora za smjetaj, stabilnosti energetskog sustava te mogunosti generiranja jalove

energije. Jo jedna prednost je iskoristivost primarnog pogonskog stroja u promjenjivom

reimu rada. A najbitnija stvar je regulacija brzine vrtnje turbine gdje se onda moraju ostvariti

najbolje energetske iskoristivosti u konkretnim uvjetima tj. brzina vjetra Bitno je napomenuti

da veliku primjenu imaju dvostrano napajani asinkroni generatori zbog vjetra koji ima

promjenjivu brzinu i zato je dobro imati mogunost regulacije brzine turbine.

2.3. Vjetroagregat s turbinom promjenjive brzine vrtnje i sinkronim

generatorom bez multiplikatora

Za male brzine vrtnje (5-30 o/min) koristimo sinkrone generatore s puno polova.

Sinkroni generator se moe direktno spojiti bez multiplikatora na turbinu, dok se na mreu

prikljuuje preko frekvencijskog pretvaraa. Izvedba agregata s takvim generatorom

prikazana je na slici 2.5. [1].

7

Slika 2.5. Vjetroagregat sa sinkronim strojem sa statikom uzbudom [1]

Primjenjuju se tehnologije s permanentnim magnetima ili s klasinom uzbudom na

rotoru. Ovakva izvedba agregata je povezana s izvedbom frekvencijskog pretvaraa kroz koji

mora proi ukupna snaga generatora. U odnosu na generatore s uzbudnom strujom na rotoru

generatori s trajnim magnetima za istu snagu imaju bolju korisnost, manje dimenzije rotora,

jednostavniji rashladni krug generatora i odravanje.

Na slici 2.6. [1] prikazan je vjetroagregat sa sinkronim generatorom s trajnim

magnetima. Bitna stvar kod vjetroelektrana je lagano odravanje konstrukcije. Sinkroni

generator s trajnim magnetima (slika 2.6.) je dobro rjeenje jer njemu nije potrebno veliko

odravanje.

Slika 2.6. Vjetroagregat sa sinkronim generatorom s trajnim magnetima [1]

Velike potekoe pojavljuju se kod gradnje sinkronih strojeva vee snage, s trajnim

magnetima i veim brojem polova (do 100). Najvei problemi su magnetiziranje magneta,

smjetaj i uvrivanje magneta na rotor, razmagnetiziranje magneta na visokim

temperaturama ili u nepovoljnim reimima rada generatora.

8

2.4. Vjetroagregat hrvatske proizvodnje

Godine 2004. u Konaru poinje razvoj i gradnja prve vjetroelektrane u Hrvatskoj. U

vjetroagregatu ugraen je sinkroni generator. Generator je specifian po novoj konstrukciji i

tehnologiji gradnje. Ima 60 polova, a graen je za snagu od 1000 kVA i frekvencije

5-14,5 Hz. Prikljuak na mreu se ostvaruje preko frekvencijskog pretvaraa. Na slikama 2.7.

i 2.8. [1] prikazani su neki dijelovi generatora.

Slika 2.7. Rotor generatora [1]

Slika 2.8. Glavina na rotoru generatora [1]

9

3. DIMENZIONIRANJE ETVEROPOLNOG SINKRONOG

GENERATORA S ISTAKNUTIM POLOVIMA SNAGE 1000 kVA

Generator je zadan nazivnim podacima, a to su:

nazivna snaga Sn = 1000 kVA

nazivni napon Un = 690 V

nazivna frekvencija fn = 14,5 Hz

faktor snage cosn = 0,95

brzina vrtnje nn = 29 o/min

brzina pobjega np = 36 o/min.

Sinkroni generator je potrebno dimenzionirati prema zadanim podacima. Proraun je

napravljen prema Uputama za proraun sinkronih strojeva [2].

3.1. Glavne dimenzije

Iz nazivne snage Sn i napona Un odreujemo nazivnu struju In preko sljedee

relacije [3]:

n

nn

U

SI

3 (3-1)

iz ega proizlazi struja:

836,739A.nI (3-2)

Broj pari polova utvrujemo pomou formule [3]:

n

n

n

fp

60 (3-3)

te je broj pari polova jednak:

30p

odnosno, generator treba imati:

2 60.p

Ekonomski omjer odreujemo prema [2]:

10

(0,35 0,5) 2 .i

p

ldo p

(3-4)

gdje je:

li idealna duljina statorskog paketa [m]

p polni korak [m]

Uz odabrani faktor 0,4 u (3-4) ekonomski omjer iznosi:

3,098.

Relativna snaga se odreuje preko nazivne snage Sn, broja pari polova p, nazivne

frekvencije fn, te ekonomskog omjera preko relacije [2]:

.

n

nrel

fp

SP (3-5)

Za ovaj generator relativna snaga Prel iznosi:

0,742 kVA / p.relP

Iz ovisnosti relativne snage Prel stroja i broja pari polova p dobiva se iz dijagrama u

prilogu P. 3.1. [2] polni korak p, pa za Prel = 0,9893 kVA/p polni korak iznosi:

0,2 m.p

Sada se moe odrediti promjer provrta prema formuli [2]:

2,

ppD

(3-6)

te on iznosi:

3,82m.D

On se u praksi zaokrui, pa onda iznosi:

3,8m.D

S promjenom promjera mijenja se i polni korak p kojeg odreujemo preko relacije:

p

Dp

2

(3-7)

pa e prema tome polni korak sada iznositi:

11

0,199 m.p

Faktor iskoritenja C (Essonova konstanta) koja predstavlja elektrinu snagu po

jedinici volumena stroja moe se raunati preko relacije [2]:

np

n

nD

SC

2 (3-8)

pa izraunata vrijednost iznosi:

33,874 kVAmin / m .C

Maksimalnu obodnu brzinu vmax, koja je ograniena konstrukcijom rotora i

maksimalnim dozvoljenim naprezanjima zbog centrifugalnih sila uz nazivnu brzinu

nn = 29 o/min, raunamo prema relaciji [5]:

60max

nnDv

(3-9)

iznosi:

max 7,1628 m / s.v

Na osnovu faktora iskoritenja C odreuje se idealna duljina statorskog paketa prema

relaciji [5]:

n

ni

nCD

Sl

2 (3-10)

te prema tome iznosi:

0,6261 m.il

Ta idealna duljina statorskog paketa se razlikuje od stvarne duljine paketa za 2 5 %.

Za prvo priblienje stvarna duljina paketa L moe se raunati preko relacije:

1,03 iL l (3-11)

i iznosi:

= 0,6449 m = 0,65 m.L L

Nakon to smo odredili duljinu paketa L, za irinu kanala za hlaenje bk uzimamo

= 10 mm,kb a za duljinu dionog paketa uzimamo = 50 mm,a jer iskustvo pokazuje da se uz

12

takve veliine mogu odvesti gubici iz stroja uz dopustivo zagrijavanje. Slika 3.1. [2] prikazuje

presjek paketa s oznaenim veliinama koje su ranije u tekstu navedene.

Slika 3.1. Idealna duljina paketa [2]

Uz odabranu duljinu dionog paketa a i irinu kanala bk broj kanala nk e biti [2]:

k

kba

aLn

(3-12)

Izraunata vrijednost iznosi:

9,92kn

pa odabiremo:

10.kn

Duljinu eljeza odreujemo preko stvarne duljine paketa L, broja kanala nk, te irine

kanala preko relacije [2]:

kk bnLl (3-13)

pa e prema tome duljina eljeza iznositi:

0,5449 m.l

3.2. Indukcija i strujni oblog

Za odreivanje potrebne uzbude za odreeni magnetski tok u stroju je mjerodavna

maksimalna indukcija u zranom rasporu B0, pa preko dijagrama u prilogu P. 3.2. [2]

13

odreujemo maksimalnu indukciju u zranom rasporu B0' i strujni oblog A, a za p = 0,2 m

oni iznose:

34000 A / mA

0 ' 0.84 T.B

3.3. Zrani raspor

Idealnu duljinu razmaka izmeu vanjskog oboda stroja i provrta statora, odnosno

zranog raspora i moemo raunati prema sljedeoj relaciji [2]:

6

0

0,5 10'

p

i

d

A

B X

(3-14)

pa e prema tome duljina zranog raspora iznositi:

0,004027 mi

gdje je Xd sinkrona reaktancija, koju smo odredili preko broja polova 2p iz tablice u prilogu

P. 3.3. [2] , a iznosi:

1.dX

Idealna duljina zranog raspora, koju smo odredili, vea je od stvarne geometrijske veliine

zbog djelovanja utora na statoru. Uz procijenjeni Carterov faktor kc = 1,1 stvarni zrani raspor

e iznositi [2]:

c

i

k

(3-15)

odnosno:

0,00366 m.

3.4. Statorski utor, irina i broj utora

irinu utora bu odabiremo pomou tablice u prilogu P. 3.4. [2] u kojoj su dane

vrijednosti debljine izolacijske ljuske i irine utora za standardne napone na temelju podataka

iz prakse. Za napon Un = 690 V odabiremo irinu utora:

14

14 mm.ub

Na slici 3.2. [2] prikazana su dva razliita utora s dimenzijama, gdje je bo irina otvora

utora.

Slika 3.2. Presjek dva razliita utora s oznakama debljine utora i zranog raspora [2]

Korak utora u dobivamo preko relacije:

(0,35 0,5)

uu

b

do

(3-16)

pa uz odabrani faktor 0,39 gdje manji faktor treba birati za strojeve s viom indukcijom u

zranom rasporu B0, dobivena vrijednost iznosi:

35,897 mm.u

Uz odabranu irinu utora i izraunati utorski korak moe se priblino odrediti broj

utora N [2]:

u

DN

(3-17)

koji iznosi:

333,465 333.N

Nakon broja utora moe se odrediti broj utora na pol q i fazu m prema relaciji [2]:

mp

Nq

2 (3-18)

pa dobijemo da broj utora na pol i fazu iznosi:

1,852 2.q

15

Uz odabrani broj utora na pol i fazu q = 2, odreujemo toan broj utora preko relacije:

mpqN 2 (3-19)

i broj utora je jednak:

360.N

Uz poznati broj utora N i promjer provrta stroja D moemo tono izraunati utorski

korak preko relacije [2]:

N

Du

(3-20)

i on iznosi:

0,0262 m.u

U svakoj fazi je mogue izvesti jednu ili vie paralelnih grana a, a to se radi kad su

dimenzije vodia velike. U paralelnim granama naponi moraju biti jednaki po veliini i po

fazi, pa je najvei mogui broj paralelnih grana amax dan izrazom [2]:

max

2pa

b (3-21)

gdje b mora biti najvea zajednika mjera broja polova odnosno:

broj cijelib

p (3-22)

uz ogranienje da broj b ne smije biti djeljiv s 3, odnosno u naem sluaju oni brojevi koji e

dati neparni broj utora.

Odabiremo broj paralelnih grana:

max 1.a

3.5. Statorski namot

Statorski namot je dvoslojni, spojen u zvijezdu. Zonski faktor namota fz za namot s

cijelim brojem utora na pol i fazu se rauna preko relacije [2]:

16

2sin

2sin

q

q

f z (3-23)

i iznosi:

0,9659zf

gdje je elektrini kut izmeu dva susjedna utora koji se rauna pomou broja utora N i broja

pari polova p preko relacije [2]:

N

p 360 (3-24)

pa tako izraunati elektrini kut iznosi:

30 el.

Kod dvoslojnih namota radi se skraenje koraka svitka radi eliminacije viih

harmonika u krivulji protjecanja. Faktor skraenja koraka fs rauna se prema [2]:

2sin

Q

yf s (3-25)

gdje je Q polni korak izraen brojem utorskih koraka kojeg odreujemo prema relaciji [2]:

.2p

NQ (3-26)

Tako dobijemo da je polni korak mjeren brojem utora jednak:

6.Q

Za eliminaciju petoga harmonika krivulje protjecanja, = 5, korak namota y, izraen

brojem utorskih koraka, rauna se preko slijedee relacije [2]:

Qy

1 (3-27)

i iznosi:

4,8.y

Kako korak namota mora biti cijeli broj, zaokruujemo na:

5,y

te izraunata vrijednost faktora skraenja fs koraka iznosi:

0,9659sf

17

Ukupni faktor namota dobijemo preko relacije [2]:

szn fff 1 (3-28)

i iznosi:

1 0,933.nf

3.6. Inducirani napon

Inducirani napon stroja E2 odreen je jednadbom [2]:

0212 4 BlwfffE ipinno (3-29)

gdje je:

w2 broj zavoja jedne faze spojenih u seriju,

fo faktor oblika,

i omjer srednje i maksimalne indukcije u zranom rasporu.

U (3-29) sadran je izraz za glavni magnetski tok [4]:

.' 0 Bl ipigl (3-30)

Faktori fo i i ovise o prekrivanju pola bp/p koje se kree od 0,55 do 0,75. Za

prekrivanja manja od 0,55 znatno opada glavni tok, a pri prekrivanju veem od 0,75 previe

raste rasipanje meu polnim papuama. Budui da se manje vrijednosti uzimaju za brzohodne

strojeve odabiremo prekrivanje pola od 73% odnosno:

0,73.p

p

b

(3-31)

Uz taj omjer se mogu odrediti faktor i i faktor oblika fo preko dijagrama u prilogu

P. 3.5. [2] koji prikazuje ovisnosti faktora oblika i faktora i o prekrivanju pola bp/p.

Za bp/p = 0,73 ti faktori iznose:

1,13of

0,64.i

Sada se moe odrediti iznos glavnog magnetskog toka prema relaciji (3-30), i on

iznosi:

18

0,06594' Vs.gl

Takoer se moe odrediti broj u seriju spojenih zavoja w2' potrebnih za induciranje

nazivnog faznog napona prema relaciji [2]:

'4

3'

1

2

glnno

n

fff

Uw

(3-32)

koji iznosi:

2 ' 98,795 zavoja po fazi i graniw

Kako broj zavoja mora biti cijeli broj, odabiremo:

2 ' 100 zavoja po fazi i grani.w

Iz broja zavoja jedne faze dobiva se ukupan broj vodia z [2]:

2' 2 'z w m (3-33)

a on iznosi:

' 660.z

Broj vodia po utoru zu se rauna preko relacije [2]:

N

zzu

'' (3-34)

i iznosi:

' 1,833.uz

Broj vodia u utoru mora biti cijeli broj, pa odabiremo:

2.uz

Nakon to smo odredili toan broj vodia u utoru, korigiramo iznose ukupnog broja

vodia i broj zavoja jedne faze, broj vodia z odreujemo prema relaciji:

uzNz (3-35)

a on iznosi:

720.z

Uz broj paralelnih grana:

1a

korigirani broj zavoja iznosi:

19

am

zw

22

(3-36)

pa slijedi da je jednak:

2 120 zavoja po fazi i grani.w

S ovim konanim brojem vodia potrebno je korigirati odabrane vrijednosti glavnog

magnetskog toka gl', indukcije B0 i strujnog obloga A koje se korigiraju preko sljedeih

relacija [2]:

''

2

2glgl

w

w (3-37)

20 0

2

''

wB B

w (3-38)

aD

IzA n

2

(3-39)

korigirane vrijednosti sada iznose:

0,05429 Vsgl

0 0,7 TB

2 50465,076A / m.A

Sada preraunavamo vrijednost zranog raspora tako da koristimo prethodno

korigirane vrijednosti strujnog obloga A2 i indukcije B0 prema relaciji (3-14) te dobivamo da

zrani raspor iznosi:

0,00652 m.i

Uz procijenjeni Carterov faktor kc = 1,1 stvarni zrani raspor dobijemo preko relacije

(3-15), i on iznosi:

0,0059 m.

3.7. Zubi statora i punjenje utora

Bone strane utora su paralelne to znai da irina zuba nije konstantna. Da bi se

izraunale dimenzije utora, potrebno je odrediti irinu zuba. Ona se odreuje prema relaciji

20

(3-40) gdje je kFe faktor ispune eljeza koji se kree u granicama od 0,9 do 0,93, pa odabiremo

kFe = 0,9. Bzk je prividna indukcija u glavi zuba (najue mjesto) koja je odabrana preko

tablice u prilogu P. 3.6. [2] gdje su prikazane vrijednosti magnetskih optereenja pojedinih

dijelova magnetskog kruga. Prema tablici odabiremo prividnu indukciju u glavi zuba:

1,7 T.zkB

Uz odabranu prividnu indukciju u glavi zuba moemo odrediti irinu zuba bzk preko

relacije [2]:

zkFe

uizk

Blk

lBb

0 (3-40)

i ona iznosi:

15,1 mm.zkb

Nakon to smo odredili irinu zuba moe se odrediti irina utora bu preko relacije [2]:

zku bb u (3-41)

pa izraunata vrijednost iznosi:

11,1 mm.ub

irina zuba prema tome je jednaka:

uuzk bb (3-42)

i iznosi:

16,2 mm.zkb

Prema tablici u prilogu P. 3.4. [2] odabrana je debljina ljuske blj = 0,8 mm. Preko

tablice u prilogu P. 3.7. [2] u kojoj su prikazane vrijednosti gustoe struje za razliite napone

odabiremo gustou struje , koja odreuje dozvoljeno zagrijavanje bakra, a za napon

Un = 690 V ona iznosi:

26 A / mm .

Uz gustou struje sada moemo odrediti presjek vodia qv preko relacije [2]:

a

Iq nv (3-43)

i on iznosi:

2139,45 mm .vq

21

Vodi je izveden iz dionih vodia, 12 paralelnih vodia dimenzija 2,2x6 mm, pa prema

tome presjek dionog vodia iznosi:

22,2 6 0.6 12,6 mmdq

gdje odbitak od 0,6 mm2 predstavlja gubitak zbog zaobljenja rubova vodia, te je konani

presjek vodia jednak:

2151,2 mm .vq

Na slici 3.3. prikazan je utor s vodiima.

Slika 3.3. Utor s vodiima

22

Zbog poveanja irine utora s 11,1 mm na 13,8 mm smanji se bzk prema (3-42) i sad iznosi:

bzk = 0,0124 m

3.8. Jaram statora i rotora

Iznos glavnog magnetskog toka koji je potreban za induciranje nazivnog napona,

odreen je jednadbom (3-37). Odatle slijedi da se mogu prema ciljanoj indukciji

dimenzionirati svi elementi kojima prolazi glavni magnetski tok. To jo preostaje uiniti za

jaram statora budui da je zrani raspor ve poznat, kao i irina zuba.

Visina jarma se odre hj1 uje preko relacije [2]:

jFe

gl

jBlk

h

2

1

(3-44)

i iznosi:

1 0,0401 mjh

gdje je Bj indukcija u jarmu statora koja je odabrana preko tablice u prilogu P. 3.6. [2] a

iznosi:

1,2 T.jB

Vanjski promjer statora Dv koji se odreuje prema relaciji [2]:

)(2 1 ujv hhDD (3-45)

iznosi:

4,63 mvD

gdje je ukupna visina utora hu = 0,0377 m varijabla koja se podeava kako bi se priblino

dobila traena povrina presjeka utora.

Sada se visina jarma statora prerauna s zaokruenom vrijednosti vanjskog promjera

Dv prema relaciji [2]:

2

2Dv uj

hDh

(3-46)

i iznosi:

0,038 m.jh

23

3.9. Polovi

Da bi se mogao odrediti presjek pola Sk treba najprije pretpostaviti da je rasipni tok

20% vrijednosti glavnog toka, tj.:

1,2k gl (3-47)

odnosno:

0,065148 Vs.k

Uz odabranu indukciju u polu Bk = 1,3 T preko tablice u prilogu P. 3.6. [2] moe se

odrediti presjek pola preko relacije [2]:

k

kB

S k

(3-48)

i iznosi:

20,05 mkS

Duljina jezgre je odabrana jednakom duljini statorskog paketa Lk, odnosno:

0,65 m,kL

pa se tako irina jezgre pola bk moe odrediti prema relaciji [2]:

k

kL

Sb k (3-49)

te izraunata vrijednost iznosi:

0,0769 m.kb

Uz odabrani odnos bp/p = 0,73, vrijednost irine polnog stopala bp moemo odrediti

prema relaciji [2]:

0,73p pb (3-50)

i ona iznosi:

0,1452mpb

Na slici 3.4. [2] prikazane su veliine pola koje smo odredili.

24

Slika 3.4. Presjek pola generatora iz prorauna.

Visina uzbudnog namota hw se moe odrediti preko dijagrama u prilogu P. 3.8. [2] na

kojoj su prikazane vrijednosti visine uzbudnog namota hw generatora sa istaknutim polovima

u ovisnosti o polnom koraku p za razliiti broj pari polova p, pa prema dijagramu visina

uzudnog namota iznosi:

0,09 m.wh

Visina jezgre hk se odreuje preko relacije [2]:

1,15k wh h (3-51)

i iznosi:

0,1035 m.kh

Visina polne papue se priblino odredi preko relacije [2]:

0,1s ph (3-52)

te izraunata vrijednost iznosi:

hs = 0,0199 m

Visina polnog stopala na krajevima odredi se tako da se na tom mjetu zrani raspor

povea 1,6 puta:

25

'1,6

s sh h

(3-53 )

i iznosi:

' 0,0124 m.sh

Vanjski promjer jarma rotora Dj je jednak [2]:

2 2 2j s kD D h h (3-54)

i iznosi:

3,541 m.jD

3.10. Ukupno protjecanje u praznom hodu

Da bismo odredili ukupno protjecanje u praznom hodu, potrebno je odrediti

karakteristiku praznog hoda i rasipni tok. Raun je najzgodnije provesti tablino i dobivene

vrijednosti ucrtati u dijagram, jer da bi se dobila karakteristika praznog hoda, ovaj raun treba

ponoviti za nekoliko indukcija u zranom rasporu od priblino 0,5B0 do 1,3B0.

Prvo odreujemo Carterov faktor preko relacije [2]:

2

5

uc

o

uo

kb

b

(3-55)

gdje je irina otvora utora bo = 7 mm, te izraunata vrijednost Carterovog faktora prema tome

iznosi:

kc = 1,08

Prema relaciji (3-15) iznos zranog raspora i jednak je:

i = 0,003953 m.

Nakon zranog raspora i potrebno je odrediti potrebni magnetski napon za zrani

raspor V0, koji se odreuje preko relacije [2]:

6

0 02 2 0,8 10iV B (3-56)

26

pa je prema tome magnetski napon zranog raspora jednak:

02 3113,6 A.V

Magnetski napon zuba raunati emo na 1/3 visine zuba. irina zuba na 1/3 visine

zuba se odreuje preko relacije [2]:

u

u

z bN

hD

b

3

2

3/1 (3-57)

i iznosi:

1/3 0,0215 m.zb

Prividnu indukciju u zubu Bz' raunamo prema relaciji [2]:

0

1/3

' i uzFe z

lB B

k l b

(3-58)

te izraunata vrijednost iznosi:

' 1,08 T.zB

Faktor kz se moe odrediti preko relacije [2]:

3/1

3/1

zFe

zFeuz

bk

bkk

(3-59)

pa prema tome vrijednost faktora kz iznosi:

1,0216.zk

Stvarna indukcija u zubu Bz se odreuje prema relaciji [2]:

6' 0,4 10z z z zB B k H (3-60)

gdje je Hz jakost magnetskog polja koje se oita sa sjecita krivulje magnetiziranja limova, a

za generator iz ovoga prorauna oitavamo sa krivulje za dinamolim sa specifinim gubicima

1,5 W/kg, koja se nalazi na dijagramu u prilogu P. 3.9. [2]:

450 / ,zH A m

tako odreena stvarna indukcija iznosi:

1,08 TzB

27

Zbog velikog broja utora i malog broja utora po polu i fazi, indukcija u zubu je puno

manja od pretpostavljene vrijednosti 1,7 T.

Na slici 3.5. [2] je prikazan pravac y=0.4kzH10-6

preko kojeg odreujemo jakost

magnetskog polja uz poznatu vrijednost magnetske indukcije.

Slika 3.5. Odreivanje stvarne indukcije u zubu iz prividne indukcije [2]

Magnetski napon zuba Vz se moe odrediti preko relacije [2]:

zuz HhV 22 (3-61)

i on iznosi:

2 339,3V A

Prema relaciji (3-30) glavni tok iznosi:

0,0558Vs.gl

Indukciju u jarmu statora Bj moemo odrediti prema relaciji [2]:

jFe

gl

jhlk

B

2

(3-62)

te ona iznosi:

0 2 22 2 2s z jV V V V

pa dobijemo oitanu vrijednost jakosti magnetskog polja jarma Hjm iz P. 3.9. [2]:

2200 / .jH A m

Prema slici 3.6. [2] na kojoj je prikazan magnetski krug hidrogeneratora slijedi da je

srednji promjer jarma statora Dj2 jednak [2]:

28

juj hhDD 22 (3-63)

i on iznosi:

2 5,422 m.jD

Slika 3.6. Magnetski krug hidrogeneratora [2]

Prema promjeru jarma Dj2 i broju polova 2p duljinu jarma statora moemo odrediti

preko relacije [2]:

p

Dl

j

j2

2

2

(3-64)

te ona iznosi:

2 0,2838 m.jl

Magnetski napon jarma statora Vj2 moemo odrediti preko relacije [2]:

222 jjj HlV (3-65)

i on iznosi:

2 624,4 AjV

Magnetski napon statora za jedan par polova moemo odrediti prema:

0 2 22 2 2s z jV V V V (2-66)

i on je jednak:

7191 A.sV

29

Za rasipni tok moemo pretpostaviti da iznosi 20% glavnog magnetskog toka i

raunamo prema relaciji [2]:

0,2 gl (3-67)

i iznosi:

0,01116 Vs.

Ukupni tok gl se odreuje prema relaciji:

glk (3-68)

i on iznosi:

0,066696 Vs.k

Indukciju u jezgri pola Bk moemo odrediti preko relacije [2]:

k

kk

SB

(3-69)

i ona iznosi:

1,339 T.kB

Magnetski napon polova Vk odreujemo pomou visine jezgre pola hk i jakosti

magnetskog polja jezgre pola Hk prema relaciji [2]:

kkk HhV 22 (3-70)

izraunata vrijednost iznosi:

2 1000 A.kV

Nakon to smo odredili sve magnetske napone, s time da smo zanemarili magnetske

napone jarma rotora i polne papue, moemo odrediti ukupno protjecanje u praznom hodu po

paru polova 0 prema relaciji [2]:

ks VV 20 (3-71)

i ono iznosi:

0 8191A.

Na kraju se odredi i inducirani napon E2, koji prema relaciji (3-29) iznosi:

2 216,17 V.E

30

3.11. Uzbudni i priguni namot

Za uzbudni namot potrebno je odrediti duljinu l1 i presjek q1 vodia uz pretpostavljene

veliine:

- napona uzbude U1 = 110 V,

- vodljivosti bakra namota = 56 Sm/mm2,

- debljine izolacije prema polnoj jezgri i papui = 2 mm.

irinu namota pretpostavimo da je 2 mm manja od istaknutog dijela polne papue:

( )0,002

2

p k

w

b bb

(3-72)

i iznosi:

0,03215 m.wb

Radijus zakrivljenosti namota pretpostavimo:

2

wbr (3-73)

odnosno:

0,016 m.r

Duljina vodia uzbudnog namota l1 odreuje se preko relacije [2]:

1 4 (2 2 )2

k k wl L b r r b

(3-74)

a ona iznosi:

1 0,77 m.l

Potrebni presjek vodia q1 dobije se prema relaciji [2]:

1

111

2

U

lpq (3-75)

i iznosi:

2

1 3,5 / mm .

Na slici 3.7. [2] prikazani su presjeci pola sa uzbudnim namotom i oznakama duljina s

kojima smo prethodno odreivali duljinu i presjek vodia uzbudnog namota.

31

Slika 3.7. Dimenzije pola i uzbudnog namota [2]

Nakon to smo odredili potreban presjek vodia q1, moe se odrediti broj zavoja

uzbudnog namota w1 preko relacije [2]:

1

1 1

wq

(3-76)

gdje je 1 gustoa struje u rotoru, koja se odabire prema tablici u prilogu P. 3.10. [2]:

2

1 3,5 / mm .

Odabiremo broj zavoja uzbudnog namota i iznosi:

1 38 zavoja.w

Prema dimenzijama uzbudnog namota odabiremo dimenzije golog vodia:

- irina bu1 = 6 mm,

- duljina hu1 = 10 mm,

a dimenzije izoliranog vodia uz odabranu izolaciju di = 0.1 mm iznose:

- irina bu2 = 6,2 mm,

- duljina hu2 = 10,2 mm.

Priguni namot se sastoji od 7 utora po polu u koje se ulau tapovi. tapovi prigunog

namota su sa svake strane kratko spojeni krajnjim limovima rotorskog paketa koji su

napravljeni od bakrenog lima. Dimenzije prigunog namota dane su u Tab. 3.1.

32

Tablica 3.1. Dimenzije utora prigunog namota i dimenzije prigunog namota [2]

Veliina oznaka mjerna jedinica vrijednost

Visina otvora utora za priguni namot hopr mm 2

irina otvora utora za priguni namot bopr mm 2

Promjer utora za priguni namot dupr mm 8,2

Korak utora prigunog namota na promjeru

provrta statora pr mm 18

Broj tapova prigunog namota po polu n - 7

Promjer tapa prigunog namota Dnpr mm 8

Na slici 3.8. prikazan je presjek pola generatora s oznaenim geometrijskim vrijednostima

uzbudnog i prigunog namota iz ovog prorauna. Uzbudni namot je vieslojni, a sastoji se od

38 zavoja, te je smjeten po visini pola u 5 redova prema slici 3.8.

Slika 3.8. Presjek pola generatora s istaknutim polovima iz prorauna

33

4. ZAKLJUAK

U ovome radu je prikazan postupak dimenzioniranja sporohodnog sinkronog

generatora za vjetroelektrane nazivne snage 1000 kVA i nazivnog napona 690 V, frekvencije

14,5 Hz, brzine vrtnje 29 o/min, te faktora snage 0,95. Na osnovu zadanih nazivnih podataka

generatora odredili smo dimenzije aktivnih dijelova, te elektrine i magnetske veliine.

Generator je dimenzioniran tako da ne bude samo tehniki dobro rijeen, nego i ekonomski.

Sporohodni sinkroni generator je elektrini stroj koji pri dimenzioniranju zahtijeva

veliku preciznost i tonost rauna. Uz koritenje "Uputa za proraun sinhronih strojeva" [2]

dimenzioniranje je znatno jednostavnije, jer je u te upute ugraeno znanje i iskustvo mnogih

projektanata.

Kod raunanja glavnih dimenzija, kao to su duljina i promjer generatora. Raunali

smo faktor iskoritenja i ekonomski omjer radi vee isplativosti stroja. Zatim smo raunali

promjer provrta i polni korak. Za ovaj generator relativna snaga iznosi Prel = 0,742 kVA/p.

Odredili smo i broj kanala za hlaenje jer njima smanjujemo zagrijavanje stroja, a time

poveavamo iskoristivost generatora.

Uz poznate vrijednosti polnog koraka i broja polova odredili smo promjer provrta, koji

iznosi D = 3,8 m. Kad smo izraunali visinu jarma statora i visinu utora statorskog namota

odredili smo vanjski promjer stroja, a on iznosi Dv = 4,63 m. Duljina paketa, koja iznosi

L = 0,65 m, je korigirana vrijednost idelne duljine koju dobijemo uz pomo snage stroja,

promjera provrta, broja okretaja i faktora iskoritenja.

Zrani raspor je unutar standardnih vrijednosti za zrane raspore sinkronih generatora,

a iznosi = 0,00366 m. Broj utora statora jednak je N = 360.

Statorski namot je trofazni, dvoslojni, spojen u zvijezdu. Namot ima 120 zavoja po

fazi. Vodi je izveden od 12 paralelnih vodia, a dimenzije golih vodia iznose 2,2x6 mm.

Rotor ima 60 polova, a to je uvjetovano nazivnom brzinom vrtnje i frekvencijom.

Pomou magnetskog toka odredili smo dimenzije jezgre, a pomou ukupnog protjecanja

odredili smo uzbudni namot. Dimenzije rotora su:

- vanjski promjer rotora Dj = 3,541 m,

- visina jezgre pola hk = 0,1035 m,

- irina polne jezgre bk = 0,0769 m,

- visina polne papue hs = 0,0199 m,

34

- irina polne jezgre bs = 0,1452 m.

Da bismo odredili uzbudni namot, morali smo izraunati magnetski tok i protjecanje u

praznom hodu.

Uzbudni namot je vieslojni, napravljen od bakrenih vodia pravokutnog presjeka.

Namot ima 38 zavoja, a dimenzije vodia su 6x10 mm, sa izolacijom 6,2x10,2 mm.

Priguni namot se sastoji od 7 utora po polu. Vrijednosti prigunog namota smo

pretpostavili prema prigunom namotu 6-polnog sinkronog generatora iste snage. Priguni

namot se sastoji od 7 tapova koji se uloe u utore u polnoj papui, a sa svake strane rotora se

kratko spoje bakrenim prstenima.

35

LITERATURA

[1] D. Ban, D. arko, M. Maeri, Z. ulig, M. Petrini, B.Tomii, J. tudir, Generatori za

vjetroelektrane, trendovi u primjeni i Hrvatska proizvodnja, 8. savjetovanje HRO CIGR,

Cavtat, 2007.

[2] Z. Siroti, V. Krajzl, Upute za proraun sinhronih strojeva, Sveuilite u Zagrebu,

Elektrotehniki fakultet Zagreb, Zagreb, 1966.

[3] R. Wofl, Osnove elektrinih strojeva, kolska knjiga, Zagreb, 1995.

[4] L. M. Piotrovskij, Elektriki stojevi, Tehnika knjiga, Zagreb, 1974.

[5] I. Mandi, V. Tomljenovi, M. Puar, Sinkroni i asinkroni elektrini stojevi, Tehniko

veleuilite u Zagrebu, 2012.

36

POPIS OZNAKA

A strujni oblog [A/m]

A2 korigirana vrijednost strujnog obloga [A/m]

a broj paralelnih grana

a duljina dionog paketa [mm]

amax maksimalni broj paralelnih grana

Bj indukcija u jarmu statora [T]

Bk indukcija u polu [T]

Bz stvarna indukcija u zubu [T]

Bz' prividna indukcija u zubu [T]

Bzk prividna indukcija u glavi zuba (najue mjesto) [T]

B0 korigirana vrijednost maksimalne indukcije u zranom rasporu [T]

B0' maksimalna indukcija u zranom rasporu [T]

bk irina kanala za hlaenje [mm]

bk irina jezgre pola [m]

bopr irina otvora utora prigunog namota [m]

bo irina otvora utora [mm]

bp/p prekrivanje pola

bp irina polnog stopala [m]

bu irina utora [mm]

bu1 irina zavoja uzbudnog namota (golog vodia) [mm]

bu2 irina zavoja uzbudnog namota (izoliranog vodia) [mm]

bzk irina zuba [mm]

bz1/3 irina zuba 1/3 visine zuba [m]

C faktor iskoritenja (Essonova konstanta) [kVAmin/m3]

cos faktor snage

D promjer provrta stroja [m]

Dj vanjski promjer rotora [m]

Dj2 srednji promjer jarma statora [m]

37

Dnpr promjer tapa prigunog namota [m]

Dv vanjski promjer statora [m]

di debljina izolacije vodia [mm]

dupr promjer utora prigunog namota [m]

E2 inducirani napon stroja [V]

fg - frekvencija generatora

fmr - frekvencija uzbude rotora na ulazu u pretvara

fn nazivna frekvencija [Hz]

f1 - frekvencija mree (generatora) [Hz]

f2 - frekvencija uzbudne struje [Hz]

fn1 ukupni faktor namota

fo faktor oblika

fs faktor skraenja koraka

fz zonski faktor namota

Hj2 jakost magnetskog polja u jarmu statora [A/m]

Hz potrebna jakost magnetskog polja [A/m]

hj preraunata visina jarma statora [m]

hj1 visina jarma statora [m]

hk visina jezgre [m]

hopr visina otvora utora prigunog namota [m]

hs visina polne papue [m]

hs' visina bonih stranica polne papue [m]

hu varijabla koja se podeava kako bi se priblino dobila traena povrina presjeka utora

[m]

hu1 duljina zavoja uzbudnog namota (golog vodia) [mm]

hu2 duljina zavoja uzbudnog namota (izoliranog vodia) [mm]

hw visina uzbudnog namota [m]

In nazivna struja [A]

kc Carterov faktor

kFe faktor ispune eljeza

38

kz faktor kz

L stvarna duljina paketa [m]

Lk duljina statorskog paketa [m]

l duljina eljeza [m]

li idealna duljina statorskog paketa [m]

lj2 duljina silnica jarma statora [m]

l1 duljina vodia uzbudnog namota [m]

m broj faza

N ukupni broj vodia

n broj tapova prigunog namota po polu [m]

nk broj kanala za hlaenje

nn nazivna brzina vrtnje [o/min]

np brzina pobjega [o/min]

nu - brzina ukljuenja [o/min]

n1 - sinkrona brzina statora [o/min]

n2 - okretno magnetsko polje [o/min]

Prel relativna snaga [kVA/p]

Pref - referentna radna snaga prilikom regulacije radne i induktivne snage

Pmeh - mehanika ulazna snaga generatora

Pt - snaga turbina

Pg - elektrina snaga generatora

p broj pari polova

2p1, 2p2 - razliiti brojevi polova asinkronog generatora

Q polni korak izraen brojem utorskih koraka

Qref - referenta jalova snaga prilikom regulacije radne i induktivne snage

q broj utora na pol i fazu

qd presjek dionog vodia [mm2]

qv presjek vodia [mm2]

q1 presjek vodia uzbudnog namota [mm2]

39

r radijus zakrivljenosti namota [m]

Sk presjek pola [m2]

Sn nazivna snaga [VA]

s - klizanje

Un nazivni napon [V]

Umr - napon uzbude rotora

Ug - napon generatora

Vj2 magnetski napon jarma statora [A]

Vk magnetski napon polova [A]

Vs magnetski napon statora [A]

Vz magnetski napon zuba [A]

V0 potrebni magnetski napon za zrani raspor [A]

w1 broj zavoja uzbudnog namota [zavoja]

w2 broj zavoja jedne faze spojenih u seriju

w2' broj zavoja po fazi (priblina vrijednost)

Xd sinkrona reaktancija [%]

y korak namota izraen brojem utorskih koraka

z ukupan broj vodia

z ukupan broj vodia (priblina vrijednost)

zu broj vodia po utoru

zu broj vodia po utoru (priblina vrijednost)

elektrini kut izmeu dva susjedna utora [ el.]

i faktor toka

gustoa struje [A/mm2]

1 gustoa struje rotora [A/mm2]

debljina izolacije [m]

stvarna duljina zranog raspora [m]

i idealna duljina zranog raspora [m]

0 ukupno protjecanje po paru polova [A]

40

vodljivost [Sm/mm2]

ekonomski omjer

broj harmonika

p polni korak [m]

pr korak utora prigunog namota na promjeru provrta statora [m]

u korak utora [mm]

gl glavni magnetski tok [Vs]

gl' glavni magnetski tok (priblina vrijednost) [Vs]

k ukupni magnetski tok [Vs]

rasipni magnetski tok [Vs]

41

SAETAK

Zadatak ovog zavrnog rada je dimenzionirati sporohodni sinkroni generator za

vjetroelektrane, snage 1000 kVA, nazivnog napona 690V, frekvencije 14,5Hz, nazivne brzine

vrtnje 29 o/min i faktora snage 0,95. U radu su opisani: nain rada generatora, elementi,

veliine, nain i postupak dimenzioniranja. Tijekom pisanja rada korigirale su se odreene

dimenzije i veliine, tako da su na kraju zadovoljene sve veliine (elektrine, magnetske,

geometrijske), uzimajui u obzir zadane podatke.

Kljune rijei: generator, sporohodni, sinkroni, dimenzioniranje.

LOW SPEED 1000 kVA SYNCHRONOUS GENERATOR

FOR A WIND POWER PLANT

SUMMARY

The goal of this final work is to design a low speed synchronous generator for wind

power plant, with nominal power of 1000 kVA, nominal voltage of 690V, frequency of 14.5

Hz, nominal speed of 29 rpm and a power factor of 0.95. The paper describes: the generator

mode, the elements, the size, the way and sizing process. While working on this final work

there were made some corrections with the certain dimensions and sizes, so that they

eventually meet all together with sizes (electrical, magnetic, geometric), taking into account

the default data.

Keywords: generator, low speed, synchronous, design.

42

IVOTOPIS

Roena sam 8.10.1991. u upanji. Osnovnu kolu sam pohaala u O "Ivana Brli-

Maurani" u Andrijaevcima. Srednju kolu zavravam 2010. godine u Tehnikoj koli

Ruera Bokovia u Vinkovcima, smjer Tehniar za mehatroniku. Te iste godine upisujem se

na Struni studij Elektrotehnikog fakulteta u Osijeku, smjer Elektroenergetika.

_________________________

43

PRILOZI

P. 3.1. Polni korak p trofaznih sinkronih generatora s istaknutim polovima za fn = 50 Hz u

ovisnosti o relativnoj snazi Prel.

P. 3.2. Maksimalne indukcije u zraku B0 i strujni oblog A trofaznih sinkronih generatora

s istaknutim polovima u ovisnosti o polnom koraku p.

P. 3.3. Sinkrone reaktancije izraene u postocima u ovisnosti o broju polova.

Broj polova 2p 2 4 6 - 12 14 - 24 26 - 40 42

Xd % 150 - 220 140 130 120 110 100

44

P. 3.4. Vrijednosti debljine ljuske i irine utora za standardne napone.

Napon U [V] 400 3150 6300 10500

debljina ljuske [mm] 0.6 0.8 1.1 1.5 2 3 3 - 4

irina utora [mm] 10 12 12 15 15 - 19 19 - 24

P. 3.5. Vrijednosti faktora oblika fo i faktora toka i u ovisnosti o prekrivanju pola bp/p za

generatore s istaknutim polovima i s konstantnim zranim rasporom.

45

P. 3.6. Magnetska optereenja pojedinih dijelova magnetskog kruga.

Jaram statora 1.0 1.2 T

Zubi statora na najuem mjestu 1.6 1.8 T

Zubi statora u sredini 1.3 1.5 T

Jezgra pola 1.2 1.4 T

Jaram rotora kod istaknutih polova 1.0 1.2 T

Zubi rotora kod turbo izvedbe:

- u namotanom dijelu

- u nenamotanom dijelu

2.0 2.4 T

1.4 1.6 T

Jaram rotora kod neistaknutih polova 1.0 1.5 T

P. 3.7. Gustoe struja za odreene nazivne napone.

Napon Un [V] 400 3150 6300 10500

Gustoa struje [A/mm2] 4 6 3.5 5 3 4.5 2.5 3.5

P. 3.8. Visine jednoslojnog uzbudnog namota generatora s istaknutim polovima u

ovisnosti o polnom koraku za razliiti broj pari polova.

46

P. 3.9. Krivulje magnetiziranja limova.

47

P. 3.10. Gustoe struja u rotoru za razliite vrste generatora i namota.

Vrste generatora i namota gustoa struje 1 [A/mm2]

Turbogenerator 2.5 4.5

Hidrogenerator, jednoslojni namot 2.8 4.0

Hidrogenerator, dvoslojni namot 2.5 3.5