Activitatea 1 – Activităţi de cercetare-dezvoltare (cercetare industrială şi/sau dezvoltare experimentală)

1.4 Verificarea modelului experimental în laborator

Subactivitatea 1.5 – Asamblarea finala a generatorului și amplasarea lui la o locație pentru a fi testat în condiții reale de funcționare

Aceste sub-activități  a fost desfășurate pe trei planuri și anume:

• Analiza rezultatelor obținute studiului experimental, pe standul de încercare, a generatorului cu rotor exterior.
• Contribuția personalului de cercetare în activitatea de realizare a structurii turbinei complete a centralei;
• Cercetarea posibilității trecerii de la structura generatorului actual, cu flux radial și înfășurare în inel, la generatorul cu flux  axial și înfășurare în inel.

Caracteristicile care descriu posibilitatea utilizării generatorului la diverse viteze ale vântului sunt caracteristicile externe și caracteristicile curentului de sarcină în funcție de viteza vântului.

Tensiunea de linie în funcție de puterea generată

Curentul de linie în funcție de puterea generată

Se poate observa din caracteristica de sarcină  faptul că tensiune obținută în sarcină nu prezintă o cădere semnificativă în raport cu tensiune de mers în gol generată de generator, mai puțin de 20%. De regulă, la generatoarele cu magneți permanenți căderea de tensiune depășesc 25-30%.  Menținerea tensiunii sub un prag de 20% în cădere, în raport cu tensiunea de mers în gol, este dată de cele două părți active ale înfășurării în inel și de construcția bine realizată la nivel de întrefier.

Din caracteristica curentului în funcție de puterea generată, se poate constata faptul că încărcarea maximă la care s-a ajuns este de 40A pentru 5 kW. În acest punct dacă ne raportăm la densitatea de curent pe înfășurări aceasta este de aproximativ 5 A/mm2. Această încărcare este un optimă și mașina în acest punct să funcționeze fără ventilație, iar pentru durate scurte de timp densitatea de curent pe înfășurări poate ajunge la 7 A/mm2, ceea ce ar putea însemna aproximativ 7kW. Acesta nu a fost posibil a se testa datorită faptului ca prin reductorului prin curele motorul de antrenare de pe stand nu a putut furniza o putere mai mare la o turație de 225 rot/min.

Formele de undă achiziționate prin achiziția de date confirmă faptul ca tensiunea obținută pentru mersul în gol este una de formă sinusoidală iar spectrul de armonici indică o valoare mică a armonicii de ordin 3 redusă pentru tensiunea de fază, și aproape inexistentă pentru tensiunea de linie. Acest aspect confirmă alegerea corectă a  factorului de acoperire polară.

În sarcină, tensiunea nu este cu mult distorsionată, acest lucru depinzând foarte mult de tipul sarcinii aplicate. Cum sarcina aplicată în încercări a fost una de tip rezistivă orientarea magneților și faptul că aceștia au fost utilizați pentru segmentarea polilor.

Tensiunea de linie – I=0 A, n=150 rpm

Descompunera în armonici a tensiunii de linie la gol I=0 A, n=150 rpm

Tensiunea de linie – I=20 A, n=150 rpm

Descompunerea în armonici a tensiunii de linie în sarcină I=20 A, n=150 rpm

        Se observă faptul că spectrul de armonici prezintă  apariția datorită formei de undă trapezoidală, a armonicilor de ordin 3, 5 și 7.

Tensiunea de linie și tensiunea redresată – I=30 A, n=225 rpm

Încercarea la încălzire a generatorului s-a făcut în principal prin încercarea la încălzire cu sarcină directă.

În cazul încălzirii maşinilor prin încărcare directă, sarcina se menţine constantă, la putere nominală, cu succesiunea şi durata de aplicare conform serviciului nominal al maşinii.

Astfel generatorul pentru două turații de lucru: 130 rot/min și respectiv 200 rot/min la puterea de  2 kW și respectiv 3,5 kW.

Cele două game de putere sunt considerate ca fiind cele nominale pentru cele două turații de lucru. Astfel, pentru măsurarea încălzirii generatorului a fost prevăzut încă din construcție  cu indicatoare destinate măsurării temperaturii înfăşurărilor și părților metalice, fiind distribuite astfel:

– 1 indicator de măsură, S2, a temperaturii plasat pe fundul crestăturii;

– 1 indicator de măsură, S2, a temperaturii plasat pe partea frontală a înfășurării;

– 1 indicator de măsură, S1, a temperaturii plasat pe înfășurare către întrefier;

– 1 indicator de măsură, S4, a temperaturii plasat pe miezul feromagnetic statoric.

Schema de măsurare a temperaturii este prezentată mai jos:

În condițiile prezentate mai sus se reprezintă creşterea de temperatură a înfăşurărilor în funcţie de pătratul curenţilor corespunzători în punctele obţinute.

O primă etapă a citirii temperaturilor a avut loc la putere constanta a mașinii  (P=2 Kw) și o turație constantă (n=130 rpm) la un interval de timp de 5 minute.

Încălzirea generatorului la puterea generată de 2 kW timp de 30 minute

O a doua etapă a citirii temperaturilor a avut loc la putere constanta a mașinii (P=3,5 Kw) și o turație constantă (n=200 rpm) la un interval de timp de 5 minute.

Încălzirea generatorului la puterea generată de 3,5 kW timp de 70 minute

Analiza regimului termic de funcționare a generatoarelor sincrone cu magneți permanenți este absolut necesară având în vedere temperaturile de lucru acceptabile pentru magneți utilizați ( temperatura Curie).

De asemenea, având în vedere tipul de aplicație la care este folosit generatorul studiat (instalație eoliană cu acționare directă) ce impune funcționarea la turații reduse, cunoașterea regimul termic este obligatoriu a fi studiata.

Din analiza datelor experimentale reiese faptul că atât pentru puterea nominală (P=2 KW) și turația nominală (n=130 rpm) cât și pentru puterea maximă acceptată (P=3.5 KW) și o turație constantă (n=200 rpm) pentru generatorul studiat temperaturile înregistrate în diferitele elemente constructive se încadrează atât în gama de valori impuse de clasa de izolație cât și de lucru a magneților permanenți folosiți.

Temperaturile măsurate au fost obținute în urma unei funcționari continue la turație si putere constanta, condiții ce nu corespund celor din practica, acest tip de generatoare funcționând in mod normal la parametri variabili, de cele mai multe ori la puteri mai mici de cat cea nominala, deci la o încărcare parțiala, încălzirea mașinii fiind astfel mai redusa.

Totuși trebuie avut în vedere ca rezultatele prezentate  au fost obținute in condiții de laborator ( temperatura mediului ambiant Ta=25 ^oC), in cazul real, putându-se înregistra temperaturi de lucru mai ridicate, funcție si de temperatura mediului.

Determinarea randamentului

Caracteristica randamentului

Din caracteristica randamentului se observă faptul că randamentul generatorului este unul superior pentru încercările la care a fost supus. Modalitatea de determinare a randamentului prin calculul cuplului aplicat la generator în timpul testării s-a realizat cu ajutorul convertizorului care ar fi impus câteva erori.

Conform certificatului de conformitate aceste abateri sunt estimabile a fi între 0,5 și 1 % la măsurători. În consecință, în ceea ce privește valorile de randament valorile maxime ce pot fi obținute la încărcări maxime sunt cu estimabile cu  +/- 5%. Și în acest condiții, randamentul este  unul foarte bun pentru un generator cu magneți permanenți.