Omezující rozměr při na-
vrhování vysokootáčkového
generátoru představuje prů-
měr rotoru. Libor Neklapil, Ing. Standardním tech-
nickým řešením proto přímé spojení rotoru
mikroturbíny s vysokootáčkovým elektric-
kým generátorem, který zapojen do mě-
niče frekvence zajišťujícího výstupní síťové
napětí 400 V/50 Hz.ELEKTRO 3/2011
inovace, technologie, projekty
Vysokootáčkový elektrický generátor
HFG 125T
Úvod
Rostoucí ceny energií nejenom vedou
k hledání dalších zdrojů, ale umožňují také
vznik zařízení, jejichž provoz byl dříve z eko-
nomického hlediska neefektivní. Rotor generátoru HFG 125T
. Magnety SmCo mají sice mno-
hem větší teplotní stabilitu než NdFeB, ale
s ohledem na odolnost ostatních použitých
materiálů byla zvolena alter-
nativa magnetů NdFeB, kte-
ré umožňují dosáhnout větší-
ho výkonu. Ten při zadaných
otáčkách turbíny musí respek-
tovat pevnost rotorové bandá-
že, která zachycuje odstředivé
Ing. Tato
konfigurace dává velký magnetický výkon,
má malou hodnotu celkového harmonického
zkreslení (THD Total Harmonic Distortion)
a průběhu vlny zpětné elektromotorické síly
(EMF – Electro Motive Force).
Obr. Jde o syn-
chronní generátor buzený permanentními
magnety. mohou pracovat zcela na komerční
bázi. Roman Kolka,
PBS Velká Bíteš, s. Tyto zdroje
mohou v malých a středních provozech zlep-
šit celkovou bilanci spotřeby elektrické ener-
gie, popř. Tvar segmen-
tových magnetů rovněž příznivý z hledis-
ka silového působení magnetů na rotorovou
bandáž; jedním z klíčových prvků celé-
ho generátoru. Rovněž rozmě-
ry a hmotnost „třítisícového“ generátoru bu-
dou několikanásobně převyšovat paramet-
ry samotné mikroturbíny.
Standardní elektrický generátor s pracov-
ními otáčkami 1 500 nebo 3 000 min–1
je pro
takovouto aplikaci v podstatě nepoužitelný.
První brněnská strojírna (PBS) Velká Bí-
teš, s. K této vysokootáčkové
pohonné jednotce nebylo možné získat sério
vě vyráběný a cenově dostupný elektrický ge-
nerátor., dlouhodobě vyvíjí a vyrábí vyso-
kootáčkové lopatkové stroje. Rozšíření vý-
robního sortimentu o mikroturbíny pro ener-
getiku bylo odpovědí na požadavky trhu. Proto byl v PBS Velká Bíteš zahájen
jeho vlastní vývoj, jehož výsledkem vyso-
kootáčkový elektrický generátor HFG 125T
(základní parametry viz tabulka). Uvedený elektrický generátor byl
vyvíjen za podpory Ministerstva průmyslu
a obchodu v rámci programu IMPULS. Při
vypracovávání návrhu mikroturbín bylo vy-
užito osvědčené know-how, které firma vy
užívá při výrobě leteckých pomocných ener-
getických jednotek (APU Auxiliary Power
Unit).
Jednak nutné použít reduktor a jednak je
třeba provozovat mikroturbínu na konstant-
ních otáčkách, což s ohledem na charak-
ter zdroje tepelné energie a způsob regulace
mikroturbín často nemožné. Úvodní etapa návrhu generátoru předsta-
vuje výběr topologie rotoru. Charakteristickým zna-
kem mikroturbín jsou velké provozní otáčky,
které v závislosti na výkonu mikroturbíny do-
sahují hodnot od 30 000 do 100 000 min–1
. Proto mají
značný potenciál malé lokální zdroje elektric-
ké energie využívající biomasu nebo odpadní
teplo z technologických procesů. Z vy-
sokoenergetických magnetů možné použít
samarium-kobalt (SmCo) a neodym-železo-
-bor (NdFeB). V tomto pří-
padě bylo posouzeno několik variant tvaru
magnetů a jejich způsobu uchycení na ro-
tor. Mezi hlavní výhody patří malé
rozměry, vysoká úroveň spolehlivosti a malé
požadavky na údržbu. Vstupním médiem
je zde ohřátý stlačený vzduch, výstupem elek-
trická energie.
Další optimalizační úlohu představoval
výběr vhodného materiálu magnetů. Výkonová hladina mikroturbín 100 kW
byla zvolena s ohledem na konkurenci a po-
žadavky zákazníků. Generátor HFG 125T
Obr.
Návrh generátoru
Pro předběžný návrh generátoru po-
užívají iterační metody, kdy ve výpočtu
magnetického obvodu kombinují různé dru-
hy materiálů magnetů, tvar magnetů, průměr
a délka rotoru a variantní provedení stato-
ru. Jako nejvhodnější byla zvolena varian-
ta s tvarovanými segmenty magnetů, jejichž
vnější tvar odpovídal průměru rotoru. Jde o malé kogenerační jednotky posta-
vené na bázi mikroturbín
