Standardní elektrický generátor s pracov-
ními otáčkami 1 500 nebo 3 000 min–1
je pro
takovouto aplikaci v podstatě nepoužitelný.
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., dlouhodobě vyvíjí a vyrábí vyso-
kootáčkové lopatkové stroje. 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.
Obr. Uvedený elektrický generátor byl
vyvíjen za podpory Ministerstva průmyslu
a obchodu v rámci programu IMPULS. Jako nejvhodnější byla zvolena varian-
ta s tvarovanými segmenty magnetů, jejichž
vnější tvar odpovídal průměru rotoru. Jde o syn-
chronní generátor buzený permanentními
magnety. Rotor generátoru HFG 125T
. Generátor HFG 125T
Obr. Výkonová hladina mikroturbín 100 kW
byla zvolena s ohledem na konkurenci a po-
žadavky zákazníků. Rozšíření vý-
robního sortimentu o mikroturbíny pro ener-
getiku bylo odpovědí na požadavky trhu. 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). Libor Neklapil, Ing. Roman Kolka,
PBS Velká Bíteš, s. Z vy-
sokoenergetických magnetů možné použít
samarium-kobalt (SmCo) a neodym-železo-
-bor (NdFeB).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.
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. 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. 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. mohou pracovat zcela na komerční
bázi.
Další optimalizační úlohu představoval
výběr vhodného materiálu magnetů.
Omezující rozměr při na-
vrhování vysokootáčkového
generátoru představuje prů-
měr rotoru. 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). Proto mají
značný potenciál malé lokální zdroje elektric-
ké energie využívající biomasu nebo odpadní
teplo z technologických procesů. 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
. Tyto zdroje
mohou v malých a středních provozech zlep-
šit celkovou bilanci spotřeby elektrické ener-
gie, popř.
První brněnská strojírna (PBS) Velká Bí-
teš, s. Rovněž rozmě-
ry a hmotnost „třítisícového“ generátoru bu-
dou několikanásobně převyšovat paramet-
ry samotné mikroturbíny. Vstupním médiem
je zde ohřátý stlačený vzduch, výstupem elek-
trická energie. Tvar segmen-
tových magnetů rovněž příznivý z hledis-
ka silového působení magnetů na rotorovou
bandáž; jedním z klíčových prvků celé-
ho generátoru. Jde o malé kogenerační jednotky posta-
vené na bázi mikroturbín. Proto byl v PBS Velká Bíteš zahájen
jeho vlastní vývoj, jehož výsledkem vyso-
kootáčkový elektrický generátor HFG 125T
(základní parametry viz tabulka). K této vysokootáčkové
pohonné jednotce nebylo možné získat sério
vě vyráběný a cenově dostupný elektrický ge-
nerátor. Ten při zadaných
otáčkách turbíny musí respek-
tovat pevnost rotorové bandá-
že, která zachycuje odstředivé
Ing
