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