Použití
Generátor HFG 125 T součástí mikro-
turbínové jednotky TGU 100 která vyrá-
běna v PBS Velká Bíteš. týče mazání loži-
sek, byla zvolena osvědčená řešení využívaná
u leteckých motorů. Vyso-
kootáčkové stroje mají velmi malý počet zá-
vitů (obvykle dva čtyři), z čehož vyplývá
velmi malý činný odpor vinutí a velmi malá
indukčnost. Jednotka TGU 100 B
představuje zařízení, které pracuje na prin-
cipu tzv. aby na plášti nikde nevznikala teplejší
a chladnější místa. Vlastní statorové
plechy jsou s ohledem na minimalizaci ztrát
vířivými proudy vyrobeny speciálních ple-
chů o tloušťce 0,2 mm. Tyto snímače jsou
vyvedeny do konektoru na plášti generátoru. Počátky
vinutí jsou spojeny do dvou galvanicky od-
dělených samostatných uzlů.
Ochranné funkce
Pro zajištění spolehlivého provozu generá-
toru jsou ve statorovém vinutí a u ložisek in-
stalovány snímače teploty. Proto byly nově navrženy
ložiskové podpory, které jsou výrobně jedno-
dušší a kompaktnější.
www.
Použití TGU
100 B
. 3. Prv-
ním zkoušeným typem pružné podpory byl tzv. Velikost výstupního napětí dále kolísá
s ohledem na chlazení a teplotu generátoru. Vinutí navrženo pro za-
pojení do dvojitého třífázového usměrňovače. Olejový systém zajišťuje kro-
mě mazání ložisek rovněž odvod ztrátového
tepla z rotoru. Ztrá-
tové teplo statoru a část tepla vzniklého
třením o vzduch odvádějí vnějším pláš-
těm chlazeným kapalinou, do kterého na-
lisován statorový paket. Pracovní vinutí tří-
fázové, zapojené do dvojité hvězdy.
S rostoucí teplotou permanentních magnetů
klesá jejich remanentní indukce i koercitivní
síla. Ten způsoben průcho-
dem proudu činným odporem vinutí, rozpty-
lovou reaktancí a ponejvíce reaktancí reakce
kotvy. U vysokootáčkového generátoru velmi
důležité, aby chladič odváděl teplo rovnoměr-
ně, tj.
Řídicí systém mikroturbíny sleduje kromě tep-
lot v generátoru ještě teplotu a minimální prů-
tok chladicí vody. Chladič byl navržen
a podroben analýze CFD v programu Fluent
a termální analýze v programu Pro/Mechani-
ca. Pečlivým ná-
vrhem bylo dosaženo optimálních provoz-
ních podmínek ložisek, a tím byl vytvořen
předpoklad pro jejich velkou spolehlivost
a dlouhou životnost.pbsvb.
Konstrukce statoru
Důležitým hlediskem při navrhování sta-
toru volba pólů. Teplotní nerovnoměrnost
pláště generátoru v důsledku teplotní roz-
tažnosti způsobila deformaci pláště generáto-
ru.
Bylo velmi obtížné najít vhodné pracovní roz-
mezí pro turbínový motor, elektrický generá-
tor a výkonový měnič. Funkce jednotky
je znázorněna na obr. Ložiskový prostor odvětrá-
ván přes odlučovač oleje, který tvoří nedílnou
součást generátoru. Důvodem bylo snížení reakč-
ního vlivu kotvy na permanentní magnety,
kdy magnety mohou mít ve srovnání s dvou-
pólovým statorem menší výšku, a tím men-
ší hmotnost, což snižuje požadavky na roto-
rovou bandáž. Překročí-li kterákoliv sledo-
vaná hodnota stanovenou mez, řídicí systém
indikuje danou poruchu a jednotku odstaví.
Změnou rozměrů nosníčků bylo možné měnit
tuhost ložiskových podpor a nalézt optimál-
ní hodnoty tuhosti a tlumení. Jednotku možné rovněž použít
ve všech provozech, kde vyskytuje dosta-
tečné množství odpadního tepla, které zajistí
ohřev pracovního média vzduchu alespoň
na 750 při množství 1,15 kg/s. Optimalizací jejich geo
metrie a použitím pryžových kroužků po-
dařilo vhodně naladit jejich tuhost a tlumení. Jde
o omezení dané konstrukcí použitého výko-
nového měniče. Elektrický generátor musí být přizpůso-
ben použitému výkonovému měniči a naopak.cz
Základní parametry generátoru HFG 125 T
Parametr Hodnota
jmenovitý výkon 100 kV·A
jmenovité napětí 440 V
jmenovitá frekvence 1 867 Hz
jmenovité otáčky 56 000 min–1
účiník 0,96
chlazení kapalinové
hmotnost 35 kg
Obr.ELEKTRO 3/2011
inovace, technologie, projekty
Při vypracovávání návrhu elektrického ge-
nerátoru bylo doporučeno a vyzkoušeno něko-
lik různých typů pružného uložení rotoru. S rostoucím zatížením generátoru
roste i úbytek napětí. 5. Čtyřpólová koncepce statoru
rovněž přispívá ke kratšímu „převisu“ vinutí
na konci statorového svazku, což umožňuje
generátor celkově zkrátit. Avšak tato kon-
strukce byla pro svou složitost nevhodná pro
sériovou produkci.
Přestože výkonový měnič používá ke změ-
ně napětí i frekvence na parametry sítě, bylo
důležité navrhnout generátor tak, aby splňo-
val povolené rozmezí výstupního napětí. chemické nebo me-
talurgické provozy.
Chlazení
Vzhledem k malému objemu generátoru
bylo nutné zajistit spolehlivé odvedení ztrá-
tového výkonu v podobě tepla. nepřímého ohřevu, při němž spali-
ny neprocházejí turbínou, ale přes výměník
ohřívají pracovní médium. Vlastní ložiskový prostor
byl utěsněn labyrintovými ucpávkami, kte-
ré jsou pro jejich správné fungování zahlco-
vány vzduchem přiváděným od kompresoru
mikroturbíny.
U dosavadních instalací jednotky TGU
100 nejčastěji používaným palivem
dřevní štěpka nebo různé formy dřevního
odpadu. Uvnitř statoru
jsou na vývody vinutí připojeny propojovací
vodiče v délce 5 m, které statoru vystupu-
jí přes průchodky. Ztrátové teplo z ložisek a rotoru odvádí
prostřednictvím mazacího oleje a zahlcovací-
ho vzduchu labyrintových ucpávek.
nosníčkový typ pružného pouzdra s možností
hydraulického tlumení.
Rotor generátoru uložen pomocí dvoji-
ce velmi přesných bezklecových hybridních
ložisek s kosoúhlým stykem. Magnetický
tok určen přímo permanentními magnety,
a to jejich vlastnostmi a uspořádáním. Největší podíl
ztrát mají elektromagnetické ztráty ve statoru
(70 %), ztráty rotoru třením o vzduch
(15 20 %) a ztráty v ložiskách (10 %). Velikost indukovaného napětí
je dána velikostí magnetického toku odpoví-
dajícího počtu závitů a otáčkám. S ohledem na rostoucí
ztráty, které souvisejí s vysokými frekven-
cemi, byl zvolen čtyřpólový stator, přestože
stroj dvěma póly měl poloviční hodno-
tu frekvence. V úvahu
přicházejí teplárny, popř. Tato konstrukce po-
užívá k uložení leteckých turbínových motorů
