PROIECTAREA ȘI MODELAREA PRIN METODA ELEMENTELOR FINITE A UNUI GENERATOR EOLIAN CU MAGNEȚI PERMANENȚI [302895]

[anonimizat]-SISTEME DE CONVERSIE A ENERGIEI

LUCRARE DE DISERTATIE

PROIECTAREA ȘI MODELAREA PRIN METODA ELEMENTELOR FINITE A UNUI GENERATOR EOLIAN CU MAGNEȚI PERMANENȚI

ÎNDRUMĂTOR:

șef lucrări dr. ing. STOICA I. CONSTANTIN

MASTERAND: [anonimizat], 2016

Capitolul 1. Energia eoliana. Noțiuni introductive

Sursele regenerabile dețin un potențial energetic important si oferă disponibilități nelimitate de utilizare pe plan local si național. Valorificarea surselor regenerabile de energie se realizează pe baza a [anonimizat], accesibilitate, disponibilitate si acceptabilitate.

[anonimizat]. [anonimizat], creșterea eficientei energetice si valorificarea superioara a surselor regenerabile.
         Comisia Europeană a inițiat, in iulie 2002, propunerea de promovare a producției combinate de energie electrica si termica pe baza de combustibili fosili si de valorificare a surselor regenerabile de energie si a deșeurilor.

[anonimizat]: [anonimizat], hidroenergia, biomasa si energia geotermală. Programul de utilizare a [anonimizat] a [anonimizat] 11 decembrie 1997, ratificat de Romania prin Legea nr. 3/2001, respectiv de Uniunea Europeană in baza Documentului 2002/358/CE.

Necesarul de energie pe cap de locuitor a crescut dramatic de la 2000 kcal pe zi in epoca primitivă la 230.000 kcal pe zi in țările industrializate. Evoluția estimată a consumului de energie in perioada imediat următoare ridică 3 probleme:

–         vor putea actualele surse de energie sa acopere nevoile omenirii?

–         [anonimizat], va afecta in mod ireversibil mediu?

–         sunt soluții alternative de producere a energiei care pot  să asigure dezvoltarea durabilă a omenirii?

[anonimizat] o [anonimizat] o [anonimizat] o oarecare activitate consecventă a omului. Astea sunt:

[anonimizat]-solara;
Energia eoliana

Este utilizata ca sursa de producere directa a energiei electrice pentru consumatori casnici prin prelucrarea energiei vântului

Energia geotermala

Consta in utilizarea căldurii Pământului pentru generare de căldura si electricitate. Geotermia se refera la căldura interna a [anonimizat] a [anonimizat], gazeificare sau digestie anaerobă a [anonimizat], reziduuri si culturi agroenergetice.

Energia oceanelor

Apele Oceanului Planetar dețin un imens potențial energetic care poate fi valorificat pentru producerea de energie electrica. Principalele surse de energie luate in considerare, la nivelul tehnicii actuale, se refera la: maree, curenți, valuri, diferențele de temperatura ale structurilor de apa marina.

1.1. Istoria energiei eoliene

Primele mori de vânt din Europa erau de tipul moara stâlp. Velele se roteau pe un plan aproape vertical, iar corpul morii de vânt era montat pe un stâlp central. O pârghie lunga, numita manetă de întoarcere, se prelungea in spate. Când direcția vântului se schimba, morarul apăsa pe maneta de întoarcere pentru a roti din nou moara cu fața spre vânt.
Olandezii au început sa folosească morile de vânt pentru a drena apa de pe câmp. Un sistem consta dintr-o moara de vânt ce acționa un mecanism asemănător cu o roata de apa, care scotea apa. Principalul dezavantaj al morilor de vânt este ca, spre deosebire de roțile de apă, ele nu pot fi folosite daca este necesară energia continuă; dacă vântul încetează, se oprește si mecanismul.
Morile de vânt se mai folosesc si acum in unele țări pentru măcinarea cerealelor. Pompele cu palete multiple, acționate de vânt, sunt folosite pentru a obține apa din puțuri in regiunile mai izolate, in special in Australia si Africa de Sud. Apa pompată este depozitată într-un turn din apropiere. Deși in mod obișnuit se numesc mori de vânt, aceste mecanisme sunt numite mașini de vânt si pompe de vânt. O pompa de vânt tipică are o roata cu diametrul intre 3-4 m, cu circa 20 de palete de otel presate. Roata este montată pe un stâlp metalic având înălțimea de aproximativ 8 m. Forța vântului pe o deriva verticala din spate menține roata cu fața spre vânt. Însă deriva este concepută să întoarcă roata când vântul devine extrem de puternic, pentru a preveni vătămarea organismului.
          Fermierii francezi au folosit energia eoliana pentru a muta apa in bazine de irigare.
In 1985 o pompă de apă bazată pe energia eoliană a fost introdusă in Statele Unite ale Americi. 
         In Danemarca energia eoliana a început sa fie folosita in anul 1890 cu sisteme care porneau de la 5 pana la 25 kW.
         In anul 1930 francezul G. J. M. Darrieus a proiectat un sistem de producere a energiei eoliene in forma de mixer.
         In 1941 lângă Ruthland, Vermont o mașina gigantica de 1.5 MW a alimentat cu energie serviciul public central din Vermont.
         La fel cum tehnologia aparținând de energia solara a accelerat in timpul embargoului de petrol din 1973-1974. energia eoliana a făcut pași considerabili in dezvoltarea sa. Compania Westinghouse Electric a deschis departamentul de energie (DOE- Departmet of NERGY) NASA finanțând construirea la scara larga a turbinelor bazate pe energia eoliana, turbina cu capacitatea cea mai mare a fost construita in Oahu, Hawaii, având o norma de 3.2 MW.
        Intre anii 1981 si 1984, 6870 de turbine au fost instalate in California. La sfârșitul anului 1983 au apărut 4600 de turbine bazate pe energia eoliana in afara Californiei. Aceste turbine produceau împreună 300,000 KW.
       Schimbările de costuri la electricitatea produsa cu ajutorul energiei eoliene au scăzut de la 14 cenți pe KWh in 1985 la 5 cenți pe kWh in 1994 făcând din energia eoliana un competitor mult mai puternic pe piața electricității.

1.2. Caracterizarea vântului

Potențialul eolian major se concentrează pe litoraluri, pe coline și in munți. Dar există multe alte teritorii cu un potențial eolian necesar pentru utilizare. Resursele eoliene depind de relieful pământului si de prezența obstacolelor plasate la înălțimi de pana la 100 metri.

De aceea vântul depinde într-o mai mare măsura de relief decât de soare si de condițiile atmosferice. In localitățile montane, spre exemplu, doua suprafețe pot avea potențial solar egal, însă potențialul vântului poate fi diferit datorită diferenței de relief si direcților maselor de aer.

Astfel, planificarea locului pentru plasarea instalației se face mai detaliat decât montarea unui sistem solar. Energia vântului, de asemenea, este supusa schimbărilor sezoniere ale timpului. Randamentul unei asemenea instalații este mai mare iarna si diminuat in lunile de vara (in cazul sistemelor solare, situația este inversă).

In condițiile climaterice din Danemarca, sistemele fotoelectrice sunt efective la 18% in ianuarie si la 100% in iulie. Eficacitatea stației eoliene este de 55% in iulie si 100% in ianuarie. Astfel, varianta optimă pentru obținerea energiei este combinarea într-un singur sistem a instalațiilor eoliene si solare. Asemenea sisteme simbiotice asigură o productivitate a energiei electrice superioară in comparație cu instalațiile eoliene sau fotoelectrice, luate aparte.

Puterea dezvoltată de masele de aer in atmosfera Pământului a fost evaluate de la nivelul de 3.6*1015W,ceea ce intr-un an echivalează cu o energie de 1500.000 Q

Un studiu aparținând dr.Marvin Gustavston de la laboratoarele Lawrence Livormore arată că ~2% din energia solară este disipata sub forma energiei eoliene, iar potențialul maxim de captare si conversie a acesteia este de 4.000Q,adica ~2,7%din totalul energiei vanturilor.

Pe verticală, odată cu creșterea altitudinii, viteza vântului creste. Reducerea de viteza la sol este datorată frânarii aerului la frecarea de sol.

Se considera că viteza vântului variază pe înălțime după relația:

in care:

–  viteza vântului la înălțime ;

V –  viteza vântului la înălțime H;

n  –  coeficient a cărui valoare este, de regula, in plaja 0.1- 0.4 (valorile mici sunt pentru zone cu vânt mare;)

Aerul in mișcare este purtător de energie cinetica, aceasta putând fi transformată in energie mecanică sau electrică.

Prin definiție, energia cinetică este:

in care:

–  energia cinetică a vântului;

M –   masa aerului deplasat ;

–   viteza vântului;

1.3. Achiziția de date meteorologice

Minimul de date meteorologice achiziționate il constituie:

– viteza vântului pentru fiecare anemometru, in m/s;

– direcția vântului in grade, având ca origine Nordul, in sensul de rotație al acelor de ceasornic.

Pe baza datelor primare culese se calculează o serie de mărimi secundare care au o deosebită semnificație pentru sistemele de conversie a energiilor regenerabile. Datele meteorologice sunt valide dacă se efectuează câte o măsurătoare la fiecare 10 secunde. Această rată de eșantionare este prevăzută de toate normele europene si internaționale. Stocarea datelor meteorologice se face sub formă de medii pe 10 minute ale valorilor achiziționate.

Datele meteorologice sunt stocate temporar, pe blocuri, fiecare bloc reprezentând înregistrările aferente unei zile. Trecerea la un bloc nou de date se face la ora 0:00:00 a fiecărei zile, când valorile calculate pentru energia vântului sunt aduse la zero.

Fiecare bloc are atribuit un cod de identificare, in care se specifică tipul blocului, data si ora de început a înregistrărilor. O caracteristică a înregistrărilor este că ele sunt de tip text, putând fi procesate cu orice editor de text.

Domeniul de măsură a vitezei vântului, de către stația meteorologică a sistemului, este împărțit in secțiuni numite clase de vânt. Mărimea unei clase este de 1m/s si sunt 35 clase de vânt, de la 0 la 34m/s. Ca metoda de calcul, se adaugă câte un 1 după scurgerea unui interval de măsură in locația clasei de vânt corespunzătoare vitezei medii a vântului pe intervalul de măsură, adică 10 minute.

Rezumând, datele meteorologice sunt înregistrate in fișiere zilnice care pot fi identificate după tipul de înregistrare si data.

1.4. Potențialul surselor regenerabile de energie in Uniunea  Europeană si in Romania

Pe plan mondial, la sfârșitul anului 2002 puterea eoliană instalată era de 32.037 MW, fiind operaționale aproximativ 61.500 de turbine eoliene. In Europa, din totalul de 23.832 MW instalați, aproximativ 12.000 MW sunt instalați in Germania si 5.042 MW in Spania.

Centralele eoliene au puteri standardizate, începând de la 100 kW la 5 MW/ unitate. In prezent, piața echipamentelor eoliene este acoperită astfel:

– unități cu puteri mai mici de 750 kW: 14,3%, cu tendința de scădere;

– unități cu puteri intre 750 kw si 1500 kW: 55,7%, cu tendință de creștere;

– unități cu puteri intre 1500 si 2500 kW: 30%, puterea medie a unităților instalate cunoscând o creștere continuă.

Odată cu impactul tot mai mare al energiei eoliene, sistemele electrice se vor confrunta cu provocări noi. In Danemarca, de exemplu, peste 20% din electricitate este produsa acum de turbinele eoliene, ceea ce are implicații asupra stabilității rețelei de electricitate.

Potențialul eolian tehnic amenajabil al României este evaluat la cca. 100.000 TJ/an, existând zone favorabile amenajărilor de acest tip in care viteza vântului depășește 6 m/s, iar investiția raportată la producția anuală de energie este destul de atractivă (0,32-1,90 $/KWh).  In Romania s-au identificat cinci zone eoliene distincte (I – V) in funcție de potențialul energetic existent, de condițiile de mediu si topogeografice. In Tabelul de mai jos sunt prezentate elementele tehnico-economice de exploatare a potențialului energetic al zonelor eoliene din Romania. Harta generală a potențialului eolian din Romania este prezentată in harta eoliană a României care s-a elaborat luând in considerare potențialul energetic al surselor eoliene la înălțimea medie de 50 metri, pe baza datelor si informațiilor meteo geografice colectate începând din anul 1990.

Elemente tehnico-economice de exploatare a potențialului energetic al zonelor eoliene din Romania

Romania are un climat temperat continental, cu un potențial energetic eolian ridicat in zona litoralului Marii Negre, podișurilor din Moldova si Dobrogea (climat blând) sau in zonele montane (climat sever). Pe baza evaluării si interpretării datelor înregistrate rezultă că in Romania se pot amplasa instalații eoliene cu o putere totală de pana la 14.000 MW, ceea ce înseamnă un aport de energie electrică de aproape 23.000 GWh/an. Pe baza evaluărilor preliminare in zona litoralului, pe termen scurt si mediu potențialul energetic eolian amenajabil este de circa 2.000 MW, cu o cantitate medie de energie electrică de 4.500 GWh/an.

Potențialul energetic eolian total al tării noastre se apreciază a se ridica la valoarea (120…150)*106kWh/an. Potențialul amenajat nu poate depăși 10% din teritoriul tarii ceea ce corespunde la ceva mai mult de 20.000 km2. Admitem o densitate maxima de 10 turbine a 25 kW/km2,turbine având diametrul rotorului de 15 m si înălțimea stâlparului de 25 m ,rezulta o putere totala instalată de 25*105kW care la o viteză a vântului intre 4 si 15 m/s pe o durata de 3.000 h/an ar produce 15*108kWh/an. Având in vedere ca la producerea unui kWh energie electrica se consuma 0,3685 kgcc,echivalentul potențial eolian amenajabil al tării noastre este deci de 5,53 mil t/an , o posibilă contribuție la balanța energetică a tării ,deloc neglijabila .

La amplasarea unor generatoare eoliene trebuie ținut cont de faptul ca viteza vântului si durata anuală in ore a acestuia nu sunt uniforme pe întreg teritoriul țării , fapt care influențează puternic justificare economică a unei investiții intr-un generator eolian. Pe baza datelor deținute de Institutul National de Meteorologie si Hidrologie s-a zonat teritoriul țării in raport cu durata anuală a vitezelor vântului peste 6 m/s.

Viteza medie anuală a vântului într-o anumita zonă geografică de asemenea un indicator important pentru evaluarea potențialului energetic eolian .

Pe baza datelor înregistrate, in perioada 1961-1980,in ~100 de stații meteorologice amplasate in diferite zone ale țării s-a constatat ca in zonele montane înalte (>1900 m),viteza medie anuala a vântului atinge 10m/s (Vârful Omul 9,8 m/s ;Țarcul 10,2 m/s ;Ceahlăul-Toaca 9,6 m/s).In zonele situate la 1400-1500 m viteza medie anuala coboară la 6 m/s.

Zona litoralului este caracterizata de o viteza medie anuala a vântului destul de ridicată (7m/s) cea ce evidențiază un potențial energetic eolian important. Sunt si alte zone geografice caracterizate de valori apreciabile ca: munții Dobrogei (4-5 m/s),părțile înalte ale podișului Central Moldovenesc-Păcăni-Bârlad(4,1 m/s),Galați(4,7 m/s).

In câmpia din sud a țării –Bărăgan-vitezele sunt ceva mai reduse (Fundulea 3,2 m/s;Marculesti 3,4 m/s, culoarul Dunării 3,2 m/s).Valori asemănătoare se întâlnesc in Podișul Moldovei (Iași 3,5 m/s ;Tg.Neamt 3,4 m/s) si in cea mai mare parte a Câmpiei de Vest (Arad 3,2 m/s; Oradea 3,2 m/s).

Viteza vântului creste cu înălțimea de la sol. Astfel din analiza datelor prelucrate la Institutul National de Meteorologie si Hidrologie (INMH),rezultă că in Câmpia Română (intre București si Craiova) viteza vântului înregistrează creșteri importante in primii 500 m de la sol si rămâne practică constanta până la ~2000 m, după care crește din nou.

Pentru practică, ne interesează domeniul cuprins intre 10 si 100 m de la sol in care funcționează generatoarele eoliene.

Harta potențialului eolian al tarii evidențiază mai mule zone favorabile in care viteza medie a vântului este de peste 6m/s, inclusiv platoul continental al Marii Negre. Potențialul eolian tehnic exploatabil se ridica la peste 100.000 TJ/an.

Valorificarea potențialului energetic eolian, in condiții de eficientă economică, impune folosirea unor tehnologii si echipamente adecvate (grupuri aerogeneratoare cu putere nominală de la 750 kW pana la 2.000 kW).
            Pe plan mondial, „energetica vântului” se găsește într-o etapa de „maturitate tehnologică” însă, in Romania, ponderea energiei electrice din surse eoliene rămâne deocamdată sub posibilitățile reale de valorificare a eficienței acestora.

Capitolul 2. Calculul cu elemente finite a parametrilor si caracteristicilor generatorului electric asincron

2.1 Generatorul eolian

În prezent există un mare interes pentru studiul unor sisteme de producere a energiei electrice din surse regenerabile cu putere și turație redusă pentru aplicații casnice, în regim cuplat la rețea sau în regim autonom, cu costuri cât mai mici. Utilizarea generatoarelor asincrone cu rotorul în colivie este o soluție avantajoasă datorită performanțelor dinamice bune, lipsa periilor, lipsa unei surse suplimentare de alimentare în curent continuu, costuri de întreținere reduse etc. [9], [10]. Pentru simplitate constructivă trebuie luată în considerare soluția de cuplare directă între generator și turbină cu dezavantajul de a fi necesare cupluri ridicate la arbore. Prin cuplarea directă se reduce zgomotul, creste randamentul și densitatea de putere.

Mașina asincronă cu două înfășurări trifazate statorice (DSWA), una de excitație și alta principală pentru alimentarea sarcinii, având același număr de perechi de poli, bobinate în unul sau două straturi și rotorul cu colivie normală poate să facă fată cerințelor la viteze reduse și curenți de sarcină ce variază într-un domeniu larg [10]-[11]. Un avantaj esențial dat de reducerea necesarului de putere reactivă din înfășurarea principală, se poate obține prin defazarea spațială a celor două înfășurări cu un unghi α care de obicei se alege de [10].

Generatorul asincron cu două înfășurări are o greutate și un volum mai mare decât generatorul de inducție clasic în cazul general, dar în cazul turației și sarcinii variabile întâlnite la antrenarea cu turbine eoliană, randamentul și costul total mașină și convertor static este mai bun pentru DSWA. Domeniul în care viteza de rotație poate să varieze depinde și de valoarea capacității bateriei de condensatoare. Prezenta înfășurării de excitație înseriată cu bateria de condensatoare furnizează generatorului energia reactivă necesară, aceasta nu va mai fi adusă din

circuitul de curent continuu al micro rețelei și în acest fel puterea aparentă a convertorului conectat la bornele înfășurării principale va fi mai mică. În regim autonom datorită legăturii directe între înfășurarea de excitație și bateria de condensatoare (fără convertor) procesul de autoexcitație se declanșează chiar în absența unei surse externe. Metodele de analiză numerică cu elemente finite se folosesc pentru calculul precis al parametrilor și caracteristicilor în diferite regimuri de funcționare, chiar dacă durata de calcul este mult mai mare. Pentru generatorul considerat o analiză bi-dimensională 2D este suficient de precisă datorită simetriilor existente în construcția lui.

2.2 Lansarea în execuție a analizei cu elemente finite cu ajutorul unui program scris în mediul Matlab

Proiectarea optimală [11] a scos în evidentă faptul că performanțele și caracteristicile DSWA depind de numărul perechilor de poli. Utilizarea DSWA poate reduce puterea aparentă a invertorului (redresorului activ) cu 43 % până la 28 % (la 8, respectiv, 24 poli), atunci când convertizorul este plasat în serie cu înfășurarea de excitație. Reducerea de putere aparentă a convertorului de putere este mai mică atunci când numărul de poli este în creștere, deoarece invertorul trebuie să transfere o putere reactivă tot mai mare. Avantajul acestei scheme este practic eliminat în cazul în care se folosește un redresor necomandat la puterea nominală și este nevoie în plus și de un convertor curent continuu-curent continuu ridicător de tensiune. Pentru cazul în care convertorul este plasat în înfășurarea principal reducerea puterii aparente a acestuia este mai mică decât în cazul precedent (19 % până la 30,6 %), valorile mai mari obținându-se la mașinile cu număr mai mare de poli. În acest caz nu mai este nevoie de un al doilea convertor, ci doar de o baterie de condensatoare plasată în înfășurarea de excitație. Dacă generatorul DSWA este realizat la aceleași dimensiuni cu unul normal cu o singură înfășurare statorică, randamentul care se obține este cu 5 % mai redus putând apărea probleme de răcire. Randamentul poate fi menținut doar cu prețul creșterii dimensiunilor DSWA cu până la 10 % în diametru care determină o creștere de până la 35 % în ceea ce privește masa respectiv cu 33 % a costului materialelor active. Datorită puterii mici, costul invertorului este cu peste 50 % mai mare decât costul mașinii și în acest caz se justifică din punct de vedere economic utilizarea DSWA.

Pentru analiza cu elemente finite s-a utilizat programul FEMM 4.2, geometria, frontierele, proprietățile de material, condițiile de simetrie, repartiția înfășurărilor, distribuția curenților în crestături fiind construită cu ajutorul unui program scris în Matlab care apelează funcțiile din programul de analiză cu elemente finite. Se prezintă în continuare o parte a codului Matlab utilizat:

%interface with FEMM 4.2

clear all;

close all;

g1;

I0=4.5; %A magnetisation pick current

w_name=['Ae';'Be';'Ce';'Am';'Bm';'Cm'];

constant;

set_mat;

pp=poles/2; %pole pairs

poles1=poles/gcd(Nrs,poles);

q1=Nss/(3*poles);

ym1=round(cSpanm*3*q1);

if(layerse==1) ye1=3*q1; end

if(layersm==1) ym1=3*q1; end

Dro=Dsi-2*hag;

hsy=(Dso-Dsi)/2-hst;

hry=(Dro-Dri)/2-hrt;

try closefemm; end

openfemm;

newdocument(0);

%Seting the material

mi_probdef(0,'millimeters','planar',1e-8,li,25);

mi_getmaterial('Air');

if(stcore_fem)

%try mi_getmaterial(stcore_fem); catch stcore_fem=0; end

eval('mi_getmaterial(stcore_fem)', 'stcore_fem=0');

end

if(~stcore_fem)

stcore_fem=stcore_mat;

mi_addmaterial(stcore_fem,1,1,0,0,1e-

6/rho_ironst,lamThick*1000,0,ssf*lfe/li,0);

mi_addbhpoints(stcore_fem,BHs_ref(1,:),BHs_ref(2,:));

end

if(kmrid<1)

if(strcmp(rtcore_mat,shaft_mat)) shaft_fem=rtcore_fem;

elseif(strcmp(stcore_mat,shaft_mat)) shaft_fem=stcore_fem;

end

if(~(strcmp(shaft_fem,stcore_fem)|strcmp(rtcore_fem,shaft_fem)))

mi_addmaterial(shaft_fem,1,1,0,0,1e-6/rho_ironrt,RlamThick,0,1,0);

mi_addbhpoints(shaft_fem,BHsh_ref(1,:),BHsh_ref(2,:));

end

end

2.3 Analiza cu elemente finite la funcționarea în gol, în scurtcircuit și în sarcină a generatorului

S-a analizat cu elemente finite mașina cu 8 poli în vederea validării rezultatelor obținute în proiectarea optimală. Înfășurările sunt în conexiune stea. Un prim calcul s-a făcut pentru mersul în gol iar în următoarea etapă s-a considerat că în faza A curentul este I, iar prin B și C va fi – I/2. Analiza s-a făcut pentru o jumătate de mașină (4 poli). Discretizarea domeniului a generat 47758 de noduri și 95129 elemente triunghiulare de discretizare. În figura 1 se prezintă geometria unei jumătăți de mașină generată în FEMM 4.2 din codul de program scris în Matlab.

În figurile 2, 3, 4 și 5 se prezintă alocarea proprietăților de material, o porțiune de discretizare în zona întrefierului, repartiția inducției magnetice pentru anumite valori ale curenților respectiv pentru cazul unui scurtcircuit virtual.

Fig. 2.1 Realizarea construcției geometrice (jumătate de mașină) prin apelarea mediului de programare FEMM 4.2 din Matlab

Fig. 2.2 Alocarea proprietăților de material pentru miezul feromagnetic statoric și rotoric

Fig. 2.3 Porțiune discretizată și linii de câmp în zona dinspre întrefier

Fig. 2.4 Repartiția inducției magnetice pe o jumătate de mașină la IAm = 4,5A și IAe = 0

Fig. 2.5 Scurtcircuit virtual în element finit (f = fN =15 Hz, ImA = 7 A valoarea de vârf a curentului în înfășurarea principală, ImB = ImC = -3,5 A)

Figurile 2.6, 2.7, 2.8, 2.9 și 2.10 redau forma de variație în întrefier a inducției magnetice și intensității câmpului magnetic, normale și tangențiale.

Fig. 2.6 Inducția magnetică normală în întrefier pe o jumătate de mașină

Fig. 2.7 Inducția magnetică tangențială în întrefier pe o jumătate de mașină

Fig. 2.8 Amplitudinea intensității câmpului magnetic în întrefier pe o jumătate de mașină (în modul)

Fig. 2.9 Intensitatea câmpului magnetic normală în întrefier pe o jumătate de mașină

Fig. 2.10 Intensitatea câmpului magnetic tangențială în întrefier pe o jumătate de mașină

a). b).

Fig. 2.11 Armonicele de spațiu ale inducției în întrefier a) și dependența inductanțelor în funcție de curent b)

În figura 2.11 se face o analiză armonică a curbei inducției magnetice în întrefier și se reprezintă dependența de curent a inductanțelor. Diferența dintre Lem și Lme este mai mică de 0,3 % ceea ce se încadrează în eroarea admisibilă la calculul cu elemente finite. Există deci o validare cu elemente finite a calculului de optimizare.

Capitolul 3. Modelarea numerică a unui generator eolian în construcție sincronă, cu magneți permanenți, utilizând metoda elementului finit

3.1 Informații de baza

Generatorul eolian reprezintă o componentă-cheie a lanțului de conversie a energiei vântului în electricitate. În prezent, cele mai utilizate generatoare eoliene de mică turație sunt generatoarele sincrone cu magneți permanenți cu câmp radial. Cercetările intense din ultimii ani în domeniul materialelor magnetice au determinat o îmbunătățire continuă a caracteristicilor magneților permanenți și o scădere continuă a prețurilor prin utilizarea acestora pe scară tot mai largă. [12]

Proiectarea optimală, respectiv analiza eficientă a aspectelor complexe de natură electromagnetică asociate funcționării mașinilor sincrone necesită dezvoltarea unor modele numerice robuste, care să permită simularea regimurilor specifice de lucru, în condiții cât mai apropiate de realitate.

Modelele analitice, respectiv modelele de circuit ale mașinii asincrone, deși sunt relativ simplu de implementat, pot conduce la rezultate inexacte, întrucât acestea au, deseori, la bază ipoteze simplificatoare, cum ar fi neglijarea sau considerarea de o manieră empirică a saturației magnetice, a armonicilor etc.

Dezvoltarea impresionantă a tehnicii din ultimele două decade, concretizată printr-o creștere explozivă a puterii de calcul și a mijloacelor de stocare a datelor, a deschis noi perspective în ceea ce privește posibilitățile concrete de modelare/simulare a regimurilor de funcționare a mașinilor electrice, pe baza modelelor de câmp electromagnetic, singurele care pot lua în considerare anumite efecte complexe specifice. În acest sens, cele mai indicate sunt modelele de câmp 2D sau 3D ale mașinii sincrone, respectiv cuplate cu ecuațiile asociate de circuit, acestea permițând o analiză detaliată a mașinii, privind atât proiectarea și optimizarea constructivă, cât și studiul anumitor regimuri particulare de funcționare ale acesteia, inclusiv modelarea lanțului de acționare aferent.[12]

Istoria studiului regimurilor dinamice ale mașinilor electrice, folosind modele laborioase de tip câmp- circuit, nu este foarte lungă, fapt datorat complexității acestui tip de modele, care necesită un studiu al mașinii pas-cu-pas în domeniul timp, deci resurse hardware deosebit de importante, inexistente în trecut. Posibilitățile tehnice actuale permit însă asemenea abordări, modele de acest gen putând fi implementate în diverse pachete de programe profesionale de calcul de câmp precum FLUX, OPERA etc.

3.2 Modele matematice ale câmpului electromagnetic pentru studiul generatoarelor sincrone [12]

Analiza numerică efectuată asupra generatorului sincron studiat are la bază modelul de câmp electromagnetic 2D al mașinii în regim magnetic staționar pentru estimarea cuplului reluctant, respectiv în regim magnetic tranzitoriu pentru determinarea formelor de undă ale tensiunii electromotoare induse.

Regimul magnetic staționar

3.2.1 Regimul magnetic staționar al câmpului electromagnetic caracterizează câmpul magnetic în domenii de calcul în care pot exista numai corpuri imobile, ce pot fi parcurse de curent electric de conducție (, si care pot prezenta o stare de magnetizare remanenta invariabila in timp. Mărimile asociate acestui regim sunt constant in timp . Acest regim caracterizează dispozitive in care sursa câmpului magnetic este constituita din bobine sau conductoare parcurse de curent continuu si/sau din magneți permanenți.

Ecuațiile asociate regimului magnetic staționar sunt: [13]

rot H=J (3.1)

div B=0 (3.2)

Ecuația (3.2) permite definirea unei funcții auxiliare A(r), denumita potențial magnetic vector, astfel încât: [13]

B=rotA (3.3)

Pentru ca vectorul A sa fie complet definit, se impune condiția de etalonare Coulomb:

div A=0 (3.4) [13]

Pe baza relațiilor de mai sus, se obține ecuația diferențiala exprimata in potențial magnetic vector ce caracterizează regimul magnetic staționar:

(3.5) [13]

Sursele locale ale câmpului magnetic staționar interioare domeniului de calcul pot fi densitatea curentului electric de conducție J si/sau inducția remanenta

Unicitatea soluției ecuației (3.5) este asigurata prin cunoașterea, pe lângă sursele câmpului, a proprietăților de material si a conducțiilor pe frontiere.

3.2.2 Regimul magnetic tranzitoriu

In acest regim specific al câmpului electromagnetic, se neglijează variația in timp a fluxului electric, deci se neglijează curentul electric hertzian din legea circuitului magnetic. Acest regim permite realizarea unui studio complex al funcționarii dispozitivelor electromagnetice si, in mod particular, al funcționarii in gol sau in sarcina a mașinilor electrice cu magneți permanenți. Pentru a putea studia regimurile tranzitorii specific, este necesara luarea in considerare a mișcării relative dintre armături. Aceasta abordare permite cuplarea problemei de câmp cu o problema de circuit, precum si considerarea caracteristicilor cuplajelor mecanice.[12]

In regiunea corespunzătoare corpurilor fixe, unde conductoarele sunt considerate filiforme, ecuațiile câmpului electromagnetic asociate regimului magnetic tranzitoriu sunt următoarele: [13]

(3.6)

rot H=J (3.7)

div J=0 (3.8)

div B=0 (3.9)

In cazul general, in care, in regiunea mobila, exista conductoare masive, ecuația (3.6), asociata armaturii aflate in mișcare, devine: [13]

(3.10)

unde v reprezintă viteza de deplasare a armăturii mobile.

Pentru considerarea regimurilor tranzitorii, trebuie adăugată ecuația de mișcare asociata. In cazul rotorului unei mașini electrice rotative, aceasta ecuație are forma:

(3.11)

unde: Ω este viteza unghiulara a rotorului, este momentul de inerție al rotorului, este cuplul electromagnetic ce acționează asupra rotorului, este cuplul de sarcina, F este coeficientul de frecări vâscoase. Viteza de rotație v se calculează cu expresia:

(3.12)

unde r si sunt coordonatele polare ale unui punct in raport cu axa de rotație

La ecuațiile menționate mai sus, se adaugă ecuațiile de circuit ale bobinelor si, in funcție de abordarea 2D sau 3D a problemei, si cele ale circuitelor corespunzătoare conductoarelor masive.

Rezolvarea numerica a problemelor de regim magnetic tranzitoriu se efectuează prin discretizarea in timp a mișcării, aceasta metoda numindu-se si metoda pas-cu-pas in domeniul timp.

3.3 Analiza numerica a generatorului sincron cu magneți permanenți [14]

Studiul efectuat are ca suport un generator eolian in varianta sincrona, cu magneți permanenți, de turație mica, de putere 0,4 kW, cu șase perechi de poli, caracterizat de următoarele dimensiuni geometrice,

Fig. 3.1:

diametrul exterior al rotorului, 88,7mm;

grosimea întrefierului, 0,65mm;

diametrul interior al miezului statoric, 90m;

diametrul exterior al miezului statoric, 135,2mm.

Statorul mașinii prezinta 36 de crestături dispuse uniform in lungul întrefierului, forma si dimensiunile acestora fiind evidențiate in Fig. 3.1, pachetul de tole statoric având lungimea egala cu cea a miezului rotoric, si anume de 13mm.

a). Tola stator

b). Stator bobinat

c). Stator împachetat

Fig.3.1 . Dimensiuni subansamblu stator (miez magnetic, crestături).

Analiza numerica efectuata vizează doua variante constructive ale subansamblului rotor. Prima varianta analizata presupune o repartizare uniforma a magneților permanenți la periferia rotorică, iar cea de-a doua consta într-o repartizare neuniforma a magneților la periferia rotorică in vederea cuplului reluctant.

3.4 Varianta constructiv-funcțională de generator sincron cu magneți permanenți uniform repartizați la periferia rotorică. [14]

Detalii privind dimensiunile geometrice ale miezului magnetic rotoric si ale magneților permanenți sunt prezentate in Fig. 3.2.

Domeniul de calcul 2D al câmpului electromagnetic este reprezentat de o secțiune transversala prin mașina sincrona studiata, modelul de câmp fiind unul de tip plan-paralel, delimitat de suprafața exterioara a miezului statoric si de suprafața interioara a miezului rotoric.

Fig. 3.2 Dimensiuni subansamblu rotor (miez magnetic si magneți permanenți distribuiți uniform)

Regiunile domeniului de calcul 2D sunt ilustrate in Fig. 3.3, in care se evidențiază miezul magnetic statoric, miezul magnetic rotoric, magneții permanenți, crestăturile statorice, istmurile si întrefierul mașinii.[14]

Fig. 3.3 . Regiunile domeniului de calcul 2D.

Regiunile denumite Aer stator si Aer rotor sunt regiuni auxiliare ce permit rafinarea locala a rețelei de discretizare la nivelul întrefierului mașinii, asigurându-se astfel un calcul precis al cuplului electromagnetic, respectiv al cuplului magnetic reluctant.

In acest sens, pentru un calcul cu erori minime, se recomanda construirea unei rețele de discretizare cu 3 straturi de elemente finite pe grosimea întrefierului, Fig.3.4 .[14]

Fig. 3.4. Rețeaua de discretizare in elemente finite a domeniului de calcul.[14]

Condițiile pe frontierele domeniului de calcul sunt de tip Dirichlet A=0, acestea fiind aplicate pe frontiera exterioara a statorului, respectiv pe frontiera interioara a rotorului mașinii.

Curba de magnetizare a miezurilor magnetice statoric si rotoric corespunde inducției la saturație Bs=2,2T. In Fig.3.5. magneții permanenți utilizați sunt de tipul NdFeB, fiind caracterizați printr-o inducție remanenta Br=1,1T si o permeabilitate magnetica relativa 1,045.[14]

Fig. 3.5. Curba de magnetizare a miezurilor magnetice.

Magneții permanenți utilizați in construcția subansamblului rotor se considera magnetizați radial, cu sensuri care alternează in direcție azimutală.

Fig. 3.6. Spectrul liniilor câmpului magnetic inductor al mașinii si harta inducției magnetice in cazul magneților poziționați echidistant la periferia întrefierului.

In urma rezolvării problemei de câmp magnetostatic 2D, asociată mașinii sincrone studiate, pentru diverse poziții relative stator-rotor, respectiv fără alimentarea bobinelor statorice, se pot determina structura liniilor câmpului magnetic inductor, Fig. 3.6, respectiv variația cuplului reluctant al mașinii in funcție de unghiul de poziție, Fig.3.7. [14]

Fig. 3.7. Variația cuplului reluctant in funcție de unghiul de poziție rotoric.

Studiind rezultatele numerice prezentate in Fig. 3.7, se observa ca, in configurația constructiv-funcțională studiata, valorile cuplului reluctant sunt relativ ridicate, de cca 0,52 Nm. Valori importante ale acestei mărimi pot afecta negativ funcționarea corespunzătoare a turbinei eoliene împiedicând pornirea echipamentului la viteze mici ale vântului, ceea ce se traduce printr-o eficienta mai scăzută a acesteia in zonele cu potențial eolian mai redus.

Dimensionarea din punct de vedere electromagnetic a generatorului sincron este corespunzătoare, inducția magnetica in întrefier obținută in această configurație fiind de cca 0,9T, iar inducția la nivelul dinților fiind de cca 1,8T. [14]

3.5 Variația constructiv-funcțională de generator sincron cu magneți neuniformi repartizați la periferia rotorică.

O varianta constructiv-funcțională speciala ce va fi analizata presupune o repartizare neuniforma a magneților permanenți la periferia rotorică. Detalii privind dimensiunile geometrice ale miezului magnetic rotoric si ale magneților permanenți sunt prezentate in Fig. 3.8. Aceasta configurație geometrica presupune un unghi de 29-30’ intre axele radiale a doi magneți succesivi, ca in Fig.3.8 , cei doi magneți rămânând distanțați cu un unghi diferit.

Rezolvând problema de câmp electromagnetic asociata mașinii studiate, se obțin rezultatele numerice prezentate in Fig. 3.9 si Fig. 3.10. [14]

Fig. 3.8. Dimensiuni subansamblu rotor (miez magnetic si magneți permanenți repartizați neuniform la periferia rotorului).

Fig. 3.9. Spectrul liniilor câmpului magnetic inductor al mașinii si harta inducției magnetice in domeniul de calcul in varianta cu magneți repartizați neuniform la periferia întrefierului.

Fig. 3.10. Variația cuplului reluctant funcție de unghiul de poziție rotoric.

Studiind rezultatele numerice prezente in Fig. 3.10, se observa ca aceasta ultima varianta constructiv-funcțională, de generator sincron propusa prezinta un cuplu reluctant mult mai redus decât varianta cu magneți permanenți repartizați uniform la periferia întrefierului. Valoarea de vârf a cuplului reluctant este, in acest caz, de cca 0,025 Nm. [14]

3.6. Modelarea regimului de funcționare in gol [14]

Pentru modelarea regimului de mers in gol al generatorului si pentru evaluarea tensiunilor, electromotoare induse, se construiește modelul de circuit asociat modelului de câmp element finit, Fig. 3.11. Circuitul din Fig. 3.11 conține laturile de ducere (BU1, BV1, BM1) si de întoarcere (BU2, BV2, BW2) ale bobinelor pe cele trei faze ale mașinii, rezistentele (R1, R2, R3) si inductivitățile (L1, L2, L3) corespunzătoare capetelor de bobine, trei voltmetre (R7, R8, R9) pentru măsurarea tensiunilor de linie ale generatorului, rezistentele (R4, R5, R6) si inductivități de sarcina (L4, L5, L6), respectiv patru întrerupătoare (S1, S2, S3, S4) pentru studiul funcționarii mașinii in gol, in sarcina sau scurtcircuit (monofazat, bifazat sau trifazat).

Fig. 3.11. Modelul de circuit asociat generatorului studiat.

Schema de înfășurări a mașinii studiate este de tip simplu strat, cu pas diametral, cu Z=2mpq=36 crestături, m=3 faze, p=6 perechi de poli, q=1 crestături de pol si faza.

Prin rezolvarea problemei de câmp cuplate cu problema de circuit asociata generatorului cu magneți permanenți magnetizați unidirecționali si repartizați uniform la periferia rotorului, se obțin tensiunile de linie ale generatorului la funcționarea in gol, Fig. 3.12, ce corespund unei turații de 600rpm.

In cazul variației de generator cu magneți permanenți magnetizați unidirecțional si repartizați neuniform la periferia rotorului, tensiunile de linie ale generatorului la funcționare in gol, pentru aceeași turație de 600rpm, sunt prezentate in Fig.3.13.

Studiind rezultatele numerice prezente in Fig.3.12 si Fig. 3.13, se observa ca, in cazul variației constructive cu magneți repartizați neuniform la periferia rotorului, forma de unda a tensiunii electromotoare (valoare de linie) este mai apropiata de o sinusoida perfecta, având un conținut mai redus de armonici decât variația cu magneți permanenți repartizați uniform. Pe de alta parte, soluția constructiva cu magneți repartizați neuniform conduce la un flux magnetic pe pol mai redus si deci la o valoare de vârf a tensiunii electromotoare mai redusa decât in cazul variației cu magneți repartizați uniform, însă diferența dintre cele doua valori este nesemnificativa.

Fig. 3.12. Tensiunile de linie ale generatorului la funcționare in gol in varianta cu magneți repartizați uniform la periferia rotorului.

Fig. 3.13. Tensiunile de linie ale generatorului studiat la funcționare in gol in varianta cu magneți repartizați neuniform la periferia rotorului.

Capitolul 4. Proiectarea unui generator sincron trifazat acționat de o turbina eoliana

4.1 Date nominale:

4.1.1 Puterea generatorului: 1000[W]=1 [kW]

4.1.2 Puterea aparent nominala: Sn=1[KVA]

4.1.3 Tensiunea nominala de linie Un linie=24[V]

4.2 Soluția de proiectare:

Am ales proiectarea unui generator sincron cu magneți permanenți cu flux axial, având construcția prevăzută in Fig. 4.2.1 Generator sincron cu magneți permanenți [15]

Fig. 4.2.1. Generator sincron cu magneți permanenți

Rulment ax 5- Suport rotor

Ax 6- Magneți

Suport stator 7- Disc suport magneți

Stator

4.3 Calculul numărului de magneți [15]

4.3.1.1 Întrefierul

t=20 [mm]=0.02[m] (4.2)

g=0.01[m] (4.3)

4.3.1.2 Calculul tensiunii electromotoare: [15]

unde N= numărul de bobine

Înlocuind in relația (4.9) rezultatele obținute din relațiile (4.10) si (4.11) rezulta:

Din legea circuitului magnetic, in cazul in care avem doua bobine pe faza:

4.3.2 Calculul intensității magnetice [15]

4.3.3. Determinarea numărului de magneți: [15]

unde: P=puterea, data la punctul 4.1, E= calculul cu relația (4.12), I= calculul cu relația (4.15), rezulta numărul de magneți:

Înlocuind E si I cu relațiile obținute rezulta:

Simplificând si efectuând calculele matematice se obține:

In care se cunosc:

P=1000 [W]

f=50 [Hz]

Kv=0.3

Am=50×20=1000[]=0.001

g=0.01 [m]

ƞ=0.6

lm=10 [mm]=0.01 [m]

Din Tabel 4.1 Caracteristici fizice ale magnetului se alege tipul de magnet N42 cu [16]

Pentru

Înlocuind datele cunoscute in relația (4.19) se obține:

Din datele obținute se pot construi următoarele forme de generator care se aleg din Tabel

4. 4 Forme constructive. [16]

Din acest tabel alegem structura cu 8 magneți si 6 bobine cu 2 bobine pe faza, care este cea mai apropiata de cei 8 magneți calculați.

Din care se alege pentru generatorul de proiectare:

4.5 Dimensionarea rotorului din punct de vedere geometric [16]

Se cunosc:

Numărul de magneți (8 magneți)

Lățimea magnetului (20 mm)

Înălțimea magnetului (50 mm)

4.5.1 Dispunerea magneților

Fig. 4.5.1. Dispunerea magneților pe rotor

Dre = diametrul exterior al rotorului

Dri = diametrul interior al rotorului

Dme = diametrul exterior al cercului de dispunere al magneților

Dmi = diametrul interior al cercului in care se pot înscrie magneții

= grosimea carcasei rotorului

= cota de rezistenta mecanica radiala pentru dispunerea magneților

4.5.2 Determinarea diametrului interior al rotorului

4.5.2.1 Determinarea lungimii cercului de divizare al magneților

(4.24)

4.5.2.2 Determinarea diametrului interior al cercului de divizare al magneților

(4.25)

4.5.2.3 Determinarea diametrului interior al rotorului

(4.26)

= cota radiala de rezistenta mecanica pentru dispunerea magneților

(4.27)

4.5.3 Determinarea diametrului exterior al rotorului

4.5.3.1 Calculul diametrului exterior de divizare al magneților

(4.28)

Din detaliul A atașat in Figura 4.5.1 Dispunerea magneților pe rotor se pot calcula :

(4.29)

Rezulta:

(4.30)

4.5.3.2 Determinarea diametrului exterior al rotorului

(4.31)

4.6 Dimensionarea rotorului din condițiile electrice [16]

Diametrul cercului de divizare al rotorului pentru dispunerea magneților se calculează cu relația:

P=numărul de perechi de poli

N=turația=500[rpm]

C=se alege din Diagrama 1 Valorile coeficientului de utilizare C

λ= 0.75÷2.1

4.6.1 Alegerea coeficientului de utilizare

Valorile coeficientului de utilizare C, a mașinilor sincrone funcție de puterea aparenta si numărul de poli

Puterea aparenta S [kVA]

Diagrama 4.6 Valorile coeficientului de utilizare C [17]

Pentru

4.6.2 Determinarea numărului de poli ai generatorului

Înlocuind in relația (4.32) valorile cunoscute se obține:

Se constata ca nu exista diferențe mari intre dimensionarea rotorului din condițiile geometrice si cele electrice.

Se adopta dimensionarea minima:

Dmi =112 [mm] (4.36)

4.6.3 Desenul de execuție al rotorului [16]

Fig. 4.6.1. Desen execuție rotor

4.7 Calculul electric [15]

4.7.1 Determinarea tensiunii de faza

4.7.2 Calculul numărului de spire

Kw1=1 pentru generatorul de 1[KW]

Deci se poate calcula numărul de spire N1:

4.7.3 Determinarea intensității pe faza

4.7.4 Determinarea solenației pe bobina

4.7.5 Calculul secțiunii si dimensiunilor miezului bobinei

Considerând densitatea de curent:

Si un coeficient de umplere al bobinei de se poate calcula secțiunea bobinei:

4.7.5.1 Calculul secțiunii bobinei

4.7.5.2 Forma unei bobine

Fig. 4.7.1. Forma bobinei

4.7.5.3. Determinarea dimensiunilor miezului bobinei [16]

Se adopta lățimea bobinei egala cu lățimea miezului magnetic

4.7.5.4 Desenul de execuție al miezului bobinei

Fig. 4.7.2. Desenul de execuție al miezului bobinei

4.7.6 Determinarea secțiunii si dimensiunile conductorului de cupru

4.7.6.1 Determinarea secțiunii conductorului de cupru

4.7.6.2 Determinarea diametrului conductorului de cupru

4.7.6.3 Calculul lungimii conductorului de cupru

4.7.6.3.1 Determinarea numărului de spire pe strat

4.7.6.3.2 Determinarea numărului de straturi

4.7.6.3.3 Determinarea lungimii conductorului pentru o bobina

= lungimea conductorului de cupru pentru toate straturile „i” ale bobinei

S-au adăugat 2 milimetrii atât pentru lățimea cat si pentru lungimea bobinei datorita carcasei miezului care se considera ca are 1 mm grosime (vezi Fig. 4.7.3 Dimensiunile carcasei miezului)

Fig. 4.7.3. Dimensiunile carcasei miezului

In cazul de fata:

4.7.6.3.4 Determinarea lungimii totale a conductorului de cupru

N= numărul de bobine

4.8 Calculul dimensiunilor statorului [18]

4.8.1 Determinarea lățimii unei bobine

Lățimea bobinei este data de grosimea „b” a miezului magnetic, grosimea pereților carcasei miezului magnetic (2mm) si de dublul produsului dintre numărul de straturi si diametrul conductorului de cupru (vezi Fig. 4.8.1. Dimensiunile bobinei) si in cazul in care se folosesc izolații intre straturi se adaugă dublul grosimii materialului de izolație înmulțit cu (i-1) straturi, deoarece primul si ultimul strat nu au nevoie de izolație pe o parte.

Fig. 4.8.1. Dimensiunile bobinei

Din Figura 4.8.1 Dimensiunile bobinei, se deduce ca lățimea bobinei este:

4.8.2 Determinarea lungimi unei bobine

Fig. 4.8.2. Dimensiunile longitudinale ale bobinei

4.8.2.1 Determinarea lungimii Rb=raza cercului in care se poate înscrie bobina

4.8.3 Distanta dintre bobine

4.8.4 Lungimea cercului de divizare al bobinelor

4.8.5 Dispunerea bobinelor

Fig. 4.8.3. Dispunerea bobinelor

4.8.6 Determinarea diametrului cercului interior de divizare al statorului Dsdi

4.8.7 Determinarea diametrului cercului exterior de divizare al statorului Dsde

4.8.8 Determinarea diametrului interior al statorului Dsi

4.8.9 Determinarea diametrului exterior al statorului Dse

4.8.10 Desenul de execuție al statorului

Fig. 4.8.4. Desenul de execuție al statorului

4.9. Verificări necesare [19]

4.9.1 Caracteristici magnetice si tehnologice ale tablei electrotehnice

Din aceasta categorie face parte tabla de hotel electrotehnic. Fluxul magnetic variabil produce pierderi magnetice prin histerezis si curenți turbionari. Pentru reducerea pierderilor prin curenți turbionari se folosesc materiale feromagnetice sub forma de table laminate (tole) de grosimi 0.27, 0.30, 0.35, 0.50, 0.65 mm din hotel electrotehnic (hotel aliat cu siliciu 1-5%), ceea ce face sa crească rezistivitatea materialului.

Caracteristicile magnetice si tehnologice ale tablei electrotehnice cu cristale orientate sunt date in Tabel 4.3 Densitatea calității de hotel electrotehnic este considerata convențional 7,65 kg/dm3

4.9.2 Verificarea inducției in jugul statorului [20]

Cu conform Tabel 4.3 Caracteristicile magnetice ale diferitelor medii, pentru o valoare medie a permeabilității magnetice se obține:

Capitolul 5. Construcția unui generator cu magneți permanenți

5.1 Descrierea

Acest manual descrie cum să construim un “generator cu magneți permanenți” (GMP). Îl mai putem numi “alternator” deoarece generează curent alternativ (AC). Nu produce tensiune de “rețea”. El generează tensiune mică, trifazată, care este apoi redresată pentru încărcarea unei baterii de 12 volți.

Cum este construit un generator cu magneți permanenți:

Fig. 5.1.

Un generator cu magneți permanenți (Fig. 5.1) se compune din: [21]

• Un șasiu din fier cu un bolț central;

• Un stator conținând bobinele;

• Două rotoare cu magneți;

• Un redresor.

Statorul conține șase bobine din sârmă de cupru înglobate în rășină pentru fibră de sticlă. Acest stator este fixat de șasiu; el nu se mișcă. Firele de la bobine se conectează la punțile redresoare care schimbă tensiunea alternativă în tensiune continuă pentru acumulator. Punțile se montează pe un radiator de aluminiu pentru răcire. [21]

Rotoarele cu magneți sunt montate pe rulmenți și se rotesc pe bolțul central. Rotorul din spate se află după stator și este fixat de rotorul din față prin patru prezoane ce trec prin stator. Palele turbinei se fixează în față prin aceleași prezoane. Câmpul magnetic de la cele două rotoare trece de la unul la altul prin stator. Mișcarea acestui câmp produce energie electrică în stator.

Ce se poate face cu acest generator [22]

Acest generator este destinat folosirii la o instalație eoliană de mică putere. Pentru a construi o asemenea centrală, mai sunt necesare:

– un turn: în principiu din țeavă, ancorat cu cabluri de oțel;

– ansamblul oscilant montat în capătul turnului;

– o coadă, pentru a ține generatorul “în vânt”, eventual de al scoate din vânt;

– o elice, pentru a-l roti.

Sașiul pe care se află axul generatorului se află fixat pe ansamblul oscilant. Elicea se montează în fața generatorului. Tot ansamblul trebuie astfel construit, astfel încât generatorul să fie “scos din vânt” în cazul unor vânturi puternice, pentru auto-protecție.

Fig.5.2. Turbina eoliana

Generatorul cu magneți permanenți lucrează la turație mică. Diagrama indică puterea de ieșire a generatorului, încărcând o baterie de 12 volți. La 420 rotații pe minut, el generează 180 wați, adică 15 amperi la 12 volți. [21]

La o viteză mai mare poate genera mai multă putere, dar curentul mai mare prin bobine generează mai multă căldură, deci o eficientă mai slabă. Pentru turații mai mari este bine de a se folosi alte date pentru stator, ori cu sârmă mai groasă, ori schimbând modul de conectare a bobinelor. [23]

Dacă este folosit la turații mai mari, este bine de a folosi un conductor mai gros, dar în acest caz vor încăpea mai puține spire, ceea ce presupune că generatorul nu va mai lucra la viteze mici.

Pentru a folosi același generator atât la viteze mici cât și mari, se pot schimba modul de conectare al bobinelor. Există două modalități de a lega bobinele la redresor. Ele pot fi conectate în "stea" sau "triunghi (delta)". Vezi capitolul 7 pentru o descriere detaliată a acestor tipuri de conexiune. [23]

In figura 5.3 este prezentat graficul puterii în funcție de turație. Legătura în stea începe să lucreze la turație mică (170 rpm), iar legătura în triunghi dă mai multă putere, dar numai la turație mai mare. Legătura în stea este bună la vânt foarte slab, iar legătura în triunghi la vânt puternic. O versiune mai mare a acestui generator poate fi folosită pentru a da mai multă putere la un vânt mai slab.

Fig. 5.3.Graficul puterii in funcție de viteză

Trebuie sa se tina cont de următoarele situații atunci când se folosește sau se construiește un generator cu magneți permanenți: [22]

Trebuie avut grijă la construcția și asamblarea generatorului, astfel încât magneții să nu se dezlipească. Aceasta se poate întâmpla în situații extreme. Dezlipirea unui magnet poate distruge întregul generator;

Urmăriți toate instrucțiunile de montare a magneților, nu se vor lipi numai pe discurile de oțel;

Nu loviți magneții cu ciocanul în timpul asamblării;

Se va lăsa un spațiu de minim 1 mm între stator și rotor, pe ambele fețe (pentru situații de forță sau, pentru viteză mare, se va lăsa un spațiu mai mare);

Nu folosiți generatorul la viteze peste 800 rpm la o turbină eoliană (când turbina se "leagănă", sunt generate forțe giroscopice mari, care pot îndoi discurile rotorului, iar magneții se pot atinge de stator);

Nu montați ansamblul de pale direct pe discul din față ci numai prin prezoane corespunzătoare de distanțare;

Când se montează generatorul pe suportul oscilant al turbinei, se va păstra șasiul generatorului vertical.

5.2. Lista materialelor și uneltelor [21]

Materiale pentru matrițe [21]

Placaj („tego”; alte idei sunt posibile) și clei pentru lemn

Hârtie abrazivă, ceară

Agent de separare, dacă este disponibil

Pensule și diluant pentru curățarea lor

Placaj de 13 mm pentru matrițe, forme și centrul statorului

Bară sau țeavă de fier, pentru „mașina de bobinat”

Piese mici din metal

Unelte [21]

Ochelari de protecție, mască de față, mânuși, după necesități

Masă de lucru cu menghină

Aparat de sudură

Ferăstrău unghiular

Bomfaier, ciocan, punctator, daltă

Compas, ruletă, raportor

Chei fixe: 8,10,13,17,19 mm, câte două

Dopuri pentru găurile din rotor

Sârmă de alamă pentru măsurarea înălțimii magneților

Bormașină de banc

Burghie de 6, 8, 10 și 12 mm

Burghie de lemn de 25 și 65 mm

Strung pentru lemn sau un înlocuitor, conform cu secțiunea 3

Daltă ( cuțit) pentru strungul de lemn

Ferăstrău mecanic pentru lemn

Măsuri pentru rășină

Chibrituri

Ciocan de lipit, sacâz, tăietor sârmă, cuțit

5.3. Șabloane și matrițe [23]

Această secțiune descrie cum se vor realiza șabloanele și matrițele pentru construirea GMP. Odată realizate, acestea pot fi utilizate din nou, la construcția altor generatoare.

Mașina de bobinat

Statorul generatorului conține 6 bobine din sârmă de cupru (vezi schema de mai jos).

Fig. 5.4. Bobina

Bobinele vor fi înfășurate pe un șablon din lemn. Acesta va fi fixat la capătul unei manivele cu mâner, (figura 5.5) între două piese din lemn. [23]

Fig. 5.5. Mașina de bobinat

Se va tăia o bucată de fier cu dimensiunile de 60 x 30 x 6 mm (dimensiune sugerată) și se va fixa pe capătul manivelei ca in figura 5.6.[23]

Fig. 5.6. Placa de fier

Tăiați 3 piese din placaj din lemn de 13 mm după figura 5.7.

Fig.5.7. Șablonul bobinei si lateralele

Șablonul bobinei este de 50 x 50 mm cu 13 mm grosime. Are colțurile rotunjite. “Capacele” au 125x 125 mm. Toate cele 3 piese au spatii de 20 mm dimensiune pentru introducerea unor benzi adezive pentru stabilizarea formei bobinelor, după realizare, atunci când sunt extrase de pe șablon.

Se vor pune cele trei piese de lemn una peste alta (figura 5.8) și se vor da găurile pentru montarea pe manivelă. Acestea au 6 mm diametru și 40 mm grosime. Se va folosi o bormașină de banc pentru a da găurile exact perpendicular. [24]

Fig. 5.8. Găurirea

Se vor trece două prezoane prin găuri și se vor fixa pe placa metalică a manivelei. Se vor folosi eventual șuruburi fluture (figura 5.9).

Fig. 5.9. Mașina de bobinat montată

Matrițele pentru rotoare [25]

Șablonul pentru găurile din rotoare [25]

Caseta cu rulmenți are o flanșă cu, de exemplu 4 găuri pe 102 mm. În figura 5.10 se dă exemplul cu 4 găuri, dar pot fi și alte aranjamente, după posibilități.

Fig. 5.10. Șablon pentru găurile butucului

Se va crea un șablon care se va folosi și pentru echilibrarea rotoarelor. Găurile trebuie să fie marcate și realizate foarte precis (figura 5.11)

-se va tăia o bucată pătrată de fier de 125 x 125 mm;

-se desenează diagonala și se marchează exact centrul cu un punctator;

-se pune compasul pe 51 mm și se desenează un cerc;

-diametrul este distanța maximă dintre găurile din rotoare;

-se marchează locurile unde linia diagonală, întâlnește cercul;

-se pune compasul pe 72 mm și se marchează celelalte două puncte (dacă flanșa disponibilă are alte dimensiune, se vor recalcula valorile);

-se vor da cele 4 găuri, mai întâi cu un burghiu mai mic, apoi cu cel normal.

Fig. 5.11. Marcarea si găurirea șablonului

Șablonul pentru poziționarea magneților [27]

Acesta este necesar pentru plasarea exactă a magneților pe discurile de oțel. Este necesar doar un singur șablon. Acesta se face din o bucată de placaj sau aluminiu (nu fier).

Fig. 5.12. Șablonul pentru poziționarea magneților

Se vor face următoarele: [23]

-se marchează centrul;

-se desenează 3 cercuri cu diametrul de 50, 102 și 200 mm, cu acest centru;

-se desenează o pereche de linii, tangente la cercul de 50 mm, după cum este indicat în desen;

-se mai desenează încă 3 perechi de linii la 45 și 90 grade de prima pereche;

-folosind aceste linii se marchează poziția magneților și se taie după liniile îngroșate;

-se desenează o linie între două centre opuse ale magneților;

-se plasează șablonul de găurire a rotoarelor peste cercul de 102mm, aliniat cu centrul magneților și se dau 4 găuri, pentru a se potrivi cu găurile de pe rotoare.

Realizarea matrițelor [21]

Se vor realiza matrițe pentru turnarea statorului și a rotoarelor. Acestea se pot realiza din lemn sau aluminiu. O altă metodă este de a face matrița din argilă sau plastilină. Interiorul matriței va fi exteriorul statorului.

Matrițele trebuie să fie destul de rigide și netede. Nu este ușor de a separa matrița de piesa realizată; adesea este nevoie de ciocan.

Este o idee bună de a realiza o bobină (vezi secțiunea 4), înainte de a face matrița statorului, pentru a verifica modul cum bobinele se încadrează în matriță.

În cele ce urmează se va prezenta o metodă de a face matrițele din placaj gros (tego) prin strunjire.

Matrița statorului

-se taie câteva discuri de placaj de aproximativ 500 mm diametru;

Fig. 5.13. Discuri

-se iau discurile (mai puțin unul) și li se taie câte o gaură de 360 mm în centrul lor;

Fig.5.14. Inele

– Se desenează un cerc de 360 mm pe discul rămas;

– Se dă o gaură de 12 mm în centrul acestui disc;

– Se lipesc discurile pe discul rămas, pentru a forma o „gaură” de 60 mm adâncime (fig5.15). Se va utiliza suficient clei, pentru a umple spațiile;

– Se taie un disc de 15 mm din lemn și 140 mm diametru și se găurește în centru cu 12 mm;

– Se plasează acest disc exact în centru ansamblului, unde se lipește. Se va utiliza de asemenea suficient clei;

Fig. 5.16. Stiva

-se montează o bucată de lemn pe un strung, motor sau butucul roții unui mic vehicul. Aceasta va fi piesa de legătură, adică flanșa din figura 5.16;

– rotiți motorul și folosind un creion, marcați un mic cerc în centru;

– se dă o gaură de 12 mm, foarte precis, în centru, perpendicular pe disc;

– se fixează ansamblul de discuri pe gaura de 12 mm pentru centrare. Se vor folosi 4 șuruburi pentru lemn pentru fixare;

– verificați ca fața matriței să se rotească în plan. Se folosește un creion pentru a lăsa semne. Se slăbesc șuruburile din partea opusă a zonei în care creionul lasă semne și se introduce hârtie între matriță și piesa de prindere, după care se strâng din nou. [25]

Fig. 5.16. Confecționarea matriței

Acum este posibil să prelucrăm matrița cu o daltă (pe post de cuțit de strung). Se va purta o mască pe față, pentru a evita inhalarea de praf. Atenție la materialul îndepărtat! [25]

– se vor prelucra suprafețele netede (figura 5.17);

– latura externă a statorului va fi înclinată cu 7 grade;

– zonele de trecere vor fi rotunjite nu ascuțite;

Fig. 5.17. Forma matriței statorului

– discul din centru va fi prelucrat după figura 5.17;

Fig. 5.18. Discul central

– se va plasa o bobină în matriță și se va verifica să încapă bine. Dacă nu, se va lărgi „gaura” sau se va micșora discul central, cu puțin. În final, centrul bobinelor trebuie sa fie pe un cerc cu diametrul de 250 mm;

– se va scoate matrița din strung sau motor.

Fig. 5.19. Găuri in matrița

– se dau 4 găuri în partea centrală, pentru a fi folosite la separarea matrițelor statorului.

Fig. 5.20. Matrița interioara

Matrița interioară a statorului

– se taie discuri de 370 mm diametru;

– se dă cate o gaură de 12 mm în centrul fiecărui disc;

– se lipesc împreună, centrate, pentru a se obține un pachet de 45 sau, mai bine, de 50 mm grosime;

– se prelucrează astfel încât să aibă pe exterior 20 grade, dimensiunea reducându-se de la 368 la 325 mm;

– se verifică, punând matrița externă peste cea internă, ca spațiul rămas să fie de aproximativ 6 mm față de margine;

– se desenează 2 linii pe fața mai mare a matriței interne, la 340 mm distanță (figura 5.21);

– se taie două fețe după figura 5.21. Acestea vor crea două îngroșări în stator, utile la fixarea de sașiu. [26]

Fig. 5.21. Tăierea fetelor matriței interne

Matrițele rotoarelor [21]

Generatorul cu magneți permanenți necesită două rotoare cu magneți. Numai o matriță este necesară, dar din considerente de productivitate, se vor realiza două matrițe, astfel încât cele două rotoare vor fi realizate în același timp.

Matrița externă (figura 5.22) este similară cu cea a statorului, dar mai simplă.

Fig. 5.22. Matrița rotorului

Se va folosi șablonul pentru găurile din rotoare pentru a realiza 4 găuri care să se potrivească pe găurile din discurile rotoarelor.

Fig. 5.23. Discul interior al rotorului

Fiecare rotor are nevoie de câte un disc din lemn care să aibă aceeași amplasare a găurilor. (fig. 5.23)

Toate matrițele vor fi șlefuite pe interior pentru a avea o suprafață foarte fină, apoi se vor acoperi cu vopsea poliuretanică și ceară. Nu se va folosi vopsea obișnuită deoarece rășina se încălzește la întărire, iar vopseaua normală se încrețește și dă un aspect urât produsului finit.

Șabloanele statorului [22]

Șablonul suportului statorului (vezi figura 5.24)

Matrița statorului necesită patru știfturi de 8 mm diametru pentru a menține matrița internă a statorului în poziția corectă, până se întărește rășina. Șablonul este făcut dintr-o bucată de lemn de 380x50x25 mm. Trebuie să fie realizată cu precizie pentru a putea monta statorul ulterior pe sașiu.

– Se face un semn exact în mijlocul feței mari;

– Se va folosi un compas pentru a marca o raza de 178 mm de la centru;

– Se va marca 4 semne pe aceste arce de cerc, la 30 mm între ele și la 10 mm față de margine;

– Se vor da cele 4 găuri de 8 mm (mai întâi cu un burghiu mai mic). Se va folosi o bormașină de banc pentru a fi perpendiculare pe suprafață;

– Se vor decupa părțile de jos de dedesubt, pentru a nu veni în contact cu rășina, la turnare.

Găurile se vor da cu o bormașină de banc

Fig. 5.24.Sablonul suportului statorului

Șabloanele de hârtie

Se vor folosi pentru a marca liniile de tăiere a bucăților de fibră de sticlă folosite la stator.

Fig. 5.25. Șabloane de hârtie pentru tăierea fibrei de sticla

Se face acest șablon din hârtie după laterala matriței statorului.

5.4. Construcția statorului [23]

Această secțiune ne spune cum să facem un stator, folosind șabloanele și matrițele din secțiunea 3. Este bine să realizăm o bobină înainte de a face matrița statorului pentru a verifica modul de așezarea al bobinelor în el.

Realizarea bobinelor

– Se va monta mosorul cu sârmă pe un ax amplasat în spate, aliniat cu carcasa bobinei. Firul trebuie să facă un “S” precum în figura 5.26.

– Se îndoaie capătul sârmei la 90 grade, la 10 cm de capăt, și se introduce în decuparea carcasei; nu se vor face cute în alte părți ale sârmei deoarece bobina nu va mai fi compactă;

Fig. 5.26. Bobinarea

– Se va lega acest capăt de piulița fluture a carcasei;

– Se va ține firul întins cu o bucată de cârpă;

– Se va învârti de manivela mașinii de bobinat.

Prima spiră se va face lângă capătul îndoit, următoarea alături, și așa mai departe, fără a le încăleca. Se va face bobina în straturi. Se vor număra spirele cu atenție. În mod normal trebuie 100 spire.

– Atunci când bobina este gata se vor trece două bucăți de scotch pe sub bobină și se vor lipi bine. Nu se va tăia sârma înainte de a le lipi, deoarece există riscul ca bobina să se desfacă și să devină inutilizabilă. Capătul tăiat va avea tot 10 cm.

– Scoateți bobina de pe carcasă și mai faceți încă 5 bobine în același mod;

– Plasați bobinele pe masă precum în figura 5.27! Se va verifica poziția astfel încât capătul de început să nu fie dedesubt;

– Se vor numerota bobinele de la 1 la 6 pe bucățele de hârtie adezivă.

– Se vor curăța de email capetele pe o distanță de 20 mm;

– Se vor cositori pe fiecare capăt câte o bucată de cablu flexibil (figura 5.28), recomandabil de:

– 800 mm pentru bobinele 1 și 6;

– 600 mm pentru bobinele 2 și 5;

– 400 mm pentru bobinele 3 și 4;

– Se vor acoperi lipiturile cu material izolator (bandă, varniș)

Fig. 5.27. Bobinele trebuie puse cu începutul in sus

Fig. 5.28 Lipirea pe capete a unor fire flexibile

– Se vor lipi etichete pe care se va scrie numărul bobinei și literele A sau B; A pentru începutul bobinei și B pentru sfârșitul ei;

– Se introduc bobinele în matriță și se verifică faptul că intră corect și că firele de legătură ajung corect afară printre bobinele 3 și 4; este important ca toate bobinele să fie poziționate în același mod

Fig. 5.29. Bobinele in matriță

Pregătirea pentru turnarea statorului [23]

Trebuie să avem la îndemână:

– șase bobine:

– rășină poliesterică; pânza de fibră de sticlă tăiată după șablon (două bucăți circulare și una care să se suprapună 25 mm pe celelalte două, în două straturi);

– 4 știfturi de câte 100 mm din bara filetată de M8;

– de asemeni matrițele pregătite: șlefuite, vopsite, unse cu ceară;

Când toate materialele sunt la îndemână, se va începe procesul de turnare. Este o idee bună de a citi mai întâi despre întregul proces și să fim siguri că totul este bine înțeles înainte de a începe. Sunt încă câteva note despre rășini în secțiunea 8.

Figura 5.30 prezintă procedura de preparare a rășinii pentru turnare. Pudra de talc este folosită în principal pentru evitarea supraîncălzirii și pentru a îngroșa amestecul. Diferite amestecuri cer diferite greutăți, așa că urmăriți instrucțiunile pas cu pas.

Fig. 5.30. Amestecarea rășinii poliesterice

Reguli generale: amestecați catalizatorul cu rășina încet pentru a nu absorbi bule de aer. Folosiți exact cantitatea de catalizator. Turnarea cu rășină folosește cam jumătate din cantitatea de catalizator folosită în lucrările cu fibra de sticlă. Pudra de talc se va adăuga numai după ce catalizatorul a fost amestecat. Amestecul, odată făcut, se va turna într-o singură sesiune.

Să trecem la lucru: [23]

– plasați matrița exterioară pe niște ziare vechi pe masa de lucru;

– amestecați 200 grame de rășină cu 3 cc de catalizator (eventual 15-30 cc de pigment colorat, dacă se dorește); nu se va pune talc la primele două amestecuri;

– se va întinde cu o pensulă rășina pe întreaga matriță, mai puțin partea de sus a insulei; nu se va apăsa violent cu pensula pentru a nu zgâria stratul de protecție la desprindere;

– se va pune prima bucată de fibră de sticlă după care se va aplica din nou rășină cu pensula, până se îndepărtează bulele de aer;

– se va aplica fâșia de fibră pe suprafața exterioară a interiorului matriței

– se pun bobinele în interior; firele trebuie să iasă pe lângă bobinele 3 și 4;

– se mai amestecă 100 grame de rășină cu 2 cc de catalizator și se pune peste bobine și fire ;

– se amestecă 600 grame de rășină cu 9 cc de catalizator și apoi cu 600 grame ce talc. Se toarnă amestecul în spațiile dintre bobine; rășina trebuie să ajungă la nivelul insulei;

– se amestecă apoi 200 grame de rășină cu 3 cc catalizator și numai 100 grame de talc. Se pune a doua bucată de fibră peste bobine și se pensulează aceasta cu amestec până ies bulele de aer. Se spală pensula cu tiner;

– se pune capacul matriței și se introduce bolțul central de 12 mm în centru matriței; firele bobinelor se vor aduce în zona spațiului din capacul matriței; rășina se va ridica pe aici, eventual se va revărsa;

– dacă este necesar se va turna rășină pe aici până la completa umplere a formei. Eventual se prepara un alt amestec de 100 grame cu 1,5 cc catalizator. Se va nota rășina folosită, pentru viitor.

– plasați șablonul peste matriță (fig.5.24). Strângeți ansamblul cu o piuliță de M12. Se introduc cele 4 bolțuri de 8 mm în găuri cu piulițele pe capătul de sus. Bolțurile trebuie să fie introduse în rășină cam pe jumătate din lungimea lor.

In figura 5.31 prezintă modul cum se pun părțile împreună.

Fig. 5.31. Turnarea statorului

Turnarea este acum completă. Trebuie să devină ușor caldă și să se întărească în câteva ore. Dacă nu pornește reacția după câteva ore, se va plasa într-un loc mai cald pentru a porni procesul de întărire.

După întărire se va scoate din matriță. Trebuie răbdare și, dacă este posibil, să nu se forțeze. Se va scoate șablonul de pe știfturile de 8 mm. Se vor separa părțile matriței folosind un bolț în fiecare din găurile centrale. Statorul se poate scoate lovind ușor cu matrița de podea, cu marginea sa în jos.

5.5. Construcția rotorului [21]

Rotorul cu magneți se toarnă de asemeni. Pentru început se vor aduna împreună discurile magnetice, magneții, șufa de oțel, etc.

Discurile magnetice

Fiecare disc magnetic este făcut din fier de 6 mm grosime (figura 5.32). Nu utilizați aluminiu sau inox pentru aceste discuri. Acestea trebuie făcute din material magnetic. Discul are găuri pentru fixarea de butuc. În acest manual, acesta are 4 găuri, fiecare de 10 mm diametru, pe un cerc de 4 inch (102 mm).

Fig. 5.32. Rotorul

Dacă se utilizează alt model de butuc, atunci toate șabloanele și matrițele vor fi conform acestuia.

În centru are o gaură de 65 mm diametru. În plus vom mai avea 4 găuri filetate cu M10, pe rază 220 mm. În ele se introduc șuruburi de 20 mm lungime care se introduc în rășină, pentru a ajuta la siguranța lipirii pe disc.

Discul magnetic trebuie să fie plat, fără onduleuri. Nu este ușor să se taie un cerc fără a îndoi placa.

Cu o ghilotină se poate tăia placa de fier sub forma unui octogon (vezi figura 5.33). Aceasta este o alternativă pentru a face discul rotorului. Mai întâi se taie un pătrat, se desenează un cerc pe el, apoi se taie colțurile la 45 grade. Lungimea fiecărei laturi trebuie să fie de 116 mm. Magneții se vor plasa pe colțurile octogonului. Gaura centrală este făcută cu o carotă sau pe un strung.

Fig. 5.33. Octogonul (forma alternativa)

Se șlefuiesc discurile până la lustru, chiar înainte de a fi puse în matriță. Se vor îndepărta orice urmă de grăsime prin curățare cu spirt. [22]

Magneții [23]

Sunt 8 magneți pe fiecare rotor. Fiecare are un pol Nord și unul Sud (vezi figura 5.34). Aveți grijă când manevrați magneți. Aceștia pot defecta discuri flexibile, benzi muzicale, cărți de credit, ceasuri mecanice și alte medii magnetice. Ei se atrag cu forțe mari. Nu îi lăsați liberi să se atragă – ei se pot sparge. Nu folosiți un ciocan pentru a asambla un generator. Se pot sparge magneții sau rășina care îi reține.

Fig. 5.34. Polii magneților

Fața magneților pe discul magnetic trebuie să alterneze N-S-N-S- … Este o metodă de a verifica că sunt corect lipiți: de fiecare dată când dorim să lipim un nou magnet pe disc, se ia în pumn un magnet și se verifică dacă se respinge cu cel deja lipit. Se va lipi și el, fără a fi întors. (figura 5.35)

Atunci când toți magneții sunt plasați se va verifica cu un alt magnet corecta lor poziționare.

Fig. 5.35 Plasarea magneților

Cele două rotoare cu magneți trebuie să se atragă, dacă se alinie găurile de fixare ale fiecărui rotor (figura 5.36).

Fig. 5.37. Asamblarea rotorului

Firul din oțel inox [22]

Atunci când rotorul de învârte, magneții vor încerca să sară de pe discuri. Este datorită forțelor centrifuge mari. Deși magneții vor fi turnați în rășină, totuși aceasta nu este suficient de tare ca să rețină magneții. O sârmă de fier va fi suficient de tare încât să rețină magneții, dar va prelua din câmpul magnetic. Se folosește sârmă sau șufă din inox deoarece nu are proprietăți magnetice. Se vor bobina 5 spire în jurul magneților și se va tăia cu un polizor unghiular sau daltă, apoi spirele se vor fixa cu banda adezivă.

Procedura de turnare a rotorului

Înainte de a începe, verificați că totul este gata:

– matrița este pregătită și unsă cu ceară sau demolant;

– magneții și discurile sunt curate și fără grăsime;

– 16 bucăți de fibră de sticlă gata de a fi introduse între magneți;

– firul de inox tăiat și fixat cu banda adezivă;

– șablonul de poziționare a magneților, gata;

– cantitatea de rășină gata de preparat

Plasați 4 șuruburi prin găurile matriței, de jos în sus, (conform figurii 5.37). Puneți discul în matriță, apoi insula de lemn. Se va pune cu diametrul mai mic in jos, pentru a putea fi scoasă mai ușor ulterior.

Amestecați 200 grame de rășină cu 3 cc de catalizator. (eventual cu 20 grame pigment, dacă se dorește). Amestecul se va întinde cu pensula pe discul magnetic. Se pune apoi 100 grame de talc în rășina rămasă. Turnați amestecul în jurul discului pentru a umple spațiul, până la nivelul discului.

Plasați șablonul de poziționare a magneților pe șuruburi, apoi se vor introduce magneții pe disc, câte unul N-S-N-S- … verificând polii după figura 5.35. După introducerea tuturor magneților, șablonul se va ridica și folosi din nou la celălalt rotor. Rețineți: celălalt rotor va începe cu polaritate opusă, astfel încât rotoarele să se atragă.

Introduceți piulițe pe șuruburile centrale și apoi le strângeți pe discul central.

Amestecați 500 grame de rășină cu 7 cc de catalizator și 300 grame de talc. Introduceți mici bucăți de fibră de sticlă între magneți și exterior, apoi turnați amestecul; vibrați matrița pentru a elimina bulele de aer.

Se introduce colacul de sârmă de inox, cu grijă să nu mișcăm magneții.

Se prepară încă o porție de rășină de 500/7/300, care se toarnă astfel încât să ajungem la capătul de sus al matriței.

Vom lăsa să se întărească rășina câteva ore. Trebuie să avem răbdare când scoatem rotorul din matriță. Nu vom folosi lovituri violente. Loviturile de ciocan pot deteriora rotorul. Loviți în matriță, nu în rotor.

5.6. Asamblarea [23]

Echilibrarea rotorului

Fiecare rotor trebuie să fie echilibrat, altfel generatorul va vibra când se va roti. Întregul sistem se va re echilibra apoi la sfârșit, deoarece rotoarele se pot monta unor ne centrat.

Pentru echilibrarea rotorului se va folosi șablonul pentru găurile din rotoare din figura 5.38. Se va pune pe un vârf și se va verifica echilibrarea. Dacă rotorul înclină, vom încerca echilibrarea prin mici greutăți sau găuri în rășină

Fig. 5.38. Echilibrarea rotorului

Sașiul generatorului și al butucului

Acesta se face dintr-o bucată de țeavă dreptunghiulară de 50 x 25 x 4 mm lungă de 380 mm. Se va marca centrul exact al feței mari și apoi se vor marca cele 4 găuri de 8 mm ca și la șablonul statorului (eventual se poate folosi chiar acesta pentru găurire).

Gaura din centru va fi de 25 mm diametru (pentru axul utilizat) și va fi dată cu o carotă sau pe strung.

Fig. 5.39. Sașiul generatorului si al butucului

Se va suda axul în acea gaură de 25 mm. Se va încerca să avem cât mai exact 90 grade, atunci când îl sudăm.

Butucul cu rulmenți (figura 5.40) se va monta pe acest ax. Nu uitați să ungeți rulmenții cu vaselină, înainte de montajul final. Se va umple numai jumătate din spațiu, pentru a nu se roti greu.

Fig. 5.40. Butucul cu rulmenți

Asamblarea generatorului [22]

Se taie 4 bucăți de bară filetată cu M10, de 200 mm fiecare, pentru fixarea rotoarelor pe butuc. Elicea se va monta de asemeni pe acestea.

Se pun câte 6 piulițe pe fiecare, conform figurii 5.41.

Se introduc barele prin flanșa butucului, iar rotorul prin spatele flanșei.

Se pune câte o piuliță în spatele rotorului, care se strânge bine. Se pune eventual vopsea de filete.

Se fixează șasiul într-o menghină cu axul în sus. Introduceți butucul cu rotorul din spate montat, pe ax. Nu folosiți nici un ciocan. Se pune piulița centrală și apoi splintul de blocare. Nu strângeți prea tare piulița. Se pune apoi apărătoarea de praf.

Fig. 5.41. Prezoanele

Rotiți apoi ușor în fața unei piese nemagnetice.

Fața magneților nu trebuie să fie la o variație de înălțime mai mare de +/- 0,5 mm. Dacă este mai mare, se vor adăuga distanțiere foarte fine între rotor și flanșă.

Folosind o cumpănă, se va pune sașiul la nivel în menghină.

Se ia statorul și se pun câte o piuliță de 8 pe fiecare știft al său, apoi se pune statorul peste sașiu cu știfturile în cele 4 găuri. Se adaugă dedesubt piulițe.

Se rotește încet rotorul și se verifică distanța între rotor și stator. Aceasta trebuie să fie de 1 mm indiferent în care parte și indiferent de poziția rotorului. Se vor ajusta piulițele.

Introduceți câteva șaibe pe tijele de 10 mm ce țin rotorul. Se vor folosi același număr pe fiecare tijă. Apoi se va pune al doilea rotor.

Dacă distanța față de stator este mai mică de 1 mm se vor mai adăuga șaibe. Dacă este mai mare de 1 mm, scoateți dintre șaibe sau chiar piulițe.

Dacă distanța este de 1 mm, se pun mai multe piulițe în fața rotorului, care se strâng bine.

Părțile electrice [25]

In următoarea parte vom vorbii despre cum se conectează redresorul la stator. Recomandăm folosirea a două punți redresoare monofazate (figura 5.42). Ele arată ca niște blocuri de 30 x 30 mm. Bornele “+” se leagă împreună la borna “+” a bateriei. Ambele borne “-“ se leagă la borna “-“ a bateriei. Celelalte 4 borne se leagă la cele 3 borne ale statorului (se vor folosi doar trei, oricare din ele).

Conectorii se vor folosi pentru conectarea firelor de la stator. La fel de bine se poate folosi lipirea sau sertizarea.

Fig. 5.42. Redresoare

Punțile se vor monta pe un radiator de căldură care arată cam ca în figură, dar poate fi orice bucată de aluminiu de minim 250 grame. Totul se va monta într-o cutie pentru protecție la apă.

5.7. Testare și conectare [25]

Vom testa generatorul înainte de a-l utiliza, astfel încât să nu aibă defecte. Este mult mai ușor de remedia eventuale defecte acum, decât să readucem sistemul în atelier mai târziu.

Testarea mecanică

Fixați axul vertical într-o menghină. Rotoarele cu magneți trebuie să se miște liberi. Axul rotoarelor trebuie să fie orizontal. Verificați ca firele statorului să nu se atingă între ele, deoarece un scurtcircuit va face ca rotoarele să se învârtă greu.

Verificați ca rotorul să se rotească liber.

Rotiți butucul cu rotoare și ascultați sunetul. Nu trebuie să se audă nici un sunet de roadere sau frecare între rotoare și stator. Trebuie să se rotească liber câteva secunde înainte de a se opri. Dacă se oprește rapid, poate fi o defecțiune electrică sau rulmenții pot fi prea strânși.

Apucați statorul cu ambele mâini. Apăsați cu una de o parte și trageți cu cealaltă, în timp ce rotorul se învârte. Statorul nu trebuie să atingă statorul. Dacă se aude un sunet la atingere, este necesar să demontăm generatorul și să-l reasamblăm cu mai multă grijă, cu spațiu mai mult între rotor și stator. Este posibil de a corecta problema făcând mici ajustări la prezoanele statorului.

Opriți rotorul cu unul din prezoane în poziția orei 3 (figura 5.43). Agățați un obiect de 100 grame de el. Rotorul trebuie să se rotească în sensul acelor ceasornicului. Dacă nu se rotește, rulmenții sunt prea gresați (cu prea multă vaselină) sau sunt prea strânși.

Fig. 5.43. Ajustarea unei greutăți pe un prezon

Rotoarele au fost deja echilibrate în secțiunea 6. Elicea trebuie să fie de asemeni în același mod. După asamblare, trebuie să verificăm din nou sistemul deoarece rotorul poate să nu fie perfect centrat pe axul generatorului. [25]

Repetați testul din figura 5.43 cu fiecare din cele patru prezoane ale rotorului în poziția orei 3. Încercați diferite greutăți și căutați cea mai mică greutate care pornește rotirea butucului. Dacă un prezon cere o greutate diferită de a celorlalte, atunci rotorul nu este echilibrat. Se vor fixa mici greutăți, până echilibrarea este corectă.

Testul conectării corecte a bobinelor [25]

Este bine să avem un voltmetru pentru acest test, dar este posibil să folosim un bec de lanternă de 3 V. Vezi figura 5.44.

– Conectați bornele 1B cu 4A, 2B cu 5A și 3B cu 6A. (legarea în serie a perechilor de bobine de pe aceeași fază);

– Comutați voltmetrul pe 10 V ca;

– Conectați instrumentul sau becul la conexiunile marcate 1A și 4B;

Fig. 5.44. Testarea bobinelor

– rotiți generatorul ușor cu mâna, cu aproximativ o rotație pe secundă;

– instrumentul trebuie să indice 2 V, iar becul să clipească;

– repetați testul cu firele 2A și 5B iar apoi cu 3A și 6B.

În fiecare caz rezultatul trebuie să fie același. Dacă nu avem tensiune pe una din combinații, verificați legarea în serie a celor două bobine. Dacă conectarea în serie este corectă, este posibil ca una din bobine să fie inversată (plasată în matriță invers). În acest caz trebuie să facem un nou test (figura 5.45) prin care să determinăm care este acea bobină. Conectați 4B cu 2A și 5B cu 3A. Testați între 1A și 6B. Nu trebuie să avem decât o foarte mică tensiune. Dacă avem tensiune sau becul arde, inversați pe rând bornele A și B ale bobinelor, până tensiunea devine foarte mică. Când găsim bobina greșită, marcați din nou bornele sale cu A și B în mod corect.

Fig. 5.45. Căutarea unei bobine inversate

Poate fi totuși o mică tensiune în acest test, deoarece bobinele nu sunt perfect poziționate în matriță. Dacă este mai mult de 1 volt, pe viitor trebuie să fim mai atenți la plasarea bobinelor în stator.

Testul de curent continuu [27]

După testele de mai sus și cu rezultate corecte, conectați redresorul conform figurii 5.46. Se vor conecta bornele 1A, 2A și 3A împreună. Se vor conecta 4B, 5B și 6B la oricare trei borne ale punților redresoare. Aceasta este conexiunea în “stea”. Conectați un bec pe ieșire. Dacă este posibil și un voltmetru pe scala de 10V cc .

Rotiți sistemul ca și mai înainte, cu o rotație pe secundă (60 rotații pe minut). Aparatul de măsură trebuie să indice 4 V cc (3V cu becul conectat). Becul trebuie să lumineze constant nu clipitor ca la testul precedent. Dacă nu luminează sau clipește, atunci este o conexiune greșită sau o diodă redresoare defectă. Verificați conexiunile sau înlocuiți diodele.

Se poate testa generatorul fără bec și voltmetru. Legați firele de + – împreună în scurtcircuit. Acum încercați să rotiți generatorul. Acesta trebuie să se rotească lin, dar mai greu decât înainte. Dacă se simte o vibrație în această situație, atunci este o defecțiune.

Fig. 5.46. Test in CC

Fig. 5.47. Conexiunea stea sau triunghi

Conexiunea triunghi permite o putere mai mare la vânt puternic.

Conectarea generatorului la o baterie de 12 V; conexiuni “stea” și “triunghi”

Pentru vânt slab, conectarea bobinelor se va face în “stea”, ca mai sus. Pentru vânt mai puternic și deci un curent mai mare, bobinele se vor conecta în “delta” (sau “triunghi”), precum în figura 5.47. [27]

Este posibil de asemeni de a conecta un releu (precum în figura 5.48), prin care să comutăm între cele două moduri de conectare, după dorință.

Fig. 5.48. Utilizarea unui releu pentru comutarea intre stea si triunghi

Mai există încă o posibilitate de conectare a statorului

În timpul scrierii acestui document, schema de mai sus (cu releu pentru schimbarea conexiunii) este încă în teste. Pe viitor se va proiecta un circuit electronic de comutare automată. Deoarece acesta este complex, se poate ca acesta să nu funcționeze corect.

Dacă nu doriți să comutați între vânt slab și tare, generatorul poate totuși funcționa, dar nu la eficientă maximă. Există două opțiuni: [26]

– dacă vă așteptați numai la vânt slab, utilizați conexiunea stea din figura 5.46,

– dacă doriți mai multă putere în vânt puternic, utilizați sârmă de 1,2 mm la bobine, cu câte 200 spire . Apoi conectați un grup în delta și unul în stea, conform figurii 5.49. De notat că este necesar să folosim șase conexiuni de CA la redresor, deci sunt necesare trei punți redresoare.

Fig. 5.49. Conexiune stea/triunghi

Legătura generatorului la baterie, secțiunea cablurilor

Cablul de la generator la baterie poate fi atât trifazat în CA sau numai prin 2 fire, în CC.

La 12 V cablul trebuie să fie foarte gros. Chiar numai la 15 amperi, trebuie un cablu gros. Pentru 20 metri, se recomandă 6 . Diametrul va fi de 3 mm. La 15 amperi prin acest cablu, se pierd 15% din energie, sub formă de căldură de la generator la baterie.

Protecție la electricitate [24]

La 12 V nu există pericolul de șoc electric. Dar dacă generatorul este deconectat de la baterie, și se rotește rapid, atunci tensiunea poate depăși chiar și 50 V. Deci nu lăsați generatorul ne conectat la baterie.

Bateria conține energie electrică stocată. Atunci când se produce un scurtcircuit la cablurile de la baterie, această energie este eliberată printr-un curent foarte mare. Cablul se încălzește și poate lua foc. Deci este necesar să folosim siguranțe pe fiecare fir care pleacă de la borna plus a bateriei. Se vor folosi o siguranță spre generator și una, separată, spre consumatori, conform figurii 5.50.

Fig. 5.50. Conectarea bateriei

Acidul din baterii este periculos pentru haine și piele. Nu îl împroșcați, mai ales spre ochi. În caz de accident, cel mai bine este să spălați zona afectată cu multă apă.

Bateriile pot produce hidrogen, care este foarte exploziv. Nu produceți scântei lângă baterie deoarece poate exploda, împroșcând cu acid! [24]

Încărcarea bateriei [24]

Bateriile cu plumb trebuie păstrate în stare încărcată. În cazul sistemului eolian, se poate să așteptați vântul pentru a încărca bateria. Dar atenție să descărcați bateria prea adânc sau să o păstrați descărcată prea mult timp. În caz contrar se poate defecta (sulfata) și astfel devine inutilizabilă. Opriți descărcarea bateriei înainte de a se descărca complet. Dacă sunt ceva probleme cu generatorul eolian atunci încărcați bateria din altă sursă, în maxim 2 săptămâni.

Dar și încărcarea prea tare de asemeni poate defecta bateria. Se poate încărca o baterie complet descărcată la un curent mare, dar mai târziu acest curent trebuie redus, în caz contrar se pot distruge plăcile. Cel mai bine este să încărcăm bateria la un curent mic, dar mai mult timp.

Verificați tensiunea de pe baterie

Dacă tensiunea scade sub 11,5 V, atunci bateria este prea descărcată. Dacă tensiunea este peste 14 V, atunci avem un curent de încărcare prea mare. Utilizați mai puțin curent sau mai mult curent pentru a corecta aceste situații. Dacă nu avem un voltmetru, urmăriți strălucirea unui bec și urmăriți aceste reguli:

– lumină slabă, înseamnă baterie descărcată. Deconectați unii consumatori;

– lumină puternică, înseamnă prea multă energie de la vânt. Utilizați mai multă electricitate!

O cale de a consuma mai multă electricitate este de a încărca mai multe baterii în perioadele cu vânt, de exemplu de la vecini.

Există circuite electronice care pot regla tensiunea pe baterie, în mod automat. Acestea se numesc ”deconectare la tensiune minimă” și “regulator paralel”. Dacă utilizatorul nu dorește să urmărească tensiunea bateriei, atunci trebuie să le folosească!

5.8. Informații suplimentare [27]

Folosirea rășinii poliesterice

Aceasta este o substanță plastică folosită la realizarea lucrărilor din fibra de sticlă la bărci, mașini, etc. Acesteia I se adaugă diferite substanțe pentru a o face mai potrivită pentru diferite întrebuințări. Cereți informații de la vânzător pentru a ști care este cel mai bun tip (n.trad.: pentru generator, în România, Nestrapol 96)

Întăritor

Sunt două sisteme utilizate pentru întărirea rășinii poliesterice, fiecare folosind două chimicale: peroxid și cobalt. Cobaltul este un lichid purpuriu, care se pune aproximativ 1 la 100 grame de rășină. După amestecarea cu rășina, aceasta se va păstra la întuneric, deoarece altfel se va întări. Peroxidul este un lichid periculos. Evitați contactul cu pielea. Păstrați-l într-un container de PVC, la întuneric la maxim 25 grade Celsius. Nu îl amestecați cu cobaltul (decât cu cel deja amestecat în rășină), deoarece poate exploda. Se folosește maxim 1 – 2 la 100 grame de rășină.

Aditiv tixotropic

O pulbere foarte ușoară de silice (bioxid de siliciu) care este adesea introdusă în rășină pentru a putea întinde mai ușor cu pensula. Aceasta nu este necesară la turnări, dar dacă este deja, nu dăunează.

Monomer stiren

Aproximativ 35% din rășină este stiren. Este adăugat pentru fluidizarea rășinii. Este componenta care dă mirosul rășinii. Se mai poate adăuga 10% stiren pentru a o face mai lichidă.

Pigment

Este folosit pentru a colora turnarea, dacă se dorește o anumită culoare. Adăugați pigmentul la prima turnare care este la exteriorul piesei. Nu adăugați mai mult de 10%. Fără pigment, piesa turnată este transparentă, și bobinele de văd.

Fibra de sticlă

Rășina nu este prea rezistentă fără fibra de sticlă. Aceasta se găsește sub diferite forme: țesătură, împâslitură, fibre. Aceasta se va amesteca cu rășina. Pentru turnare, se va adăuga rășină la fibra de sticlă și se va presa până se elimină bulele de aer, apoi se adaugă restul de rășină.

Pudra de talc

Este un material ieftin de umplutură care poate fi amestecat cu rășina după ce a fost amestecată cu peroxid. Aceasta face rășina mai ieftină și mai vâscoasă. Rășina se poate amesteca cu până la jumătate cu pulbere de talc. Pulberea ajută de asemeni la reducerea încălzirii unor turnări cu volum mare (n.trad.: pulberea de talc are un coeficient de conducție termic de aproximativ 8 ori mai bun decât rășina).

Agent de separare – alcool polivinilic

Se folosește pentru a ușura separarea piesei turnate de matriță, după întărirea rășinii. Se mai numește “demolant”. Se pensulează pe matriță și se lasă să se usuce. Formează o peliculă de care nu aderă rășina poliesterică.

Folosirea generatorului cu magneți permanenți la micro hidrocentrale

Acest generator se poate folosi pentru încărcarea bateriilor folosind turbine hidro de mici dimensiuni. Poate fi ideal atât pentru căderi mici, deoarece este eficient chiar când produce doar câțiva wați. Poate fi folosit și la căderi mari deoarece poate genera puteri mari la viteze de rotație mare.

Se vor proteja magneții și părțile metalice în mediile ude.

Locații cu căderi mici

Dăm câteva exemple de condiții unde generatorul poate funcționa fără modificări (conexiune stea). Este folosită o turbină de impuls pe rotorul generatorului:

Cădere mare, putere mare [27]

Dublând viteza de rotație, se dublează tensiunea dar și curentul, obținând de 4 ori mai multă putere. În aceste condiții generatorul se poate supraîncălzi, deci mai bine am păstra curentul, pentru o mai bună eficientă; totul depinde și de apa de răcire. Nu există riscul de a avea probleme la turații mari deoarece problemele cu forțele giroscopice de la turbinele eoliene, nu există la turbinele pe apă.

Dacă nu este necesară o tensiune mare, statorul se poate lega să genereze 12V la viteză mare. Aceasta se poate face prin legarea în paralel a celor două bobine de pe fiecare fază. Sau se pot face bobinele cu mai puține spire, dar cu sârmă mai groasă. Este cel mai bine, deoarece legarea în paralel și delta pot suferi de curenți interni paraziți. Nu utilizați conexiunea stea/delta (figura 5.49) pentru hidro unde viteza este constantă, deoarece nu este nici un avantaj.

Capitolul 6. Concluzii

Modelele de câmp electromagnetic 2D ale generatorului eolian studiat s-au dovedit deosebit de utile, permițând atât optimizarea constructiv-funcțională a mașinii, cat si modelarea regimului de funcționare in gol.

In urma calculelor numerice efectuate, s-a obținut o mașină caracterizata de un cuplu magnetic reluctant redus, apta de a fi folosita in sisteme de conversie a energiei eoliene.

O repartizare neuniforma a magneților permanenți montați pe armatura retorica la alte unghiuri decât cele studiate este de asemenea posibila, putând conduce la reduceri ale cuplului reluctant si la eliminarea anumitor armonici superioare din forma de unda a tensiunii de linie a generatorului. Alte masuri ce pot fi luate pentru reducerea cuplului reluctant constau in inclinarea crestăturilor statorice sau a magneților.

Spre deosebire de celelalte surse de energie, puterea vântului este inepuizabila, nu poluează mediul si nu degajează emisii ce duc producerea ploilor acide sau la amplificarea efectului de sera.

Energia eoliana beneficiază de una dintre cele mai ieftine tehnologii de producție, costând intre 4 si 6 eurocenți pe kilowatt/ora.

Un grup de cercetători au reușit sa dovedească ca turbinele folosite pentru uz marin trebuie sa genereze energie aproximativ 6.8 luni, înainte sa producă la fel de multa energie cat a fost necesara pentru construcția ei. Asta înseamnă ca aceste turbine își câștiga valoarea de aproximativ 35 de ori pe durata totala de funcționare.

Energia eoliană s-a dovedit deja a fi o soluție foarte bună la problema energetică globală. Utilizarea resurselor regenerabile se adresează nu numai producerii de energie, dar prin modul particular de generare reformulează și modelul de dezvoltare, prin descentralizarea surselor. Energia eoliană în special este printre formele de energie regenerabilă care se pretează aplicațiilor la scară redusă.

Acestea fiind spuse, trăgând linie putem observa ca un generator eolian cu magneți permanenți este un câștig atât pentru utilizator dar cat si pentru mediul înconjurător.

Bibliografie

[1]. Ionescu F.:Convertoare statice de putere.

[2]. Ionescu F.: Diode si redresoare de putere. Ed. Tehnica, București 1995

[3] http://www.eia.gov/pub/international/

[4] http://www.meteoromania.ro/anm2/?id=97

[5] Dong Wang, Weiming Ma, Fei Xiao, Botao Zhang, Dezhi Liu, and An Hu, A novel stand-alone dual stator-winding induction generator with static excitation regulation, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 20, No. 4, December 2005, pag. 826-835.

[6] Alfredo, R., Munozand, Th., Dual stator winding induction machine drive, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 36, No. 5, September/October 2000, pag. 1369-1379.

[7] IndramanTamrakar, and O.P. Malik, Power factor corection of induction motors using PWM inverter fed auxiliary stator winding, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 14, No. 3, September 1999, pag. 426-432.

[8] Tadashi Fukami, Masatoshi Momiyama, Kazuo Shima, Ryoichi Hanaoka, and Shinzo Takata,” Steady-State Analysis of a Dual-Winding Reluctance Generator With a Multiple-Barrier Rotor”, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 23, No. 2, June 2008, pag. 492-498.

[9] Olorunfemi, Ojo, and Davidson, I.E., PWM-VSI Inverter-Assisted Stand- Alone Dual Stator Winding Induction Generator”, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 36, No.6, November/December 2000, pag. 1604-1610.

[10] Yong Li, Yuwen Hu, Wenxin Huang, Lingshun Liu, and Yong Zhang, The Capacity Optimization for the Static Excitation Controller of the Dual-Stator- Winding Induction Generator Operating in a Wide Speed Range, IEEE

Transactions on Industrial Electronics, Vol. 56, No. 2, February 2009, pag. 530-541.

[11] Tutelea, L.N., Deaconu, S.I., Budișan, N., and Boldea, I., Double Staor Winding Induction Generator for Wind and Hydro Applications: 2D-FEM Analysis and Optimal Design, 15th European Conference on Power Electronics and Application, EPE ECCE Europe, 3-5 September 2013, Lille, France, 10 pag.

[12] Tudorache T., Melcescu L., Popescu, M., Cistelecan, M.V., „finite Element Analysis of Cogging Torque in Low Speed Permanent Magnets Wind Generators”, Proc. Of ICREPQ 2008, Santander, Spain 2008

[13] Grauers, A.: „Directly driven wind turbine generators”, Porc. of the International Conference on Electrical Machines ICEM’96 Vigo (Spain), Sept. 1996, vol.2, pp. 417-422, 1996

[14] Lampola, P.: „ Electromagnetic design of an unconventional directly driven permanent magnet wind generator”, Proc. of the International Conference on Electrical Machines (ICEM’98), Istambul, Turkey, 2-4 September, 1998, Vol. 3, pp. 1705-1710, 1998.

[15] Mașini electrice, Îndrumar de proiectare vol. III, Ion Cioc, Nicolae Cristea, Năstase Bichir, Scrisul Romanesc, Craiova 1985

[16] Comșa D., Darie S., Maier V., Chindriș M. – Proiectarea instalațiilor electrice industriale, Ediția a II-a , București, EDP, 1983

[17] Darie S., Vădan I., – Producerea, Transportul si Distribuția Energie electrice, Instalații pentru producerea energiei electrice, Editura UTPRES, Cluj-Napoca 2000

[18] Joliet Technology SL, www. Joliet-europe.com

[19] Maghiar T., – Surse noi de energie, Editura MEDIAMIRA, 1996

[20] Vădan I. – Energetica generala si conversia energiei, Editura MEDIAMIRA

[21] Hugh Pigott; „ PGM construction manual’, Scotland, CAT Publications

[22] Anders Grauers. „Design of direct-driven Permanent-magnet Generators for Wind Turbines”

[23] Hugh Pigott; „How to build a wind turbine” Scotland, C.A.T. Publications, 2003

[24] http://www.earth-policy.org/indicators/C49

[25]http://www.energies-renouvelables.org/observ-er/stat_baro/observ/baro-jde12.pdf

[26] http://www.eurobserv-er.org/

[27] http://www.utgjiu.ro/revista/ing/pdf/2012-3/1_Lucian%20RUS.pdf