Zeszyty Problemowe – Maszyny Elektryczne Nr 4/2014 (104) 83 Stefan Tadeusz Kulig *, Leslaw Golębiowski **, Damian Mazur ** * TU Dortmund University of Technology, Dortmund RFN ** Politechnika Rzeszowska, Rzeszów ANALIZA TERMICZNO-DYNAMICZNA GENERATORÓW DO ELEKTROWNI WIATROWYCH BEZ PRZEKLADNI MECHANICZNEJ THERMAL AND DYNAMIC ANALYSIS OF THE GENERATORS IN THE WIND TURBINES WITHOUT THE MECHANICAL TRANSMISSION Streszczenie: Przekladnie mechaniczne w elektrowniach wiatrowych są przyczyną 40% awarii. W artykule przedstawiono analizę termiczno-dynamiczną generatorów inset SMPMSM o zmiennej i malej prędkości obrotowej, które mogą wspólpracować z turbiną wiatrową bez stosowania przekladni. Obliczenie drgań wlasnych wirnika byly uzupelnieniem analizy dynamicznej generatora. Badano częstotliwości rezonansowe poszczególnych części generatora oraz calego generatora pod kątem wystąpienia zjawiska rezonansu. Abstract: Mechanical transmission in wind turbines are the cause of 40% of failure. The article presents an analysis of thermal-dynamic generators inset SMPMSM variable and low speed, which can cooperate with a wind turbine without the use of gear. Calculation of the rotor vibrations were complementary dynamic analysis of the generator. Resonant frequencies were investigated various parts of the generator and the entire generator for the occurrence of the phenomenon of resonance. Slowa kluczowe: analiza termiczno-dynamiczna, generatory wolnoobrotowe, drgania wlasne generatora, rezonans Keywords: analysis of the thermal-dynamic, generators for low-speed, natural vibration generator, resonance 1. Wstęp W niniejszym artykule przedstawiono obliczenia wykonane z zastosowaniem metody MES do analizy termiczno-dynamicznej generatorów wielobiegunowych, wolno- obrotowych typu inset SMPMSM. Są one przeznaczone do pracy w elektrowniach wiatrowych bez przekladni przy zmiennej prędkości wirowania. Elementy stojana, magnesy, jak również wirnik generatora podczas pracy maszyny podlegają ciąglym odksztalceniom, które mogą stopniowo pogarszać ich stan techniczny. W tym artykule skupiono uwagę na analizach termo- mechanicznych oraz dynamicznych dwóch rodzajów generatorów. W analizie termo- mechanicznej oraz analizie drgań poslużono się generatorem o mocy 2 kW, gdzie analizę drgań przeprowadzono osobno dla części wirującej wirnika, a osobno dla kadluba i stojanu, natomiast dla generatora o mocy 12 kW analizę dynamiczną przeprowadzono dla calego zespolu. Deformacje rdzenia, korpusu oraz polączeń czolowych uzwojenia stojana są wywolywane silami pochodzącymi od zjawisk magnetycznych i elektromagnetycznych we wnętrzu generatora [1]. 2. Analiza termomechaniczna odksztalceń stojana wywolana zjawiskami magnetycznymi oraz termicznymi Odksztalcenia stojana przybierają różne ksztalty, w zależności od liczby biegunów wirnika. Podstawą analizy statycznej jest znajomość rozkladu czasowo przestrzennego sil magnetycznych, otrzymanych z analizy pola magnetycznego. Obliczenia sil magnetycznych zostaly wyznaczone w środowisku MAXWELL w czasie pracy generatora przy wymuszeniu napięciowym, przez zadanie wartości rezystancji zastępczej w poszczególnych fazach uzwojenia generatora. Analiza odksztalceń stojana oraz analiza drgań zostaly wykonane dla obciążenia generatora zasymulowanego w środowisku MAXWELL przez rezystancję zastępczą. Obciążenia te wynosily 100 Ω. Analizę statyczną wykonano dla jednego z wybranych polożeń wirnika. Do obliczeń statycznych wykorzystano sily dzialające na poszczególne zęby stojana. Rozklad gęstości sil