Direktdriven pilotgenerator, slutrapport [FOI diarienr 02-2181:14]

Direktdriven pilotgenerator, slutrapport [FOI diarienr 02-2181:14] Innehåll This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB 0 Sammanfattning 2 1 Inledning 4 1.1 VG Power AB 4 2 Rekapitulering av VindForskansökan 5 3 Konceptval 6 4 Pilotgeneratorn (Konstruktion) 7 4.1 Beräkning 7 4.1.1 Elektrisk 7 4.1.2 Mekanisk 9 4.1.3 Kylteknisk 11 4.2 Konstruktion 11 4.2.4 Stator 11 4.2.5 Rotor 20 4.2.6 Medbringare 23 4.2.7 Komplett maskin 24 5 Pilotgeneratorn (Provning) 26 5.1 Provuppställning 26 5.2 Inspektions- och testplan (ITP) 26 5.3 Provningsresultat 26 5.3.1 Provning och kontroller vid tillverkning (ITP punkt 0-3) 27 5.3.2 Tomgångsprov utan PM-magnet (ITP punkt 4) 27 5.3.3 Tomgångsprov med PM-magnet (ITP punkt 5) 27 5.3.4 Kortslutningsprov (ITP punkt 6) 30 5.3.5 Belastningsprov (ITP punkt 7) 30 5.3.6 Värmeprov (ITP punkt 8) 30 5.3.7 Trefasig kortslutning (ITP punkt 9) 32 5.3.8 Avslutande prov (ITP punkt 10) 32 6 Pilotgeneratorn (Resultatutvärdering) 33 7 Produktkalkyl 35 8 Slutsatser och förslag på nästa steg 37 Bilagor Bilaga 1 Bilaga 2 Bilaga 3 Bilaga 4 EU-ansökan ITP 9000 31008 Inspection and Test Plan Provningsresultat från tillverkning av statorplåt Provningsresultat från tillverkning av permanentmagneter Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 1 (38)

0 Sammanfattning En prototyp har utvecklats baserat på en patentansökan med konfigurationen permanentmagneter och trådlindad stator, med maskinens lagring liggande i luftgapet. Layouten är av ytterpolsmaskin och tillämpningen är för vindkraft. Andra områden kan också vara av intresse. Den tekniska lösningen verifierades med en pilotgenerator på 144 kw (max 177 kw) efter omfattande studier av val av generatorprincip. Proven visar att konceptet innehåller antagna prestanda och har potential att skalas upp till 4 MW och ytterligare till 10 MW. This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 2 (38)

0 Summary A prototype has been developed based on a patent application with a configuration of permanent magnets and wire-wound stator, with the bearing of the machine placed in the air gap. The layout is an outer pole machine and the application is for wind power. Other applications may be of interest. The technical solution was verified by a pilot generator of 144 kw (max 177 kw), where the choice of generator principle was possible first after extensive studies. The tests show that the concept meets the estimated performance and has the potential to be scaled up to 4 MW, and even further to 10 MW. This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 3 (38)

1 Inledning Vid början av 2003 godkände Vindforsk en ansökan om FoU-anslag (FOI diarienr 02-2181:14). Ansökan behandlade konstruktion, tillverkning och prov i pilotskala med en ny direktdriven generator för vindkraftverk. Följande slutrapport avser att beskriva utformningen av den härmed byggda pilotgeneratorn samt redovisa utvärderingen av provningen och sammanfattningsvis påvisa potentialen för en uppskalning till en tänkt 4 MW maskin för kommersiell drift. Beräkning och konstruktion av pilotmaskinen har utförts hos VG Power i Västerås. Tillverkningen och provningen har utförts hos Luleå Generator Service i Luleå. Projektet har genomdrivits som ett internt utvecklingsprojekt, inom utvecklingsprocessen hos VG Power, med därpå följande konstruktionsgenomgångar och designbeslut. Detta i enlighet med vad ISO systemet föreskriver då det gäller kvalitet och miljö. Uppfinnaren av lagringskonceptet, Staffan Engström, har kontinuerligt deltagit under hela projektets gång. Vidare har Lars Henriksson från Vattenfall deltagit som referens vid konstruktionsgranskningen av konceptvalen för pilotmaskinen. This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB Under projektets gång gjordes en EU-ansökan där man ansökte om anslag för att utveckla en fullskalig maskin. Ett flertal olika parter deltog i ansökan. Tyvärr avslogs ansökan. Ansökan bifogas rapporten som Bilaga 1. 1.1 VG Power AB VG Power är ett nystartat företag med följande affärsstrategi: Bli ett bra kundval för Rehabiliteringar och Service av vattenkrafts-anläggningar i Sverige, Finland, Island och Norge. Genom: Goda kundrelationer Fokus på generatorer med kundanpassade lösningar Goda relationer med leverantörer i Norden Strategiska partnerskap Miljösäkrade lösningar baserat på kompetent och flexibel personal i en komplett organisation VG Power startade 2002 med personal från Alstom vattenkraftsdivision i Sverige. I dagsläget har företaget 42 anställda med en gemensam erfarenhet av generatorer på mer än 1000 år. Eftersom företaget har en kompetent personal var förutsättningarna goda att hantera utveckling av en direktdriven generatorprototyp för vindkraftsändamål. Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 4 (38)

2 Rekapitulering av Vindforsk ansökan Enligt ansökan 2003 var syftet och målet med projektet följande: Målet för projektet är att genom konstruktion, tillverkning och laboratorieprov med en direktdriven generator av ny typ i pilotskala göra det möjligt att konstruera en generator i full skala, ca 4 MW. Vidare redovisades följande tänkta plan för praktisk genomföring: För att säkerställa projektets mål, som är att genom konstruktion, tillverkning och laboratorieprov med en direktdriven generator av ny typ i pilotskala göra det möjligt att konstruera en generator i full skala, ca 4 MW, inleds projektet med en översiktlig beräkning och konstruktion av en generator i ca 4 MW storlek. Detta arbete sker efter samråd med intresserade kunder. Därefter beräknas och konstrueras generatorn i pilotskala för att i möjligaste mån vara representativ för fullskalegeneratorn såväl vad gäller kritiska konstruktionsparametrar som uppbyggnadssätt. Provningen av generatorn sker så långt möjligt med utnyttjande av befintlig utrustning, som dock i viss omfattning måste anpassas efter den speciella applikationen. Provning av pilotgeneratorn sker med följande mål: This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB Utveckling av metodik för montering och ev. eftermagnetisering av rotor. Effekt, spänning och verkningsgrad som funktion av varvtal och luftgapsstorlek vid belastning med resistiv last respektive omriktare. Buller vid olika varvtal och effekt. Temperaturförhållanden i stator och rotor samt lager vid representativ kylning av statorn. Formriktighet hos stator och rotor. Funktion och buller vid avsiktliga avvikelser från bästa formriktighet. Modifieringar av främst lagring och buller/vibrationsdämpning förutses under provningens gång. I denna slutrapport kommer resultaten från de olika målen att presenteras. Vidare så föreslogs det ett antal delar till rapportering enligt nedanstående lista: 1. Översiktlig beräkning och konstruktion av 4 MW generator av ny typ 2. Beräkning och konstruktion av generator av ny typ i pilotskala 3. Provning av generator av ny typ i pilotskala 4. Sammanfattande rapport (öppen). De föreslagna rapporterna redovisas sammanslagna i denna rapport. Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 5 (38)

3 Konceptval I ett tidigt stadium av projektet så fanns det många synpunkter och alternativ att maskinen skulle frångå det föreslagan konceptet med radiellt utanpåliggande magnetiska poler och i stället byggas med axiellt liggande poler och med en statorkärna där emellan. För att titta på dessa två koncept samt att göra ett val för att komma vidare i projektet utfördes en förstudie. Det interna VG Power-dokumentet Windy, teknisk jämförelse mellan axiell och radiell maskin, ref [R 9000-001, rev 1] redogör för detaljerna kring detta. Slutsatsen, baserat på realiserbarhet och tekniska risker, och rekommendationen från denna förstudie var att behålla det första alternativet med en radiell maskin. Efter att denna utredning hade presenterats och möte för beslut hur projektet skulle framskrida startade beräkning för det radiella konceptet. Hela denna rapport beskriver det radiella konceptet från beräkning genom konstruktion och tillverkning till provning och utvärdering. This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB Figur 1 och Figur 2 Visar en radiell maskin samt en detaljvy från densamma. Figur 3 och Figur 4 Här ses motsvarande bilder från en axiell maskin Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 6 (38)

4 Pilotgeneratorn (Konstruktion) 4.1 Beräkning Vid projektets start och fortskridande sågs det inga problem med att utföra elektriska, magnetiska, mekaniska samt ventilationsberäkningar på pilotmaskinen och framtida uppskalning på konceptet. Då beräkningsexpertisen på VG Power har erfarenhet av maskinutveckling på snarlika maskiner under de senaste tio åren så finns kompetensen. Endast mindre modifieringar i beräkningsverktygen anses behövas. Vid beräkning av maskinen togs det hela tiden hänsyn till att kunna hantera en 4 MW maskin. Principiella beräkningar på den större maskinen utfördes och inga hinder identifierades för att kunna skala upp konstruktionsprinciperna. En jämförelse kan vara: Fullskalig generator Pilotgenerator Effekt, kw 4 000 140 Luftgapsdiameter, m 9,0 1,8 Dito längd, m 0,3 0,14 Varvtal, rpm 19 100 Periferihastighet, m/s 9,0 9,4 This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB På så sätt erhölls: Samma periferihastighet Samma hjuldiameter Halva längden 1/5 ytterdiameter 1/20 effekt 4.1.1 Elektrisk De elektriska och magnetiska beräkningarna utfördes med följande huvuddata. Att observera är att dessa beräkningar utfördes helt analytiskt förutom beräkning av de magnetiska polernas så kallade läckning. Detta utfördes i ett finit element (FEM) program. I följande tabell redovisas data för maskinen: Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 7 (38)

Tabell 1 Skenbar effekt 140 000 VA Lindning Ström 616,8 A Ledare 17 st trådar à 2 mm Effektfaktor 1 Antal härvor 168 st Spänning vid last 131,0 V Varv per härva 4 st Spänning vid tomgång 151,3 V Antal härvor per spår 2 st Spårtal 1,75 spår/pol/fas Varvtal 100 rpm Antal parallella kretsar 4 st Frekvens 26,67 Hz Medelhärvsteg 1-6 Stator Rotorring Statorns yttre diameter 1600 mm Rotorns yttre diameter 1798 mm Statorns inre diameter 1300 mm Rotorns inre diameter 1650 mm Statorns axiella längd 140 mm Spårbredd (medel) 11,3 mm Magneter (poler) Spårdjup 76 mm Antal poler 32 st Spåröppning 4 mm Tjocklek radiellt 22 mm Antal spår 168 st Bredd tangentiellt 100 mm Luftgap (min) 4 mm Längd axiellt 140 mm This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB Vid beräkning av maskinen beräknades också förlusterna vid tomgång och last fram. En del av avsikten med provningen var att bekräfta dessa förluster. Notera att maskinens järnförluster vid tomgång är lägre än vid last, detta eftersom den magnetiska flödestätheten är lägre vid last. Följande tabell visar de beräknade förlusterna vid både tomgång och last. Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 8 (38)

Tabell 2 Tomgångsförluster Vid tomgång Vid last Ventilation 7,2 W 7,2 W Järnförluster i tand 449 W 337 W Järnförluster i rygg 415 W 311 W Polplattsförluster 11 W 8 W Lagerförluster 1800 W 1800 W Yttre tillsatsförluster från polerna 205 W 162 W Belastningsförluster Kopparförluster W 5568 W Inre tillsatsförluster W 26 W Yttre tillsatsförluster W 397 W Totala förluster 2887 W 8616 W This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB Maskinens beräknade verkningsgrad med ovanstående data blir således 94.2% vid nominell last. Det är viktigt att notera att lagerförlusterna i beräkningen upptar en stor del av totalförlusterna. Detta på grund av att den första beräkningen var mycket konservativ. 4.1.2 Mekanisk Alla beräkningsresultat från de olika mekaniska beräkningarna presenteras inte i denna rapport. Dock yttrar de sig i hur den slutliga pilotmaskinen konstruerades och utformades. Följande avsnitt ger dock en beskrivning av de olika moment som utfördes vid de mekaniska beräkningarna. De första beräkningarna ufördes till en stor del i början av projektet på en stator upphängd i en konstruktion baserad på ekrar (se Vindforsk ansökan). Tanken med denna ekerkonstruktion var att skapa en viktmässigt lätt konstruktion men ändå mekaniskt stark. I beräkningarna av pilotmaskinen ansågs det överflödigt eftersom de komponenter som var nödvändiga i grundkonstruktionen (i detta fallet tryckplattorna) gjorde ekerkonstruktionen överflödig. Vid första beräkningar på en maskin med betydligt större diameter kommer det att behövas en enklare ekerkonstruktion, dock inte för att mekaniskat hålla statorn rund och klara av olika laster utan endast för att hålla statorn på plats i vindkraftverket. För att kunna sluta den magnetiska kretsen är rotorringen i maskinen en absolut nödvändighet. Vid konstruktionen sågs det naturligt att bredda dess axiella mått för att kunna fästa plåtarna för rullbanorna i den. För att verifiera att rotorringen skulle klara av att hantera de mekaniska krafter och dess påkänningar utfördes följande beräkningar. Rotorring/stomme Styvhetsberäkning Hållfasthetskontroll för magnetlaster, termisk last och formfelslaster Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 9 (38)

Luftgapslagringens ingående delar dimensionerades med avseende på styvhet och hållfasthet för de krafter som verkar mellan stator och rotor. Dessa är magnetiska krafter, termiska krafter och formfelskrafter. För att undvika att en elektrisk maskin inte kollapsar, d.v.s. att rotor och stator kommer i fysisk kontakt med varandra, måste styvheten i stator och rotor vara tillräckligt stor. Påverkande faktorer är t.ex. termisk expansion och magnetisk kraftobalans (magnetisk eccentricitet). Den sistnämnda effekten uppkommer eftersom man inte kan skapa en maskin med idealiska former utan alltid får någon typ av geometriskt formfel. En stor positiv effekt med permanentmagneter är att den magnetiska eccentricitetskraften vid varierande luftgap runt omkretsen blir avsevärt mindre än i motsvarande maskin med elektromagneter. Vid dimensioneringen lades även stor vikt vid att minimera uppkomsten av ljud, vilka bland annat uppkommer av mekaniska formfel och rullkontakten i luftgapslagringen. Beräkningar för luftgapslagringen har varit: This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB Luftgapslagring Beräkning av erforderlig lagerstyvhet och dimensionering mot magnetisk instabilitet Beräkning av magnetiska och mekaniska formfelslaster Beräkning av termiska laster Utmattningsdimensionering av lageraxlar Utformning/beräkning av lagerrullar med avseende på kontakttryck och rullfriktion Utformning/beräkning av lagerrullar med avseende på gångdynamik, konicitet och lateraldynamik Beräkningar utfördes för att säkerställa att maskinen med tiden inte succesivt utmattas av de mekaniska påfrestningarna som den utsätts för, samt att maskinen är mekaniskt dimensionerad mot eventuella kortslutningar vid drift. Då det gäller kortslutning beräknades krafterna vid momentan tvåfasig kortslutning (större krafter än vid trefasig kortslutning). För att dimensionera maskinens stator och få en bra uppfattning hur den reagerar vid tidigare påfrestningar gjordes vissa beräkningar på statorplåtarnas tryck i statorplåtpaketet samt på kopplingen mellan statorplåtens tryckplattor och statorplåten och statorfundamentet. Stator Statorrespons vid 2-fasig kortslutning Statordynamik, driftdynamik, kortslutningsdynamik, termisk last Fundamentkrafter, påkänningar i infästningar och i stator Förspänning av plåtkärnan För att dimensionera medbringaren och dess koppling till pilotmaskinen och den drivande maskinen utfördes följande beräkningar Axelsträngberäkning Kortslutningsrespons för rotor och medbringare. Dimensionering av ekrar och bussningar Dimensionering av axelkoppling Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 10 (38)

4.1.3 Kylteknisk En termisk beräkning utfördes med hänsyn till maskinens förluster. Följande bild visar beräknade temperaturer i olika delar av maskinen. Inkommande kylvatten är som ses i figuren vid kylrören 33 C. Beräkning och dimensionering av vattenkylsystemet utfördes till viss del med FEM beräkningar. Dessa resulterade i val av rördimensioner och antal kylkretsar i statorn. 46 (7) 30 (6) 63 (5) 93 (1) 98 (3) 57 (2) 33 (4) This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB Figur 5 Termiskt beräknad pilotmaskin, (1)-(7) förklaras i texten nedan, samtliga värden är beräknade temperaturer. Förklaring av bilden: 1=Lindningen i statorspår 2=Statorkärneryggen 3=Statorlindningens härvändar 4=Inkommande kylvatten 5=Luft i luftgapet 6=Omgivande luft 7=Rotorring 4.2 Konstruktion 4.2.4 Stator Huvudkomponenterna i statorn är statorplåt (Figur 6), tryckplattor (Figur 7), lindning(figur 9), kylrör(figur 11) och rullager(figur 15). I maskinens magnetiska krets är statorplåten en mycket viktig komponent. För att erhålla en god magnetisk krets användes magnetisk plåt av kvalitet M700-50A 5. Statorplåtsegmenten läggs ihop och utgör tillsammans statorplåtkärnan. Anledningen till att man väljer att bygga på detta viset är att hålla nere förluster i maskinen som är relaterade till statorplåten, samt att erhålla en mekaniskt homogen statorplåtkärna. Vidare är varje individuell plåt lackad på båda sidor för att plåtarna skall vara elektriskt Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 11 (38)

isolerade ifrån varandra. Plåtarna i pilotmaskinen tillverkades genom laserskärning. Vid stora plåtkvantiteter är plåtstansning att föredra. Följande bild visar hur en del av ett plåtsegment ser ut. Statorspår Dragbultshål This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB Figur 6 En del av ett statorplåtsegment Spår för kylning Då det är viktigt att erhålla ett jämnt tryck i plåtkärnan användes genomgående dragbultar, hålen för dessa kan ses i Figur 6. På vardera sidan av de laminerade statorplåtssegmenten monterades tryckplattor, för att utjämna plåttrycket i statorplåtpaketet. Följande bild visar hur en sådan tryckplatta ser ut inför plåtläggning. Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 12 (38)

This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB Figur 7 Tryckplatta före plåtläggning Statorlindningen kommer att placeras i statorspåren se Figur 8. Tryckplatta Dragbult Statorspår Figur 8 Detaljbild på statorn innan lindningen är monterad Figur 9 är en detaljbild på statorspåret vid lindningsmontaget. Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 13 (38)

Spårisolation Statorspår Lindning Figur 9 Lindningsmontage i pilotmaskinen This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB I ovanstående två bilder så ser man att statorspåret har en liten så kallad spåröppning. Detta innebär att statorspåret är av typen halvslutet spår. Anledningen till detta är att minska magnetiska övertoner som bland annat ger upphov till momentvariationer vanligtvis kallat för kogging effekt. Vidare så får man också en klar reducering av förluster i polytorna, vilket innebär att polerna inte kommer att värmas upp av detta i lika stor utsträckning som om man hade valt helt öppna spår (ingen förminskad öppning). För att skydda ledarna vid montage och under nominell drift använde man sig av spårisolation, dock är de individuella parterna isolerade med lack, detta för att kunna ha flera varv i spåret. Valet av de individuella parternas dimension styrdes både av förlusthänseende men även av produktionstekniska skäl. Vid lindningsmontaget av maskinen lindade man först ihop flervarvsknippen som därefter fördes in i statorspåren, detta enligt så kallad plocklindningsprincip. Följande bild visar hur man monterade hela lindningen i statorn. Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 14 (38)

This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB Figur 10 Lindningsmontage Namnet plocklindning kanske man inser genom ovanstående bild. Det hela går ut på att man skapar sina lindningsknippen och därefter plockar in dem i motsvarande spår. I ovanstående bilds vänstra övre hörn kan man se hur man har prefabricerat lindningsknippena, detta för att kunna göra ett så effektivt lindningsmontage som möjligt. För att säkerställa kylningen i statorplåten och lindningen i maskinen så användes kylrör. Rören i statorn delades upp i ett antal kylkretsar, detta för att erhålla så jämn temperatur som möjligt i maskinen. Kylmediet är vatten. Följande bild visar kylrören och dess anslutningar. Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 15 (38)

Statorplåtrygg Schematisk statorlindning Kylrör till en krets Kylrör i kontakt med statorplåtryggen This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB Figur 11 Detaljvy på en kylrörskrets Kylrören är infästa mot statorplåtens rygg. På grund av statorplåtens goda termiska ledningsförmåga samt dess ringa storlek erhåller man en homogen temperatur i hela plåten via denna kylningsprincipen. Vidare så erhåller man också en indirekt kylning av statorlindningen via plåten. Maskinen utrustades med ett antal temperaturgivare för att bekräfta kylningen. Då maskinen är i drift kommer också en hel del av dess värme att avgå till omkringliggande luft. Detta kommer att bidra med stor del till kylningen. Följande bild visar ritningen över kylsystemets kretsschema. Kopplingar inom maskinen och till det yttre kylsystemet visas. Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 16 (38)

This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB Figur 12 Kylsystemets kretsschema I kretsschemat ser man att fyra parallella kylkretsar valdes. Den bärande principen i pilotmaskinen (huvudanledningen till projektet), är att lagringen mellan rotor och stator sköts med hjälp av rullager. Rullagerna monteras på statorns tryckplattor. Vidare konstruerades det så att lageraxeln kan flyttas radiellt, för att kunna justera avståndet mellan rotor och stator. Följande bild visar en detaljvy på lagerinfästningen. Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 17 (38)

Rullager Lageraxel Rulle Figur 13 Detaljvy på lagren med en rulle borttagen This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB Lageraxeln är genomgående från maskinens ena sida till den andra, vilket kan ses i följande bild. Lageraxel Figur 14 Detaljbild på generatorn i genomskärning Monteringen av lager och lageraxlar skedde före monteringen av rotorn. Följande bild visar lager och lageraxlar under montering av statorn. Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 18 (38)

Figur 15 Lager och lageraxlar monterade. De monterade lagren, rullarna och till viss mån lageraxlarna kan ses i följande bild. This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB Figur 16 Statorn provmonterad. Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 19 (38)

4.2.5 Rotor Huvudkomponenterna i rotorn är rotorringen, permanentmagneterna som utgör polerna samt rullbanorna. Rullbanor Magnetisk pol Rotorring Figur 17 Rotor med monterade poler This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB Rotorringen i maskinen tillverkades i ett stycke. Följande bild visar rotorringen efter tillverkning men före slutbearbetning och montage. Figur 18 Rotorring innan slutbearbetning Magneterna (polerna) är arrangerade på ett sådant vis att den magnetiska polariseringen i varje magnet (pol) är riktad i motsatt rikning i jämförelse med närmast liggande magnet (pol). Magneterna är placerade på rotorringen vilken består av Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 20 (38)

magnetiskt ledande material, detta för att sluta den magnetiska kretsen i maskinen. För att skydda permanentmagneterna mot eventuell korrosion är dessa placerade i höljen. Valet av permanentmagneter föll på så kallade Neodymmagneter. Detta är en relativt ny typ av högprestandamagneter. Egenskaperna är betydligt bättre än tidigare existerande kommersiella magneter. Vidare har marknadspriset för dessa fallit kraftigt de senaste åren. Magneterna har en stor tålighet mot så kallad avmagnetisering. Magneternas kvalitet som valdes var Neo 35SH vilket motsvarar magneter med hög temperaturtålighet, vilket innebär att de behåller sin magnetiska energi även vid relativt sett högre temperaturer. Följande figur visar en magnet samt dess tillverkade hölje Hölje This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB Figur 19 Permanentmagnet Permanentmagnet samt hölje till densamma På sidorna av rotorn är sidoplåtar monterade. Vid den minsta radien är rullbanorna för lagringen placerade.följande bild visar detta. Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 21 (38)

Sidoplåt Rullbanor Figur 20 Rullbanorna på rotorn This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB På sidoplåtarnas sidor finns det rektangulära hål, men enbart på den ena sidan av rotorringen. Dessa hål nyttjades vid montaget av polerna, eftersom detta utfördes efter att rotor och stator var ihopmonterade. Vid montaget av de magnetiska polerna använde man sig av en så kallad magnetisk bryggning för att på ett enkelt vis kunna skjuta in polerna i rotorringen. Hål för polmontage Figur 21 Hål för polmontage Då permanentmagneterna är spröda placerades de på plana urfräsningar i rotorringen. För att centrera polerna i jämförelse med statorn i axiell riktning vid montaget Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 22 (38)

monterades det stoppskruvar i rotorringen. Magneternas lådor hanterar centreringen av magneterna i den tangentiella riktningen. Urfräsning Stoppskruvar Figur 22 Stoppskruv och urfräsning för pol This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB 4.2.6 Medbringare För att överföra den mekaniska kraften ifrån provutrustningens drivmotor använder vi oss av en så kallad medbringare. Det principiella utseendet för denna kommer också att gälla då man bygger en fullskalig maskin. D.v.s byggprincipen med ekrar. Detta gör att medbringaren blir både enkel och lätt. Vid tillverkning av en direktdriven större maskin föreslås att man utformar den mekaniska kopplingen mellan generatorn och turbinen på ett sådant vis att man kan undvika en axel dem emellan. I dagens maskiner överför man turbinens moment till en liten axel som kopplas till generatorns rotor (turbin-axel-generator). För att förenkla det hela skulle man alltså direktkoppla turbin och generatorns rotor. Följande bild visar medbringaren i pilotmaskinen. Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 23 (38)

Figur 23 Medbringare This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB För att bättre förstå medbringarens funktion kan man titta i nästa avsnitt på hur den ingår i den kompletta maskinen. 4.2.7 Komplett maskin Följande två bilder visar den färdigmonterade maskinen. I Figur 24 visas enbart pilotmaskinen monterad på sin hållare. Figur 24 Generatorn färdigmonterad I följande figur visas hopkopplingen mellan pilotmaskinens medbringare och växeln till drivmotorn. Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 24 (38)

Figur 25 Generator och växel till drivmotor ihopkopplade This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 25 (38)

5 Pilotgeneratorn (Provning) Provningen utfördes som nämnts tidigare hos Luleå Generator Service (LGS). LGS har stor vana med generatorer av liknande karaktär, det som inom vattenkraften kallas för matare. Dessa maskiner är i samma effektstorlek och dimension som pilotgeneratorn. Då LGS både bygger och testar denna typ av maskiner var LGS ett gott val. 5.1 Provuppställning För att utföra provningen på Pilotmaskinen krävdes det en drivkälla. Valet föll på en stor DC maskin och denna kopplades via en växellåda till pilotgeneratorn. Följande bild visar provuppställningen och dess ingående komponenter. Medbringare Pilotgeneratorn This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB Växellåda DC drivmotor Figur 26 Pilotgeneratorns provuppställning 5.2 Inspektions- och testplan (ITP) Före provningen gjordes en försöksplanering som dokumenterades i en Inspektionsoch TestPlan (ITP). Denna registrerades under namnet ITP 9000 31008, se bilaga 2. 5.3 Provningsresultat De specifika avsnitten i provprogrammet sammanfattas i följande avsnitt. I vissa fall är flera punkter sammanfattade i ett avsnitt. Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 26 (38)

5.3.1 Provning och kontroller vid tillverkning (ITP punkt 0-3) Provningsresultat från tillverkningen av statorplåten finns i bilaga 3. Provningen utfördes av tillverkaren. Då det gäller magneternas kvalitet finns resultaten i bilaga 4. Uppmätningen av lindningsresistanserna i maskinen gav följande värden. R-Fas = 0,0043 Ω vid 20,1 grader S-Fas = 0,0043 Ω vid 20,1 grader T-Fas = 0,0043 Ω vid 20,1 grader This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB 5.3.2 Tomgångsprov utan PM-magnet (ITP punkt 4) För att erhålla maskinens tomgångsförluster utan magneterna monterade utfördes så kallade utrullningsprov. Provet går ut på att man mäter hur snabbt maskinen bromsas ned från 105% till 95% av ett valt varvtal. Förlusterna anses vara proportionella mot denna utrullningstid. Provet finns beskrivet i IEC 60034-2. Proverna utfördes med tre olika temperaturskillnader mellan stator och rotor (0, 9.6 samt 20.3 grader). Detta för att se hur inspänningskrafterna skulle påverka lagerförlusterna. Vid mätningarna framkom ingen signifikant skillnad mellan de olika temperaturskillnaderna. Följande graf redovisar förlusterna som funktion av varvtalet vid 20.3 graders temperaturdifferens. Luftfriktionsförlusterna i grafen är beräknade Förlust [W] 200 180 160 140 120 100 80 Utrullningsförluster Pilot (20,3 graders temperaturskillnad) Lagerförlust Luftfriktionsförlust Total förlust 60 40 20 0 0 20 40 60 80 100 120 140 varvtal [rpm] Figur 27 Tomgångsförluster utan magneter som funktion av varvtal 5.3.3 Tomgångsprov med PM-magnet (ITP punkt 5) Vid tomgångsprovet togs tomgångskurvan upp. Denna visar maskinspänningen som funktion av varvtalet. Ur grafen beräknades tomgångsspänningen vid 100 rpm fram och värdet är 153.7 V. Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 27 (38)

Spänning [V] 200,0 190,0 180,0 170,0 160,0 150,0 140,0 130,0 120,0 110,0 100,0 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 Tomgångskurva y = 1,5369x R 2 = 1,0000 0,0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Varvtal [rpm] This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB Figur 28 Maskinens huvudspänning som funktion av varvtalet Vidare så mättes kurvformen vid 100 rpm och tomgång upp för både fas och huvudspänning. Följande bild visar mätresultaten. Figur 29 Fasspänning vid tomgång och 100 rpm Genom att göra en frekvensanalys av fasspänningen erhölls följande graf. Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 28 (38)

Frekvensinnehåll i fasspänning vid tomgång (Grundtonen = 100%, 26.63 Hz) 4,00% 3,50% 3,00% 3,00% 2,50% 2,00% 1,50% 1,42% 1,00% 0,78% 0,50% 0,50% This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB 0,00% 0,09% 0,01% 0,04% 0,03% 0,10% 0,19% 0,05% 0,07% 0,02% 0,06% 0,07% 0,06% 0,03% 0,05% 0,06% 0,08% 0,08% 0,05% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Figur 30 Frekvensanalys av fasspäning, grundton 100% stapel 1 i grafen Vid mätningarna upptogs även kurvformen för huvudspänningen. Resultatet ses i följande figur. Figur 31 Huvudspänning vid tomgång och 100 rpm Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 29 (38)

5.3.4 Kortslutningsprov (ITP punkt 6) Vid provningen beslutades det att denna punkt inte skulle genomföras eftersom strömmen i statorlindningen riskerade att bli otillåtet stor. 5.3.5 Belastningsprov (ITP punkt 7) Maskinen testkördes vid ett flertal olika effekter. På grund av permanentmagneternas egenskaper (se bilaga 4) och maskinens så kallade ankarreaktion, d.v.s. det motriktade flöde i maskinen som en ström i statorlindningen ger upphov till, då maskinen belastas, uppmättes följande graf: 160 Ankarreaktion y = -4E-05x 2-0,0105x + 153,84 R 2 = 0,999 155 This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB Huvudspänning [V] 150 145 140 135 130 125 Figur 32 0 100 200 300 400 500 600 700 Statorström [A] U (V) Poly. (U (V)) Huvudspänningen som funktion av statorströmmen vid 100 rpm I grafen har även en kurvanpassning gjorts. Betraktar man maskinens effekt så kommer man fram till att den har ett maximum. Enligt funktionen från grafen kommer man fram till maskinens maximalt möjliga uteffekt som är 179 530 W. Det blir alltså fysikaliskt omöjligt att få ut mer effekt. Detta är ett fenomen som är typiskt för alla permanentmagnetmaskiner. 5.3.6 Värmeprov (ITP punkt 8) Vid värmeprovet som genomfördes tills termisk stabilitet hade uppnåts uppmättes följande temeraturer (se tabell och figur). Siffrorna i följande tabell finns utsatta i figuren nedan för att man skall få förståelse var temperaturgivarna var placerade. Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 30 (38)

Tabell 3 uteffekt spänning ström Lindning under spårkil Lindning mellan härvor Rygg Tand Tand Rygg Rygg Härvändar koppl sida kw V A 1 2 3 4 5 6 10 11 12 13 14 15 16 17 temp C 125,4 135,2 541 51,9 52,2 51,9 59,6 56,5 59,6 41,9 52,4 52,2 39,8 47,3 58,3 57,6 55,8 Vatten bortkyld effekt Härvändar normalsida ing vtn utg vtn ink luft Luftgap omgivning flöde med vattnet 18 19 20 21 22 23 24 l/min kw temp C 55,0 56,0 57,8 20,8 24,4 34,7 45,5 21,8 8,9 2,2 This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB 24 18-20 23 1-3 4-6 10-14 15-17 Figur 33 Principiell visning över mätpunkter Ca 70 % av förlusterna kyls till luft och endast 30 % till vatten. Prototypen är inte inkapslad i motsats till en fullskalemaskin som har ett hölje. I en kapslad maskin kyls största delen av förlusterna till vattnet. Därför blir lindningen då varmare men fortfarande långt från vad isoleringen tillåter. Resultatet från värmeprovet visar att maskinen skulle kunna köras vid en större effekt än 140 000 W utan att det skulle skapa några termiska problem för lindningen. Detta ses som positivt, och vidare påvisas att kylningen av lindningen fungerar mycket bra med det valda kylkonceptet. Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 31 (38)

5.3.7 Trefasig kortslutning (ITP punkt 9) Trefasig kortslutning utfördes vid ~ 5 Hz (19 rpm) och ~ 25 V då allt för stora kortslutningsströmmar skulle undvikas. Maskinen bromsades in hastigt på grund av det låga varvtalet varför några handfasta resultat med avseende på reaktanser ej kunde utläsas. Klart är dock att våra beräkningar ligger inom samma härad som uppmätt resultat så uppskattad momentan kortslutningsström vid 5 Hz är 2,2 ka och resultatet visar på en kortslutningström nära 3 ka. 5.3.8 Avslutande prov (ITP punkt 10) För att kontrollera att maskinens magneter inte hade påverkats av belastningsproverna, genom att till exempel bli avmagnetiserade, återupprepades tomgångskurvan ytterligare en gång. Följande graf visar tomgångskurvorna före och efter alla prov. Jämförelse av tomgångskurva före och efter prov This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB Spänning [V] 200,0 190,0 180,0 170,0 160,0 150,0 140,0 130,0 120,0 110,0 100,0 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Varvtal [rpm] Före prov Efter prov Figur 34 Jämförelse mellan tomgångskurvor före och efter prov I figuren ovan kan man inte se några signifikanta skillnader och vi kan sluta oss till att magneterna har gått opåverkade igenom de olika prov som har utförts i provprogrammet. Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 32 (38)

6 Pilotgeneratorn (Resultatutvärdering) Vi provningen framkom följande uppmätta data för maskinens förluster. Uppdelningen i de olika delförlusterna har skett genom beräkningar och mätningar på pilotmaskinen. Vid tomgång Vid last Utvärderad Utvärderad Ventilation 7 7 Järnförluster i tand 449 337 Järnförluster i rygg 415 311 Polplattsförluster 11 8 Lagerförluster 130 130 Yttre tillsatsförluster från polerna 171 162 Tomgångsförluster 1183 955 Kopparförluster 6077 Inre tillsatsförluster 26 Yttre tillsatsförluster 397 Belastningsförluster 6500 This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB Totala förluster Ptot 1183 7455 Vid tomgång mättes 1183 W i förluster. Av dessa var 130 W relaterade till lagerna i maskinen. Tittar man på maskinen vid full last så motsvarar lagerförlusterna i storleksordningen 2 % av totalförlusterna vilket får anses vara ett mycket gott värde. De låga uppmätta lagerförlusterna är mycket positivt och visar på att konceptet med rullager fungerar utmärkt. Tidigare teoretiskt beräknade förluster har indikerat en högre nivå, dock har dessa varit mycket konservativt beräknade. Maskinens belastningsförluster har tagits fram genom både mätning och beräkning. Kopparförlusterna beräknas enkelt fram ur lindningstemperatur och lindningsresistans samt statorström. Svårigheten har varit att bestämma de så kallade tillsatsförlusterna. Dessa har beräknats med beräkningsmetodik som finns för kända maskiner byggda på samma principer. I denna maskinen är tilsatsförlusterna i storleksordningen 397 W alltså ca 5% av totala kopparförlusterna. Detta är ett mycket rimligt värde Vidare kan man reflektera över att maskinens järnförluster vid tomgång är lägre än vid last (från 864 till 648), detta för att maskinen vid last har en lägre flödestäthet på grund av ankarreaktionen. Detta medför i sin tur att de yttre skapade tillsatsförlusterna från polerna är lägre. Belastningsförlusterna står för den större delen av makinens totala förluster vilket också är väntat då maskinen ligger på 26.67 Hz vid nominellt varvtal. Låg frekvens skapar låga järnförluster. Maskinens utvärderade verkningsgrad vid fullast uppgår till 94.9 % (beräknat 94.2%) vilket får anses som väl godkänt med tanke på maskinens storlek och varvtal. Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 33 (38)

Vidare är det intressant att betrakta maskinens verkningsgradskurva med tanke på frånvaron av magnetiseringsförluster samt tomgångsförlusternas variation med lasten. Då inga magnetiseringsförluster förekommer ökar maskinens verkningsgrad med lägre last jämfört med en konventionell maskin vilket visas i figur 35 nedan. De ökande tomgångsförlusterna ger dock en mycket brant avslutning av verkningsgradskurvan då lasten närmar sig noll. Trots detta ligger verkningsgraden över den nominella från 0,2 p.u. till 1,0 p.u. En permanentmagnetiserad generator har således en fördelaktig verkningsgrad genom hela lastspektrat framförallt på lägre laster. 97,0% Verkningsgrad med konstant varvtal och varierande last S i p.u. där 1,0 p.u. är 140 kva 96,0% 95,0% 94,0% This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB 93,0% 92,0% 91,0% 90,0% S [p.u.] 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 Figur 35 Verkningsgrad med konstant varvtal och varierande last Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 34 (38)

7 Produktkalkyl För att framåt kunna utveckla en större maskin på ca 4 MW (19 rpm) utfördes en produktkalkyl. Följande tabell visar hårdvarukostnaderna Tabell 4 Produktkalkyl över hårdvara Komponent kr Vikt kg Stator Järn, plåt 255 680 6 392 Stansverktyg Stomme 235 515 6 729 Kylning 12 480 156 Koppar (Härvor) 686 800 3 434 Flänsar (rullbana) 105 000 3 000 Tvärstag 0 0 Dragstag (eker) 13 840 346 Centrum 46 050 921 Div 287 050 1 746 Summa 1 642 415 22 724 This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB Rotor Magneter 919 000 1 838 Profil (rotorring) 299 840 7 496 Medbringare (rotationsstänger) 136 800 3 420 Centrum 22 000 440 Lager (antal och pris/st) 144 000 360 Div 273 840 759 Summa 1 795 480 14 313 Totalt hårdvara med förädling 3 437 895 37 037 kr/kw 1 074 Relativ vikt/kostnad 100% 100% Totalkostnad för hårdvara 3 437 895 kr/kw 859 För att producera en maskin av denna storleken krävs montage och konstruktion samt även projektledning. Kostnader för dessa sammanfattas i följande tabell. Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 35 (38)

Tabell 5 Produktkalkyl över tillverkningskostnader Montagekostnader Stator 782800 Uppställning av statorstomme 82400 Montage ekrar och centrum 41200 Plåtläggning 82400 Installation statorlindning inkl Testning 329600 Installation kylrör inkl ihopkopling 164800 Montage rullbana 82400 Rotor 346080 Montage rotorring 164800 Installation magneter 164800 Installation medbringare & nav 16480 Installation av aggregat 210120 Förberedelse lyft 8240 Installation lager 16480 Montage kapsling 82400 Kylanläggning + koppling mot ringrör 82400 Installation fas och nolla 20600 This document must not be copied without our written permission, and the contents thereof not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose. Contravention will be prosecuted. VG Power AB 1339000 Projekt admistration och konstruktion 257500 Med ovanstående två tabeller får man fram att kostnaden för tillverkning av denna typ av större maskin hamnar på ca 5 miljoner. Vi har inte tagit någon hänsyn till att t.ex. vid massproduktion erhåller man ett bättre volymspris, eventuella kostnadsförändringar på råvara och material, samt produktionsteknisk utveckling. Vidare beräkningar finns att tillgå i EU ansökan som bifogas i Bilaga 1. Prepared 2004-08-30 Bo Hernnäs, Tekn. expert Approved Christer Parkegren, VD Reviewed Svante Waernulf, Proj ledare Direktdriven pilotgenerator, slutrapport R 9000 004 36 (38)