Ветроэнергетика стала краеугольным камнем глобальной возобновляемой энергетики: мощность турбин достигает нескольких мегаватт, а диаметр роторов превышает 150 метров. Внутри каждой гондолы ветряной турбины находится генератор — часто асинхронный генератор с двойным питанием (DFIG) или синхронный генератор с постоянными магнитами с прямым приводом — чей статор является памятником электромеханической техники. Обмотка статора для этих массивных генераторов представляет собой сложную производственную задачу, требующую мощных станков для обмотки статора, которые могут работать с медными проводниками большого сечения, многотонными пакетами сердечников и соответствовать высочайшим стандартам надежности. Эта статья посвящена миру обмоточного оборудования статоров ветряных турбин и тому, как оно обеспечивает безупречную работу этих гигантов зеленой энергетики в течение десятилетий.

В отличие от небольших двигателей, в статорах генераторов ветряных турбин используются сформированные катушки или стержни Ребеля, изготовленные из нескольких жил прямоугольного медного проводника, изолированные лентами на основе слюды и смолами. Однако в некоторых генераторах среднего класса и DFIG все еще распространены распределенные обмотки с произвольной намоткой, в которых используется круглый или прямоугольный магнитный провод. Станок для обмотки статора для этих применений представляет собой специально созданную портальную систему или систему с вращающимся поворотным столом, которая вставляет предварительно сформированные катушки или наматывает их непосредственно в пазы сердечника.

Для прямой установки катушек машина использует гидравлические или сервоэлектрические приводы, чтобы вставлять катушки в пазы статора. Вкладыши пазов и сепараторы предварительно установлены, а намоточная машина аккуратно направляет ножки катушки на место, не повреждая изоляцию. Затем вбиваются клинья для фиксации катушек. Этот процесс требует высокой степени координации и контроля сил; В современных машинах для намотки статора используются датчики давления и лазерное выравнивание, чтобы обеспечить правильную посадку катушек. Катушка, которая вставлена ​​не полностью, приводит к образованию воздушных карманов, частичному разряду и возможному повреждению изоляции — неприемлемый риск для гондолы на высоте 100 метров над землей.

Для непрерывной намотки проволоки в статор машина может использовать большой вращающийся рычаг, который подает проволоку по мере перемещения статора. Поскольку сердечники могут весить несколько тонн, статорная намоточная машина должна иметь массивное, жесткое основание и прецизионные подшипники, способные плавно вращать заготовку. Натяжение обмотки провода большого сечения должно быть достаточно высоким, чтобы получить плотную катушку, но при этом точно контролироваться, чтобы избежать деформации изоляции.

Генераторы ветряных турбин работают при среднем напряжении (обычно от 690 В до 3300 В), а системы, подключенные к сети, подвержены скачкам напряжения из-за переключения преобразователя и ударов молнии. Роль обмотки статора в сохранении целостности изоляции невозможно переоценить. На протяжении всего процесса намотки следует избегать каких-либо зазубрин, потертостей или перегибов изоляции витков. Некоторые машины оснащены системой непрерывного контроля изоляции, применяющей испытание постоянным током низкого напряжения во время обмотки для обнаружения любого нарушения в момент его возникновения. При обнаружении неисправности машина немедленно останавливается, позволяя оператору намотки восстановить изоляцию до того, как катушка будет полностью вставлена.

Формирование концевых обмоток и привязка катушек к опорным кольцам также являются важными этапами. Современные намоточные машины оснащены автоматизированными станциями шнуровки, в которых используется шнур из полиэстера или стекловолокна для плотного связывания удлинителей катушки, предотвращая движение, вызванное электромагнитными силами во время работы генератора. Эти силы могут быть огромными во время сбоев в сети, поэтому рисунок шнуровки и натяжение тщательно контролируются.

В морских ветроэнергетических установках предпочтение отдается генераторам с постоянными магнитами с прямым приводом, поскольку они требуют минимального обслуживания, поскольку в них отсутствует редуктор. Их статоры имеют очень большой диаметр (несколько метров) и большое количество полюсов. Обмотка статора для генератора с постоянными магнитами с прямым приводом часто включает в себя намотку отдельных сегментированных зубцов с помощью игольчатой ​​намоточной машины, а затем сборку зубцов в кольцо. Такой сегментированный подход обеспечивает высокую загрузку слотов и упрощает обработку. Машина для намотки статора, используемая для каждого сегмента, представляет собой специализированную игольчатую намоточную машину, способную вместить зуб длиной более метра, с направляющей для проволоки, которая точно выдвигается и втягивается. Машина гарантирует, что каждый массивный зуб получит одинаковое расположение обмотки, что имеет решающее значение для магнитного баланса генератора.

Наматывать большие катушки статора вручную эргономически опасно и нецелесообразно. Мощные машины для намотки статора автоматизируют самые трудные с физической точки зрения задачи, такие как подъем и установка катушек, обрезка изоляции и установка клиньев. Коллаборативные роботы (коботы) все чаще работают вместе с этими машинами, выполняя такие задачи, как прокладка проволоки и погрузочно-разгрузочные работы. Системы управления машиной включают защитные блокировки и световые завесы для защиты операторов от движущихся частей, что соответствует строгим стандартам безопасности промышленного производства.

Мощная машина для намотки статора для ветряных турбин сочетает в себе грубую силу и деликатную точность. Он надежно обрабатывает массивные медные проводники, защищает высоковольтную изоляцию и способствует безотказной работе ветряных турбин, которые должны вырабатывать электроэнергию в течение 20 и более лет при минимальном вмешательстве. Поскольку ветроэнергетика продолжает экспоненциальный рост, машины, которые заводят сердцевину этих генераторов, останутся важнейшим звеном в устойчивой энергетической цепи, гарантируя, что обещание чистой энергии будет выполняться при каждом вращении лопастей.