Sähkögeneraattorien oppimis- ja ominaisuuksien tutkimisympäristö

Abstract

Kemi-Tornion ammattikorkeakoulu, Tekniikan ala Koulutusohjelma Sähkötekniikka Opinnäytetyön tekijä Aki Pränni Opinnäytetyön nimi Sähkögeneraattorien oppimis- ja ominaisuuksien tutkimisympäristö Työn laji Opinnäytetyö päiväys 13.12.2011 sivumäärä 54 + 17 liitesivua Opinnäytetyön ohjaaja DI Jaakko Etto Yritys Kemi-Tornion ammattikorkeakoulu Yrityksen yhteyshenkilö/valvoja DI Jaakko Etto

Työn lähtökohtana oli Kemi-Tornion ammattikorkeakoulun sähkölaboratorioiden kehittämishanke, jonka tarkoituksena on täydentää opetuskalustoa mm. sähkögeneraattoreiden ominaisuuksien oppimis- ja tutkimisympäristöllä. Tehtävänä oli opetuskäyttöön hankittavien tuuli-, vesi-, bensiini- ja dieselgeneraattoreiden tutkimisympäristöjen selvittely ja suunnittelu.

Työn alkuvaiheessa tutkittiin teoreettisesti alan kirjallisuuden pohjalta työn kannalta tärkeimpiä vaihtosähkökoneiden ominaisuuksia, tuulivoimalan ja vesivoimalan rakennetta sekä taajuusmuuttajaa. Seuraavaksi selvitettiin voimantuotantolaitteiden verkkoonliittyminen ja sähköverkon suojaus. Tämän jälkeen valittiin opetuskäyttöön soveltuvat laitteet. Laboratorioon tulevien pienvoimaloiden oppimis- ja tutkimisympäristöjen generaattoreita pyöritetään taajuusmuuttaja ohjatulla sähkömoottorilla. Pyörityksellä on tarkoitus simuloida eri tuulen nopeuksia vastaavia pyörimisnopeuksia. Koulun katolle tai läheisyyteen asennetetaan samanlaiset pientuulivoimalat kuin laboratorioon. Näin voidaan tutkia pientuulivoimalan toimintaa oikeissa olosuhteissa ja laboratoriossa.

Oppimisympäristöillä on tarkoitus antaa opiskelijoille realistinen käsitys erilaisien sähkögeneraattoreiden toiminnasta erilaisissa kuormitus tilanteissa sekä sähkögeneraattorien suojauksesta, säädöstä ja kytkemisestä sähköverkkoon nykypäivän tekniikalla.

Pienvoimalaitosten ja varavoimageneraattoreiden varsinainen hankintasuunnitelma kilpailutuksineen tulee ajankohtaiseksi myöhempänä ajankohtana, ja sen laatiminen sekä sekä osa tulevista pienvoimalaitoksista rajataan työn ulkopuolelle samankaltaisuuden vuoksi. Työn tuloksena luodun suunnitelman on tarkoitus toimia esisuunnitelmana testauslaitteistoja ostettaessa.

Asiasanat: tuulivoima, tahtikone, taajuusmuuttaja, hajautettu sähköntuotanto, generaattori

ABSTRACT Kemi-Tornio University of Applied Sciences, Technology Degree Programme Electrical Engineering Name Aki Pränni Title Electric generators learning and qualities environment Type of Study Bachelor’s Thesis Date 13 December 2011 Pages 54 + 17 appendices Instructor Jaakko Etto, MSc (El.Eng) Company Kemi-Tornio University of Applied Sciences ContactPerson/Supervisor from Company Jaakko Etto, MSc (El.Eng)

The basis of this was to improve the electrical laboratories in Kemi-Tornio University of Applied Sciences by reinforcing educational equipment with a research and learning environment of electric generators. The main task was to explore and design wind, hydro, gasoline, and diesel generators for the research environment.

The generators will be rotated by inverter controlled electric motors. The rotating simulates the different wind speeds corresponding to rotational speeds. In the future, wind turbines will be installed in the laboratory. The plan is to mount turbines on the school roof or somewhere near the school. With these assemblies it is possible to do some research in laboratory circumstances or in their real environment.

The learning environment is designed to give students a realistic view of various types of electric power operations in different load situations and also something of the protection of electric generators and how to connect the generators to the power grid using today's technology.

The goals set in the study were met. An acquirement plan of small power plant generators was made. The competitive bidding will take place later. The competitive bidding was not included in the study. A more precise technical definition of similar small power plants was left out. As a result, the created plan is to be used as a pre-engineering test equipment for the purchase.

Keywords: wind turbine, synchronous machine, frequency converters, distributed generation, generator.