Η αιολική ενέργεια έχει γίνει ο ακρογωνιαίος λίθος του παγκόσμιου μείγματος ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, με τους στρόβιλους να κλιμακώνονται σε χωρητικότητα πολλών μεγαβάτ και τις διαμέτρους του ρότορα να ξεπερνούν τα 150 μέτρα. Μέσα σε κάθε ατράκτο ανεμογεννήτριας βρίσκεται μια γεννήτρια -συχνά μια γεννήτρια επαγωγής διπλής τροφοδοσίας (DFIG) ή μια σύγχρονη γεννήτρια μόνιμου μαγνήτη άμεσης μετάδοσης κίνησης - της οποίας ο στάτορας είναι ένα μνημείο ηλεκτρομηχανολογίας. Η περιέλιξη στάτορα για αυτές τις τεράστιες γεννήτριες είναι μια τρομερή κατασκευαστική πρόκληση, που απαιτεί μηχανές περιέλιξης στάτορα βαρέως τύπου που μπορούν να χειριστούν χάλκινους αγωγούς μεγάλης διατομής, στοίβες πυρήνων πολλών τόνων και τα μέγιστα πρότυπα αξιοπιστίας. Αυτό το άρθρο βουτά στον κόσμο του εξοπλισμού περιέλιξης στάτορα ανεμογεννητριών και πώς διασφαλίζει ότι αυτοί οι γίγαντες της πράσινης ενέργειας λειτουργούν άψογα για δεκαετίες.
Σε αντίθεση με τους μικρούς κινητήρες, οι στάτορες γεννητριών ανεμογεννητριών χρησιμοποιούν διαμορφωμένα πηνία ή ράβδους Roebel κατασκευασμένες από πολλαπλούς κλώνους ορθογώνιου αγωγού χαλκού, μονωμένους με ταινίες με βάση τη μαρμαρυγία και συστήματα ρητίνης. Ωστόσο, σε ορισμένες γεννήτριες μεσαίας κλίμακας και DFIG, οι κατανεμημένες περιελίξεις με τυχαία περιέλιξη που χρησιμοποιούν στρογγυλό ή ορθογώνιο μαγνητικό σύρμα εξακολουθούν να είναι κοινές. Το μηχάνημα περιέλιξης στάτορα για αυτές τις εφαρμογές είναι ένα ειδικά κατασκευασμένο σύστημα τύπου σκελετού ή περιστρεφόμενου πικάπ που εισάγει προδιαμορφωμένα πηνία ή τα τυλίγει απευθείας στις υποδοχές του πυρήνα.
Για την άμεση εισαγωγή πηνίου, το μηχάνημα χρησιμοποιεί υδραυλικούς ή σερβοηλεκτρικούς ενεργοποιητές για να ωθήσει πηνία στις υποδοχές του στάτη. Οι επενδύσεις των σχισμών και τα διαχωριστικά είναι προεγκατεστημένα και η μηχανή περιελίξεως οδηγεί προσεκτικά τα πόδια του πηνίου στη θέση τους χωρίς να καταστρέφει τη μόνωση. Στη συνέχεια εισάγονται σφήνες για να στερεωθούν τα πηνία. Αυτή η διαδικασία απαιτεί υψηλό βαθμό συντονισμού και ελέγχου δύναμης. Οι σύγχρονες μηχανές περιέλιξης στάτη χρησιμοποιούν μετατροπείς πίεσης και ευθυγράμμιση λέιζερ για να εξασφαλίσουν ότι τα πηνία έχουν τοποθετηθεί σωστά. Ένα πηνίο που δεν έχει εισαχθεί πλήρως οδηγεί σε θύλακες αέρα, μερική εκφόρτιση και τελική αστοχία μόνωσης—ένας απαράδεκτος κίνδυνος σε ένα αυλάκι 100 μέτρα πάνω από το έδαφος.
Για συνεχή περιέλιξη του σύρματος στον στάτορα, το μηχάνημα μπορεί να χρησιμοποιήσει έναν μεγάλο περιστρεφόμενο βραχίονα που τροφοδοτεί το σύρμα καθώς ο στάτορας ευρετηριάζεται. Επειδή οι πυρήνες μπορούν να ζυγίζουν αρκετούς τόνους, η μηχανή περιέλιξης του στάτορα πρέπει να έχει μια τεράστια, άκαμπτη βάση και ρουλεμάν ακριβείας που να μπορούν να περιστρέφουν ομαλά το τεμάχιο εργασίας. Η τάση περιέλιξης για το σύρμα βαρέως μετρητή πρέπει να είναι αρκετά υψηλή ώστε να παράγει ένα πυκνό πηνίο αλλά να ελέγχεται ακριβώς για να αποφεύγεται η καταπόνηση της μόνωσης.
Οι γεννήτριες ανεμογεννητριών λειτουργούν σε μέση τάση (συνήθως 690V έως 3300V) και τα συστήματα που συνδέονται με το δίκτυο υπόκεινται σε αιχμές τάσης από τη μεταγωγή του μετατροπέα και τους κεραυνούς. Ο ρόλος της μηχανής περιέλιξης στάτορα στη διατήρηση της ακεραιότητας της μόνωσης δεν μπορεί να υπερεκτιμηθεί. Καθ' όλη τη διάρκεια της διαδικασίας περιέλιξης, πρέπει να αποφεύγει τυχόν εγκοπές, εκδορές ή τσακίσματα στη μόνωση της στροφής. Ορισμένα μηχανήματα είναι εξοπλισμένα με συνεχή παρακολούθηση μόνωσης, εφαρμόζοντας δοκιμή DC χαμηλής τάσης κατά την περιέλιξη για να ανιχνεύσουν τυχόν παραβίαση τη στιγμή που συμβαίνει. Εάν εντοπιστεί σφάλμα, το μηχάνημα σταματά αμέσως, επιτρέποντας στον χειριστή της περιέλιξης να επισκευάσει τη μόνωση πριν το πηνίο εισαχθεί πλήρως.
Ο σχηματισμός ακραίων περιελίξεων και το δέσιμο των πηνίων στους δακτυλίους στήριξης είναι επίσης κρίσιμα βήματα. Οι σύγχρονες μηχανές περιέλιξης ενσωματώνουν αυτοματοποιημένους σταθμούς κορδονιών που χρησιμοποιούν κορδόνι από πολυεστέρα ή υαλοβάμβακα για να δένουν σφιχτά τις προεκτάσεις του πηνίου, αποτρέποντας την κίνηση που προκαλείται από ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις κατά τη λειτουργία της γεννήτριας. Αυτές οι δυνάμεις μπορεί να είναι τεράστιες κατά τη διάρκεια σφαλμάτων του πλέγματος, επομένως το σχέδιο και η τάση κορδονιών ελέγχονται προσεκτικά.
Σε εφαρμογές υπεράκτιων αιολικών, οι γεννήτριες PM απευθείας μετάδοσης ευνοούνται για τη χαμηλή συντήρησή τους, καθώς εξαλείφουν το κιβώτιο ταχυτήτων. Οι στάτορες τους έχουν πολύ μεγάλη διάμετρο (αρκετά μέτρα) και υψηλό αριθμό πόλων. Η περιέλιξη στάτορα για μια γεννήτρια PM απευθείας μετάδοσης κίνησης περιλαμβάνει συχνά την περιέλιξη μεμονωμένων, τμηματοποιημένων δοντιών χρησιμοποιώντας μια μηχανή περιέλιξης βελόνας και στη συνέχεια τη συναρμολόγηση των δοντιών σε έναν δακτύλιο. Αυτή η τμηματοποιημένη προσέγγιση επιτρέπει υψηλό γέμισμα θυρίδων και ευκολότερο χειρισμό. Η μηχανή περιέλιξης στάτορα που χρησιμοποιείται για κάθε τμήμα είναι μια εξειδικευμένη περιέλιξη βελόνας που μπορεί να φιλοξενήσει μήκος δοντιού μεγαλύτερο από ένα μέτρο, με συρμάτινο οδηγό που τηλεσκοπεί και ανασύρεται με ακρίβεια. Το μηχάνημα διασφαλίζει ότι κάθε ογκώδες δόντι λαμβάνει την ίδια θέση περιέλιξης, η οποία είναι ζωτικής σημασίας για τη μαγνητική ισορροπία της γεννήτριας.
Η χειροκίνητη περιέλιξη μεγάλων πηνίων στάτορα είναι εργονομικά επικίνδυνη και ασυνεπής. Οι μηχανές περιέλιξης στάτορα βαρέως τύπου αυτοματοποιούν τις πιο απαιτητικές εργασίες, όπως η ανύψωση και η εισαγωγή πηνίων, το κόψιμο της μόνωσης και η εφαρμογή σφηνών. Τα συνεργατικά ρομπότ (cobots) εργάζονται όλο και περισσότερο παράλληλα με αυτά τα μηχανήματα, χειριζόμενοι εργασίες όπως η καθοδήγηση καλωδίων και ο χειρισμός υλικών. Τα συστήματα ελέγχου του μηχανήματος περιλαμβάνουν κλειδώματα ασφαλείας και ελαφριές κουρτίνες για την προστασία των χειριστών από κινούμενα μέρη, πληρώντας τα αυστηρά πρότυπα ασφαλείας της βιομηχανικής κατασκευής.
Η μηχανή περιελίξεως στάτορα βαρέως τύπου για γεννήτριες ανεμογεννητριών συνδυάζει την ωμή δύναμη με τη λεπτή ακρίβεια. Διαχειρίζεται αξιόπιστα τεράστιους χάλκινους αγωγούς, προστατεύει τη μόνωση υψηλής τάσης και συμβάλλει στην άψογη λειτουργία των ανεμογεννητριών που πρέπει να παράγουν ισχύ για 20 χρόνια ή περισσότερο με ελάχιστη παρέμβαση. Καθώς η αιολική ενέργεια συνεχίζει την εκθετική ανάπτυξή της, οι μηχανές που τυλίγουν τις καρδιές αυτών των γεννητριών θα παραμείνουν κρίσιμος κρίκος στην βιώσιμη ενεργειακή αλυσίδα, διασφαλίζοντας ότι η υπόσχεση για καθαρή ενέργεια εκπληρώνεται με κάθε περιστροφή των πτερυγίων.
