WYNIKI BADAŃ LABORATORYJNYCH DWUSTOPNIOWEGO GENERATORA SYNCHRONICZNEGO O MAGNEŚNICY SWOBODNEJ

Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Nr 56 Politechniki Wrocławskiej Nr 56 Studia i Materiały Nr 24 24 Maszyny synchroniczne, wolnoobrotowe, dwustopniowe, magneśnica swobodna, magnesy trwałe Piotr ZIELIŃSKI, Konrad SCHOEPP WYNIKI BADAŃ LABORATORYJNYCH DWUSTOPNIOWEGO GENERATORA SYNCHRONICZNEGO O MAGNEŚNICY SWOBODNEJ W artykule przedstawiono zasadę działania i krótki opis konstrukcji modelu fizycznego wolnoobrotowego dwustopniowego generatora synchronicznego z magneśnicą swobodną. Generatory dwustopniowe mogą znaleźć zastosowanie jako generatory w elektrowniach wiatrowych pracujących bezpośrednio na sieć, bez potrzeby stosowania przekładni mechanicznych. Przeanalizowano zjawisko samosynchronizacji magneśnicy swobodnej w czasie rozruchu generatora, oraz wpływu parametrów uzwojeń wirnika na wartość momentu synchronizującego, wytwarzanego w wewnętrznej szczelinie magneśnicy. Załączono wyniki badań laboratoryjnych modelu generatora pracującego samotnie, przy różnych częstotliwościach, oraz na sieć sztywną. Wynika z nich, że wyposażenie drugiego stopnia maszyny w magneśnicę swobodną sprawiło dużą obniżkę zmienności napięcia generatora oraz wzrost jego sprawności. Obserwuje się wzrost mocy maksymalnej oraz sprawności ze wzrostem prędkości obrotowej. 1. WPROWADZENIE 1.1. IDEA KONSTRUKCJI DWUSTOPNIOWEGO GENERATORA W planach rozwoju energetyki rozproszonej, korzystającej z odnawialnych zasobów energii, przewiduje się dość duży udział siłowni wiatrowych. Dużym utrudnieniem przy ich budowie jest to, że prędkości obrotowe nowoczesnych, wysokowydajnych turbin wiatrowych (2-3obr/min) są około dwa rzędy niższe od standardowych prędkości konwencjonalnych turbogeneratorów elektrycznych (3 obr/min). Naj- Instytut Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych, Politechnika Wrocławska, 5-372 Wrocław, ul. Smoluchowskiego 19, E-mail: piotr.zielinski@pwr.wroc.pl, konrad.schoepp@pwr.wroc.pl

częściej problem ten jest rozwiązywany przez zastosowanie odpowiedniej przekładni mechanicznej między turbiną a generatorem. Rozwiązanie takie ma szereg wad, do których należą: duży koszt, znaczny ciężar, konieczność częstej konserwacji oraz generowanie hałasu. Dlatego bardzo intensywne są poszukiwania odpowiednich konstrukcji generatorów wolnoobrotowych, które mogłyby być napędzane bezpośrednio z wału turbiny, jednocześnie oddając energię bezpośrednio do sieci [1,2,3]. Poważną wadą konwencjonalnych konstrukcji generatorów wolnoobrotowych są ich bardzo duże średnice. Konstrukcja dwustopniowego generatora synchronicznego [4] nie ma tej wady, gdyż pozwala około dwukrotnie zmniejszyć średnicę maszyny, przy tej samej prędkości obrotowej i takiej samej częstotliwości napięcia wyjściowego. Rozwinięciem tej topologii jest dwustopniowy generator synchroniczny z magneśnicą swobodną (DGSMS) [5,6], który jest przedmiotem niniejszej publikacji. Ideę budowy i jego schemat zastępczy przedstawia rysunek 1. 1 2 3 4 5 a (1) generator (2) silnik (3) generator R 1 I wir R 2 R a I a ω L a ω L 1 ω L 2 U U i1 U i2 U ig b Rys.1. Generator dwustopniowy z magneśnicą swobodną: a przekrój, b schemat zastępczy. Fig. 1. Two-stage generator with freewheeling magnets: a cross-section, b equivalent circuit. MS

Wyposażenie drugiego stopnia generatora w magneśnicę swobodną (MS) ma na celu zmniejszenie jego dość dużej zmienności napięcia i zwiększenie sprawności. Pierwszy stopień DGSMS to wielobiegunowy generator synchroniczny, wzbudzany magnesami trwałymi (1), znajdującymi się na stojanie i wielofazowym uzwojeniem na wirniku (2). Uzwojenie to jest połączone z podobnym uzwojeniem stopnia drugiego (3) znajdującym się również na wirniku. Połączenie to jest wykonane w taki sposób, że kolejności faz poszczególnych uzwojeń wzdłuż obwodu wirnika są przeciwne. Na stojanie drugiego stopnia generatora znajduje się uzwojenie głównego twornika (4). W szczelinie między stojanem a wirnikiem znajduje się cylinder magneśnicy swobodnej (5), ułożyskowanej obrotowo na wale. Magneśnica ma magnesy trwałe zamontowane na obydwu powierzchniach cylindra i jest źródłem wzbudzenia zarówno dla twornika wewnętrznego (3) jak i twornika głównego (4). Jeśli wirnik maszyny napędzać z prędkością obrotową Ω 1 to w połączonych uzwojeniach (2) i (3) popłyną prądy. Na skutek przeciwnej kolejności faz obydwu uzwojeń prądy w uzwojeniu (3) wytworzą strumień wirujący w kierunku zgodnym z kierunkiem wirowania wirnika z prędkością Ω 1 względem niego. Zatem, wirująca synchronicznie z tym strumieniem magneśnica swobodna będzie miała prędkość Ω 2 = 2Ω 1 względem stojana. To oznacza, że w tworniku głównym (4) będzie się indukować napięcie o częstotliwości dwukrotnie większej niż by to wynikało bezpośrednio z liczby par biegunów twornika i prędkości obrotowej wirnika. Na rysunku 2 przedstawiono uproszczony (bez uwzględniania strat w rdzeniach) jednofazowy schemat poszczególnych obwodów generatora z zaznaczeniem ich funkcji, jaką w rzeczywistości spełniają w czasie pracy. Pomimo, że można w nim wyodrębnić trzy części: generator (1) zasilający silnik (2), który z kolei napędza generator główny (3), autorzy pozostają przy tradycyjnej nazwie: generator dwustopniowy, gdyż, po wprowadzeniu magneśnicy swobodnej, maszyna ma nadal dwa stopnie generatorowe. 1.2 OPIS MODELU DGSMS W Instytucie Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej został zbudowany model fizyczny generatora dwustopniowego z magneśnicą swobodną (rys.2). Został on opisany w [4]. Ponieważ wstępne badania laboratoryjne wykazały brak zdolności magneśnicy swobodnej do samosynchronizacji w czasie rozruchu generatora, wprowadzono w nim pewne poprawki konstrukcyjne. Mianowicie, aby zwiększyć moment synchronizujący magneśnicy swobodnej przy bardzo małych prędkościach obrotowych (p.p.3), zmniejszono liczbę zwojów uzwojenia 2 na wirniku tak, że uzyskano wyższą wartość stosunku U i1 /U i2 równą 1,25. Główne parametry modelu generatora zawiera tabela 1.

Tabela 1. Parametry modelu generatora Table 1. Parameters of the test generator Liczba par bieg. częstotliwość Liczba żłobków na biegun i fazę Rezystancja uzwojenia Indukcyjność uzwojenia Napięcie indukowane Wzbudzenie Moment bezwł. magneśnicy Wirnik 1 1 25Hz Wirnik 2 1 25Hz Twornik 1 5Hz 4/5 4/5 9/1 1,75Ω 1,12 Ω 2,5Ω 7,2mH 4,7mH 16.3mH 24,2V 19,3V 77.4V Magnesy NdFeB Hc=89kA/m 5,1 1-2 kg m2 Fotografie modelu generatora oraz jego głównych elementów przedstawia rysunek 2. a b Rys.2. Model generatora z magneśnicą swobodną (a), części składowe (b) Fig. 2. The test generator with freewheeling magnets (a), the main parts (b).

2. MOMENT SYNCHRONIZUJĄCY MAGNEŚNICY SWOBODNEJ Wartość momentu synchronizującego wytwarzanego między drugim stopniem wirnika a magneśnicą swobodną ma zasadnicze znaczenie dla zachowania się generatora zarówno przy rozruchu jak i pracy ustalonej. Jeśli skorzystać z uproszczonego schematu zstępczego obwodu wirnika i odpowiadającego mu wykresu wektorowego, przedstawionych na rysunku 3, to moment ten można wyrazić zależnością: T syn m = U i2 I wir cosψ (1) Ω 1 gdzie: m liczba faz, Ω 1 prędkość obrotowa wirnika, ψ - kąt między wektorami U i2 oraz I r. I wir j(ω L 1 +ω L 2 ) R 1 R 2 U i1 I wir (R 1 +R 2 ) I wir U i2 ω L 1 ω L 2 δ ψ I wir U i1 U i2 a b Rys.3. Uproszczony obwód wirnika - (a) oraz odpowiadający mu wykres wektorowy - (b). Fig. 3. Electric circuit of the LSSGFM rotor - (a), and the corresponding vector diagram - (b). Wyrażenie to można rozwinąć do postaci: T syn mu = Ω i2 U i1 X sinδ + R ( U i1 cosδ U i2 ) 2 2 1 R + X (2) gdzie: R = R 1 +R 2 ; X = ω (L 1 +L 2 ), Ω 1 =2πf 1 /p 1 Kąt δ jest to, wypadkowy dla obydwu stopni wirnika, kąt mocy. Może on być zdefiniowany jako kąt elektryczny, o który jest przesunięta, pod wpływem obciążenia zewnętrznego, oś magneśnicy swobodnej, względem osi magneśnicy stopnia pierwszego. Rysunek 4 przedstawia krzywe T syn =f(δ), obliczone przez podstawienie do (2) rzeczywistych parametrów generatora, przy kilku wartościach prędkości obrotowej wirnika. Jak widać wartości maksymalne momentu synchronizującego, uzyskane przy poszczególnych prędkościach, dość znacznie się różnią. Jest to spowodowane dużym

udziałem rezystancji w obwodzie wirnika badanego modelu w stosunku do jego reaktancji. Szczególnie wyraźnie to widać na rysunku 5, przedstawiającym zależność momentu maksymalnego od częstotliwości obliczoną dla dwóch wartości rezystancji wirnika. 3 45obr/min (75Hz) Tsyn [Nm]. 2 3 obr/min (5Hz) 1 15 obr/min (25Hz) 75 obr/min (12,5Hz) -3 3 6 9 12 Kąt mocy [deg] Rys.4. Moment synchronizujący w funkcji kąta mocy, przy różnych wartościach prędkości obrotowej. Fig. 4. Synchronizing torque versus power angle at various values of the rotor speed. 5 Moment maks.[nm] 4 3 2 1 T2 T1 a b 25Hz 5 1 15 2 (15obr/min) Częstotliw ość wirnika [Hz] Rys.5. Moment maksymalny w funkcji częstotliwości wirnika: a - dla R=R 1 +R 2, b - dla,5r. Fig. 5. Maximum torque versus rotor frequency at: R=R 1 +R 2, and,5r

Krzywa a została wyznaczona dla rzeczywistej wartości rezystancji uzwojeń wirnika, a krzywa b przy połowie tej wartości. Jak widać, przy znamionowej częstotliwości wirnika 25 Hz, uzyskiwana wartość momentu maksymalnego (T1) jest bardzo mała. Obniżenie wartości rezystancji obwodu wirnika o połowę zwiększa tę wartość ponad dwukrotnie (T2). Należy zauważyć, że przy ustalonej pracy generatora, wartość maksymalna momentu synchronizującego przy danej prędkości stanowi swoiste wąskie gardło, gdyż limituje maksymalną moc obciążenia generatora. Moc ta nie może, bez utraty przez magneśnicę synchronizmu, przekroczyć wartości wyrażonej wzorem: P = T Ω (3) max Dlatego na etapie projektowania generatora należy się starać by stosunek R/X obwodu wirnika był możliwie najmniejszy. Badany model generatora jest pierwszym modelem maszyny budowanej według tej nowej topologii i problem uzyskania możliwie małego stosunku R/X nie był wystarczająco doceniany przy jego projektowaniu. W geometrii modelu znajdują się rezerwy pozwalające na obniżenie rezystancji o ok. 25%. Poza tym należy on do maszyn małych, które zazwyczaj charakteryzują się dużymi wartościami stosunku R/X. max 2 3. ROZRUCH GENERATORA SAMOSYNCHRONIZACJA MAGNEŚNICY SWOBODNEJ Rozruch generatora to proces wzrostu prędkości obrotowej wirnika pod wpływem zewnętrznego momentu napędowego, od stanu spoczynku do stanu, w którym magneśnica swobodna osiąga podwójną prędkość i zaczyna wirować synchronicznie ze strumieniem wytwarzanym przez prądy wirnika. Oczywiście, synchronizacja magneśnicy powinna się odbywać samorzutnie, bez konieczności stosowania dodatkowych środków wspomagających. Wyniki symulacji komputerowej rozruchu generatora (przykładowy przedstawiono na rysunku 6) wykazały, że aby rozruch zakończył się wciągnięciem magneśnicy w synchronizm z wirującym strumieniem wirnika, cały proces samosynchronizacji musi być zakończony praktycznie przy obrocie wirnika o kąt odpowiadający dwóm podziałkom biegunowym, czyli przy bardzo małych prędkościach. Jest to jest szczególnie niekorzystne, gdyż niewielki moment generowany przy małej prędkości wirnika może nie być wystarczający do pokonania momentu bezwładności magneśnicy i wciągnięcia jej do synchronicznego biegu. Taki właśnie przypadek miał miejsce przy pierwszej wersji uzwojeń zbudowanego modelu. Wprowadzone, na podstawie symulacji procesu rozruchu, poprawki konstrukcyjne, polegające na zmianie liczby zwojów uzwojenia wirnika prowadzącej do zwiększeniu stosunku U i1 /U i2 do wartości 1,25, pozwoliły uzyskać niezawodny rozruch[5].

1,5 Napięcie w irnika 1. (V) t(s) a b -1,5,2,1 -,1 -,2 Prądy fazowe wirnika (A) t(s) 1 2 3 4 5 4 Kąt mocy(deg) c 2-2 1 2 3 4 5 t(s) 3 2 1 (obr/min) n wirnika n magneśnicy d t(s) 1 2 3 4 5-1 Rys.6. Samosynchronizacja magneśnicy swobodnej. Przebiegi napięcia wirnika (a), prądów wirnika (b), kąta mocy (c), prędkości obrotowej wirnika i magneśnicy (d) Fig.6. Auto-synchronizing of freewheeling magnets. Rotor voltage (a), load angle (b), rotor currents (c), speed of the rotor and of the magnets (d). 4. PRACA SAMOTNA GENERATORA PRZY OBCIĄŻENIU CZYNNYM Celem sprawdzenia wpływu magneśnicy swobodnej na zmienność napięcia wyznaczone zostały charakterystyki zewnętrzne generatora przy obciążeniu czynnym. Zostały one wyznaczone przy prędkościach wirnika 15, 225 i 3 obr/min, odpowiadających częstotliwości napięcia wyjściowego odpowiednio: 5, 75 oraz 1Hz. Po rozruchu generatora i uzyskaniu odpowiedniej prędkości, był on obciążany odbiorni-

kiem rezystancyjnym w zakresie od zera aż do wypadnięcia magneśnicy swobodnej z synchronizmu. Rysunek 7 przedstawia charakterystyki zewnętrzne wyznaczone w trakcie pomiarów. 3 3obr/min (1 Hz) Napięcie generatora [V] 25 2 15 1 5 225obr/min (75 Hz) 15obr/min (5 Hz),5 1 1,5 Prąd tw ornika [A] 2 Rys.7. Charakterystyki zewnętrzne generatora przy for cosf=1., dla różnych prędkości obrotowych. Fig. 7. Load characteristics for cosf=1., for various speeds. Jak widać, wszystkie charakterystyki mają przebieg prostoliniowy, co świadczy o braku nasycenia obwodu magnetycznego. Zwraca uwagę bardzo mała zmienność napięcia, co dowodzi, że zastosowanie magneśnicy swobodnej spełniło zadanie. Jednak generalnie, uzyskana maksymalna wartość mocy zwłaszcza przy prędkości znamionowej - jest stosunkowo mała, co jest wynikiem dużego stosunku R/X w obwodzie wirnika. Punkty poszczególnych charakterystyk odpowiadające maksymalnej mocy leżą w przybliżeniu na linii prostej. Potwierdza to wynik obliczeń przedstawiony na wykresie na rysunku 5 (krzywa a). Widać tu, że w interesującym nas zakresie (15-3obr/min), występuje silna, niemal liniowa zależność momentu maksymalnego od prędkości obrotowej wirnika. To z kolei oznacza, że moc maksymalna generatora we wspomnianym przedziale jest w przybliżeniu proporcjonalna do kwadratu prędkości wirnika. Ta obserwacja jest interesująca ze względu na inne możliwe zastosowania zasady maszyny dwustopniowej, np. generatory o wysokiej częstotliwości czy bezdotykowe przekładnie współosiowe. Rysunek 8 przedstawia przebiegi sprawności, odpowiadające charakterystykom zewnętrznym. Maksymalna wartość sprawności przy najniższej częstotliwości wynosząca,78 nie jest zbyt wysoka, lecz mieści się w granicach akceptowalnych dla ma-

szyn małej mocy, jaką jest badany model. Generator wykazuje wyraźnie wyższą sprawność przy wyższej częstotliwości. Jest to spowodowane malejącym udziałem strat w miedzi wirnika. 1,8 1 2 3 Sprawność,6,4,2 1-15 obr/min (5Hz) 2-225 obr/min (75Hz) 3-3 obr/min (1Hz) 2 4 6 8 Moc oddawana [W] Rys.8. Sprawność generatora w funkcji mocy oddawanej przy różnych prędkościach i przy cosf=1. Fig. 8. The generator efficiency versus output power at different rotor speeds and cosf=1. 5. PRACA GENERATORA NA SIEĆ SZTYWNĄ 5.1. SYNCHRONIZACJA Współpracę generatora z siecią sztywną (U=const, f=const) badano w układzie jak na rysunku 9. Jako napęd generatora służył silnik bocznikowy prądu stałego. Każdorazowe przyłączenie generatora do sieci (zamknięcie wyłącznika W) było poprzedzane standardową procedurą synchronizacyjną. Aby chronić magnesy trwałe generatora przed rozmagnesowaniem dużym przepływem twornika, jaki mógłby wystąpić na skutek nieudanej synchronizacji, lub przy wypadnięciu maszyny z synchronizmu w trakcie badań, w obwód między generatorem a siecią włączono dławik L d. Niezbędną w trakcie pomiarów stałość wartości napięcia utrzymywano za pomocą autotransformatora Atr.

U s =const f=5hz U zasil. M U ig G R a L a W L d Atr Rys.9. Układ do badań generatora pracującego na sieć sztywną. Fig. 9. Connection of the generator to the mains. 5.2. OBCIĄZENIE GENERATORA W trakcie badań, obciążano generator zwiększając moment obrotowy silnika napędowego, utrzymując stałą wartość napięcia na zaciskach generatora. Wyniki badań przedstawiono w postaci charakterystyk na rysunkach 1-12. Prąd twornika I [A] 1,4 1,2 1,8,6,4,2 (3) (1) (2) 5 1 15 2 Moc czynna P [W] Rys.1. Prąd twornika w funkcji mocy czynnej przy stałym napięciu sieci: (1) -78V, (2) -76V, (3) - 8V. Fig. 1. Armature current versus output power at constant grid voltage: (1) -78V, (2) -76V, (3) - 8V. Ze względu na zastosowanie do wzbudzenia generatora magnesów trwałych nie ma możliwości regulacji mocy biernej wymienianej między generatorem a siecią. Przy stałej wartości napięcia źródłowego (U ig ), o wartości i charakterze mocy biernej decyduje wartość napięcia sieci (U s ). Zbadano trzy przypadki: (1) U ig = U s = 78V (2) U ig > U s = 76V (3) U ig < U s = 8V.

Współczynnik mocy 1,2 1,,8,6,4,2 (2) (1) (3), 5 1 15 2 Moc czynna P [W] Rys.11. Współczynnik mocy generatora przy stałym napięciu sieci: (1) -78V, (2) -76V, (3) - 8V. Fig.11. Power factor at constant grid voltage: (1) -78V, (2) -76V, (3) -8V. Moc bierna Q [Var] 3 25 2 15 1 5-5 -1-15 (3) (2) (1) 5 1 15 2 Moc czynna P [W[ Rys.12. Moc bierna w funkcji mocy czynnej przy stałym napięciu sieci: (1)-78V, (2)-76V, (3)- 8V. Fig. 12. Reactive power versus output power at constant grid voltage: (1)-78V, (2)-76V, (3)- 8V. Generator był obciążany aż do wypadnięcia z synchronizmu. Przy czym utrata synchronizmu może być spowodowana zarówno przez przekroczenie przez moment obciążenia wartości momentu maksymalnego części silnikowej maszyny, tak jak to ma

miejsce przy pracy samotnej (p.p.3), lub w jej części generatorowej (w zależności od tego, który z tych momentów jest mniejszy). W pierwszym przypadku oś magneśnicy opóźnia się względem osi strumienia wirnika, a w drugim, wyprzedza oś strumienia twornika głównego, o kąt większy od 9 o. Aby wykorzystanie obydwu stopni DGSMS było pełne, należy je tak zaprojektować by ich momenty maksymalne były mniej więcej równe. Należy zauważyć, że stosunkowo niewielkie różnice napięcia sieci powodują dość znaczne zmiany wartości mocy biernej pobieranej z sieci, co ma bezpośredni związek z małą reaktancją synchroniczną i małą zmiennością napięcia generatora (rys.7). Jak można wywnioskować z zestawienia charakterystyk na rysunkach 1-12, do utrzymania stałego współczynnika mocy cosf=1 w zakresie od zera do mocy maksymalnej potrzebne są zmiany napięcia sieci w granicach 3%. Można tego dokonywać za pomocą autotransformatora blokowego lub dławika regulowanego, włączonego między siecią a generatorem. Podobny efekt można osiągnąć przy stałym napięciu sieci, regulując napięcie źródłowe generatora, np. przez odpowiednią zmianę poosiowej pozycji magneśnicy swobodnej względem stojana za pomocą przewidzianego w tym celu siłownika. 6. PODSUMOWANIE Wprowadzona w modelu zmiana zwojności uzwojeń wirnika dająca w wyniku zwiększenie stosunku U i1 /U i2 do wartości 1,25 dała oczekiwany rezultat: magneśnica swobodna, przy każdej próbie rozruchu, samoczynnie osiągała synchronizm. Przeprowadzone badania wykazały celowość wprowadzenia magneśnicy swobodnej - znacznie zmniejszyła się zmienność napięcia oraz wzrosła sprawność generatora DSGMS w porównaniu ze zwykłym generatorem dwustopniowym. Charakterystyki zewnętrzne DGSMS mają kształt typowych charakterystyk zwykłych generatorów synchronicznych wzbudzanych magnesami trwałymi. Przyczyną stosunkowo małej wartości maksymalnego momentu silnikowego stopnia DSGMS, co było w trakcie badań powodem zbyt wczesnego wypadania magneśnicy z synchronizmu, jest zbyt duża rezystancja obwodu wirnika. Wpływ tego parametru na wartość momentu maleje wraz ze wzrostem prędkości (częstotliwości prądów wirnika). Zaobserwowano, że w badanym przedziale prędkości obrotowych (15-3 obr/min),moment maksymalny jest niemal proporcjonalny do prędkości, a moc maksymalna generatora - do kwadratu prędkości.

LITERATURA [1] LANPOLA P., Directly driven, Low-speed Permanent-Magnet Generators for Wind Power Application, D.Sc. Thesis, Acta Polytechnica Scandinavica, Electrical Engineering Series No. 11, Espoo 2. [2] CHALMERS B.J., SPOONER E., An axial-flux permanent magnet generator for a gearless wind energy system. IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol.14, No. 2, June 1999, pp.251-257. [3] ZIELIŃSKI P., SCHOEPP K., Prądnice synchroniczne o magnesach trwałych z rozszczepionymi biegunami., Prace Naukowe IMiNE Pol. Wr. Nr46, seria Monografie Nr 12, 1999 Wrocław, Wyd. PWr. [4] SCHOEPP K., ZIELIŃSKI P., Two-stage synchronous generator. Proc. of International Conference on Electrical Machines ICEM 2, Espoo- Finland, September 2,Vol. 3, 1227-1231. [5] SCHOEPP K., ZIELIŃSKI P., Wolnoobrotowy, dwustopniowy generator synchroniczny z magneśnicą swobodną, Prace Naukowe IMNiPE Pol. Wr. Studia i Materiały Nr 23, Wrocław 23, Wyd. PWr, s.3-14. [6] SCHOEPP K., ZIELIŃSKI P., Low-speed synchronous generator with freewheeling magnets. Proc. of International Conference on Electrical Machines ICEM 24, Kraków- Poland, September 24,Paper No. 138. RESULTS OF TESTING OF THE TWO-STAGE SYNCHRONOUS GENERATOR WITH FREEWHEELING MAGNETS The paper gives the principle of operation and a brief description of construction of the test model of the two-stage synchronous generator with freewheeling magnets. Due to a doubled output voltage frequency, the two-stage generator may be considered for application as a directly driven low-speed alternator for the grid-connected wind-power plants. A small 15 rpm laboratory model of the generator was tested. The auto-synchronizing of the freewheeling magnets, during the generator starting, was simulated and tested practically - some factors improving infallibility of that process are indicated. The results of the generator load tests, at lonely operation and when connected to the grid, show improvement in machine voltage regulation and efficiency. An inner pull-out torque of the magnets was found not satisfactory. The analysis shows that a high value of resistance-to-reactance ratio of the rotor windings (typical of small, permanent magnet excited machines) is accountable for it. It was observed that the pull-out torque, within investigated speed region (15-3rpm), is almost linearly proportional to the speed, thus the pull-out power is proportional to the square of the generator speed.