Design of a High-speed Permanent Magnet Synchronous Generator for a Wind Turbine
Mukhtar, Syed Danish (2022)
Mukhtar, Syed Danish
2022
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2022052512071
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2022052512071
Tiivistelmä
Tämä opinnäytetyö keskittyy HSPMSG:n (High-Speed Permanent Magnet Synchronous Generator) tuottaman suoritustehokkuuden parantamiseen harjattomien liukurenkaiden ja suuritehoisten tiheyksien ansiosta. Opinnäytetyö huomioi erityisesti tuuliturbiinin mekaanisten ja sähköisten osien välisen vuorovaikutuksen ja pyrkii antamaan pienet häviöt, jotka ovat voimassa generaattorin suunnitteluvaiheessa.
Ensimmäisessä vaiheessa tehtiin yleiskatsaus PMSG:n (Permanent Magnet Synchronous Generator) konesuunnittelusta ja niihin liittyvistä analyyseistä. Tehtiin olemassa olevien konesuunnittelutopologioiden vertaileva analyysi ja pohdittiin generaattorin erilaisten suunnitteluparametrien ja muuttujien vaikutusta. Lopuksi raportoitiin HSPMSG:ssä sovelletut analyyttiset ja elementtimenetelmät (FEM) ja erityisesti sellaiset, joilla pyrittiin täyttämään tuuliturbiinijärjestelmän koneen perusvaatimukset.
Toisessa vaiheessa MATLABissa luotiin täysin integroitu analyyttinen malli HSPMSG:stä ja koneen sähköisistä suureista. Tämän mallin tavoitteena oli laskea koneen ominaisuudet (syöttöteho, hyötysuhde jne.) ja siihen liittyvät parametrit arvioitiin. Jotkut näistä simulaatiotuloksista on validoitu 2-D FEM:llä MotorXP-PM:ssä.
Kolmannessa vaiheessa kahden eri menetelmän prototyyppimalli yhdistettiin validoitujen tulo- ja lähtösuunnitteluparametrien perusteella, jotta voitiin suunnitella uusi tehokas, helposti muunnettavissa oleva generaattori keskikokoiseen ja suureen tuuliturbiinijärjestelmään. Lisäksi tämä uusi prototyyppi saavutti onnistuneesti määritellyn lähtötehon lisäämättä rautahäviöitä tai vaihevirtaa.
Ensimmäisessä vaiheessa tehtiin yleiskatsaus PMSG:n (Permanent Magnet Synchronous Generator) konesuunnittelusta ja niihin liittyvistä analyyseistä. Tehtiin olemassa olevien konesuunnittelutopologioiden vertaileva analyysi ja pohdittiin generaattorin erilaisten suunnitteluparametrien ja muuttujien vaikutusta. Lopuksi raportoitiin HSPMSG:ssä sovelletut analyyttiset ja elementtimenetelmät (FEM) ja erityisesti sellaiset, joilla pyrittiin täyttämään tuuliturbiinijärjestelmän koneen perusvaatimukset.
Toisessa vaiheessa MATLABissa luotiin täysin integroitu analyyttinen malli HSPMSG:stä ja koneen sähköisistä suureista. Tämän mallin tavoitteena oli laskea koneen ominaisuudet (syöttöteho, hyötysuhde jne.) ja siihen liittyvät parametrit arvioitiin. Jotkut näistä simulaatiotuloksista on validoitu 2-D FEM:llä MotorXP-PM:ssä.
Kolmannessa vaiheessa kahden eri menetelmän prototyyppimalli yhdistettiin validoitujen tulo- ja lähtösuunnitteluparametrien perusteella, jotta voitiin suunnitella uusi tehokas, helposti muunnettavissa oleva generaattori keskikokoiseen ja suureen tuuliturbiinijärjestelmään. Lisäksi tämä uusi prototyyppi saavutti onnistuneesti määritellyn lähtötehon lisäämättä rautahäviöitä tai vaihevirtaa.