Abstract
As wind turbines increase in power output, their size and mass grows as well. The development of offshore wind farms demands higher reliability to minimise the maintenance cost. Direct drive electrical generators offer a reliable alternative to conventional doubly fed induction generator machines since they omit the gearbox from the drive train. A fundamental issue for these generators is their large size which makes them difficult to manufacture, transfer and assemble. This study will investigate an analytical and a finite element analysis optimisation technique developed for minimising the structural mass of a direct drive generator. Both tools seek to minimise the mass of three different permanent magnet direct drive (PMDD) generators with 5 MW nominal power output while keeping a set of deflection criteria under limitations. The results indicate that the structural mass of a 5 MW PMDD generator can be effectively reduced with the help of these design tools. The research concludes in favour of a specific transversal flux PMDD topology, of which the electromagnetic topology benefits the structural design
چكيده
به همان اندازه كه توربين هاي بادي خروجي توان را افزايش مي دهند، جرم و اندازه شان هم بالا مي رود. توسعه ي مزارع بادي داخل دريا مستلزم پايايي بالاتر براي كمينه سازي هزينه ي نگهداري است. ژنراتورهاي برقي محرك مستقيم با توجه به حذف جعبه دنده از قطار محرك، جايگزين قابل اطميناني براي دستگاه هاي ژنراتور القا خوراند مضاعف رايج محسوب مي شوند. مسئله ي اصلي براي اين ژنراتورها اندازه ي بزرگ شان است كه ساخت، انتقال و مونتاژ آنها را مشكل مي سازد. اين تحقيق، تكنيك بهينه سازي تحليل المان محدود و تحليلي توسعه يافته را براي كمينه سازي جرم ساختاري ژنراتور محرك مستقيم بررسي خواهد كرد. هر دو ابزار در پي كمينه سازي جرم 3 ژنراتور محرك مستقيم مغناطيس پايدار (PMDD) با خروجي توان اسمي 5 مگاوات در عين حفظ مجموعه معيارهاي خمشي تحت محدوديت ها هستند. نتايج نشان مي دهند كه جرم ساختاري ژنراتور PMDDي 5 مگاوات مي تواند به طورموثر با كمك اين ابزارهاي طراحي كاسته شود. تحقيق به حساب توپولوژي ويژه ي PMDDي شار تراگذار انجام مي شود كه در آن توپولوژي الكترومغناطيس از طراحي ساختاري بهره مي جويد.
1- مقدمه
دستگاه هاي ماشين ژنراتور اندوكسيون خوراند مضاعف (DFIG) اسب كاري صنعت توربين باد در ظرف دهه هاي گذشته شده اند. كل 80 درصد توربين هاي بادي فروخته شده از DFIG با جعبه دنده ي 3 مرحله اي استفاده مي كنند. 20 درصد باقيانده از سيستم ژنراتور فاقد دنده ي سنكرون حمايت مي كنند كه معمولاً محرك مستقيم ناميده مي شوند. روتور ژنراتور محرك مستقيم مستقيماً به توپي روتور نصب مي شود و مي تواند هم به صورت برقي و هم با مغناطيس پايدارهاي (PMs) سوار شده روي سطح اش تحريك شود...