13987

13987

طراحي و مدلسازي اجزاء محدود ژنراتور سنكرون ابررسانا با دماي بالا در توربين بادي ظرفيت بالا

دكتري

قدرت

بهمن 1393

بهمن 1393

دكتر محسن كلانتر

دكتر احمد غلامي

برق

توربين¬هاي بادي ظرفيت بالا در سال¬هاي اخير به شدت مورد اهميت و توجه قرار گرفته است. افزايش چگالي جمعيت و همچنين قوانين انرژي پاك موجب شده تا تعداد كمتر توربين¬هاي بادي ظرفيت بالابه جاي تعداد بيشتر توربين¬هاي توان پايين در مزارع بادي استفاده شوند. در اين رساله طراحي و مدلسازي يك توربين بادي با ظرفيت ده مگاوات مجهز به ژنراتور سنكرون ابررسانا با دماي بالا به تفصيل مورد بررسي و مطالعه قرار مي¬گيرد. سيم¬هاي ابررسانا چگالي جريان و ميدان مغناطيسي بسيار بيشتري را در مقايسه با سيم¬هاي معمولي مي¬توانند توليد كنند كه منجر به كاهش قابل توجه در حجم و وزن ماشين مي¬شود كه چالش مهمي در نصب و بهره¬برداري توربين¬هاي بادي ظرفيت بالا محسوب مي¬شود. بدين منظور ساختار مناسب ژنراتور سنكرون ابررسانا با استاتور فاصله هوايي و روتور بدون هسته مغناطيسي مد نظر قرار گرفته و اصول اوليه طراحي به همراه مدلسازي ماشين مورد نظر در نرم افزار اجزاء محدود ارائه مي¬شود. عملكرد اين ژنراتور در شرايط مختلف بهره¬برداري بي¬باري و بار كامل در ضريب توان¬هاي مختلف در محيط دو بعدي و سه بعدي مورد شبيه¬سازي قرار گرفته است. مدل الكترومغناطيسي پنج لايه ماشين به كمك معادلات ماكسول به منظور تحليل دقيق¬تر رفتار آن ارائه شده و صحت طراحي انجام شده به كمك معادلات مغناطيسي بردار چگالي شار مغناطيسي بررسي شده است. بهينه¬سازي حجم و وزن ژنراتور با در نظر گرفتن هزينه¬هاي اجزاء تشكيل دهنده در كنار پارامترهاي عملياتي ژنراتور به كمك روش¬هاي بهينه¬سازي الگوريتم سلسله مراتبي و الگوريتم اجتماع ذرات مورد بررسي قرار گرفته و ساختار بهينه ژنراتور بدست آمده است. همچنين، تحليل حرارتي ژنراتور ابررسانا با استفاده از دو مدل شبكه پارامترهاي حرارتي فشرده و مدل عددي اجزاء محدوددر شرايط عملكردي مختلف و در سرعت¬هاي روتور گوناگون به تفصيل مورد بررسي قرار گرفته و توزيع دماي نقاط مختلف ماشين ارائه شده است. مدل حرارتي اجزاء محدود ژنراتور مورد نظر هم در محيط دو بعدي و هم در محيط سه بعدي مورد شبيه¬سازي قرار گرفته و دماي نقاط مهم ماشين محاسبه شده است. رفتار حالت گذراي ژنراتور در شرايط خطاي پايانه ماشين مورد بررسي قرار گرفته و سيم¬پيچي ميرا كننده و لايه محفاظ مناسب سيم¬پيچي ابررساناي روتور طراحي شده است. با استفاده از لايه ميرا كننده، سيم¬پيچي ابررسانا در شرايط مختلف پايدار بوده و عملكرد حالت گذراي مناسبي براي ژنراتور حاصل مي¬شود. نتايج حاصله نشان مي¬دهد كه استفاده از ژنراتورهاي سنكرون ابررسانا هم از نظر عملكرد الكترومغناطيسي و هم هزينه مناسب بوده و مي¬تواند به عنوان جايگزين مناسب ژنراتورهاي معمولي در توربين¬هاي بادي ظرفيت بالا محسوب شود.