پایان نامه ارشد گرایش قدرت:طراحی بهینه و آنالیز ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم روتور بیرونی برای توربین¬های بادی

پایان نامه دوره‌ی کارشناسی ارشد مهندسی برق-قدرت طراحی بهینه و آنالیز ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم روتور بیرونی برای توربین­های بادی استاد راهنما:دکتر محمد اردبیلی    بهمن 1393تکه هایی از متن به عنوان نمونه :چکیدهامروزه ژنراتورهای سنکرون آهنربای دائم با توجه به ویژگی‌هایی همچون وزن کمتر، بازده بالاتر، و چگالی توان بالاتری که نسبت به انواع ژنراتورهای مرسوم دیگر دارند، مورد توجه قرار گرفته‌اند. مزایای این ژنراتورها طوری است که آنها را برای کاربرد در توربین بادی مناسب می‌سازد. از طرفی با توجه به سهولت افزایش تعداد قطب در آنها، برای کاربردهای سرعت پایین همچون اتصال مستقیم بسیار مناسب می‌باشند.در این تحقیق طراحی یک ژنراتور سنکرون شار شعاعی آهنربای دائم kW1 و rpm125، برای اتصال مستقیم به توربین بادی به منظور حصول ولتاژ سینوسی کامل انجام شد. از مقایسه‌ی ساختارهای گوناگون ماشین‌های سنکرون و با توجه به کاربرد مورد نظر این ماشین‌ها، ساختار روتور بیرونی و آهنربای سطحی و سیم بندی متمرکز استاتور انتخاب گردید. سپس با در نظر گرفتن بازده و چگالی توان به عنوان توابع هدف و با استفاده از الگوریتم ژنتیک، نسبت به بهینه‌سازی طراحی اقدام شد. بهینه سازی همزمان توابع هدف با یک تابع شایستگی نوین که توسط آن امکان اولویت‌بندی بهینه‌سازی توابع هدف فراهم می‌شود، انجام شد. در خاتمه ژنراتور بهینه با استفاده از روش اجزای محدود دو‌بعدی شبیه‌سازی و مورد ارزیابی قرار گرفت.لازم به ذکر است در این پروژه از نرم‌افزار MATLAB R2011a به منظور بهینه‌سازی از روش الگوریتم ژنتیک و نیز از نرم‌افزار Ansoft Maxwell 14.0 برای شبیه‌سازی از روش اجزای محدود دو‌بعدی استفاده شده است.کلمات کلیدی: توربین بادی اتصال مستقیم، ماشین‌های سنکرون آهنربای دائم، ژنراتور آهنربا دائم روتور بیرونی، معادلات ابعاد ماشین‌های آهنربای دائم، بهینه‌سازی با روش الگوریتم ژنتیک، روش اجزای محدود دو بعدی. فهرست مطالب  فصل اول: مقدمه.. 21-1-انواع توربین‌های بادی سرعت متغیر و ژنراتورهای استفاده شده در آنها   31-1-1-ژنراتور القایی………………………….……………………………………….. 31-1-1-1- ژنراتورهای القایی قفس سنجابی……………….………………………………    41-1-1-2- ژنراتورهای القایی روتور سیم بندی شده5…………………………………............1-1-1-3- ژنراتورهای القایی با تغذیه دوگانه6……………….………………………………1-1-2-توربین­های بادی مجهز به ژنراتور سنکرون……………………………………….. 71-1-2-1- ژنراتور سنکرون با تحریک کلاسیک……………..…………………………….. 81-1-2-2- ژنراتور سنکرون با مغناطیس دائم……………..…………………………….. 81-2-خلاصه معیا و مزایای انواع ساختارهای توربین­های بادی…………………………….. 41-3-تاریخچه‌ی ماشین‌های آهنربای دائم روتور بیرونی…………………..………………...121-3-1- مقایسه انواع ماشین‌های آهنربای دائم………………………………………..131-3-2- بررسی عوامل انتخاب ژنراتور سنکرون آهنربای دائم با ساختار روتور بیرونی……...161-3-3- روش‌های تحلیل و بهینه‌سازی……………………………………………….171-4-ساختار پایان نامه 19……………………………………..…………………..………فصل دوم: بررسی ساختار ومزایا ژنراتور روتور بیرونی………………………………………....222-1- ساختار ژنراتور مغناطیس دائم روتور بیرونی………………………………………    222-2- مزیت­های ژنراتور روتور بیرونی ……………………..……………………………    252-2-1- افزایش سطح مفید روتور برای افزایش تعداد قطب ژنراتور   262-2-2- کاهش طول کل مسیر مغناطیسی.. 272-2-3- کاهش ناحیه انتهایی سیم­پیچی استاتور.. 282-2-4- ساخت و خنک­سازی ساده­تر آهنربا.. 292-3- انواع مواد مصرفی ژنراتور آهنربای دائم روتور بیرونی30……………..…………………..فصل سوم: طراحی ژنراتور سنکرون آهنربای دائم با ساختار روتور بیرونی.. 333-1- طراحی بر اساس کاربرد ژنراتور سنکرون آهنربا دائم در توربین بادی   333-1-1- تعیین تعداد قطب.. 343-2- معادلات ابعاد اصلی ماشین‌های سنکرون آهنربای دائم………………………………..343-2-1- تعیین فاصله هوایی.. 393-2-2- محاسبه‌ی ابعاد کلی شیار استاتور.. 413-3- محاسبه‌ی پارامترهای الکتریکی……………………………………………………443-3-1- نیرو محرکه‌ی القایی.. 443-3-2- راکتانس سنکرون.. 473-3-3- ولتاژ خروجی.. 503-3-4- محاسبه‌ی بازده.. .513-3-5- محاسبه‌ی چگالی توان.. 523-4- طراحی سیم‌پیچی………………………………………………………………. 533-4-1- سیم‌پیچی متمرکز و توزیع شده.. 533-4-2- سیم‌پیچی گام کامل و گام کسری.. 553-4-3- تعداد لایه‌های سیم‌پیچی.. 563-4-4- انتخاب و طراحی سیم‌پیچی.. 583-5- انتخاب ترکیب مناسب تعداد قطب و شیار………………………...………………. 593-6- روند طراحی ژنراتور‌های سنکرون آهنربای دائم……………………………………. 63فصل چهارم: بهینه‌سازی طراحی با استفاده از روش الگوریتم ژنتیک   674-1- انواع روش‌های بهینه‌سازی…………………………………………………………674-1-1- الگوریتم‌های بهینه‌سازی قطعی و احتمالی.. 684-1-2- الگوریتم‌های بهینه‌سازی مستقیم و غیر مستقیم.. 684-1-3- الگوریتم‌های بهینه‌سازی هیوریستیک و متاهیوریستیک   694-1-4- الگوریتم بهینه‌سازی با روش جست‌وجوی اتفاقی.. 694-1-5- الگوریتم هوک و جیوز.. 704-1-6- روش پاول.. 714-1-7- الگوریتم ژنتیک (GA).. 724-1-8- سردسازی (تبرید) شبیه‌سازی شده (SA).. 734-1-9- الگوریتم بهینه‌سازی انبوه ذرات (PSO).. 734-2- مقایسه و انتخاب روش بهینه‌سازی مناسب…………………………………………... 744-2-1- مزایای الگوریتم ژنتیک در مقایسه با سایر روش‌های بهینه‌سازی.. 754-2-2- معایب الگوریتم ژنتیک در مقایسه با سایر روش‌های بهینه‌سازی.. 764-3- الگوریتم ژنتیک…………………………………………………………………. 774-4- توابع هدف و پارامترهای بهینه‌سازی………………………………………………. 784-5- بهینه‌سازی تک تابع هدفه (بازده)…………………………………………………    874-6- بهینه‌سازی چند تابع هدفه (بازده و چگالی توان)…………………………………….90فصل پنجم: شبیه‌سازی ژنراتور بهینه و حصول ولتاژ.. 975-1- معرفی روش اجزای محدود (FEM)………………………………………………    985-1-1- مش‌بندی ماشین‌های آهنربای دائم.. 1005-1-2- فرمول‌بندی مساله جهت حل مساله میدان.. 1015-1-3- اعمال روابط به مش‌ها و حصول دستگاه معادلات.. 1045-2- شرایط مرزی106……………………………………………………………………5-3- مدلسازی ژنراتور روتور بیرونی با استفاده از FEM …………………..……………    1075-3-1- مرحله‌ی پیش پردازش.. 1085-3-2- مرحله‌ی پردازش.. 1115-3-3- مرحله‌ی پس از پردازش و حصول ولتاژ.. 113فصل ششم: نتیجه‌گیری121…………………………………………………………..……...6-1- نتیجه‌گیری122…………………………………………………………………….6-2- پیشنهادات برای ادامه کار124……………….…….…………………………………- مراجع………………………………………………………………..…………122 فهرست شکل‌ها شکل 1-1: منحنی توسعه انرژی الکتریکی حاصل از توربین‌های بادی جهان  2شکل 1-2: ساختار کلی توربین بادی سرعت متغیر با ژنراتور القایی قفس سنجابی. 4شکل 1-3: توربین بادی مجهز به ژنراتور القایی. 5شکل 1-4: ساختار کلی توربین بادی سرعت متغیر در محدوده‌ی 10 درصد سرعت نامی ژنراتور. 5شکل 1-5: توربین بادی مجهز به ژنراتور القایی تغذیه دوبل   6شکل 1-6: توربین بادی مجهز به ژنراتور سنکرون روتور سیم پیچی شده  8شکل 1-7: توربین بادی مجهز به ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم  9شکل 1-8: ساختمان داخلی ماشین های شار محوری. 15شکل 1-9: : قسمتی از یک فاز ماشین با شار اریب. 15شکل 1-10: ساختار ماشین با شار عرضی. 16شکل 2-1: برش محوری ژنراتور. 22شکل 2-2: ساختار کلی یک ماشین روتور بیرونی. 23شکل 2-3: نمایی از ماشین آهنربا دائم روتور بیرونی. 24شکل 2-4: دید از بالای اجزا محوری ژنراتور. 25شکل 2-5: دید از بالا ژنراتور. 26شکل 2-6: برش عرضی ژنراتور روتور بیرونی مغناطیس دائم  27شکل 2-7: برشی از ژنراتور روتور بیرونی با ناحیه انتهایی سیم پیچی. 28شکل 2-8: منحنی B-H در دماهای مختلف. 29شکل 3-1: نمای خطی قسمتی از ژنراتور روتور بیرونی. 38شکل 3-2: نمای دو بعدی ژنراتور روتور بیرونی و قطر خارجی روتور و استاتور. 40شکل 3-3: ابعاد شیار در قطر داخلی استاتور. 41شکل 3-4: انواع دندانه. 41شکل 3-5: مورب‌سازی شیار استاتور در ماشین‌های آهنربای دائم  47شکل 3-6: نحوه مورب‌سازی آهنربا در ماشین‌های آهنربای دائم  47شکل 3-7: مدار معادل ژنراتور سنکرون تک‌فاز. 50شکل 3-8: طول یک حلقه‌ی سیم‌پیچی متمرکز در ماشین. 51شکل 3-9: سیم‌پیچی متمرکز و توزیع شده. 55شکل 3-10: سیم‌پیچی گام کامل و گام کسری. 56شکل 3-11: سیم‌پیچی تک‌لایه و دولایه. 57شکل 3-12: الگوی سیم­پیچی دولایه. 58شکل 4-1: منحنی الف) بازده و ب) چگالی توان بر حسب بارپذیری مغناطیسی ویژه. 80شکل 4-2: منحنی الف) بازده و ب) چگالی توان بر حسب قطر خارجی  81شکل 4-3: منحنی الف) بازده و ب) چگالی توان برحسب نسبت قطر داخلی به خارجی. 82شکل 4-4: منحنی الف) بازده و ب) چگالی توان برحسب تعداد دور سیم‌پیچی. 84شکل 4-5: منحنی بازده برحسب تعداد دور سیم‌پیچی و گام قطب  85شکل 4-6: منحنی بازده برحسب نسبت قطرو بارپذیری مغناطیسی ویژه   85شکل 4-7: منحنی بازده برحسب بارپذیری مغناطیسی ویژه و قطر خارجی  85شکل 4-8: منحنی بازده برحسب تعداد دور سیم‌پیچی و قطر خارجی  86شکل 4-9: مراحل بهینه‌سازی الگوریتم ژنتیک. 88شکل 4-10: تغییرات تابع هدف درروند بهینه‌سازی بازده ژنراتور با 48 قطب و 72 شیار. 89شکل 4-11: فضای جست‌وجو و مرز پارتو. 91شکل 4-12: مرز پارتو برای بهینه‌سازی دو تابع هدفه (بازده و چگالی توان). 92شکل 4-13: بازده بهبود یافته برحسب نسبت . 94شکل 4-14: چگالی توان بهبود یافته برحسب نسبت . 95شکل 4-15: تغییرات تابع شایستگی در بهینه‌سازی بازده و چگالی توان ... 95شکل 5-1: چند نمونه از مش‌بندی‌های رایج. 100شکل 5-2: مش‌بندی یک ناحیه‌ی دلخواه از فضا. 104شکل 5-3: نمای ساختار استاتور. 108شکل 5-4: نمای شیارهای استاتور. 109شکل 5-5: نمای هسته‌ی روتور و آهنربا‌های مربوط به آن. 109شکل 5-6: نمای ژنراتور روتور بیرونی با 48 قطب و 72 شیار  110شکل 5-7: ژنراتور و مرزهای آن با محیط خارج. 111شکل 5-8: مش‌بندی ساختار ژنراتور. 112شکل 5-9: شدت میدان مغناطیسی در هر نقطه از ساختار ژنراتور  113شکل 5-10: توزیع چگالی شار مغناطیسی در هر نقطه از ساختار ژنراتور. 114شکل 5-11: منحنی چگالی شار مغناطیسی فاصله‌هوایی در یک گام قطب  114شکل 5-12: جهت عبور شار در هر نقطه از ساختار ژنراتور از زوایای مختلف. 116شکل 5-13: چگالی جریان درکویل‌ها . 117شکل 5-14: شار پیوندی مربوط به هر سه فاز در سرعت نامی  118شکل 5-15: EMF سه فاز در سرعت نامی. 118شکل 5-16: EMF سه فاز در سرعت 90 دور در دقیقه. 119شکل 5-17: جریان سه فاز متصل به بار 100 اهمی. 120شکل 5-18: منحنی بازده بر حسب سرعت ژنراتور. 120  فهرست جداول جدول 1-1: مزایا و معایب انواع ژنراتورهای توربین بادی  11جدول 3-1: مقادیر Ki و Kp برای شکل موج‌های پرکاربرد. 36جدول 3-2: مقایسه‌ی سیم‌پیچی تک لایه و دولایه. 57جدول 3-3: ترکیب‌های ممکن تعداد قطب و شیار با در نظر گرفتن ½¼<q<  61جدول 3-4: ضریب سیم‌پیچی (Kw1) برای تعداد قطب و شیار مختلف  62جدول 3-5: مقدار پارامتر CT برای تعداد قطب و شیار مختلف  63جدول 3-6: مشخصات ژنراتور روتور بیرونی آهنربای دائم. 64جدول 3-7: جزئیات طراحی ژنراتور روتور بیرونی آهنربا دائم  65جدول 4-1: محدودیت‌ها و الزامات بهینه‌سازی طراحی. 86جدول 4-2: تعداد 5 کروموزوم برتر معرفی شده در 5 مرتبه اجرای الگوریتم بهینه‌سازی بازده. 89جدول 4-3: طراحی ژنراتور روتور بیرونی با 48 قطب و 72 شیار، پس از بهینه‌سازی بازده. 90جدول 4-4: مقدار بازده و چگالی توان قبل و بعد از بهینه‌سازی  93جدول 4-5: کنترل مقدار بهبود بازده و چگالی توان با تغییر دادن مقدار ضرایب a و b. 94جدول 4-6: طراحی ژنراتور روتور بیرونی بهینه شده با 48 قطب و 72 شیار پس از بهینه‌سازی بازده و چگالی توان. 96    فهرست علائم 
تعداد فازMبردار پتانسیل مغناطیسی
سرعت نامی برحسب دور در دقیقهNsبردار چگالی شار مغناطیسی
تعداد قطبP
تعداد کویلncoilبردار چگالی جریان
تعداد هادی هر شیارncsبارپذیری الکتریکی ویژهA
تعداد دور سیم‌پیچی در یک فازNphسطح مقطع هادی در یک شیارac
تعداد شیارnsسطح مقطع شیارas
تلفات جریان گردابی در هادیPcu,eddyچگالی شار مغناطیسیB
توان کلPtبارپذیری مغناطیسی ویژهBg
تلفات کل مسیPcuچگالی شار پسماندBr
چگالی توانPdensityقطر داخلی روتور ماشینDi
تلفات کل آهنPFeقطر متوسط روتورDm
تلفات جریان گردابی در هسته‌ها (آهن)PFe,eddyقطر خارجی ماشینDo
تلفات هیسترزیسPhعمق دندانهds
تلفات مکانیکیPmقطر خارجی استاتور ماشینDs
توان خروجیPoutنیرو محرکه‌ی القاییE
توانهارمونیک nام نیرو محرکه‌ی القاییEn
تلفات اهمیPRI2نیرو محرکه‌ی القایی یک کویلEcoil
تعداد شیار یک فاز به ازای یک قطبQمقدار ماکزیمم نیرو محرکه‌ی القاییEpk
مقاومت سیم‌پیچی‌های یک فازRphaseتابع نسبت قطرF()
شعاع تقریبی کویلrsفرکانس الکتریکیF
دوره‌ی تناوبTفاصله هواییG
ولتاژVفاصله هوایی موثرgeff
ضخامت آهنرباLpmشدت میدان مغناطیسیH
مقدار ماکزیمم ولتاژVmجریانI
مقدار موثر ولتاژVrmsمقدار ماکزیمم جریانIpk
ضخامت سیم‌پیچیWcuکل جریان داخل یک شیارIs
گام دندانه در شعاع داخلیWtiچگالی جریانJw
گام دندانه در شعاع خارجیWtoضریب تلفات جریان گردابی هسته‌ی روتورKcr,eddy
راکتانس عکس‌العمل آرمیچرXaضریب تلفات هیسترزیس هسته‌ی روتورKcr,h
راکتانس نشتی تفاضلیXdiffضریب تلفات جریان گردابی هسته‌ی استاتورKcs,eddy
راکتانس نشتی پیشانی سیم‌پیچیXendضریب تلفات هیسترزیس هسته‌ی استاتورKcs,h
کل راکتانس نشتی یک فازXlضریب انباشتگی (پر شدگی) شیارKcu
راکتانس نشتی شیارXslضریب تلفات جریان گردابی هادی‌هاKcu,eddy
راکتانس سنکرونXsynهارمونیک nام ضریب توزیعKdn
نسبت قوس قطب به گام قطبαpضریب نیرو محرکه‌ی القاییKe
نسبت عرض دندانه به گام شیارαsضریب تصحیح چگالی شار فاصله هواییKf
بازدهΗضریب شکل موج جریانKi
گام شیار برحسب درجه‌ی الکتریکیϴsضریب شکل موج توانKp
نسبت قطر داخلی به خارجیΛهارمونیک nام ضریب گامKpn
نفوذ پذیری مغناطیسی نسبیμrهارمونیک nام ضریب مورب‌سازی آهنرباKsn
گشتاورΤهارمونیک nام ضریب سیم‌پیچیKwn
گام کویل در شعاع داخلیτciطول موثر سیم‌پیچیL
گام کویل در شعاع خارجیτcoکل تعداد فازM
گام قطبτpشار پیوندیΨ
پتانسیل مغناطیسی اسکالرفرکانس زاویه‌ایΩ
شار مغناطیسی یک قطبφppضخامت آهنرباLpm
  فهرست واژگان اختصاری
موتور سنکرون مغناطیس دائمPermanent Magnet Synchronous MotorPMSM
ژنراتور مغناطیس دائم روتور بیرونیOuter Rotor Permanent Magnet GeneratorORPMG
ژنراتور سنکرون مغناطیس دائمPermanent Magnet Synchronous GeneratorPMSG
گشتاور دندانه‌ایCogging TorqueCT
اتصال مستقیمDirect DriveDD
ژنراتور القایی با تغذیه دوگانهDoubly Fed Induction GeneratorDFIG
نیرو محرکه‌ی القاییElectro Motive ForceEMF
ژنراتور روتور بیرونیOuter Rotor GeneratorORG
روش اجزای محدودFinite Element MethodFEM
الگوریتم ژنتیکGenetic AlgorithmGA
بزرگترین مقسوم‌علیه مشترکGreatest Common DevisorGCD
اتصال با جعبه‌دندهGeared DriveGD
توربین بادی با محور افقیHorizontal Axis Wind TurbineHAWT
کوچکترین مضرب مشترکLeast Common MultipleLCM
مدار معادل مغناطیسیMagnetic Equivalent CircuitMEC
نیرو محرکه‌ی مغناطیسیMagneto motive ForceMMF
بهینه‌سازی انبوه ذراتParticle Swarm OptimizationPSO
ماشین شار محور آهنربای دائمAxial Flux Permanent MagnetAFPM
ژنراتور القایی قفس سنجابیSquirrel Cage Induction GeneratorSCIG
ژنراتور سنکرونSynchronous GeneratorSG
ماشین شار عرضی با آهنربای دائمTransversal Flux Permanent MagnetTFPM
توربین بادی با محور عمودیVertical Axis Wind TurbineVAWT
ژنراتور القایی با روتور سیم‌پیچی شدهWound Rotor Induction GeneratorWRIG
 
   
   فصل اول مقدمه

فصل اول: مقدمه

 امروزه با افزایش روز افزون تقاضای انرژی برق و کاهش همزمان منابع انرژی فسیلی و نیز نگرانی از آلودگی زیست محیطی ناشی از آنها، کارشناسان در پی یافتن روش‌های تولید انرژی الکتریکی از منابع انرژی تجدیدپذیر برآمدند. انرژی خورشیدی، انرژی باد و انرژی موج دریا و... از این دسته می‌باشند. انرژی باد در مقایسه با سایر منابع انرژی‌های نو، ارزان‌تر و قابل اعتمادتر بوده و تقریبا در تمامی مکان‌ها قابل دسترسی است. لذا در طی سال‌های اخیر نصب توربین‌های بادی به عنوان یکی از موثرترین روش‌های تولید برق، هر روز گسترده‌تر و فراگیرتر می‌شود. بطوری‌که طبق آمار انجمن انرژی بادی جهان (WWEA[1]) در سال 2014 میلادی نزدیک به GW500 انرژی الکتریکی جهان از طریق توربین‌های بادی نصب شده در 98 کشور دنیا تامین می‌شود که در حدود 7% کل انرژی الکتریکی تولیدی می‌باشد. شکل 1-1 منحنی پیشرفت تولید انرژی برق به وسیله‌ی توربین‌های بادی در طی سال‌های 1997 تا 2014 و نیز پیش‌بینی این روند تا سال 2020 میلادی را بر حسب مگاوات نمایش می‌دهد.شکل 1-1: منحنی توسعه انرژی الکتریکی حاصل از توربین‌های بادی جهانصنایع مربوط به توربین‌های بادی به سرعت در حال پیشرفت و تحول می‌باشند. تنوع و گستردگی این توربین‌ها آنها را در طبقه‌بندی‌های مختلفی جای می‌دهد که در تمامی این انواع طبقه‌بندی، ژنراتور به عنوان قلب توربین، اساسی­ترین بخش است. در ادامه به بررسی انواع توربین‌های بادی و تنوع ژنراتورهای استفاده شده در هر دسته پرداخته می‌شود.

1-1-         انواع توربین‌های بادی سرعت متغیر و ژنراتورهای استفاده شده در آنها

تکنولوژی‌های استفاده از باد برای تولید انرژی الکتریکی و توربین‌های بادی مدرن امروزی از سال 1970 میلادی شروع به توسعه کرده‌اند و سرعت پیشرفت آنها از سال 1990 میلادی تاکنون بیش از پیش بوده است. با پیشرفت­های چشم­گیری که در عرصه سوئیچ­های الکترونیک قدرت در سال­های پایانی قرن گذشته اتفاق افتاد و با توجه به پایین بودن راندمان توربین های بادی با ساختار سرعت ثابت، ساختار سرعت متغیر معرفی گردید. طی دهه ی اول قرن بیست و یکم، این ساختار محبوبترین ساختار بین تولید­کنندگان توربین­های بادی بود. امروزه بیشتر توربین های نصب شده در سطح جهان از این نوع هستند. این ساختار به دلیل آنکه سرعت آن به خوبی قابل کنترل بوده و به همین دلیل راندمان آن بسیار بالاتر از انواع پیشین است، هنوز هم مورد استقبال قرار می­گیرد.با توجه به حضور یا عدم حضور جعبه‌دنده می‌توان توربین‌ها را در دو دسته‌ی بدون جعبه‌دنده (DD[2]) و یا دارای جعبه‌دنده (GD[3]) طبقه‌بندی نمود. طبقه بندی‌های دقیق‌تر آنها را در سه دسته‌ی زیر جای می‌دهند:
  • توربین‌های با جعبه‌دنده چند پله یا توربین‌های سرعت بالا
  • توربین‌های با جعبه‌دنده تک پله یا توربین‌های سرعت متوسط
  • توربین‌های بدون جعبه‌دنده یا توربین‌های سرعت پایین
انواع مختلفی از ژنراتورهایی که در این نوع توربین­ها مورد استفاده قرار می­گیرند عبارتند از:

1-1-1- ژنراتور القایی

 
  • ژنراتورهای القایی قفس سنجابی
این ماشین در ردیف ژنراتورهای القایی سرعت ثابت قرار می­گیرد. امروزه پرکاربردترین ماشین در توربین های بادی ماشین­های القایی است[1]. یکی از مهمترین مباحث تحقیقاتی در زمینه توربین بادی مجهز به ماشین های القایی ، کنترل سرعت ماشین القایی می­باشد. امکان کنترل سرعت در این نوع ژنراتور وجود ندارد و تغییرات سرعت از بی باری تا بار کامل حداکثر بین 2 تا 4 در صد می­باشد. به این دلیل عموماً به این نوع ماشین لفظ ژنراتور سرعت ثابت اطلاق می­گردد. این ژنراتورها حداکثر تا قدرت 750 کیلو وات مورد بهره برداری قرار می­گیرند. از آنجایی که امکان تغییر سرعت در این ژنراتورها وجود ندارد، لذا امکان ماکزیمم کردن توان قابل استحصال از باد نیز وجود نخواهد داشت. تنها روشی که می توان بر اساس آن سرعت این نوع ماشین ها را تغییر داد، استفاده از ماشین های 4 قطب و 6 قطب است زیرا استفاده از دو قطب این امکان را فراهم می­کند که ماشین بتواند در فرکانس 50 هرتز در سرعت­های 1000 و 1500 دور بر دقیقه کار کند.شکل 1-2: ساختار کلی توربین بادی سرعت متغیر با ژنراتور القایی قفس سنجابی    
  • ژنراتورهای القایی روتور سیم بندی شده
در شکل 1-3، شماتیک یک توربین مجهز به ژنراتور روتور سیم بندی شده را نشان می­دهد.شکل1-3: توربین بادی مجهز به ژنراتور القایی[2]با توجه به اینکه در ژنراتورهای روتور سیم بندی شده امکان تغییر مقاومت روتور وجود دارد، می توان تغییر سرعت محدودی را برای این نوع ماشین متصور بود. این موضوع در شکل 1-4 نشان داده شده است.شکل1-4: کنترل سرعت توربین بادی مجهز به ژنراتور القایی روتور سیم بندی شده[2]در ژنراتور القایی روتور سیم­بندی شده با امکان تغییر سرعت محدود، می­توان علاوه بر استحصال بیشتر انرژی از باد ، تنش های وارد بر توربین را نیز کاهش داد. در این ژنراتور ها یک بانک مقاومتی متغیر سه فاز که از طریق حلقه های لغزان به سیم پیچ های روتور وصل شده و وظیفه تغییر سرعت ماشین را بر عهده دارد. در این نوع ماشین ها امکان تغییر سرعت بین 5 تا 10 درصد سرعت سنکرون وجود دارد[3].
  • ژنراتور های القایی با تغذیه دوگانه
در ژنراتورهای القایی با مقاومت متغیر روتور، می توان سرعت را تا 10 درصد افزایش داد ولی با این­کار راندمان ماشین کاهش می­یابد. چون با افزایش مقاومت روتور انرژی بیشتری در روتور بصورت گرما تلف می­شود. ولی اگر بتوان به نحوی انرژی ارسال شده به سیم پیچ های روتور را به منبع بازگرداند، می­توان سرعت ماشین را به نحوی کنترل کرد که راندمان ماشین کاهش نیابد. شکل 1-3 شماتیک ژنراتورهای القایی تغذیه دوبل که خاصیت فوق را دارند، نشان می­دهند[3].شکل 1-5: توربین بادی مجهز به ژنراتور القایی تغذیه دوبل[2] در یک ماشین القایی تغذیه دوگانه (DFIG[4]) انرژی ورودی به روتور با استفاده از مبدل های الکترونیک قدرت به سیستم قدرت برگردانده می­شود. این مبدل از دو مدار پل IGBT تمام کنترل شده تشکیل گردیده است. اینورتور سمت شبکه که به شبکه متصل می­شود. این دو اینورتور ماشین را قادر می­سازد که بتواند توان را از سمت روتور جذب یا به شبکه تحویل دهد. این ماشین­ها عموماً به عنوان ژنراتور در توربین های بادی بزرگ استفاده می­گردند و این قابلیت را دارند که قابلیت کنترل سرعت توربین را تا 30 درصد افزایش دهند. می توان نشان داد که جهت داشتن قابلیت 30 درصد تغییر در سرعت ژنراتور، نیاز است که قدرت مبدل در حدود 30 درصد قدرت نامی ماشین باشد. این ماشین قابلیت های بسیار بهتری نسبت به دیگر انواع ژنراتورهای القایی دارد ولی در عوض قیمت آن بسیار بالاتر است[2].[1] World Wind Energy Association[2] Direct Drive[3] Geared Drive[4] Doubly Fed Induction Generator ما معمولا در این سایت متن کامل پایان نامه ها را درج می کنیم ولی استثنائا این پایان نامه فقط فصل اول موجود استتعداد صفحه :39
قیمت : چهارده هزار تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود به شما نشان داده می شود

و به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09124404335        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  -- --

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید

20 پاسخ

بخش دیدگاه ها غیر فعال است.