مدل‌سازی و تحلیل اجزای محدود ژنراتور سنکرون آهنربای دائم شار متقاطع

19,900تومان

توضیحات

دانلود و مشاهده قسمتی از متن کامل پایان نامه :

وزارت علوم، تحقیقات و فناوری

دانشگاه شهید مدنی آذربایجان
دانشكده فنی و مهندسی

گروه مهندسی برق

پایان‌نامه مقطع کارشناسی ارشد

رشته مهندسی برق-قدرت

مدل‌سازی و تحلیل اجزای محدود ژنراتور سنکرون آهنربای دائم شارمتقاطع

چكيده

همان‌طور که می­دانید، ماشین­های با تحریک آهنربای دائم دارای بازده بالاتر و قابلیت اطمینان بیشتری نسبت به ماشین­های با تحریک الکتریکی می­باشند. در میان ماشین­های آهنربای دائم، ماشین­های شارمتقاطع نسبت توان به حجم و گشتاور الکتریکی به حجم بالاتری دارند، بطوریکه در توان­های یکسان سایز آن‌ها از ماشین­های معمول آهنربای دائم کوچک‌تر است، و این، دلیل توجه محققان به ماشین­های شارمتقاطع در سال­های اخیر است. مولدهای شارمتقاطع مي­توانند با گام قطب کوچک‌تری، نسبت به ديگر ماشين­ها ساخته شوند. اين ويژگي­ها باعث می‌شوند كه اين ماشين­ها، چگالي نيروي بالاتري نسبت به دیگر ماشین­های آهنربای دائمی داشته باشند. سیم‌پیچی مسي مولدهای شارمتقاطع ساده است و سیم‌پیچی مسی غیرفعال آن‌ها به‌صورت قابل‌ملاحظه‌ای نسبت به ديگر ماشين­ها كمتر است، بنابراين جرم مواد فعال براي توليد توان و گشتاور الکتریکی موردنیاز، مي­تواند كمتر از ديگر ماشين­ها  باشد. به‌عبارتی‌دیگر، حجم کوچک‌تر مواد فعال به واحد گشتاور الکتریکی را توسط اين ماشين­ها مي­توان به دست آورد. بنابراین این مولد با ایجاد تعداد قطب زیاد و گام قطب کوچک ایجاد توان و گشتاور بالایی می­کند، و می­تواند گزینه مناسبی برای استفاده در تولید انرژی الکتریکی از نیروی باد، بخصوص در سرعت­های کم‌باد باشد. بنابراین، این پایان‌نامه به­منظور و هدف خاص پس از معرفی ساختار ماشین موردنظر و توصیف نحوه عملکرد، به تحلیل و مدل‌سازی سه‌بعدی اجزای محدود این مولد پرداخته است. هدف از مدل‌سازی و مطالعه اجزای محدود در این پایان‌نامه درنهایت ارائه مدل دینامیکی این مولد به­منظور کوپل با توربین بادی است. نبود مدل دینامیکی مناسب و کاربرد این مولد، مدل‌سازی و شبیه‌سازی دینامیکی، برای تحلیل عملکرد آن تحت شرایط مختلف ضروری است. بنابراین، این پایان‌نامه یک مدل دینامیکی برای این مولد جهت اتصال به توربین بادی ارائه می­نماید. ازآنجایی‌که به دست آوردن مدل دینامیکی ماشین الکتریکی منوط به در اختیار داشتن پارامترهای آن است، ابتدا مولد سنکرون آهنربای دائمی شارمتقاطع به‌وسیله نرم‌افزار اجزای محدود و به‌صورت سه‌بعدی شبیه‌سازی‌شده و به‌وسیله تحلیل اجزای محدود پارامترهای موردنیاز استخراج گردیده است و برای بررسی صحت مدل دینامیکی نتایج حاصله از مدل اجزای محدود با نتایج مدل‌سازی دینامیکی مقایسه شده و این مقایسه بیانگر صحت مدل دینامیکی ارائه‌شده است. پس از پیشنهاد استفاده از مولد آهنربای دائمی شارمتقاطع برای کاربرد در نیروگاه بادی، در گام بعد در کنار نیل به اهداف این رساله، به معرفی سیستم پیشنهادی دیگر توربین بادی بر اساس مولد آهنربای دائمی و مبدل جدید منبع امپدانسی  به دو صورت dc-dc  و dc-ac پرداخته‌شده است. این مبدل جدید یک عضو دیگر از خانواده مبدل­های منبع امپدانسی می­باشد این مبدل ارائه‌شده درجه آزادی بیشتری برای تنظیم بهره ولتاژ دارد. همچنین با محدود کردن محدوده­ی هدایت همزمان  (Shoot-through)درحالی‌که بیشترین قدرت افزایندگی را حفظ می­کند، می­تواند در محدوده­ی مدولاسیون بالاتری عمل کند. این امر موجب به کاهش استرس کلید زنی و درنتیجه‌ی آن، باعث بهبود کیفیت توان خروجی و کاهش THD جریان اینورتر خواهد شد. با توجه به ویژگی­های ذکرشده، این مبدل مناسب برای سیستم توربین بادی خواهد بود و در گام آخر، این پایان‌نامه به شبیه‌سازی سیستم­های توربین بادی پیشنهادی پرداخته است و با سیستم­های ارائه‌شده‌ی معمول پیشین مقایسه گردیده است (سیستم­های بر اساس مبدل بوست) و نتایج آن حاکی از کارکرد مطلوب و صحیح سیستم پیشنهادی و همچنین کارایی مناسب آن می­باشد.آآبشسی

واژه‌های کلیدی:

ماشین­های شارمتقاطع، مدل‌سازی اجزای محدود سه‌بعدی، مدل‌سازی دینامیکی، سیستم­های تولید توان الکتریکی از نیروی باد، ، مبدلY-Source.

فهرست

1    ‌ فصل اول  مقدمه. 1

2    فصل دوم مواد و روشها 5

2‌.1‌   مقدمه  6

2‌.2‌   مروری بر مطالعات موجود در زمینه WECS.. 7

2‌.3‌   پیشینه ماشینهای آهنربای دائم PMM… 8

2‌.3‌.1‌   ساختارهای مختلف ماشینهای آهنربای دائمی.. 8

2‌.3‌.2‌  ماشینهای RFPM… 10

2‌.3‌.3‌   ماشینهای AFPM… 13

2‌.3‌.3‌.1‌   انواع ماشینهای شارمحوری… 13

2‌.3‌.3‌.2‌   انواع ساختارهای ماشینهای شار محور. 14

2‌.3‌.3‌.3‌   ساختار یک‌طرفه با هسته استاتور شیاردار. 15

2‌.3‌.3‌.4‌   ساختار یک‌طرفه با هسته استاتور بدون شیار. 16

2‌.3‌.3‌.5‌   دو طرف استاتور بدون شیار و وسط رتور (AFIR) 19

2‌.3‌.3‌.6‌   ساختار چند سطحه. 19

2‌.3‌.4‌  ماشینهای TFPM… 21

2‌.3‌.5‌   توصیف ماشین TFPM… 21

2‌.3‌.5‌.1‌   توپولوژی پایه (یک-طرفه) 22

2‌.3‌.5‌.2‌   توپولوژی TFPM همراه با پل آهنی… 24

2‌.3‌.5‌.3‌   توپولوژی TFPM دوطرفه. 24

2‌.3‌.5‌.4‌   ساختار TFPM Flux-Switching. 25

شكل ‏2‌.‌‌21  توپولوژی TFPM FLUX-SWITCHING، الف) نمای کلی. ب)نمای در عرض. 26

2‌.3‌.5‌.5‌   ساختار رتور دندانهای… 26

2‌.3‌.6‌   مطالعات صورت گرفتهی اخیر در راستای بهبود ساختار TFPM… 26

2‌.3‌.7‌   ویژگیهای ساختارهای متفاوت ماشینهای PM… 30

2‌.4‌   مبدلهای منبع امپدانسی.. 31

2‌.4‌.1‌   اصول کارکرد مبدلهای منبع امپدانسی.. 33

2‌.4‌.2‌   دسته‌بندی شبکه‌های منبع امپدانسی.. 35

2‌.4‌.2‌.1‌   دسته‌بندی شبکه‌های منبع امپدانسی ازنقطه‌نظر عملکرد تبدیل… 35

2‌.4‌.2‌.2‌   دسته‌بندی ساختارهای مختلف شبکه‌های منبع امپدانسی ازنقطه‌نظر مغناطیسی [56]. 37

2‌.4‌.3‌   ساختار شبکه منبع امپدانسی با ترانسفورماتور یا کوپل مغناطیسی.. 39

2‌.4‌.3‌.1‌   مبدل Y-Source. 39

3   فصل سوم مدل‌سازی و شبیه‌سازی.. 41

3‌.1‌   مقدمه  42

3‌.2‌   مدل‌سازی و تجزیه‌وتحلیل اجزای محدود. 43

3‌.2‌.1‌   معادلات ماکسول برای مسئلههای الکترومغناطیسی.. 43

3‌.2‌.2‌   روش اجزای محدود (FEM) 44

3‌.3‌   مدل‌سازی اجزای محدود 3 بعدی.. 45

3‌.4‌   محاسبه اندوکتانس سنکرون.. 54

3‌.5‌   مدل‌سازی دینامیکی WECS پیشنهادی در اندازه کوچک بر پایه PMTF.. 55

3‌.5‌.1‌   مدل‌سازی و شبیه‌سازی دینامیکی PMTF. 55

3‌.5‌.1‌.1‌   محاسبات مدل دینامیکی… 55

3‌.5‌.1‌.2‌   شبیهسازی دینامیکی… 60

3‌.5‌.2‌   مدل‌سازی WECS. 61

3‌.5‌.3‌   مدل‌سازی باد و توربین بادی.. 61

3‌.5‌.4‌   مدل‌سازی سیستم کنترل.. 64

3‌.5‌.4‌.1‌  MPPT تولید توان بیشینه از انرژی باد. 64

3‌.5‌.4‌.2‌  روش کنترلی FOC… 65

3‌.5‌.4‌.3‌   مدل‌سازی کامل سیستم.. 66

3‌.6‌    WECS پیشنهادی بر اساس مبدل منبع امپدانسی Y-Source. 66

3‌.6‌.1‌   شبکه Y-Source. 67

3‌.6‌.1‌.1‌   مبدل DC/DC Y-Source. 73

3‌.6‌.1‌.2‌  اینورتر Y-Source. 74

3‌.6‌.2‌   WECS پیشنهادی بر اساس مبدل شبکه امپدانسی Y-Source. 75

3‌.6‌.2‌.1‌   سیستم کنترلی… 77

3‌.7‌   جمع‌بندی فصل.. 79

4   فصل چهارم نتایج.. 81

4‌.1‌   مقدمه  82

4‌.2‌   بررسی نتایج شبیه‌سازی اجزای محدود 3 بعدی مولد PMTF.. 82

4‌.2‌.1‌   توزیع چگالی شار مغناطیسی.. 83

4‌.2‌.2‌   مشخصههای جریان و ولتاژ دربارهای متفاوت و استخراج پارامترهای مولد. 87

4‌.2‌.2‌.1‌   مشخصههای جریان و ولتاژ. 87

4‌.2‌.2‌.2‌   استخراج پارامترهای ماشین برای استفاده در مدل دینامیکی… 89

4‌.2‌.3‌   نتایج مدل‌سازی و شبیه‌سازی دینامیکی سیستم توربین بادی بر پایه PMTF. 91

4‌.3‌   نتایج شبیه‌سازی دینامیکی سیستم توربین بادی بر پایه مبدل Y-Source. 99

4‌.3‌.1‌  WECS پیشنهادی بر اساس اینورتر  Y-Source. 102

4‌.3‌.2‌   WECS پیشنهادی بر اساس مبدل DC/DC Y-Source. 111

4‌.4‌   مقایسه نتایج سیستمهای پیشنهادی با WECS بر اساس شبکه Z-Source  و WECS براساس مبدل Boost . 114

4‌.5‌   جمع‌بندی فصل.. 119

5   فصل پنجم جمع‌بندی و پیشنهاد‌ها 120

5‌.1‌   جمع‌بندی.. 121

5‌.2‌   پیشنهاد‌ها 123

منابع و مراجع.. 124

پيوست‌… 131

فهرست اشكال

شكل ‏2‌.‌‌1   ساختارهای رتور: الف)Surface-mounted magnet  . بInset magnet ( . ج) buried magnet. 9

شكل ‏2‌.‌‌2   شمایی از توپولوژی ماشین‌های آهنربای دائم؛ الف)شار شعاعی. ب)شارمحوری… 10

شكل ‏2‌.‌‌3 ماشین شار شعاعی همراه با PM متصل شده روی سطح با شیار. 11

شكل ‏2‌.‌‌4 ماشین شار شعاعی ، Flux-Concentrating همراه با شیار . 11

شكل ‏2‌.‌‌5 ماشین شار شعاعی بدون شیار  . 12

شكل ‏2‌.‌‌6 ماشین شار شعاعی Iron Less. 13

شكل ‏2‌.‌‌7   انواع ساختارهای ماشین‌های شارمحوری… 14

شكل ‏2‌.‌‌8   ساختار یک‌طرفه با هسته استاتور شیاردار. 15

شكل ‏2‌.‌‌9    ساختار یک‌طرفه با هسته استاتور بدون شیار. 16

شكل ‏2‌.‌‌10   ماشین شار محور با دو طرف روتور و وسط استاتور شیاردار(AFIS-NN). 17

شكل ‏2‌.‌‌11  ماشین شار محور با دو طرف روتور و وسط استاتور بدون شیار (AFIS-NN). 18

شكل ‏2‌.‌‌12  دو طرف استاتور شیاردار و وسط روتور (AFIR). 18

شكل ‏2‌.‌‌13  دو طرف استاتور بدون شیار و وسط روتور (AFIR). 19

شكل ‏2‌.‌‌14 ساختار چند سطحه یک ماشین شار محور با هسته استاتور. 20

شكل ‏2‌.‌‌15  مسیر شار مغناطیسی در ماشین شارمحوری چند سطحه با هسته استاتور. 20

شكل ‏2‌.‌‌16  ساختار چند سطحه یک ماشین شار محور بدون هسته استاتور. 21

شكل ‏2‌.‌‌17  توپولوژی پایه از TFPM…. 23

شكل ‏2‌.‌‌18   TFPMسه فاز، الف) نمای در عرض. ب) جابجایی آهنرباها که  جهت حرکت را نشان می‌دهد. 23

شكل ‏2‌.‌‌19    TFPM یک‌طرفه، با پل آهنی… 24

شكل ‏2‌.‌‌20. TFPM  دوطرفه، با پل آهنی. 25

شكل ‏2‌.‌‌21  توپولوژی TFPM FLUX-SWITCHING، الف) نمای کلی. ب)نمای در عرض. 26

شكل ‏2‌.‌‌22 ساختار TFPMDG 1) نگه‌دارنده هسته استاتور، 2) هسته استاتور، 3) سیم‌پیچ آرمیچر، 4) رتور دیسکی شکل، 5)آهنربای دائم.. 27

شكل ‏2‌.‌‌23  قطبهای آهنرباهای متصل شده به دیسک رتور در یک TFPMDG با 12 قطب. 28

شكل ‏2‌.‌‌24.  ابعاد TFPMD در مختصات مختلف… 29

شكل ‏2‌.‌‌25  شمای عمومی ساختار مبدلهای منبع امپدانسی با کلیدهای متفاوت برای کاربردهای متفاوت   32

شكل ‏2‌.‌‌26. شبکه منبع امپدانس متعارف. 33

شكل ‏2‌.‌‌27.  مدار معادل  Z-Source، الف) در حالت کلی ، ب) در حالت فعال  ، ج) در حالت   Shoot-through. 33

شكل ‏2‌.‌‌28 دسته‌بندی مبدل منابع امپدانسی بر اساس عملکرد تبدیل. 35

شكل ‏2‌.‌‌29 ساختارهای ممکن کلیدها (الف)-(ج) برای مبدل dc-dc، (ت)-(خ)  دیودها و سویچ‌های متعدد برای مبدلهای dc-dc، dc-ac، ac-dc و ac-ac. 36

شكل ‏2‌.‌‌30 شبکه‌های منبع امپدانسی… 38

شكل ‏2‌.‌‌31 ساختار مبدل Y-Source. 39

شكل ‏3‌.‌‌1 نمای عرضی ماشین TFPM. 45

شكل ‏3‌.‌‌2 مسیر شار عبوری در استاتور U شکل TFPM. 46

شكل ‏3‌.‌‌3 ماشین TFPM طراحی‌شده بر اساس توپولوژی 2010. 47

شكل ‏3‌.‌‌4 نمونه عملی ماشین، الف) رتور . ب) استاتور. 47

شكل ‏3‌.‌‌5 یک‌فاز از ماشین PMTF شبیه‌سازی‌شده در نماهای مختلف. 48

شكل ‏3‌.‌‌6  نمای برش خورده یک‌فاز از ماشین شبیه‌سازی‌شده. 49

شكل ‏3‌.‌‌7 ساختار قرارگیری آهنرباها در حالت 3 فاز. 50

شكل ‏3‌.‌‌8 . الف) ساختار 3 فاز مولد PMTF، ب) سیم‌پیچی دیسکی شکل سه فاز. 50

شكل ‏3‌.‌‌9 مشخصات سیمهای آمریکایی. 52

شكل ‏3‌.‌‌10 قطاع 30 درجه از یک‌فاز ماشین PMTF طراحی‌شده. 53

شكل ‏3‌.‌‌11 مش بندی قسمتهای مختلف ساختار طراحی‌شده در نماهای مختلف. 53

شكل ‏3‌.‌‌12 شماتیک کلی WECS پیشنهادی بر پایه PMTF. 55

شكل ‏3‌.‌‌13 قاب مرجع سه فاز abc  و قاب مرجع گردان dqo. 56

شكل ‏3‌.‌‌14 مدارهای معادل مولد، الف) محور d و ب) محور q. 58

شكل ‏3‌.‌‌15 دیاگرام زاویه پره توربین.. 63

شكل ‏3‌.‌‌16 کنترل سمت مولد. 66

شكل ‏3‌.‌‌17 مبدل  و حالتهای کاری آن. 67

شكل ‏3‌.‌‌18  منحنی بهره ولتاژ برحسب  برای مقادیر مختلف . 70

شكل ‏3‌.‌‌19 ساختار مبدل DC/DC Y-Source. 74

شكل ‏3‌.‌‌20 ساختار اینورتر Y-Source. 75

شكل ‏3‌.‌‌21 WECS متعارف با مبدل   بوست. 76

شكل ‏3‌.‌‌22 WECS پیشنهادی بر پایه مبدل  ، Y-Source. 76

شكل ‏3‌.‌‌23 WECS پیشنهادی بر پایه مبدل  ، Y-Source. 77

شكل ‏3‌.‌‌24  سیستم کنترلی در نظر گرفته‌شده برای WECS همراه با کانورتر Y-Source. 77

شكل ‏3‌.‌‌25 سیستم کنترلی در نظر گرفته‌شده برای WECS همراه با اینورتر Y-Source. 78

شكل ‏4‌.‌‌1 توزیع چگالی شار (Isovalues)، یک‌فاز مولد آهنربای دائم شارمتقاطع. 83

شكل ‏4‌.‌‌2  IsoLines در یک‌فاز مولد آهنربای دائم شارمتقاطع. 84

شكل ‏4‌.‌‌3  جهت توزیع چگالی شار تولیدی توسط آهنرباها در استاتور. 85

شكل ‏4‌.‌‌4 الف) شدت چگالی شار مغناطیسی، ب) دامنه ولتاژ القاشده در سیم‌پیچی. 86

شكل ‏4‌.‌‌5 .مشخصهی بی‌باری مولد TFPM. 87

شكل ‏4‌.‌‌6 .مشخصهی اتصال کوتاه مولد TFPM. 88

شكل ‏4‌.‌‌7 مشخصهی بار نامی اهمی . 88

شكل ‏4‌.‌‌8 ولتاژ پایانه و جریان آرمیچر PMTF مدل‌سازی شده در حالت نرمالیزه. 90

شكل ‏4‌.‌‌9.   ولتاژ پایانه ، جریان آرمیچر و ولتاژ القاشده PMTF مدل‌سازی شده. 91

شكل ‏4‌.‌‌10  تغییرات نسبت به و  . 92

شكل ‏4‌.‌‌11 مشخصه سرعت باد در نظر گرفته‌شده. 93

شكل ‏4‌.‌‌12 سرعت مرجع و مقایسه آن با سرعت روتور. 93

شكل ‏4‌.‌‌13 مقایسه گشتاور الکترومغناطیسی مولد باگشتاور مکانیکی حاصل از سرعت باد. 94

شكل ‏4‌.‌‌14.  مقایسه مقادیر توان حاصل از انرژی باد با ملاحظات MPPT. 95

شكل ‏4‌.‌‌15.  جریان محورهای d و q مولد شبیه‌سازی‌شده. 95

شكل ‏4‌.‌‌16.  الف) ولتاژ سه فاز استاتور مدل دینامیکی،  ب) مقایسه ولتاژ سه فاز استاتور به‌دست‌آمده توسط  تحلیل اجزای محدود 3 بعدی و مدل دینامیکی. 98

شكل ‏4‌.‌‌17. الف) ولتاژ سه فاز استاتور مدل دینامیکی،  ب) مقایسه ولتاژ سه فاز استاتور به‌دست‌آمده توسط  تحلیل اجزای محدود 3 بعدی و مدل دینامیکی. 97

شكل ‏4‌.‌‌18 منحنی تغییرات ولتاژ لینک DC برحسب تغییر سرعت رتور. 101

شكل ‏4‌.‌‌19.  مدل باد اعمال‌شده به سیستم پیشنهادی شبیه‌سازی‌شده. 101

شكل ‏4‌.‌‌20 سرعت رتور به ازای مقادیر مختلف سرعت باد. 102

شكل ‏4‌.‌‌21 منحنی توان مکانیکی توربین. 103

شكل ‏4‌.‌‌22 منحنی توان الکتریکی تزریقی به شبکه. 103

شكل ‏4‌.‌‌23 منحنی های توان الکتریکی تزریقی به شبکه و بیشترین توان مکانیکی جذب شده توسط توربین با توجه به سرعتهای مختلف باد. 104

شكل ‏4‌.‌‌24 الف) ولتاژ لینک DC اینورتر، ب) ولتاژ لینک DC اینورتر در حالت بزرگنمایی. 105

شكل ‏4‌.‌‌25 ولتاژ خازن مبدل . 106

شكل ‏4‌.‌‌26 توان راکتیو تبادل شده با شبکه. 106

شكل ‏4‌.‌‌27 . الف) ولتاژ شبکه، ب) ولتاژ شبکه در حالت بزرگنمایی. 108

شكل ‏4‌.‌‌28 جریان تزریقی به شبکه توسط سیستم پیشنهادی… 109

شكل ‏4‌.‌‌29 بزرگنمایی یک سیکل ازجریان تزریقی به شبکه در سرعت نامی. 109

شكل ‏4‌.‌‌30.   هارمونیکهای جریان تزریقی به شبکه و  مربوط به آن در سرعت باد . 110

شكل ‏4‌.‌‌31 توان تحویلی به شبکه توسط سیستم پیشنهادی. 110

شكل ‏4‌.‌‌32 کارایی سیستم پیشنهادی. 111

شكل ‏4‌.‌‌33.   ولتاژ لینک dc. 112

شكل ‏4‌.‌‌34 بزرگنمایی جریان تزریقی به شبکه در سرعت باد . 112

شكل ‏4‌.‌‌35 هارمونیک های جریان تزریقی به شبکه و  مربوط به آن. 113

شكل ‏4‌.‌‌36 مقایسه کارایی سیستمهای پیشنهادی. 116

شكل ‏4‌.‌‌37 هارمونیک های جریان تزریقی به شبکه و  مربوط به سیستم بر اساس Z-Source. 118

شكل پ‌.‌‌1 شمای کلی سیستم تولید توان الکتریکی از انرژی باد بر پایه ی مولد آهنربای دائمی شارمتقاطع. 132

شكل پ‏‌.‌‌2 مولد آهنربای دائمی شارمتقاطع متصل به بار ستاره. 133

شكل پ‏‌.‌‌3. بلوکهای مدل‌سازی ریاضی مولد آهنربای دائمی شارمتقاطع. 134

شكل پ‏ ‌.‌‌4.  مدل‌سازی کنترل سمت ژنراتور. 135

شكل پ‏ ‌.‌‌5. بلوک محاسبه سرعت مکانیکی مولد. 136

شكل پ‏ ‌.‌‌6 بلوکهای شبیه‌سازی توربین و ژنراتور. 136

شكل پ .‌‌7 بلوک محاسبه ی زاویه ی رتور. 137

فهرست جداول

جدول ‏3‌.‌1: مشخصات هندسی یک‌فاز از استاتورPMTF.. 51

جدول ‏3‌.‌2:  مشخصات هندسی یک‌فاز از رتورPMTF.. 51

جدول ‏3‌.‌3  ثابتهای  تا …. 63

جدول ‏3‌.‌4  خلاصهای از ساختارهای متفاوت منبع امپدانسی… 72

جدول ‏3‌.‌5   بهره ولتاژ به ازای مقادیر مختلف تعداد دور سیم‌پیچ‌ها. 73

جدول ‏4‌.‌1   مقادیر استخراج‌شده و محاسبهی اندوکتانس سنکرون.. 89

جدول ‏4‌.‌2    ضریب توان با روش پیدا کردن اختلاف‌فاز. 89

جدول ‏4‌.‌3     ضریب توان به‌وسیله محاسبات دینامیکی. 90

جدول ‏4‌.‌4      پارامترهای مولد …….. 100

جدول ‏4‌.‌5      پارامترهای شبیه‌سازی… 100

جدول ‏4‌.‌6  مقایسه ساختار مبدلهای موردنظر در WECS پیشنهادی. 115

جدول ‏4‌.‌7  THD سیستمهای پیشنهادی بر پایه شبکه Y-Source. 116

جدول ‏4‌.‌8      پارامترهای شبیه‌سازی سیستم بر اساس Z-Source . 117

جدول ‏4‌.‌9  مقایسه ساختار اینورتر موردنظر در WECS پیشنهادی و ساختار اینورتر Z-Source. 117

جدول ‏4‌.‌10 مقایسه THD سیستم توربین بادی بر اساس اینورتر Y-Source و اینورتر Z-Source. 118

1          ‌
فصل اول
مقدمه
مقدمه

 با افزایش دقت و تمرکز بیشتر، بر روی بازده سیستم‌های الکترومکانیکی از قبیل تولید برق از طریق انرژی­های جایگزین و وسایل نقلیه الکتریکی همچنین با پیشرفت علم مواد در دهه­های اخیر، ماشین­های آهنربایی دائمی  (PMMs)بیشتر مورداستفاده قرار می­گیرند، مخصوصاً در زمینه­های تبدیلات توان الکترومکانیکی.درواقع در سال 1983با کشف آهنربای دائمی خاک کمیاب، ماشین­های آهنربایی دائمی (PM) به‌طور چشم­گیری گسترش یافتند. یکی از کاربردهای این ماشین‌ها در کوپل مستقیم می­باشد. کوپل مستقیم به راه‌اندازی و اتصال مستقیم ماشین به بار، بدون استفاده از گیربکس می­گویند.

ماشین­های  PMبا کوپل مستقیم، بیشتر برای استفاده در توربین‌های بادی موردتوجه قرار می­گیرد. این ماشین­های آهنربایی دائمی می­توانند هم از طریق مسیر عبور شار مغناطیسی وهم ساختار دسته‌بندی شوند. با توجه به اینکه امروزه استفاده از انرژی­های تجدید پذیر و پاک، در دستور اجرای جوامع جهانی قرارگرفته و به­عنوان یک موضوع بسیار حیاتی و مهم مطرح‌شده است. عوامل زیست‌محیطی از قبیل آلودگی­ هوا و گرمای روزافزون کره زمین با استفاده از سوخت­های آلاینده از مهم‌ترین دلایل استفاده از انرژی­های تجدید پذیر بشمار می­روند. یکی از بسترهای مناسب و پرکاربرد از انرژی­های تجدید پذیر که بسیار موردتوجه قرارگرفته است انرژی باد است. استفاده از انرژی باد بخصوص در مناطق بادخیز علاوه بر صرفه‌جویی اقتصادی، افزایش کیفیت توان تحویلی را نیز در پی خواهد داشت. سیستم تولید توان الکتریکی از انرژی باد به چهار قسمت اصلی: 1) توربین بادی؛ 2) مولد الکتریکی؛ 3) ادوات الکترونیک قدرت و 4) سیستم­های کنترلی، تقسیم می­شود، که با افزایش روزافزون این صنعت و پیشرفت فنّاوری، پیشرفت­های زیادی در تمامی این قسمت­ها انجام‌گرفته و ادوات مختلف الکترونیک قدرت؛ مولدهای متفاوت و سیستم­های کنترلی متفاوت ارائه‌شده است. برای مثال با پیشرفت علم مواد و خودنمایی مجدد ماشین­های آهنربای دائم، استفاده از انرژی باد در سرعت­های متفاوت باد، بدون جعبه‌دنده بسیار موردتوجه قرارگرفته است. برای حذف جعبه‌دنده استفاده از ماشین­های آهنربای دائم و استفاده از ادوات الکترونیک قدرت پیشنهادشده است. بنابراین مطالعه­ی سیستم­های تولید توان الکتریکی از انرژی باد بر پایه­ی مولد­های با تحریک آهنربای دائمی از دیدهای متفاوت ضروری می­باشد. درزمینه­ی مولد می­توان به استفاده از [1] و [2] اشاره شود که در سیستم­های تولید انرژی الکتریکی از نیروی باد بر اساس آهنربای دائم مورداستفاده قرارگرفته‌اند. در زمینه ادوات الکترونیک قدرت، پیشنهادهای متفاوت‌تر با ویژگی­های منحصربه‌فرد بیشتری ارائه گردیده است که معمول­ترین آن‌ها، استفاده از یک مبدل بوست و اینورتر منبع ولتاژی می­باشد. باوجود مطالعه در زمینه­های متفاوت ماشین­های شار شعاعی (RFPM)، شار محور (AFPM) و شارمتقاطع(TFPM[3])، غالباً به ساختار ماشین و بررسی ساختارهای متفاوت با تحلیل  اجزای محدود سه‌بعدی پرداخته‌شده است و مطالعات دینامیکی آن‌ها کمتر موردبررسی قرارگرفته است. باوجوداینکه، اصول کلی طراحی ماشین­های شارمتقاطع با همتای استوانه­ای آن، که دارای توزیع شار شعاعی و همین‌طور ماشین­های شار محور، مشابه می­باشد، تفاوت در ساختار این ماشین‌ها در عملکرد دینامیکی آن‌ها به‌شدت مؤثر است. چراکه این تفاوت­ها مدل­های ریاضی را دستخوش تغییر می‌کنند. با توجه به اینکه مولدهای آهنربای دائمی شارمتقاطع با امکان ایجاد تعداد قطب­های زیاد و گشتاور بالا در سرعت­های باد پایین بخصوص در توربین­های بادی بسیار مناسب است. مطالعات بر روی سیستم توربین بادی سرعت متغیر بر پایه مولد شارمتقاطع صورت نگرفته است. ازاین‌رو، هدف اصلی این پایان­نامه مدل‌سازی سه‌بعدی اجزای محدود یک نمونه مولد شارمتقاطع و تجزیه‌وتحلیل آن در دو حوزه ایستا و گذرای مغناطیسی می­باشد، تا بدین‌وسیله پارامترهای موردنظر برای ایجاد یک مدل دینامیکی برای مولد شارمتقاطع به­منظور استفاده در سیستم توربین بادی سرعت متغیر استخراج شود و سیستم توربین-مولد پیشنهادی ارائه شود. از سوی دیگر با توجه به اهمیت ادوات الکترونیک قدرت در تحویل توان الکتریکی به شبکه ( رابط بین توربین باد و شبکه)، پیشنهاد استفاده از شبکه Y-Source در سیستم­های توربین بادی سرعت متغیر بر پایه­ی ماشین­های آهنربای دائم، در نقش مبدل الکترونیک قدرت ارائه‌شده است.

این پایان‌نامه با در نظر گرفتن موارد یادشده در پی نیل به اهداف موردنظر به‌صورت زیر نگارش شده است.

در شروع، ابتدا به بررسی ساختار ماشین­های آهنربای دائم شارمتقاطع و مبدل­های منبع امپدانسی پرداخته‌شده و تحولات ایجادشده در این زمینه­ها مرور خواهد شد. ملاحظات طراحی هندسی و الکترومغناطیسی ماشین­های شارمتقاطع  در همین فصل توضیح داده خواهد شد. در فصل سوم، ابتدا مدل سه‌بعدی اجزای محدود از یک مولد سنکرون آهنربای شارمتقاطع جهت استخراج پارامترهای مولد، توسعه داده خواهد شد. نظر به اهمیت مدل دینامیکی در تحلیل عملکرد سیستمی ماشین، به مدل‌سازی و شبیه‌سازی دینامیکی مولد سنکرون آهنربای دائم شارمتقاطع پرداخته می­شود. بر اساس مولد شبیه‌سازی‌شده، به بررسی سیستم توربین بادی برای نیروگاه بادی مقیاس کوچک پرداخته‌شده است. سپس به­منظور تحویل توان با تلفات کم و کیفیت بالاتر به معرفی مبدل شبکه امپدانسی جدید Y-Source پرداخته و سپس در بخش انتهایی این بخش سیستم تولید توان الکتریکی از انرژی باد با سرعت متغیر بر پایه مولد آهنربای دائم بر اساس این مبدل  پیشنهادشده و به شبیه‌سازی آن پرداخته‌شده است. فصل چهارم به ارائه نتایج مدل‌سازی‌ها و شبیه­سازی­های مربوط به سیستم­ پیشنهاد فصل سوم مربوط می­شود که به بررسی صحت مدل دینامیکی ارائه‌شده برای مولد موردنظر، عملکرد آن در حالت متصل به توربین بادی، سیستم کنترلی  و سایر اجزا می­پردازد. در بخش انتهایی این فصل نیز به بررسی سیستم پیشنهادی بر اساس مبدل Y-Source پرداخته و نتایج آن ارائه است. در آخر به جمع‌بندی پژوهش پرداخته و پیشنهاد‌هایی را ارائه کرده است. بلوک­های شبیه‌سازی‌شده در پیوست ارائه گردیده است.

2
فصل دوم
مواد و روش­ها
مواد و روش­ها

2‌.1‌   مقدمه

با شروع انقلاب صنعتی، موتورهایی که از انرژی حاصل از اشتعال سوخت فسیلی استفاده می‌کردند، جایگزین نیروی باد شدند تا به‌این‌ترتیب منبع توان باثبات‌تری در دسترس صنایع روبه گسترش قرار گیرد. در اوایل دهه‌ی 1970 میلادی با اولین شوک شدید قیمت نفت به بازار، باری دیگر انرژی باد موردتوجه قرار گرفت. هرچند این بار برخلاف تجربه­های پیشین تمرکز برای تولید توان الکتریکی بود و نه توان مکانیکی. به‌این‌ترتیب امکان تأمین منبع جایگزین و کم‌هزینه‌ای با استفاده از فناوری‌های جدید در شبکه الکتریکی به‌عنوان ذخیره­ای باقابلیت اعتماد بالا به وجود آمد. گرایش شدید به استفاده از انرژی­های تجدید پذیر، بخصوص در زمینه­ انرژی بادی و انرژی خورشیدی، مطالعه و به­روز سازی اجزای مختلف سیستم قدرت را می­طلبد. مولد­ها و ادوات الکترونیک قدرت بعضی از این اجزای تشکیل‌دهنده سیستم قدرت در امر تولید توان می­باشد. گرچه انواع مختلف مولد و مبدل­ها در سیستم­های بادی به کار گرفته می­شوند، اما بهره­وری حداکثر، تلفات پایین، کیفیت توان تحویلی به شبکه و سیستم­های کنترلی کم‌هزینه، موارد مهمی در انتخاب مولد و مبدل­های الکترونیک قدرت برای این امر می­باشد. ظهور مجدد ماشین­های آهنربای دائم بخصوص ماشین­های شارمتقاطع، ضمن حذف هزینه­های اضافی استفاده از جعبه‌دنده، قابلیت تولید توان در سرعت­های باد متفاوت را از طریق کوپل مستقیم مولد به توربین، ممکن ساخته است. نظر به کیفیت توان تحویلی، در کنار سایر خصوصیاتی و مطالعاتی که در این فصل در مورد این مولد بیان‌شده است، به معرفی مبدل الکترونیک قدرت Y-Source پرداخته خواهد شد.

این فصل پس از بررسی مطالعات انجام‌شده و بیان تاریخچه در زمینه­ ماشین­های شارمتقاطع و مبدل‌های منبع امپدانسی و معرفی دسته‌بندی‌های آن به معرفی ساختار مبدل Y-Source ، پرداخته است.

2‌.2‌   مروری بر مطالعات موجود در زمینه WECS

خلاصه برآیند مطالعات در شاخه تولید توان از انرژی بادی به موضوعات، بررسی­های جداگانه مدل­های طراحی، مدل­های ریاضی و مداری، تقویت و تبدیلات متوالی انرژی و جریان به­صورت  تقسیم می­شوند[7]-[1] . بطوریکه در تمامی این زمینه­ها فنّاوری جدیدی ارائه‌شده است. مولدهای سنکرون آهنربای دائم ([4]) دارای ویژگی­هایی از قبیل: چگالی توان بالا، قابلیت داشتن تعداد قطب­های زیاد و بازده بالا و … می­باشند. بنابراین، این خانواده از ماشین‌ها، بسیار موردتوجه در کاربردهای توربین بادی می­باشند [13]-[8]. جدیدترین نمونه از خانواده این مولدها که در تولید انرژی الکتریکی از انرژی باد ([5]) در سرعت­های متفاوت مورداستفاده قرارگرفته‌اند، مولدهای  می­باشند [14]. عضوی دیگر از خانواده ماشین­های PM ماشین­های شارمتقاطع می­باشند، که مطالعات زیادی بر روی ساختارهای متفاوت و بهبود ساختارهای موجود آن صورت پذیرفته است. البته بیشتر مطالعات صورت گرفته در زمینه بررسی ساختاری ماشین برای کاربرد در توربین بادی پرداخت‌شده است [20][15]. حال اینکه مطالعات در زمینه  با مولد ، صورت نگرفته است. ساختار­های مبدل ، به دلیل جذب بس‌ترین توان ممکن در سرعت­های باد متفاوت و درعین‌حال حذف ملزومات مکانیکی از قبیل جعبه‌دنده، به­عنوان یکی از بهترین ساختارها برای  بشمار می­رود، ادوات مختلفی از قبیل مبدل­های منبع امپدانسی، وینا رکتیفایر، دلتا رکتیفایر و… در این ساختارها مورداستفاده قرارگرفته است [27][21]. اگر بخواهیم مطالعات موجود در زمینه­ ماشین­های شارمتقاطع را دسته‌بندی کنیم، این مطالعات شامل طراحی، تحلیل­های اجزای محدود و ساخت ماشین ازنظر مواد بکار رفته، ابعاد و بهینه نمودن پارامترهای الکترومغناطیسی مانند گشتاور الکترومغناطیسی بوده است. بنا بر هدف‌گذاری این پایان‌نامه برای مدل‌سازی و شبیه‌سازی اجزای محدود TFPMG برای ارائه مدل دینامیکی  پیشنهادی بر اساس مولد شارمتقاطع ، در ادامه به پیشینه ماشین­های آهنربای دائم می­پردازیم.

2‌.3‌   پیشینه ماشین­های آهنربای دائم PMM

منابع و مراجع

[1]

 

M´  onica  Chinchilla,  Santiago  Arnaltes,  and  Juan  Carlos  Burgos,  ―Control  of Permanent-Magnet  Generators  Applied  to  Variable-Speed  Wind-Energy Systems Connected  to  the  Grid‖,  IEEE  Trans.  On Energy conversion, vol 21, no, 1, 2006.

 

[2] Alejandro  Rolan’,  Alvaro  Luna,  Gerardo  Vazquez,  Daniel  Aguilar,  Gustavo  Azevedo”Modeling  of  a  Variable  Speed  Wind  Turbine  with  a    Permanent  Magnet Synchronous  Generator”,  IEEE  International  Symposium  on  Industrial  Electronics ISlE (2009).

 

[3] B. Wu, Y. Lang, N. Zargari, and S. Kouro, ”   Power Conversion and Control of Wind Energy Systems”.  Hoboken, NJ: Wiley, 2011.
[4] Jorge L.  Acosta, Kevin Combe, Saˇ as ˇ Z.  Djoki´  c,  and  Ignacio  Hernando-Gil, ―Performance  Assessment  of  Micro  and  Small -Scale  Wind  Turbines  in  UrbanAreas‖.  IEEE System Journals, vol.  6, no. 1, 2012.10.23.

 

[5] Hong-Woo  Kim,  Sung-Soo  Kim,  Hee-Sang  Ko,  “Modeling  and  control  of  PMSG- based  variable-speed  wind  turbine”,  electric  Power  Systems Research (2010), 46-52.

 

[6]

 

Sandra  Eriksson  ,  Andreas  Solum,  Mats  Leijon,  Hans  Bernhoff    “Simulations  and experiments  on  a  12  kW  direct  driven  PM  synchronous    generator  for  wind power”,  Renewable  Energy  33 (2008) 674–681.

 

[7]

 

L.M.  Fernandez, C.A.  Garcia, F.  Jurado,  “Operating  capability  as  a PQ/PV node of a    direct-drive  wind  turbine  based  on  a  permanent magnet  synchronous  generator”, Renewable  Energy  35 (2010) 1308–1318.

 

[8] B.J.  Chalmers, W. Wu,  E.  Spooner,  ―An  axial-flux  permanent magnet  generator    for a  gearness  wind  energy  system‖,  IEEE  Trans.  Energy  Conver.  14  (2)  (1999)  251–257 .

 

 [9] Optimal  design  of  distributed  winding  axial  flux  permanent  magnet    synchronous generator  for  wind  turbine  systems”, electromagnetic field computation(CEFC),2010  ,  14th  Biennial  IEEE    conference  on  Digital  Object Identified.

 

[10] Yicheng  Chen,  pragasen  Pillay,  and  Azeem  Khan,  ―PM  wind  generator comparison of    different  topologies,‖    Conference  Record  of  the  2004  IEEE Industry Applications  Society,  pp 800-807, October 2004.

 

[11] Yicheng  Chen,    Pragasen  Pillay,  “Axial-flux    PM  Wind  Generator  with  A  Soft Magnetic  Composite  Core ”  ,2005 IEEE.

 

[12] Werner Jara, Alejandro Martin, Juan A.  Tapia, ―Axial Flux PM Machine for Low Wind Power Generation‖.  XIX International Conference on Electrical Machines – ICEM 2010, Rome.

 

[13] Aydin, M., Zhu, Z., Lipo, T., & Howe, D.  (2007). Minimization of cogging torque in axial -flux permanent-magnet machines:  Design concepts.  Magnetics,  IEEE Transactions  on, 43(9), 3614 –3622.

 

[14] Kundor, P. Power System Stability and Control, Mc.Graw Hill, New York, 1994.

 

[15]  Jacekf.  Gieras, Rong-Jie Wang, Maaen J.  Kamper, ―Axial Flux Permanent Magnet Brushless Machines‖.  Print ©2004 Kluwer Academic Publishers Dordrecht.

 

[16] Aydin, M., S.  Huang, T.A.  Lipo, ―Axial Flux Permanent Magnet Disc Machines: A. Review‖ 2010.

 

[17] M.A.  Mueller, A.S.  McDonald and D.E.  Macpherson, ―Structural analysis of low-speed axial-flux permanent-magnet machines‖.  IEE Proc.-Electr.  Power Appl., Vol.  152, No. 6, November 2005.

 

[18] Campbell  P,  ―The  magnetic  circuit  of  an  axial    flux  DC    electrical machine,‖  IEEE Trans. MAG-11(5):1541–1543,  1975.

 

[19] Chandler  P.L.,  and  Patterson  D.J.,  ―Counting  the  losses  in  very  high  efficiency machine  design,‖  World Renewable  Energy  Congress,  Perth, Australia.1999.

 

[20] Leung W.S.  And Chan C.C.    (1980).  ―A  new  design  approach  for  axial-field electrical  machine,‖  IEEE  Trans.   PAS-99(4):  1679–1685.

 

[21] T.  F.  Chan and L.  L.  Lai,  ―Permanent-magnet  machines  for  distributed  generation:A review,‖  in  Proc. IEEE  Power Eng. Annu.  Meeting, 2007, pp.1–6.

 

[22] Gieras J.F., and Wing M.    (2002). Permanent magnet motor technology:  design and applications.  2nd ed., Marcel  Dekker, New York
[23] T.  F.  Chan, and L.  L.  Lai, ―An Axial-Flux Permanent-Magnet Synchronous Generator for a Direct-CoupledWind-Turbine System‖.  IEEE Trans.  On Energy conversion, vol.  22, NO. 1, 2007.

 

[24] T.  F.  Chan, Weimin Wang, L.  L.  Lai,  ―Performance  of  an  Axial-Flux  Permanent Magnet  Synchronous  Generator  From  3-D  Finite-Element  Analysis‖.  IEEE Trans. On Energy conversion, vol.  25, no. 3, 2010.

 

[25] T.  F.  Chan, Weimin Wang, L.  L.  Lai,  ―Performance  of  an  Axial-Flux  Permanent Magnet  Synchronous  Generator  From  3-D  Finite-Element  Analysis‖.  IEEE Trans. On Energy conversion, vol.  25, no. 3, 2010.

 

[26] Riad  Kadri,  Jean-Paul  Gaubert,  Gerard  Champenois,  “An  Improved  Maximum Power  Point  Tracking  for  Photovoltaic  Grid-Connected  Inverter  Based  on Voltage-Oriented  Control”,   IEEE  Trans.  Ind. Electron. vol.  58, no. 1, 2011.

 

[27] Chinchilla,  M.,  Arnaltes,  S.,  Burgos,  J.C.:  ‗Control  of  permanent magnet  generators applied  to  variable-speed  wind-energy  systems  connected  to  the  grid‘,  IEEE Trans. Energy  Convers.,  2006, 21, (1), pp. 130–135.

 

[28] SVECHKARENKO, On Design and Analysis of a Novel Transverse Flux Generator for Direct-driven Wind Application. Doctoral Thesis. Stockholm, Sweden 2010.

 

[29] F. Gieras and M.Wing. Permanent Magnet Motor Technology: Design and Applications. Marcel Dekker, Inc., second edition, 2002.

 

[30] R. Chin. A Permanent Magnet Traction Motor for Electric Forklifts – Design and Iron Loss Analysis with Experimental Verification. PhD thesis, Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden, 2006.

 

[31] F. Magnussen. On Design and Analysis of Synchronous Permanent Magnet Machines for Field-weakening Operation in Hybrid Electric Vehicles. PhD thesis, Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden, 2004.

 

[32] C.J.A. Versteegh. Design of the Zephyros Z72 wind turbine with emphasis on the direct drive PM generator. In Proc. Nordic Workshop on Power and Industrial Electronics, Trondheim, Norway, 2004.

 

[33] P.  Lampola, “Directly driven, low-speed permanent-magnet generators for wind power applications”, Ph.D. dissertation, Helsinki University of Technology, Finland, 2000.

 

[34] M.A. Mueller, A.S. McDonald and D.E. Macpherson, “Structural analysis of lowspeed axial-flux permanent-magnet machines”, IEE Proc.-Electr. Power Appl., Vol.152, No. 6, pp. 1417-1426, November 2005.

 

[35] E. Spooner and A.C. Williamson, “Parasitic losses in modular permanent-magnet generators”, IEE Proc.-Electr. Power Appl., Vol. 145, No. 6, pp. 485-496, November 1998.
[36] E. Spooner, P. Gordon, J.R. Bumby and C.D. French, “Lightweight, ironless-stator, PM generators for direct-drive wind turbines” , IEE Proc.-Electr. Power Appl., Vol. 152, No. 1, pp. 17-26, January 2005.

 

[37] P.  Lampola,  “Directly  driven,  low-speed  permanent-magnet  generators  for  wind  power applications”, Ph.D. dissertation, Helsinki University of Technology, Finland, 2000.

 

[38] M. Dubois, “Optimized permanent magnet generator topologies for direct drive wind turbines”, Ph.D. dissertation, Delft University of Technology, Delft, The Netherlands, 2004.

 

[39] E. Muljadi, C. P. Butterfield and Y. Wan, “Axial-flux modular permanent-magnet generator with a toroidal winding for wind-turbine applications”, IEEE Trans. Ind. Applicat., Vol. 35, No. 4, pp. 831-836, July/Aug. 1999

 

[40] D. Svechkarenko, “On Analytical Modeling and Design of a Novel Transverse Flux Generator for Offshore Wind Turbines”, Licentiate Thesis Stockholm, Sweden 2007.
[41] D. Svechkarenko, “On Design and Analysis of a Novel Transverse Flux Generator for Direct-driven Wind Application”, Doctoral Thesis Stockholm, Sweden 2010.
[42] J. Yan, H. Lin, Y. Huang, H. Liu, and Z.Q. Zhu. Magnetic field analysis of a novel flux switching transverse flux permanent magnet wind generator with 3D-FEM. In Proc. Int. Conf. on Power Electronics and Drive Systems, pages 75–80, Taipei, Taiwan, R.O.C., November 2009.

 

[43] M.R. Dubois. Optimized Permanent Magnet Generator Topologies for Direct-DriveWind Turbines. PhD thesis, Delft University of Technology, Delft, The Netherlands, 2004.

 

[44] D. Oleksandr, STUDY ON PERMANENT MAGNET TRANSVERSE FLUX MACHINE, Doctoral Thesis, MAY 2012.

 

[45] S. Hosseini, J. Sh.Moghani, N.F.Ershad, B.B. Jensen, Design, Prototyping, and Analysis of a Novel Modular Permanent-Magnet Transverse Flux Disk Generator, IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, VOL. 47, NO. 4, APRIL 2011.
[46] J. F. Gieras, “Performance characteristics of a permanent magnet transverse flux generator,” inProc. IEEE Int. Conf. Electr. Machines Drives,San Antonio, TX, May 15, 2005, pp. 1293–1299
[47] J. F. Gieras and M. Wing, Permanent Magnet Motor Technology: Design and Application, 2nd ed. New York: Marcel Dekker, 2002.

 

[48] W. Hill, “Transverse Flux Machine”, Patent Application Publication, Pub. No.: 5,942,828, August 24, 1999.

 

[49] F. Z. Peng, X. Yuan, X. Fang, and Z. Qian, “Z-source inverter for adjustable speed drives,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 1, no. 2, pp. 33– 35, Jun. 2003.

 

[50] F. Z. Peng, A. Joseph, J. Wang, M. Shen, L. Chen, Z. Pan, E. O. Rivera, and Y. Huang, “Z-source inverter for motor drives,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 20, no. 4, pp. 857–863, Jul. 2005.

 

[51] Z. J. Zhou, X. Zhang, P. Xu, and W. X. Shen, “Single-phase uninterruptible power supply based on Z-source inverter,” IEEE Trans. Ind.Electron., vol. 55, no. 8, pp. 2997–3004, Aug. 2008.

 

[52] Y. Li, S. Jiang, J. G. Cintron-Rivera, and F. Z. Peng, “Modeling and control of quasi-Z-source inverter for distributed generation applications,”IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 60, no. 4, pp. 1532–1541, Apr. 201.

 

[53] Y. P. Siwakoti and G. Town, “Performance of distributed DC power system using quasi Z-source inverter based DC/DC converters,” in Proc.Appl. Power Electron. Conf. Expo., Mar. 17–21, 2013, pp. 1946–1953.

 

[54] B. Ge, H. Abu-Rub, F. Z. Peng, Q. Li, A. T. de Almeida,F. J. T. E. Ferreira, D. Sun, and Y. Liu, “An energy stored quasi-Z-source inverter for application to photovoltaic power system,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 60, no. 10, pp. 4468–4481, Oct. 2013.

 

[55] H. Abu-Rub, A. Iqbal, S. M. Ahmed, F. Z. Peng, Y. Li, and G. Baoming,“Quasi-Z-source inverter-based photovoltaic generation system with maximum power tracking control using ANFIS,” IEEE Trans. Sustainable Energy, vol. 4, no. 1, pp. 11–19, Jan. 2013.

 

[56] Siwakoti, Y.P.; Peng, F.Z.; Blaabjerg, F.; Loh, P.C.; Town, G.E., “Impedance-Source Networks for Electric Power Conversion Part I: A Topological Review,” Power Electronics, IEEE Transactions on , vol.30, no.2, pp.699,716, Feb. 2015.

 

[57] F. Z. Peng, “Z-source inverter,” in Proc. Ind. Appl. Conf., Oct. 13–18, 2002, vol. 2, pp. 775–781.

 

[58] Y. P. Siwakoti and G. Town, “Improvedmodulation technique for voltage fed quasi-Z-source DC/DC converters,” in Proc. Appl. Power Electron.Conf. Expo. Mar. 2014, pp. 1973–1978.

 

[59] Y. P. Siwakoti, P.C. Loh, F.Blaabjerg, andG. Town, “Y-source impedance network,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 29, no. 7, pp. 3250–3254, Jul. 2014.

 

[60] P.C.  Krause, O.  Wasynczuk, S.D.  Sudhoff, ―Analysis of Electric Machinery and Drive Systems‖.  JohnWiley & Sons Inc, New Jersey, 2002.

 

[61] Chee  Mun  Ong,  ―Modelling  and  Dynamic  Simulation  of  Electrical  Machinery using  MATLAB/SIMULINK‖.1998.

 

[62] A.  E.  Fitgerald, J.  C.  Kingsley, and S.  D.  Umans, Electric Machinery.  New York: McGraw-Hill, 1990.

 

[63] Betz, Albert.  “Behavior of vortex systems.”  (1933).
[64] T.  Sun,  Z.  Chen,  and  F.  Blaabjerg,  “Voltage  Recovery  of  Grid-Connected  Wind Turbines  After  a  Short-Circuit  Fault,”  Proc.  of  the  29th  Annual  Conference  of  the IEEE  Industrial  Electronics  Society,  vol.  3, June  20-25, 2004, pp. 827-831.

 

[65] Heier  S.  (1998):    Grid  Integration  of Wind Energy   Conversion Systems.  John Wiley & Sons Ltd, ISBN   0 – 471 – 97143 – X.

 

[66] “WE  Handbook-2-Aerodynamics  and Loads”,  available: http://www.gurit.com
[67] B. Wu, Y. Lang, N. Zargari,  and S. Kouro, Power Conversion and Control of Wind Energy  Systems.  Hoboken, NJ: Wiley,  2011.

 

[68] Alejandro  Rolan  ,  Alvaro  Luna,  Gerardo  Vazquez,  Daniel  Aguilar,  Gustavo Azevedo,  ―Modeling  of  a  Variable  Speed Wind  Turbine  with  a  Permanent Magnet Synchronous  Generator‖.  IEEE  (ISlE  2009), Korea July  5-8, 2009.

 

[69] Adrian  Timbus,  Marco  Liserre,  Remus  Teodorescu,  Pedro  Rodriguez,  Frede Blaabjerg,  ”  Evaluation  of  Current  Controllers  for  Distributed  Power  Generation Systems”,   IEEE  Trans. Power Electron.,  vol.  24,  no. 3, March  2009.

 

[70]  Siwakoti, Y.P.; Town, G.E.; Poh Chiang Loh; Blaabjerg, F., “Y-source inverter,” Power Electronics for Distributed Generation Systems (PEDG), 2014 IEEE 5th International Symposium on , vol., no., pp.1,6, 24-27 June 2014.

 

[71] Dehghan, S.M.; Mohamadian, M.; Varjani, AY., “A New Variable-Speed Wind Energy Conversion System Using Permanent-Magnet Synchronous Generator and -Source Inverter,” Energy Conversion, IEEE Transactions on , vol.24, no.3, pp.714,724, Sept. 2009.

پيوست‌

در این ضمیمه بلوک‌های مدل‌سازی شده در فصل سوم، همراه با جزئیات نشان داده‌شده است. ابتدا شمای کلی سیستم نمایش داده‌شده است (Error! Reference source not found.)، سپس مدل مولد آهنربای دائمی که به بار سه فاز متصل شده است و در سرعت نامی بکار گرفته‌شده در Error! Reference source not found. نمایش داده‌شده است. در ادامه به بررسی تمامی بلوک­های تشکیل‌دهنده سیستم انرژی بادی پیشنهادی بر پایه ژنراتور آهنربای دائمی پرداخته‌شده است. Error! Reference source not found.، بلوک­های مدل‌سازی ریاضی مولد آهنربای دائمی شارمتقاطع را نشان می­دهد، Error! Reference source not found.. مدل‌سازی کنترل سمت ژنراتور را نمایش می­دهد. بلوک محاسبه سرعت مکانیکی مولد در Error! Reference source not found. نشان داده‌شده است. بلوک­های شبیه‌سازی توربین و ژنراتور و بلوک محاسبه­ی زاویه­ی رتور به ترتیب در Error! Reference source not found. و Error! Reference source not found. نمایش داده‌شده است.

[1]  Radial flux permanent magnet generators

[2] Axial flux permanent magnet generators

[3] Transverse flux permanent magnet generators

[4] Permanent Magnet Synchronous Generators

[5] Wind Energy Conversion Systems

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “مدل‌سازی و تحلیل اجزای محدود ژنراتور سنکرون آهنربای دائم شار متقاطع”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

+ 23 = 25