Βελτιστοποίηση Γεωμετρίας Γεννήτριας Μονίμων Μαγνητών Για Εφαρμογές Αιολικής Ηλεκτροπαραγωγής

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία επιχειρεί τη σχεδίαση σύγχρονης γεννήτριας μονίμων μαγνητών για εφαρμογές αιολικής ηλεκτροπαραγωγής μικρής ισχύος. Ως κύριο κριτήριο βελτιστοποίησης υιοθετήθηκε η μεγάλη πυκνότητα ισχύος έναντι της απόδοσης για την εν λόγω εφαρμογή. Σε ένα πρώτο βήμα προσδιορίσθηκαν οι προδιαγραφές των κύριων λειτουργικών χαρακτηριστικών της γεννήτριας, και στη συνέχεια αναπτύχθηκε η μεθοδολογία σχεδίασης που χρησιμοποιήθηκε την τελική διαμόρφωση της γεωμετρίας της. Κατά τη βιβλιογραφική διερεύνηση των επικρατέστερων διαμορφώσεων του ηλεκτρικού μέρους των ανεμογεννητριών, δόθηκε ιδιαίτερη έμφαση στις διαμορφώσεις που αφορούν σε εφαρμογές αιολικής ηλεκτροπαραγωγής μικρής ισχύος. Ακολούθησε η φάση της προκαταρκτικής σχεδίασης, κατά την οποία μέσω θεωρητικών σχέσεων, επιχειρήθηκε ο προσδιορισμός των κύριων γεωμετρικών χαρακτηριστικών του ενεργού μέρους της ηλεκτρογεννήτριας. Στη συνέχεια, αναπτύχθηκε η μεθοδολογία σχεδίασης που υιοθετήθηκε. Επιλέχθηκε να χρησιμοποιηθεί συγκεντρωμένο τύλιγμα κλασματικού βήματος και κατάλληλος συνδυασμός πόλων και αυλακών. Η βελτιστοποίηση της γεωμετρίας της γεννήτριας πραγματοποιήθηκε μέσω αναλύσεων ευαισθησίας των παραμέτρων. Μετά την οριστική διαμόρφωση της γεωμετρίας προσομοιώθηκαν λεπτομερώς τα λειτουργικά χαρακτηριστικά της γεννήτριας σε μόνιμη κατάσταση λειτουργίας με χρήση της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων. Επαναλήφθηκε η προαναφερόμενη διαδικασία σχεδίασης για την περίπτωση γεννήτριας με τύλιγμα πλήρους βήματος, προκειμένου να συγκριθούν τα χαρακτηριστικά της με αυτά της γεννήτριας κλασματικού βήματος. Τέλος, πραγματοποιείται μέσω πεδιακής ανάλυσης ο προσδιορισμός των παραμέτρων του ισοδυνάμου κυκλώματος.Για τις προσομοιώσεις που πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιήθηκαν τα λογισμικά ανάλυσης μαγνητικού πεδίου χρησιμοποιώντας τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων FEMM και αριθμητικής ολοκλήρωσης διαφορικών εξισώσεων MATLAB-SIMULINK.