Yel Enerjisinden Elektrik Enerjisine Dönüşüm İçin Yeni Bir Generatör Dizgesi Yapısı

Abstract

Bu çalışmada, yel enerji dönüşümünde kullanılan sürekli mıknatıslı senkron generatörlerin; hava aralığı akısının denetlenememesi ve yüksek maliyet gibi sakıncalarını azaltmak, güç yoğunluğu ve verimi yükseltmek için yeni generatör dizge yapıları önerilmiştir. Uyartım kaynaklarının konumuna göre sınıflandırılan eksenel akılı melez uyartımlı senkron makinelerin sonlu elemanlar yöntemiyle çözümlemeleri yapılmıştır. İncelenen modeller; akı denetim yetileri, güç yoğunluğu, ters mıknatıslanma riski, çıkış güçleri ve üretim zorlukları açısından karşılaştırılmıştır. Bu çalışmada incelenen bir diğer generatör yapısı, yüksek güç yoğunluklu RAXIAL (Çapsal-Eksenel) generatördür. Geleneksel çift rotor tek stator eksenel akılı TORUS generatörün stator iç kısmına yerleştirilen çapsal yönelimli mıknatıslar ile güç yoğunluğu arttırılmıştır. RAXIAL generatör ön tasarımının güç yoğunluğu ve toplam harmonik bozunum (THD) en iyileştirmesi Taguchi yöntemi kullanılarak yapılmıştır. En iyileştirmesi yapılan RAXIAL generatörün, zıt devinimli çalışma başarımı ve kutup sayısının etkisi incelenerek en uygun çalışma ve kutup sayısı belirlenmiştir. RAXIAL generatörün zıt devinimli çalışmasıyla çıkış gücü, olağan çalışmaya göre iki kat artarken verim de yükselmiştir.

In this study, new generator structures are proposed to reduce drawbacks such as high cost and no-monitoring of the air-gap flux and to raise power density and efficiency to the permanent magnet synchronous generators used in the wind energy conversion system. Axial flux hybrid excitation synchronous machines are classified according to position of excitation winding and magnets. All of them were analyzed using Finite Element Method (FEM). The models were compared in terms of production challenges, output power, risk of demagnetization, power density and ability of flux control. Another generator structure examined in this study is RAXIAL (Radial-Axial) generator with high power density. Radially oriented magnets are placed in the stator of traditional double rotor-single stator axial flux TORUS generator and so power density has been improved. Power density and Total Harmonic Distortion (THD) optimization are made with Taguchi method. Improved RAXIAL generator is investigated when rotor and stator are worked normally and contra-rotating and so contra-rotating performance and effects of the pole numbers are determinated. Contra-rotating generator output power is increased twice and efficiency is increased compared to normally operation.