طراحی بهینۀ یک ژنراتور آهنربای دائم شارشعاعی با رتور خارجی برای کاربرد در توربین‌های بادی بدون جعبه‌دنده

ماشین‌های آهنربای دائم به دلیل ویژگی‌های برجستۀ خود به‌طور گسترده در حال استفاده در توربین‌های بادی‌اند. ژنراتورهای متصل به توربین‌های بادی بدون جعبه‌دنده به علت سرعت نامی پایین دارای حجم بالا و هزینۀ ساخت زیادند که با افزایش توان خروجی بر این معایب افزوده خواهد شد؛ درنتیجه، هدف از طراحی بهینه در این مقاله، کاهش هزینۀ ساخت سیستم توربین بادی با حفظ مشخصۀ راندمان بالا است؛ بنابراین، یک مدل مولتی‌فیزیک از مجموعه تولید انرژی در توربین بادی ارائه شده است که طراحی بهینه بر پایۀ آن استوار خواهد بود. از ویژگی‌های بارز این مطالعه، محاسبۀ دقیق تمامی هزینه‌های مربوط به تولید انرژی اعم از هزینۀ ساخت ژنراتور، مبدل الکترونیک قدرت، تجهیزات جانبی الکتریکی و برج توربین بادی است. به‌منظور یافتن جواب بهینه، از الگوریتم بهینه‌سازی ژنتیک با در نظر گرفتن یک محدوده مناسب از پیش تعیین شده برای متغیرهای طراحی استفاده می‌شود. مقایسۀ ژنراتور بهینه‌شده در این مطالعه با یک نمونه ژنراتور آهنربای دائم رتور داخلی، کارایی روش پیشنهادی و برتری آن را ازنظر حجم کلی، وزن و انرژی تحویلی سالیانه نشان می‌دهد. در انتها نیز صحت طراحی بهینه با تحلیل اجزای محدود تایید شده است.

Optimal Design of a Radial-Flux Permanent Magnet Generator with Outer-Rotor for Direct-Drive Wind Turbines

Permanent magnet machines are widely used in wind turbines due to theirs prominent characteristics. The directdrive wind generators have large size and high manufacturing cost because of low operational speed so that these disadvantages deteriorate when the rated output power increases. Therefore, the main objective of the optimal design proposed in this paper is to minimize the wind turbine system cost maintaining the high efficiency characteristic. Thus, a multiphysics model of the wind generation system is firstly presented to be the basis of the optimal design. One of the paramount feature of the current studyis to precisely calculate all of the energy production costs, including the manufacturing cost of generator, power converter, electrical subsystem, and also wind turbine tower cost. In order to obtain the optimum solution, the Genetic Algorithm (GA) optimization method is implemented with consideration of a predetermined proper range for optimal variables. By comparing the optimal design results with those attained by the innerrotor permanent magnet generator, the superiority of the proposed method is justified in terms of the total volume, weight, and annual output energy. Eventually, the finite element analysis has also been carried out to validate the outcomes obtained from the proposed optimal design.