analytical calculation of the equivalent circuit parameters of non-salient pole large synchronous generators

Optimal design of electrical machines using population-based optimization algorithms needs computationally fast model for evaluating the performance characteristics from design data, i.e. geometric dimensions, winding layouts, material properties. the electric equivalent circuit (eec) is a simple and appropriate model with acceptable accuracy to be incorporated in the design procedure. in this paper, an analytical approach is presented for calculating the eec parameters of large non-salient pole synchronous generator based on winding-function method. although the synchronous generator is well recognized, calculation of its dynamic eec parameters is not reported in previous studies. special issues of high-rated industrial synchronous generators are considered such as rotor slots with different dimensions, rotor sub-slots, the damper winding which is created from rotor wedges and retaining rings, saturation of magnetic flux routes in d-q-axis and stator core stacking. the connections of damper windings in d-q-axis and definitions of turn-ratios to refer the parameters to the stator-winding side are of novelties of the research. the calculated parameters for a 200mva power-plant generator are compared with the experimentally obtained parameters. the results of eec analysis of the studied machine have acceptable coincidence with the experimental and 2d finite-element simulation results, which proves the validity of the proposed method.

محاسبه تحلیلی پارامترهای مدار معادل ژنراتورهای سنکرون بزرگ قطب صاف ‏

طراحی بهینه ماشین های الکتریکی با استفاده از الگوریتم های بهینه سازی مبتنی بر جمعیت به مدل سریع محاسباتی برای ارزیابی ویژگی های عملکرد از روی داده‏های طراحی، یعنی ابعاد هندسی، الگوهای سیم پیچ و ویژگی‏های مواد نیاز دارد. مدار معادل الکتریکی (EEC) یک مدل ساده و مناسب با دقت قابل قبول برای کاربرد در روند طراحی است. در این مقاله، یک روش تحلیلی برای محاسبه پارامترهای EEC ژنراتور سنکرون بزرگ قطب صاف بر اساس روش تابع توزیع سیم پیچ ارائه شده است. اگرچه ژنراتور سنکرون به خوبی شناخته شده است، اما محاسبه پارامترهای مدار معادل الکتریکی دینامیکی آن در مطالعات قبلی گزارش نشده است. موارد خاص ژنراتورهای سنکرون صنعتی با توان بالا در این مطالعه در نظر گرفته شده است از جمله شیارهای روتور با ابعاد مختلف، زیر شکافهای روتور، سیم پیچ میراکننده که از گوه های روتور و حلقه های نگهدارنده تشکیل شده، اشباع مسیرهای شار مغناطیسی در محور dq و طبقه‏های هسته استاتور. اتصالات سیم پیچ میراکننده در محورهای dq و تعریف نسبت های دور برای ارجاع پارامترها به سمت سیم پیچ استاتور از جمله نوآوری‏های این تحقیق هستند. پارامترهای محاسبه شده برای یک مولد نیروگاهی 200 مگاولت آمپر با پارامترهای به دست آمده از آزمایش مقایسه شده‏اند. نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل با استفاده از مدار معادل ژنراتور مورد مطالعه با نتایج شبیه سازی المان محدود 2 بعدی و نتایج آزمایشگاهی انطباق قابل قبولی دارد که اعتبار روش پیشنهادی را اثبات می کند.