optimal design of an exterior-rotor permanent magnet generator for wind ‎power applications ‎

High power permanent magnet synchronous generators (pmsgs) are suitable for wind power applications because of their high efficiency. according to the electromagnetic machine design principles, the main disadvantages of low-speed and high-power generators are large size, heavy weight and high manufacturing cost. the main objective of this paper is to optimize the exterior-rotor pmsg for direct-drive wind turbine applications in order to reduce the generator system cost under design constraints. at first, a multidisciplinary and accurate model is proposed for optimal designing of exterior-rotor permanent magnet wind generator system. next, the design variables that affect the generator system cost are investigated and specified. furthermore, the impact of these variables on generator efficiency as one of the main design constraints, are investigated. at last, the unified particle swarm optimization (upso) technique is used to optimize the design variables based on the presented analytical model. by comparison the optimal design results of this study with two 500-kw inner-rotor pmsgs and one 15-kw prototype exterior-rotor pm wind generator, it is shown that the proposed method yields an optimal design with lower total volume, lower generator system cost and higher efficiency. moreover, 3-d finite element analysis is employed to verify the obtained results of the proposed optimal design of 500-kw exterior-rotor pmsg.

طراحی بهینه یک ژنراتور آهنربا دائم با رتور خارجی جهت کاربرد در توربین های بادی

ژنراتورهای سنکرون آهنربای دائم توان بالا به دلیل راندمان بالا جهت کاربرد در توربین های بادی مقرون به صرفه می باشند. براساس روابط الکترومغناطیسی طراحی ماشین، ابعاد، حجم و هزینه ساخت زیاد از معایب اصلی ماشین های سرعت پایین با توان بالا می باشد. هدف از این مطالعه طراحی بهینه ژنراتور سنکرون آهنربای دائم با رتور خارجی جهت کاهش هزینه ساخت سیستم ژنراتور می باشد. در واقع هدف اصلی این مقاله ارائه یک مدل تحیلی مولتی فیزیک دقیق برای ژنراتور موردنظر می باشد. در ادامه متغیرهای طراحی موثر بر هزینه ساخت مورد بررسی قرار گرفته اند. همچنین تأثیر این متغیرها بر راندمان ژنراتور به عنوان یکی از محدودیت های مهم طراحی بررسی شده است. سپس از الگوریتم بهینه سازی اجتماع ذرات یکپارچه برای بهینه‌یابی متغیرهای طراحی استفاده شده است. مقایسه ی بین نتایج طراحی بهینه به دست آمده در این تحقیق با دو نمونه ژنراتور آهنربای دائم 500 کیلووات رتور داخلی و یک نمونه ژنراتور آهنربای دائم 15 کیلو وات رتور خارجی نشان می دهد که ژنراتور بهینه شده دارای حجم و هزینه ساخت کم و راندمان بیشتر می باشد. درپایان از تحلیل اجزای محدود سه‌بعدی به منظور تایید صحت نتایج طراحی بهینه به دست آمده از ژنراتور آهنربای دائم 500 کیلووات استفاده شده است.