طراحي بهينه ژنراتور سنكرون آهن‌رباي دايم شار شعاعي شش‌فاز جهت استفاده در توربين‌هاي بادي مقياس كوچك

Optimal Design of Six-Phase Radial Flux Permanent Magnet Synchronous Generator for Small Scale Wind Turbine Applications

در اين مقاله طراحي بهينه ژنراتور سنكرون آهنرباي دايم شش‌فاز جهت استفاده در توربين‌هاي بادي بدون جعبه‌دنده ارائه شده است. ابعاد و هزينه ساخت زياد و راندمان كم از معايب ژنراتورهاي متصل به توربين‌هاي بادي بدون جعبه‌دنده به دليل سرعت نامي پايين مي‌باشد. بنابراين هدف اصلي اين مقاله طراحي بهينه ژنراتور سنكرون آهنرباي دايم بر اساس كاهش تلفات و هزينه ساخت ژنراتور است. به همين منظور ابتدا روابط حاكم بر طراحي ژنراتور سنكرون آهنرباي دايم شار شعاعي مورد بررسي قرار گرفته و يك الگوريتم طراحي دقيق براي آن استخراج شده است. سپس با تعريف يك مسأله بهينه‌سازي چندهدفه، متغيرهاي طراحي با استفاده از الگوريتم بهينه‌سازي ازدحام ذرات در يك محدوده مناسب بهينه‌يابي شده و حداقل تلفات و هزينه ساخت ژنراتور به دست آمده است. در پايان مقايسه‌اي بين ژنراتور بهينه شده و يك نمونه ژنراتور آهنرباي دائم رتور خارجي واقعي انجام شده است كه نشان‌دهنده قابليت‌هاي بسيار خوب روش طراحي بهينه ارائه‌شده مي‌باشد. همچنين صحت طراحي بهينه انجام‌شده به واسطه تحليل اجزاي محدود مورد بررسي قرار گرفته است.

This paper presents optimal design of a six-phase permanent magnet synchronous generator (PMSG) for use in direct drive wind turbines. High Dimensions and manufacturing cost and low efficiency are the disadvantages of generators connected to wind turbines without gearbox because of their low nominal speed. Therefore, the main purpose of this paper is to optimize the design of the PMSG based on the reduction of losses and the construction cost of the generator. For this purpose, the relations governing the design of the radial flux PMSG have been introduced and then a design algorithm has been extracted. Subsequently, by defining a multi-objective optimization problem and using the particle swarm optimization (PSO) algorithm, the optimum design variables are determined in a suitable range and the minimum losses and construction cost of the generator are obtained. The optimal design has been verified by using finite element analysis.