طراحی بهینه ژنراتور سنکرون آهنربا دائم شش فاز جهت استفاده در توربین بادی سرعت متغیر

طی چند دهه اخیر، به دلیل افزایش تقاضای انرژی و همچنین افزایش مشکلات زیست محیطی ، انرژی های تجدید پذیر در حال جایگزینی با منابعی همچون سوخت های فسیلی می باشند که از سالیان دور برای تولید انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرند. امروزه 68 درصد کل انرژی الکتریکی به واسطه سوخت های فسیلی تولید می شود. انرژی باد یکی از مهمترین منابع انرژی تجدید پذیر می باشد که در محدوده وسیعی برای تولید انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد. سیستم توربین های بادی به دو نوع سرعت ثابت و سرعت متغیر تقسیم می شود. در توربین های بادی سرعت ثابت پوشش کاملی از سرعت های مختلف باد صورت نمی گیرد. پیشرفت های الکترونیک قدرت استفاده از توربین های بادی سرعت متغیر را امکان پذیر کرده است. ژنراتورهای متصل به توربین های بادی سرعت متغیر می توانند بدون حضور جعبه دنده به توربین بادی متصل شوند. توربین های بادی سرعت متغیر بدون جعبه دنده در مقایسه با سیستم با جعبه دنده دارای ویژگی هایی می باشند که می توان به مواردی همچون کاهش اندازه کلی سیستم، کاهش هزینه نصب و نگهداری و افزایش قابلیت اطمینان سیستم اشاره کرد. ابعاد یک ماشین الکتریکی به طور عمده تحت تاثیر سرعت نامی آن می باشد به طوریکه با کاهش سرعت نامی ماشین ابعاد آن افزایش می-یابد. ژنراتورهای متصل به توربین های بادی سرعت متغیر بدون جعبه دنده به دلیل سرعت نامی پایین ابعاد بزرگتری خواهند داشت. بنابراین راندمان این ژنراتورها پایین می باشد. یکی از راه های کاهش تلفات و افزایش راندمان در سیستم توربین های بادی بدون جعبه دنده استفاده از ژنراتور آهنربای دائم می باشد. در این ژنراتورها فوران مغناطیسی مورد نیاز از طریق ماده آهنربا دائم تامین می شود لذا سیم پیچی تحریک در این ماشین ها قابل حذف می باشد. قابلیت اطمینان بالا و افزایش راندمان از جمله ویژگی-های این ژنراتورها می باشد. بنابراین بهینه سازی طراحی این ژنراتورها به منظور بهبود کارایی آن ها حائز اهمیت می باشد. آنچه که از تمامی ماشین های الکتریکی انتظار می رود راندمان بالا و هزینه پایین ساخت آن ها می باشد. گزینه دیگری که حائز اهمیت است بالا بودن چگالی توان یا همان نسبت توان خروجی به حجم ماشین است به عبارت دیگر ما در پی طراحی ژنراتوری هستیم که در یک توان ثابت حجم کمتری نسبت به نوع مشابه خود داشته باشد. بنابراین آنچه که در این پایان نامه به عنوان طراحی بهینه به دنبال آن هستیم، کاهش تلفات، هزینه ساخت و حجم کلی ژنراتور آهنربا دائم به منظور کاربرد در توربین-های بادی سرعت متغیر می باشد. برای رسیدن به هدف موردنظر ابتدا روابط حاکم بر طراحی ژنراتور آهنربا دائم مورد بررسی قرار گرفته و استخراج شده اند. سپس از الگوریتم بهینه سازی فاخته استفاده شده است تا متغیرهای طراحی در یک محدوده مناسب از پیش تعیین شده بهینه یابی شوند. به منظور رسیدن به یک طراحی مناسب برای ژنراتور از توابع هدف مختلفی در فرآیند بهینه-سازی استفاده شده است. توابع هدف به صورت تک منظوره و چند منظوره تعریف شده اند. مشاهده خواهد شد که بهینه سازی همزمان راندمان، هزینه ساخت و حجم کلی ژنراتور منجربه طراحی مناسب برای ژنراتور می شود. صحت و اعتبار طراحی بهینه انجام شده از طریق تحلیل اجزای محدود مورد بررسی قرار گرفته است. مقایسه بین نتایج طراحی بهینه و نتایج شبیه سازی نشان دهنده دقت بالای طراحی انجام شده می باشد.