1 MW gücündeki sabit mıknatıslı senkron generatörün tasarımı ve analizi

Abstract

Hızla artan dünya nüfusunun bir sonucu olarak artan enerji ihtiyacı, yakın geçmişe kadar sadece fosil yakıt kullanımı ile karşılanmıştır. Bu yakıtların çevreye verdiği zararlara ek olarak fosil yakıt rezervlerinin azalması ve artan fiyatlar yeni enerji kaynaklarının kullanımına gidilmesini zorunlu hale getirmiştir. Bu bağlamda yenilenebilir enerji kaynakları içerisinde oldukça yüksek öneme sahip olan rüzgar enerjisi çözümü, tükenmeyen ve potansiyeli yüksek bir seçenek olarak değerlendirilmektedir. Bu çalışmada rüzgar türbinlerinde kullanılmak amacıyla doğrudan sürüşlü radyal akılı, çıkık kutuplu, sabit mıknatıslı senkron generatör tasarımı, modellenmesi ve analizi üzerinde çalışılmıştır. Tasarlanan generatör; değişken devirlerde yüksek verimli, dişli kutusundan bağımsız, yüksek güçlü, üretim ve bakım kolaylığı göz önüne alındığında rüzgar türbinleri için avantajlı bir çözüm niteliğindedir. Çalışmada yenilenebilir enerji kaynakları, rüzgar enerjisi, rüzgar türbinleri ve rüzgar türbinlerinde kullanılan generatör teknolojileri özetlenmiştir. Ardından analitik tasarım hesaplamaları yapılarak generatörün ana boyutları üzerine çalışılmış ve generatörün elektromanyetik model giriş verileri belirlenmiştir. Sonrasında sonlu elemanlar yöntemi tabanlı yazılım aracılığı ile generatörün modellenmesi yapılmış ve bununla birlikte generatörün elektromanyetik davranışları ortaya konulmuştur. Generatör üretiminde kullanılacak malzemenin analiz esnasında doyuma gitme durumu incelenmiş ve analiz verilerine göre ısınma karakteristiği üzerine çalışılmıştır. Elde edilen tasarım verileri ile rüzgar türbinlerinde kullanılmak üzere; yüksek verimli, sabit ve değişken devire adapte olabilen, yüksek güçlü generatör tasarımı, uygulamaya aktarılmaya hazır bir model olarak gerçekleştirilmiştir.

As a result of the rapidly increasing world population, the increasing energy need has been met only with the use of fossil fuels until recently. In addition to the damage these fuels cause to the environment, the decrease in fossil fuel reserves and the increasing prices have made it mandatory to resort to new energy sources. In this context, the wind energy solution, which stands out compared to the other renewable energy sources, in terms of importance, has been evaluated as an option that is non-consumable and has high potential. This study will look into the design, modeling, and analysis of a synchronous generator with direct drive radial flux, a salient pole, and the permanent magnet to be used in wind turbines. The design of the generator bears the characteristics of an advantageous solution for wind turbines, considering its high efficiency at variable speeds, independence from the gearbox, high power, and ease of production and maintenance. This study aims to summarize the renewable energy sources, wind energy, wind turbines, and generator technologies used in the wind turbine, followed by the study of the main dimensions of the generator through analytical design calculations, in addition to determining the electromagnetic model input data of the generator. The study then will move on to create the modeling of the generator by way of the software based on the finite element method and ultimately, the electromagnetic behavior of the generator will be revealed. The saturation state of the material to be used in the production of the generator will be examined during the analysis and the heating characteristics of the material will be delved into in line with the analysis data. Using the design data obtained, a high-powered generator that is highly efficient and can be adapted to the constant and variable speed, enabling it to be used in wind turbines, will have been realized as a ready-to-use model.