This paper presents an advanced control technique for power density maximization of the Brushless DC (BLDC) generator by using the linear tracking method. In a generator of given rating, the weight and size of the system affect the fuel consumption directly. Therefore, power density is one of the most important issues in a stand-alone generator. BLDC generator has high power density in the machine point of view and additional increases of power density by control means can be expected. Conventional rectification methods cannot achieve the maximum power possible because of hon-optimal current waveforms. The optimal current waveform to maximize power density and minimize machine size and weight in a nonsinusoidal power supply system has been derived, incorporated in a control system, and verified by simulation and experimental work. A new simple algebraic method has been proposed to accomplish the proposed control without an FFT which is time consuming and complicated.
The conversion efficiency of an ozone generator can be significantly improved by modifying the discharge electrode of a helical strip line rod-to-cylinder type ozone generator to a pyramid-project-embossed rod, and by using a pulse corona discharge. Parametric studies have been carried out to obtain optimum values of peak pulse voltage, pulse forming capacitance, feeder cable and ozone generator capacitance, interelectrode spacing and corona tip density of ozone generator, and feed air flow rate and temperature. The generated ozone concentration was very dependent upon the value of pulse forming capacitance, feeder cable and ozone generator capacitance, and corona tip density. Maximum conversion efficiency was obtained with a pulse forming capacitance of about 500pF, 75pF matched feeder cable and ozone generator, and a corona tip density of 16mm. When operated at optimum values, ozone yield of 79, 99, 80 g/KWh for the different interelectrode type ozone generators tested were obtained, which are approximately 30% higher than that of an industrial ozone generator.
Fretting-wear caused by turbulence excitation for KSNP(Korea standard nuclear power plant) steam generator is investigated numerically. Secondary sides density and normal velocity are obtained by the thermal-hydraulic data of the steam generator. Because nonlinear finite element analysis is complex and time consuming, work rate is estimated by using linear analysis for simple straight 2-span tube. Wear volume and depth by using work rate calculation are estimated. Span length, secondary side fluid density and normal velocity are adopted to study the effects on the fretting-wear by turbulence excitation. When secondary sides density and normal velocity is increased, It turns out that secondary side density and normal gap velocity are very important paramater for fretting-wear phenomena of the steam generator.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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제4B권3호
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pp.108-113
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2004
This paper presents methods to improve performance of the power supply system in a NASA deep space explorer. In the Stirling engine driven reciprocating Brushless DC (BLDC) generator, the accurate position information of the prime mover is important to diagnose the performance of the engine and prevent distortion of the output power. Since sensors to detect the position are fragile and unreliable, and conventional sensorless techniques have drawbacks in the low speed region, a novel sensorless position detection technique for the prime mover has been proposed and verified. Another major issue of the generator for the spacecraft is power density maximization. The mass of the power system is important to the mass of the satellite. Therefore, the components of the spacecraft should be lightweight. Conventional rectification methods cannot achieve the maximum power possible due to non-optimal current waveforms. The optimal current waveform for maximizing power density and minimizing machine size and weight in a nonsinusoidal power supply system has been derived, incorporated in a control system, and verified by simulation work.
In this study, we describe the effects of changing the magnet shape of permanent magnets (PMs) in a rotor Halbach-array PM generator for reciprocating free piston generator applications. More specifically, the rectangular-shaped magnets were replaced by the trapezoidal-shaped magnets. The initial design, an analytical magnetic field solution of rectangular shaped magnets, is presented and air-gap magnetic flux density and thrust force were estimated. The results were compared to the finite element analysis (FEA) showing excellent agreement. Using FEA, the effect of the shape of the magnets on the flux density and thrust force waveforms is analyzed. Moreover, the proportion of the Halbach array in the machine was optimized by the means of a parametric search. The results obtained from the analytical calculations and FEA were validated by comparing to those of Radial-array PM generator.
Over the last decade, wind turbine industry has rapidly increased around world. These days many parts of the wind generators are induction generator. But it has some problems such as gearbox failure, rotor excitation and maintenance. Thus many manufacturers are considered permanent magnet synchronous generator named PMSG and direct drive. PMSG uses NdFeB magnet has many the advantage compare with induction generator. In this study, 3MW class outer rotor type PMSG for wind turbine is proposed. The generator features 2.6m stator outer radius, 1200mm stator length, 81 pole pairs, 14 rated rpm, 42kN/$m^2$ shear force density and 94.2% efficiency. Design and analysis generator using FEM program. Then calculate and derivate no load voltage, losses, conductor temperature. To reduce total harmonic distortion and cogging torque, the stator is applied the stator skewing. And to evaluate the designed generator, compare with other generators by active mass per rating torque and torque density.
Axial Field Permanent Magnet (AFPM) generators are widely applied for the small wind turbine because of the higher power density per unit weight than that of the conventional radial field generator. It is caused by the disc shaped rotor and the stator structures. The generally used AFPM generator, AFER-NS generator, is composed of the two side's external rotors and non-slotted stator without stator core. However, the output voltage and the output power are limited by the large reluctance by the long air-gap flux paths. In this paper, the design study of AFIR-S generator having double side's slotted stator core is accomplished to improve the output generation characteristics. The electromagnetic design analysis and the design improvement of the suggested AFIR-S generator are studied. Firstly, the electromagnetic design analysis was done to increase the power density. Secondly, the design optimizations of the rotor pole-arc ratio of permanent magnet are accomplished to increase the output power and to reduce the cogging torque. Finally, the output performances of AFER-NS and AFIR-S generator are compared with each other. For this study, 3D FEA is applied for the design analysis because of three dimensional electromagnetic structures.
The purpose of this paper is to investigate the united Electromagnetic characteristics for the effective monitoring on the static air-gap eccentricity (SAGE) of turbo-generator. Different from other studies, this paper not only studies on the unbalanced magnetic pull (UMP) and the vibration characteristics of the stator and the rotor, but also investigates the harmonic features of the magnetic flux density and the circulating current inside the parallel branches (CCPB). The theoretical calculation, together with the finite-element-method (FEM) simulation and the experiment verification, is taken for a SDF-9 type non-salient generator. It is shown that, when SAGE occurs, apparent double-frequency UMP and vibrations will be produced both on the stator and the rotor, while the CCPB will have an obvious increment at the $1^{st}$ harmonic component. In addition, the amplitude of the magnetic flux density will be of cosine distribution in the circumferential position of the air-gap, while in normal condition it is a constant. Moreover, the pass-band amplitude, together with the $1^{st}$ harmonic of the magnetic flux density, will be enlarged as well. These united electromagnetic characteristics can be used as the diagnosis and monitoring criterion for SAGE.
The content of harmonic current increases with an increase in the number of power electronic devices in power grid. When a generator is directly connected to the power grid through a step-up transformer, the influence of the harmonic currents on the generator is inevitable. To study the influences of harmonics on generators, a 24-MW bulb tubular turbine generator is taken as an example in this paper. A 2-D transient electromagnetic field model is established. Through a comparative analysis of the data of experiments and simulations, the correctness of the model is verified. The values of the air gap magnetic density, torque and losses of the generator under various conditions are calculated using the finite element method. Taking the rated condition as a reference, the influence of the harmonic currents on the magnetic flux density is analyzed. It is confirmed that the time harmonic is a key factor affecting the generator performance. At the same time, the effects of harmonic currents on the torque ripple, average torque and eddy current loss of the generator are studied, and the mechanism of the variation of the eddy current loss is also discussed.
MlAB(magnetically impelled arc butt) welding is a sort of pressure welding method by melting two pipe sections with high speed rotating arc and upsetting two pipes in the axial direction. The electro-magnetic force, the driving force of the arc rotation, is generated by interaction of arc current and magnetic field induced from the magnetic flux generator in the welding system. In this study, an openable coil system for the generation of magnetic flux and a 3-dimensional numerical model for analyzing the electro-magnetic field were proposed. Through the fundamental numerical analyses, a magnetic concentrator was adopted for smoothing the magnetic flux density distribution in the circumferential direction. And then a series of numerical analysis were performed for investigating the effect of system parameters on the magnetic flux density distribution in the interested welding area.. Numerical quantitative analyses showed that magnetic flux density distribution generated from the proposed coil system is mainly dependent on the exciting current in the coil and the position of coil or concentrator from the pipe outer surface. And the gap between pipe ends and arc current are also considered as important factors on arc rotating behavior.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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