Small-scale motor-generator sets have been used in laboratories for verification of real large wind turbines whose rated power are more than 1 MW. In this paper, a result of designing a small-scale motor-generator system, which is composed of motor, gear box, flywheel, and generator, is presented in the aspect of speed response. Design objective is to make a small-scale motor-generator system have the same time constant and optimal tip speed ratio region as a real MW wind turbine. A small-scale 3.5 kW motor-generator system for emulating response of a 2 MW wind turbine is considered and designed.
Bukala, Jakub;Damaziak, Krzysztof;Karimi, Hamid Reza;Malachowski, Jerzy
Wind and Structures
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v.23
no.6
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pp.577-594
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2016
In this paper a practical modelling methodology is presented for a series of aero- servo- elastic- coupled numerical analyses of small wind turbine operation, with particular emphasis on variable speed generator modelling in various wind speed conditions. The following characteristics are determined using the available computer tools: the tip speed ratio as a function of the generator constant (under the assumption of constant wind speed), the turbine coefficient of power as a function of the tip speed ratio (the torque curve is modified accordingly and generator speed and power curves are plotted), turbine power curves and coefficient of power curve as functions of the incoming wind speed. The last stage is to determine forces and torques acting on rotor blades and turbine tower for specific incoming wind speeds in order to examine the impact of the stall phenomena on these values (beyond the rated power of the turbine). It is shown that the obtained results demonstrate a valuable guideline for small wind turbines design process.
We present the design optimization of the magnetic pole and slot design options that minimize the cogging torque of permanent-magnet (PM) brushless generators for small wind turbine generators. Most small wind-turbines use direct-driven PM generators which have the characteristics of low speed and high efficiency. Small wind-turbines are usually self-starting and require very simple controls. The cogging torque is an inherent characteristic of PM generators, and is mainly caused by the generator's geometry. The inherent the cogging torque can cause problems during turbine start-up and cut-in in order to start softly and to run a power generator even when there is little wind power during turbine start-up. Thus, to improve the operation of small turbines, it is important to minimize the cogging torque. To determine the effects of the cogging torque reductions, we adjust the slot opening width, slot skewing, mounting method of magnets, magnet shape, and the opening and combinations of different numbers of slots per pole. Of these different methods, we combine the methods and optimized the design variables for the most significant design options affecting the cogging torque. Finally, we apply to the target design model and compare FEA simulation and measured results to validate the design optimization.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.61
no.12
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pp.1820-1827
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2012
This paper is to present a new method of cogging torque reduction for axial flux PM machines of multiple rotor surface mounted magnets. In order to start softly and to run a power generator even the case of weak wind power, reduction of cogging torque is one of the most important issues for a small wind turbine, Cogging torque is an inherent characteristic of PM machines and is caused by the geometry shape of the machine. Several methods have been already applied for reducing the cogging torque of conventional radial flux PM machines. Even though some of these techniques can be also applied to axial flux machines, manufacturing cost is especially higher due to the unique construction of the axial flux machine stator. Consequently, a simpler and low cost method is proposed to apply on axial flux PM machines. This new method is actually applied to a generator of 1.0kW, 16-poles axial flux surface magnet disc type machine with double-rotor-single-stator for small wind turbine. Design optimization of the adjacent magnet pole-arc which results in minimum cogging torque as well as assessment of the effect on the maximum available torque using 3D Finite Element Analysis (FEA) is investigated in this design. Although the design improvement is intended for small wind turbines, it is also applicable to larger wind turbines.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.29
no.7
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pp.8-13
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2015
Recently, because a renewable power source must operate as a constant rate in accordance with RPS(Renewable Portfolio Standard), the study of the renewable power sources has been ongoing. Especially because of noise of wind turbine, troubleshooting, and urban greening business, research related with small wind turbine are underway. The economics and reliability are important parts for the activation of small wind turbine, such as solar energy. In this paper, by analyzing the temperature variations for each location and efficiency of power conversion devices in accordance with short period wind speed changes in simulation test, we reviewed the safety about temperature variations of wind generator and the method of selection of power converter.
A vibration monitoring system for a small size wind turbine (WIT) is established and operated. The monitoring system consists of monolithic integrated chip accelerometer for vibration monitoring, anemometers for wind data acquisition and auxiliary sensors for atmospheric data. Using the monitoring system, vibration response of a 6kW stand alone WIT generator is investigated. Acceleration data of the WIT tower under various operation condition is acquired in real time using LabVIEW and the data are remotely transferred from the test site to the laboratory in school by internet. Vibration response characteristics of the tower structure are diagnosed in the aspect of stability of W/T. Wind data and electrical power performance are also investigated with the stability problem.
As the world supply of fossil fuel sources decreases, the need for efficient energy consevation and develping green energy technologies becomes critical. Because of the high cost of the foundation for large turbines and optional high wind speed (over 12 m/s), it is very difficult to be located at inland city. For the solution above mentioned problem, we have been experimented about that not only using the adaption of wind power system on buildings for improving turbine efficiency, but also applying a wound rotor type induction generator for a small wind turbine.In this research, we try to find out the wind direction and wind speed those were measured every 1 min., during operation period, using the anemometers which consist of horizontally spinning cups on a vertical post. Performance testing for small wind turbine generating system was carried out by using the induction motor and invertor. Finally, we measured the power of 1 kW wind turbine system with the clamp meter and a voltmeter.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.13
no.4
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pp.1806-1813
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2012
This paper proposes a modeling method for hybrid generation system with wind turbine and diesel generator applicable in island area. For modeling objects, squirrel-cage induction generator is considered as wind turbine generator and synchronous generator as diesel generator. Parameters and controllers related to them are established and modeled through analysis of traditional small capacity class. The simulation results for practical size hybrid generation system were suggested.
Kim, Hyoung-Gii;Kong, Jeong-Sik;Seo, Young-Taek;Oh, Chul-Soo
Proceedings of the KIEE Conference
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2005.07b
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pp.1005-1007
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2005
Small wind turbines are becoming a viable technology option to supply electricity to landowners. These systems provide energy security, product relatively no environmental harm, and in an appropriate setting can be quite cost-competitive with traditional electricity options. This paper is dealing with the methods how to overcome such inconvenience and with the analysis of characteristic and a field test with a prototype of the stand alone wind turbine was performed. The method applies to small systems, equipped with a coreless axial-flux permanent magnet(AFPM) generator in the turbine, a dc-dc converter and batteries. The analysis concentrates on the effect of the load on the power-wind speed curve of the turbine. The system is designed for direct driven, coupled with turbine and generator with a rated power of, 3kW.
This paper proposes an application of energy storage devices (ESD) for low-voltage ride-through (LVRT) capability enhancement and power smoothening of doubly-fed induction generator (DFIG) wind turbine systems. A grid-side converter (GSC) is used to maintain the DC-link voltage. Meanwhile, a machine-side converter (MSC) is used to control the active and reactive powers independently. For grid disturbances, the generator output power can be reduced by increasing the generator speed, resulting in an increased inertial energy of the rotational body. Design and control techniques for the energy storage devices are introduced, which consist of current and power control loops. Also, the output power fluctuation of the generator due to wind speed variations can be smoothened by controlling the ESD. The validity of the proposed method has been verified by PSCAD/EMTDC simulation results for a 2 MW DFIG wind turbine system and by experimental results for a small-scale wind turbine simulator.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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