Large-scale High Temperature Superconducting (HTS) wind power generators suffer from high electromagnetic force and high torque due to their high current density and low rotational speed. Therefore, the torque and Lorentz force of HTS wind power generators should be carefully investigated. In this paper, we proposed a Performance Evaluation System (PES) to physically test the structural stability of HTS coils with high torque before fabricating the generator. The PES is composed of the part of a pole-pair of the HTS generator for estimating the characteristic of the HTS coil. The 10 MW HTS generator and PES were analyzed using a 3D finite element method software. The performance of the HTS coil was evaluated by comparing the magnetic field distributions, the output power, and torque values of the 10 MW HTS generator and the PES. The magnetic flux densities, output power, and torque values of the HTS coils in the PES were the same as a pole-pair of the 10 MW HTS generator. Therefore, the PES-based evaluation method proposed in this paper can be used to estimate the critical characteristics of the HTS generator under high magnetic field and high torque before manufacturing the HTS wind turbines. These results will be used effectively to research and manufacture large-scale HTS wind turbine generators.
In this paper, the design for an electromagnetic structure and reduction cogging torque of a dual generator structured RFPM generator, which is a combination of the inner- and outer-rotor types, has been proposed. We call this a dual generator radial flux permanent magnet generator. To reduce the cogging torque, firstly, stator tooth pairing was designed; secondly, stator displacement was designed and finally, stator tooth pairing and stator displacement were carried out simultaneously. We found the optimal design condition about stator tooth pairing angle combination and stator displacement angle for cogging torque minimization. As a result, a cogging was reduced by 93.3[%] by this study.
Torque control methods of wind turbine are mainly classified into two methods: torque-mode and speed-mode methods. The traditional torque-mode method, in which generator torque proportional to square of generator speed is determined, has been chosen in many wind turbines but its response is slower as they are larger in multi-MW size. Torque control methods based on both speed-mode and torque-mode can be used to make response of wind turbine faster. In this paper, two torque control methods based on the traditional torque-mode method are applied to a 2.75 MW wind turbine. It is shown through some simulation results for real turbulence wind speeds that torque control method based on torque-mode has the merit of reducing fluctuations of generated power than PI controller based on speed-mode.
Since the stator winding of High-Speed Permanent Magnet Generator (HSPMG) has few winding turns and low inductance value, it is more prone to be influenced by harmonic current. Moreover, the operation efficiency and the torque stability of HSPMG will be greatly influenced by harmonic current. Taking a 117 kW, 60 000 rpm HSPMG as an example, in order to analyze the effects of harmonic current on HSPMG in this paper, the 2-D finite element electromagnetic field model of the generator was established and the correctness of the model was verified by testing the generator prototype. Based on the model, the losses and torque of the generator under different frequency harmonic current were studied. The change rules of the losses and torque were found out. Based on the analysis of the influence of the harmonic phase angle on torque ripple, it is found that the torque ripple could be weakened through changing the harmonic phase angle. Through the analysis of eddy current density in rotor, the change mechanism of the rotor eddy current loss was revealed. These conclusions can contribute to reduce harmonic loss, prevent demagnetization fault and optimize torque ripple of HSPMG used in distributed power supply system.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.63
no.10
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pp.1455-1460
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2014
Wind turbine generators were designed on general regulations of wind condition. At real situations, it could be different from the design conditions. There are many control methods and definitions of transient region, because an efficient wind turbine generator control logic is the important matter in generator performance and annual energy production at real conditions. In this document, the power generation sensitivity for wind speed and turbulence intensities was defined to know the sensitive transient region. Wind conditions are applied for the ranges of 7~10m/s mean wind speed and 14~20% turbulence intensity. The sensibility of HR-D86 wind generator was increased in transient region(8~10m/s) on power curve diagram through a torque control to a pitch control. And then GH-bladed simulations was performed for performance analysis of the torque mode switching in transient region on 2MW direct drive wind generator(HR-D86) which is designed IEC class II for onshore. Through the sensitivity and performance analysis, the sensitivity for real wind condition could be the performance index for an wind generator. And the torque mode switching in transient region can increase the mean power generation on HR-D86 wind turbine generator.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.28
no.4
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pp.49-55
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2014
In this paper, we propose the cogging toque reduction technique of the dual stator radial flux permanent magnet generator. The cogging toque is caused by the torque ripple increase and vibration and noise of the generator. And it is important factor determining cut-in speed of the small wind generator. To reduce cogging torque, permanent magnet displacement was studied. And the theory of the permanent magnet displacement was formulated and the cogging torque reduction according to the permanent magnet displacement was confirmed through the finite element method.
Torque Generator is a product which has function to transform hydraulic energy to mechanical energy of torque and rotating speed, and be used for direction change device of agricultural machines. This study proposes failure analysis and test analysis on torque generator and introduces a process that reliability of a product is enhanced by design improvement. And also it presents improvements of maximum output torque by modifying design and surface treatment. Lastly it verifies reliability improvement by analyzing test results of before and after life test.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.11
no.6
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pp.50-56
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1994
A DC generator control system was designed to control the torque of a rotating shaft precisely. The control system is composed of a strain gage type torque cell, a torque cell amplifier, a computer, a D/A converter, a error detector, a DC voltage amplifier and a resistor. The response test under unit step input and the dynamic stability test for the designed control system were carried out. It was confirmed that the settling time from the response test is about 4 s and the error from the dynamic stability test is less than 0.06% of rated output of torque cell. The designed control system may be used to control a DC generator which may be used to apply torque to a rotating shaft.
When compared with traditional power frequency generators, the frequency of a super high-speed permanent magnet generator (SHSPMG) is a lot higher. In order to study the influence of frequency on the electromagnetic field of SHSPMGs, a 60000rpm, 117kW SHSPMG was taken as a research object. The two-dimensional finite element model of the generator was established, and the two-dimensional transient field of the generator was simulated. In addition, a test platform of the generator was set up and tested. The reliability of the simulation was verified by comparing the experiment data with that of the simulation. Then the generator electromagnetic field under different frequencies was studied, and the influence mechanism of frequency on the generator electromagnetic field was revealed. The generator loss, voltage regulation rate, torque and torque ripple were analyzed under the rated active power load and different frequencies. The influences of frequency on the eddy current density, loss, voltage regulation rate and torque ripple of the generator were obtained. These conclusions can provide some reference for the design and optimization of SHSPMGs.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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