Kim, Jeong Gil;Park, Young Jun;Lee, Geun Ho;Nam, Yong Yun;Yang, Woo Yeoul
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.2
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pp.185-192
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2014
Planetary gear design is complex because it involves a combination of discrete variables such as module, integer variables such as the number of teeth, and continuous variables such as face width and aspect ratio. Thus, an optimum design technique is needed. In this study, we applied a genetic algorithm to the design optimization of a planetary gear. In this algorithm, tooth root strength and surface durability are assessed with fundamental variables such as the number of teeth, module, pressure angle, and face width. With the help of this technique, gear designers could reduce trial and error in the initial design stages, thus cutting the time required for planetary gear design.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.30
no.2
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pp.111-117
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2017
In this paper, a local deformation effect in thin-walled box beams is investigated via a finite element modal analysis. The analysis is carried out for single-cell and multi-cell box beam configurations. The single-cell box beam with and without a neck, which mimics a simple wind-turbine blade, is analyzed first. The results obtained by shell elements are compared to those of one-dimensional(1D) beam elements. It is observed that the wall thickness plays a crucial role in the natural frequencies of the beam. The 1D beam analysis deviates from the shell analysis when the wall thickness is either thin or thick. The shell modes(local deformations) are dominant as it becomes thin, whereas the shear deformation effects are significant as it does thick. The analysis is extended to the single-cell box beam with a neck, in which the shell modes are confined to near the neck. Finally the multi-cell box beam with a taper, which is quite similar to real wind-turbine blade configuration, is considered to investigate the local deformation effect. The results reveal that the 1D beam analysis cannot match with the shell analysis due to the local deformation, especially for the lagwise frequencies. There are approximately 5~7% errors even if the number of segments is increased.
Zhao, Hongyan;Zheng, Trillion Q.;Li, Yan;Du, Jifei;Shi, Pu
Journal of Power Electronics
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v.17
no.1
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pp.212-221
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2017
Permanent-Magnet Synchronous Generators (PMSGs) are used widely in Wind Power Generation Systems (WPGSs), and the Vienna rectifier was recently proposed to be used as the generator-side converter to rectify the AC output voltage in PMSG-based WPGS. Compared to conventional six-switch two-level PWM (2L-PWM) converters, the Vienna rectifier has several advantages, such as higher efficiency, improved total harmonic distortion, etc. The motivation behind this paper is to verify the performance of direct-driven PMSG wind turbine system based-Vienna rectifier by using a simulated direct-driven PMSG WPGS. In addition, for the purpose of reducing the reactive power loss of PMSGs, this paper proposes an induced voltage sensing scheme which can make the stator current maintain accurate synchronization with the induced voltage. Meanwhile, considering the Neutral-Point Voltage (NPV) variation in the DC-side of the Vienna rectifier, a NPV balancing control strategy is added to the control system. In addition, both the effectiveness of the proposed method and the performance of the direct-driven PMSG based-Vienna rectifier are verified by simulation and experimental results.
A variable electromotive-force generator (VEG), which is a modified generator with an adjustable overlap between the rotor and the stator, is proposed to expand the operational range of a regular generator through a simple and robust active control strategy. It has a broad range of applications in hybrid vehicles, wind turbines, water turbines, and similar technologies. A mathematical model of the VEG is developed, and a novel prototype is designed and fabricated. The performance of the VEG with an active control system, which adjusts the overlap ratio based on the desired output power at different rotor speeds for a specific application, is theoretically and experimentally studied. The results show that reducing the overlap between the rotor and the stator of the generator results in reduced torque loss of the generator and an increased rotational speed of the generator rotor. A VEG can improve the fuel efficiency of hybrid vehicles; it can also expand operational ranges of wind turbines and water turbines and harness more power.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.15
no.4
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pp.141-147
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2016
A direct PM generator has the effect of reducing the mechanical noise and ease of maintenance by eliminating a number of power transmission components. In addition, wind turbines operating at low speed with the advantages of high output, high efficiency, and small size. The generator was designed as a small direct-drive PM generator that can be applied to a kite even at low wind speeds. The RPM (Revolutions Per Minute) of the reel was measured in two ways using a cadence/speedometer sensor and a tachometer while the actual kite. The RPM derived from the experiment was applied to the simulation on the designed generator. The no-load characteristic analysis for the magnetic fields produced for the permanent magnet generator by a permanent magnet and stator winding currents is achieved using a 2D coordinate system. A commercial electromagnetic analysis program, ANSYS Maxwell, was used to model the electromagnetic dynamics.
This paper describes a transformerless static synchronous campensator (STATCOM) system based on cascade H-bridge multilevel inverter with star configuration. It is designed not only for the dynamic and continuous compensation of the reactive power but also for the improvement of power quality of existing wind power plant. Especially, when the induction generator of wind turbine is directly connected to the grid, reactive power are occurred by exiting current. so a reactive power compensation system based on the cascade H-bridge multilevel STATCOM is proposed because the output power quality and controllability of reactive power are required by grid code in many different countries. Using various The proposed reactive power control strategy using a STATCOM is compared with the conventional scheme using fixed-size of capacitor bank through various simulation results.
Terahertz waves (T-ray) was extensively studied for the NDE (nondestructive evaluation) of characterization of trailing edges for a use of turbines composed with composite materials. The used NDE system were consisted of both CW(Continuous wave) and TDS (Time domain spectroscopy). The FRP composites were utilized for two kinds of both trailing edges of wind energy (non-conducting polymeric composites) and carbon fiber composites with conducting properties. The signals of T-ray in the TDS (Time domain spectroscopy) mode resembles almost that of ultrasound waves; however, a terahertz pulse could not penetrate a material with conductivity unlike ultrasound. Also, a method was suggested to obtain the "n" in the materials, which is called the refractive index (n). The data of refractive index (n) could be solved for the trailing edges. The trailing edges were scanned for characterization and inspection. C-scan and B-scan images were obtained and best optimal NDE techniques were suggested for complicated geometry samples by terahertz radiation. Especially, it is found that the defect image of T-ray corresponded with defect locations for the trailing edges of wind mill.
Offshore wind turbines are supported by various foundations, each with its considerations in design and construction. Gravity, monopile, and suction bucket foundations encounter geotechnical issues, while jacket and tripod foundations face fatigue problems. Considering this, a gravity foundation based on a steel skirt was developed, and a monopile foundation was analyzed for Pile-Soil Interaction using the p-y curve and 3D finite element method (3D FEM). In addition, for suction bucket foundations, the effects of lateral and vertical loads were analyzed using 3D FEM and centrifuge tests. Fatigue analysis for jacket and tripod foundations was conducted using a hotspot stress approach. Some hybrid foundations and shape optimization techniques that change the shape to complement the problems of each foundation described above were assessed. Hybrid foundations could increase lateral resistance compared to existing foundations because of the combined appendages, and optimization techniques could reduce costs by maximizing the efficiency of the structure or by reducing costs and weight. This paper presents the characteristics and research directions of the foundation through various studies on the foundation. In addition, the optimal design method is presented by explaining the problems of the foundation and suggesting ways to supplement them.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.5
no.2
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pp.9-17
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2004
In this paper, a small supersonic wind tunnel was designed and built to studythe flow characteristics of a supersonic impulse turbine cascade by experiment. Theflow was visualized by means of a single pass Schlieren system. The supersoniccascade with 3-dimensional supersonic nozzle was tested over a wide range ofpressure ratio. Highly complicated flow patterns including shocks, nozzle-cascadeinteraction and shock boundary layer interactions were observed.
In this paper, a small supersonic wind tunnel is designed and built to study the flow characteristics of a supersonic impulse turbine cascade. The flow is visualized by means of a single pass Schlieren system. The supersonic cascade with 3-dimensional supersonic nozzle was tested over a wide range of nozzle installation angle. Highly complicated flow patterns including shocks, nozzle-cascade interaction and shock boundary layer interactions are observed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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