تحلیل و طراحی بهبود یافته ی یک ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم روتور خارجی، جهت استفاده در یک توربین بادی محور قائم با توان نامی 20 کیلو وات بر اساس منحنی ظرفیت

ژنراتورهای سنکرون مغناطیس دائم، نقش برجسته ای در سیستم های تولید توان از طریق توربین های بادی ایفا می کنند. به طوری که با استفاده از این ژنراتورها در توربین های محور مستقیم، امکان استخراج و تولید انرژی در رنج وسیع تری از باد فراهم شده است. اما از آن جا که در اکثر اوقات سرعت باد پایین بوده به منظور استخراج حداکثر توان ممکن از طریق انرژی باد و کم شدن دوره ی برگشت سرمایه گذاری بهتر است که توربین توانایی آن را داشته باشد که در سرعت های پایین باد نیز راه اندازی شده و توان تولید نماید. این بیانگر آن است که سرعت cut in یک توربین به طور قابل توجهی بر روی جنبه های اقتصادی سیستم تولید توان از انرژی باد اثرگذار خواهد بود. گشتاور اثر دندانه به عنوان یکی از پارامترهای ذاتی ژنراتور مغناطیس دائم، بر این سرعت اثرگذار بوده به طوری که برای هر چه اقتصادی تر شدن سیستم، سعی بر آن است که این گشتاور را تا حد ممکن برطرف شود. به این منظور در این پایان نامه ابتدا مختصری درباره ی انرژی باد و دلایل استفاده ی روزافزون از توربین های بادی در تأمین انرژی الکتریکی بیان شده است. انواع مختلف توربین ها معرفی و ویژگی های هر کدام مورد بررسی قرارگرفته و روابط حاکم بر آن ها نیز بیان شده است. با ارزیابی و مقایسه ی توربین های رایج، یک توربین 20 کیلووات انتخاب و با کوپل آن به صورت محور مستقیم، پارامترهای لازم جهت طراحی ژنراتور استخراج شده است. پس از آن در فصل دوم انواع ماشین های مغناطیس دائم معرفی و به بررسی ساختار، مزایا و معایب آن ها پرداخته و به این نتیجه رسیده شد که نوع مغناطیس دائم سطحی روتور خارجی بیش ترین سازگاری به منظور استفاده در توربین های عمودی محور مستقیم را داراست. در فصل سوم با تحلیل ویژگی های طراحی ماشین های مغناطیس دائم، محدودیت ها و عوامل موثر در انتخاب پارامترهایی از قبیل نوع و تعداد لایه ی سیم بندی و تعداد قطب و شیار به تفصیل بیان شده است. با استفاده از یک روش تحلیلی، مبتنی بر تئوری ماشین های الکتریکی و با بهره-گیری از مدارهای معادل مغناطیسی و الکتریکی 4 ژنراتور با تعداد قطب متفاوت طراحی و پارامترهای آن استخراج شده است؛ در نهایت در فصل چهارم ابتدا به معرفی ساختار و ویژگی های روش المان محدود پرداخته شده و مختصری از توانایی این روش در حل بردار پتانسیل مغناطیسی در یک مساله ی مگنتو استاتیک دوبعدی عنوان شده است. پس از آن عملکرد ژنراتورهای طراحی شده توسط نرم افزار ansoft maxwell از جنبه های متفاوت مورد ارزیابی قرار گرفته است و ژنراتور با عملکرد مناسب تر انتخاب شده؛ و با بهره گیری از تحلیل اجزای محدود توزیع شار در حالت بی باری و بار کامل مقایسه شده است. در انتها اثر پارامترهای طراحی از قبیل پهنای مغناطیس دائم و بازشدگی شیار بر روی گشتاور اثر دندانه، ریپل گشتاور و گشتاور متوسط بررسی شده و یک روش کارامد به منظور تخمین پهنای مغناطیس دائم و بازشدگی شیار مناسب به منظور بهینه سازی گشتاور اثر دندانه در ماشین های pm شیار کسری با سیم بندی متمرکز نیز ارائه شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی، کارآمدی و صحت روش پیشنهادی را بیان می کند. با بررسی تغییرات پارامترهای اثرگذار بر روی گشتاور اثر دندانه، یک طراحی بهینه از ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم با حداقل گشتاور اثر دندانه حاصل شده است.