Βελτιστοποιημένη σχεδίαση ηλεκτρικής γεννήτριας χαμηλών στροφών με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων για μικρές υδροηλεκτρικές μονάδες
Optimal design based on finite elements for low rpm electric generator suitable for small hydroelectric power plants
Λέξεις-κλειδιά
Μέθοδος πεπερασµένων στοιχείων ; Σχεδίαση γεννητριών ; Υδροηλεκτρικές μονάδες ; Γεννήτριες έκτυπων πόλων ; Ηλεκτρικές γεννήτριες ; Ηλεκτρικές μηχανές ; Ηλεκτρικές μηχανές χαμηλών στροφών ; Συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας ; Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας ; Ηλεκτρομαγνητικά πεδίαΠερίληψη
Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία εκπονήθηκε στο Τμήμα των Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών της Σχολής Μηχανικών του Πανεπιστημίου Δυτικής Αττικής και ασχολείται με τη βελτιστοποιημένη σχεδίαση ηλεκτρικής γεννήτριας χαμηλών στροφών με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων για ΜΥΗΕ. Σύμφωνα με την ισχύουσα νομοθεσία αυτή κρίνεται κατάλληλη για χρήση σε μικρές υδροηλεκτρικές μονάδες. Για αυτό το λόγο έχει προβλεφθεί η χαμηλή ταχύτητα περιστροφής του δρομέα της. Αρχικά, η προκαταρκτική σχεδίαση της γεννήτριας πραγματοποιήθηκε με την εφαρμογή των μεθόδων της κλασσικής σχεδίασης, ενώ τα αποτελέσματα της επιβεβαιώνονται με την υλοποίηση και την επίλυση πεδιακού προβλήματος με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Έπειτα, η σχεδίαση έχει βελτιστοποιηθεί με τη μέθοδο της ανάλυσης ευαισθησίας.
Στο 1ο κεφάλαιο παρουσιάζεται το θεωρητικό πλαίσιο του θέματος, ενώ πραγματοποιείται η ανασκόπηση του πεδίου η οποία περιλαμβάνει τα Σ.Η.Ε., τις Α.Π.Ε. και τις υδροηλεκτρικές μονάδες. Στο 2ο κεφάλαιο παρατίθενται οι βασικές αρχές σχεδίασης ηλεκτρικών μηχανών. Αναφέρονται τα ηλεκτρικά και τα μαγνητικά μεγέθη, ενώ παρουσιάζονται οι βασικές παράμετροι σχεδίασης, τα τυλίγματα και οι συνδεσμολογίες, οι κλάσεις των μονώσεων και οι μέθοδοι ψύξης τους. Στο 3ο κεφάλαιο πραγματοποιείται η προκαταρκτική μελέτη ΜΥΗΕ (Μικρού Υδροηλεκτρικού Έργου). Σε αυτό το πλαίσιο αναγνωρίζονται και καταγράφονται οι συνθήκες που επικρατούν στην περιοχή, ενώ πραγματοποιούνται η προκαταρκτική χάραξη του έργου και η εκτίμηση του κόστους και της βιωσιμότητας του. Στο 4ο κεφάλαιο υλοποιείται η προκαταταρκτική σχεδίαση της σύγχρονης γεννήτριας έκτυπων πόλων. Υπολογίζονται τα βασικά χαρακτηριστικά της όπως τα μαγνητικά και τα ηλεκτρικά μεγέθη, οι γεωμετρικές διαστάσεις και ο βαθμός απόδοσης. Στο 5ο κεφάλαιο παρουσιάζεται μια ανασκόπηση των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων στην οποία εμπεριέχονται αρχές της διανυσματικής ανάλυσης. Στο 6ο κεφάλαιο παρατίθενται οι βασικές αρχές της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων. Στο 7ο κεφάλαιο επιχειρείται και επιτυγχάνεται η επιβεβαίωση της σχεδίασης με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Στο 8ο κεφάλαιο η σχεδίαση βελτιστοποιείται με τη μέθοδο της ανάλυσης ευαισθησίας, ενώ στο 9ο κεφάλαιο γίνεται η μελέτη αποδόσεων γεννητριών και μετασχηματιστών κατά τη σχεδίαση ΜΥΗΕ. Στο 10ο κεφάλαιο παρατίθενται τα συμπεράσματα.
Περίληψη
The present postgraduate thesis has been developed in the Department of Electrical and Electronic Engineers of the Engineering School of UNIWA and concerns with the study of a low RPM electric generator optimized design suitable for small hydroelectric power plants. According to the existing legislation this can be used suitably in small hydroelectric power plants. For this reason it has been predicted the rotor’s low rotational speed. Primarilly, the generator’s preliminary design was carried out by applying classical electrical machines design methods, while the validation of the proposed design has been performed by numerical simulation of the generator’s magnetic field problem by using the method of finite elements. Then, the design is optimized by using the method of sensitivity analysis. In chapter 1 the theoretical framework of the subject is presented while the field’s review is carried out in which the Power Systems, the Renewables Energy Sources and the hydroelectric power plants are included.
In chapter 2 the basic principals of the electrical machines design are listed. The electric and magnetic quantities are mentioned, while basic design parameters, the windi-ngs and their connections, insulation classes and cooling methods are presented.
In chapter 3 the preliminary design of a Small Hydro Electric Power Plant is carried out. In this context, the conditions prevailing in the area are recognized and recorded, while the preliminary projects design, the cost estimate and its viability are carried out.
In chapter 4 the preliminary design of the salient pole synchronous generator is implemented. The generator’s basic features such as electric and magnetic quantities, geo-metrical dimensions and efficiency are calculated. In chapter 5 an overview of electromagnetic fields in which basic principles of vector analysis are embedded is presented. In chapter 6 basic principles of the finite element method are listed. In chapter 7 the validation of the design is attempted and it is achived by the use of finite element method. In chapter 8 the design is optimized by using the method of sensitivity analysis, while in chapter 9 the performance of generators and transformers is studied during the design of a Small Hydro Electric Power Plant. In chapter 10 the colclusions are listed.
Αριθμός σελίδων
467Σχολή
Σχολή ΜηχανικώνΑκαδημαϊκό Τμήμα
Τμήμα Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών ΜηχανικώνΤίτλος Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών
Ηλεκτρικές και Ηλεκτρονικές Επιστήμες μέσω Έρευνας (MSc by Research in Electrical and ElectronicsΓλώσσα
Ελληνικά
Εκτός από όπου επισημαίνεται κάτι διαφορετικό, το τεκμήριο διανέμεται με την ακόλουθη άδεια:
Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές
Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές