[논문]15 MW급 초전도 풍력 발전기의 설계 및 전자기 해석

정가은; 성해진; 박민원; 유인근

doi:10.9723/jksiis.2019.24.1.039

초록
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고온 초전도 (HTS) 발전기는 무게, 크기 및 효율의 장점 때문에 활발히 연구되어왔다. 대규모의 초전도 풍력 발전기는 매우 저속의 고토크 회전 기계이다. 이 기계에서는 높은 전자기력과 토크가 중요한 문제이다. 하나의 축에 직렬로 연결된 2개의 발전기는 고토크의 문제를 극복하기위한 하나의 해결 방안이 될 수 있다. 본 논문에서 저자는 15 MW 급 HTS 발전기를 설계하고 분석했다. 3D 유한 요소법을 사용하여 15 MW HTS 발전기의 자기장 분포 및 토크 성능을 확인하였다. 결과적으로 설계된 발전기는 기존의 발전기보다 적은 토크를 생성한다. 제시된 15 MW 초전도 발전기의 설계방식은 대용량 초전도 풍력 발전기의 제작에 있어 고토크로 인한 문제를 해결하는데 활용될 수 있다.

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A high-temperature superconducting(HTS) generators have been actively studied because of its advantages of weight, size, and efficiency. A large-scale superconducting wind power generator becomes a very low-speed high-torque rotating machine. In these machines, high electromagnetic force and torque ...

A high-temperature superconducting(HTS) generators have been actively studied because of its advantages of weight, size, and efficiency. A large-scale superconducting wind power generator becomes a very low-speed high-torque rotating machine. In these machines, high electromagnetic force and torque are important issued. Two generators connected in series on one shaft design are one of the solution to overcome the high torque problem. In this paper, the authors design and analyze a 15 MW class HTS generator. The 15 MW HTS generator is confirmed in terms of magnetic field distribution and torque performance using a 3D finite element method. As a result, the designed generators generates less torque than a conventional generator. The designed 15 MW superconducting generator will be effectively utilized in the construction of the large-scale wind power generation system.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1 Three blades wind turbine with a R_blade and the V_wind.
그림 Fig. 2 Block Diagram of the 15 MW Single Generator
그림 Fig. 3 Block Diagram of the 15 MW SCTG
표 Table 1 Design Specifications of the Wind Turbine
그림 Fig. 4 3D Structures of the Single Generator and SCTG
그림 Fig. 5 Magnetic Field Distribution of the 15 MW Class Single Generator
그림 Fig. 6 Magnetic Field Distribution of the 7.8 MW Single Generator
표 Table 2 Specifications and FEM Analysis Results of the 15 MW Class Single Generator and the SCTG

AI 본문요약
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문제 정의

when the torque increases, the load increases and affects superconducting coils. This paper proposed a design that the SCTG to solve this problem.

제안 방법

5 MW generators on one shaft and these generators connected in series on one shaft. The objective of the design is to reduce the torque, the size of the nacelle, and the weight compared to conventional wind power generator. The 3D Finite Elements Method (FEM) is used to analyze the magnetic field distribution and is used to confirm in terms of torque performance.
Large-scale HTS generators have disadvantages of high current density and magnetic field that generate high torque. This paper proposed a 15 MW wind power generator design method that serially connects two generators to one shaft (SCTG) to solve the high torque problem. The SCTG have two 7.

대상 데이터

The 15 MW class SCTG was designed with two generators and each generators are considered the number of poles of 20 poles. The SCTG configures the serial connection of two 7.
The SCTG is designed with two 7.8 MW generators. A 7.

성능/효과

The magnetic field distributions of the generators were analyzed using a 3D FEM program. The results show that the diameter and torque of the SCTG is smaller than a single generator and the SCTG is advantageous over a single generator in terms of weight and volume. This result shows that a SCTG is one of the good candidates for further large scale wind turbine generators considering economy.

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