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3MW 풍력발전기 구조설계 및 회전자의 동특성 해석
Mechanical Design and Dynamic Analysis of 3MW Rotor for Wind Energy Conversion System 원문보기

한국신재생에너지학회 2008년도 춘계학술대회 논문집, 2008 May 22, 2008년, pp.333 - 336  

이홍기 (포항가속기연구소, 포스텍) ,  김동언 (포항가속기연구소, 포스텍) ,  정영규 (포항가속기연구소, 포스텍) ,  한홍식 (포항가속기연구소, 포스텍) ,  서형석 (포항가속기연구소, 포스텍) ,  정진화 (포항가속기연구소, 포스텍)

초록
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3MW 풍력발전기용 발전기의 구조적 특성을 소개하고 회전자의 동특성 해석을 수행하였다. 이 발전기는 증속기를 사용하였으며 정격속도는 1459 rpm 이며 30% over speed trip 조건을 적용하여 설계되었다. 회전자 pole에 전원 공급 없이 자기장을 만드는 영구자석을 사용하는 형태로 구조는 간단하다. 발전기의 냉각방법은 공극을 냉각하기 위하여 팬을 이용하여 공기를 순환하며 고정자 외형에는 냉각채널을 부착하여 냉각수를 순환한다. 회전기계의 설계 시에는 반드시 진동을 고려하여 가능하면 진동을 줄이는 방향으로 설계가 되어야 하며 회전축 계의 설계에 있어서는 계의 강도, 위험속도, 불평형 진동응답 및 안정성 등을 고려하여야 한다. 본 논문에서는 물리설계를 기본으로 하여 설계된 발전기의 형상을 간단하게 설명하고, 발전기의 회전자를 상용 유한요소 해석 프로그램인 ANSYS 를 이용하여 해석을 수행하였다. 해석절차는 정적해석을 수행하고 다음으로 모드해석을 수행 하였다. 모드형상에 따른 주파수를 표기하고 해석 결과를 나타내었다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한 베어링의 구속조건에 따라 모드 형상이 다르게 나타나므로 해석 시 충분히 구속조건을 검토하여야 한다. 본 논문에서는 로터의 동특성 해석을 알아보기 위한 초기단계의 해석을 수행하였다.
  • 새로이 개발되는 발전기는 가변속도형식으로 영구자석을 사용하여 여자하는 발전기이다. 이 논문에서는 발전기의 물리설계에서 얻어진 사양을 기준으로 설계된 구조형상 및 냉각시스템을 간단히 기술한다. 또한, 회전자의 정적해석을 수행하고 진동의 형태를 알아보기 위하여 동특성 해석수행을 기초설계를 기본으로 하여 보국전기(주)에서 설계된 회전자를 유한요소 해석 프로그램인 ANSYS 를 이용하였다.
  • 하모닉 해석(Harmonic Analysis)은 가진력에 대한 변위 해석으로 주어진 하중에 대한 응답을 얻을 수 있다. 즉, 설계 완료된 구조물이 하중에 견딜 수 있는지 알아보게 된다. 회전기계는 일정 하게 반복하중을 발생하므로 이들 하중은 회전속도에 따라 각기 다른 변위와 응력 값을 발생한다.

가설 설정

  • Rotor의 구성은 주축, 메인프레임 및 영구자석으로 구성되어 있다. 영구자석은 NEOMAX-35EH 급으로 정했다. 이렇게 설계된 발전기는 외부 냉각 장치까지 포함해서 지름이 약 1.
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