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Unison U50 직접구동 영구자석 발전기의 최적화
Optimization of Unison U50 PM Synchronous Generator 원문보기

한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집, 2009 June 25, 2009년, pp.476 - 479  

김동언 (풍력특성화대학원, 포항공과대학교) ,  김태훈 (풍력특성화대학원, 포항공과대학교) ,  이상우 (풍력특성화대학원, 포항공과대학교) ,  정진화 (풍력특성화대학원, 포항공과대학교) ,  박현철 (풍력특성화대학원, 포항공과대학교)

초록
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Unison의 U50 풍력발전기는 실증실험을 거쳐서 상용화 되어 시장에 제품으로 나와 있다. U50에 사용되는 영구자석 동기발전기는 Stator 내경 3.32 m 로 84극을 가지고 있으며 정격 25 rpm으로 운전되는 직접구동형이다. 직접구동형 발전기는 Gearbox 가 불필요한 반면에 높은 torque로 인해서 발전기가 무거운 단점이 있다. 기존의 U50 에 사용되는 발전기는 지지 구조물까지 포함할 경우 총중량이 약 20톤 이상이다. 발전기의 중량을 줄이고 경량화 시키기 위하여 slot에 들어가는 Ampere turn을 증가시키고 turn 수를 증가시켜서 기존과 유사한 전압, 전류, 출력을 유지하면서 축방향 Stator 길이를 감소시킨 최적화 모델에 대한 설계에 대하셔 연구를 진행하였으며 이 보고에서는 그 결과와 절차에 대해서 요약한다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이 논문에서는 (주) 유니슨이 개발 하여 상용화한 800 kW 급 직접구동형 풍력발전기 (U50)의 초보적인 최적화에 관하여 기술하였다. Slot을 좀더 깊게 하여 도체를 5 layer에서 6 layer로 변경함으로써 같은 무부하 유도전압에서 Stator의 길이를 707 mm에서 590 mm로 약 20% 감소시킬 수 있 었다.
  • 3 kN/m2 으로 평균적인 수준이나 영구자석 동기발전기로서는 더 높은 값도 가능하다. 이 보고에서는 U50에서 기존의 발전기 parameter를 유지하면서 gap에서의 shear force density를 높이고 그에 따라서 stator length를 줄이는 최적화에 대해서 논의한다.

가설 설정

  • 6 mm) 상당히 커서 Slot 내부에 도체와 절연물을 구분하여 모델링 하여 더 실제상황에 맞도록 simulation 하였다. 도체 외에 절연물, wedge등은 보수적인 계산을 위하여 모두 부도체의 열전도율을 갖는다고 가정하였다. 또 외부 water channel과 stator 외경 사이의 열접촉 (Thermal contact) 가 불확실한 면이 있어 여기에서는 실험적으로 약 50%가 접촉하고 있다고 가정하고 모델링 하였다.
  • 도체 외에 절연물, wedge등은 보수적인 계산을 위하여 모두 부도체의 열전도율을 갖는다고 가정하였다. 또 외부 water channel과 stator 외경 사이의 열접촉 (Thermal contact) 가 불확실한 면이 있어 여기에서는 실험적으로 약 50%가 접촉하고 있다고 가정하고 모델링 하였다. 냉각수 채널에서의 열전달 계수 h 는 2000 W/m2/K 를 사용하였다.
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