Günümüz enerji sistemlerinde elektrik enerjisi üretiminde çok sık kullanılan alternatörler, özellikle yenilenebilir enerji kaynaklarının daha verimli kullanılması amacıyla, daha az kayıp ile daha verimli alternatörlerin ve enerji sistemlerinin elde edilmesi çalışmaları devam etmektedir. Çalışmada tasarımı yapılan rüzgar türbini alternatör rotorunun hafifletilerek alternatörün daha düşük kalkış momenti ve dolayısıyla daha düşük rüzgar hızlarında tahrik edilebilmesi hedeflenmiştir. Rüzgar türbinleri minimum 7 m/s hızlarda elektrik üretebilmektedir. Bu makalede daha düşük rüzgar hızlarında elektrik üretilebilmesini sağlamak üzere rüzgar türbinlerinde kullanılan sabit mıknatıslı alternatörler üzerinde çalışma yapılmıştır. Sabit mıknatıslı alternatör ağırlığının azaltılabilmesi için, silisli sac metal ağırlığının en fazla olduğu rotor kısmı üzerinde topoloji optimizasyonu çalışması yapılmıştır. Yazılım ile yapılacak olan Topoloji Optimizasyonunda Malzeme Dağılımı Metodu kullanılacaktır. Bu yöntemde her bir sonlu elemanın yoğunluğu tasarım değişkeni olarak kabul edilir. Topoloji optimizasyonu için öncelikle türbin kanatları tarafından oluşturulan moment etkisi ile rotor üzerinde oluşabilecek burulma gerilmelerine direnebilecek bir yapı oluşturulmuştur. Oluşturulan bu yapının, manyetik akı dağılımı üzerine etkileri Maxwell yazılımı ile değerlendirilmiştir. Rotor topoloji optimizasyonu ile rotorda boşaltma yapılarak ağırlığı azaltılmış ve bu boşaltmanın manyetik etkileri ile alternatör üzerindeki etkileri incelenmiştir. Çalışmada elde edilen sonuçlar değerlendirildiğinde yapılan topoloji optimizasyonu sonucunda rotor ağırlığında %10 kazanç sağlandığı ve buna karşın rotor manyetik akı değerinde önemli bir değişimin olmadığı görülmüştür.
Anahtar Kelimeler: alternatör, senkron alternatör, rotor, stator, topoloji optimizasyonu
|
