Kestomagneettigeneraattorin lämmönsiirron mallinnus tuulivoimakäytössä

Abstract

Pyörivien sähkökoneiden suunnittelussa terminen suunnittelu on yhtä tärkeää kuin sähköinen ja mekaaninen suunnittelukin. Tässä diplomityössä tarkoituksena on kehittää ilmajäähdytteisten kestomagneettigeneraattorien laskentaan soveltuva lämmönsiirtymismalli, jolla staattorin lämpötilajakauma voitaisiin selvittää. Kehitetty lämmönsiirtymismalli perustuu kolmiulotteiseen äärellisen erotuksen (finite difference) menetelmään. Malli ottaa huomioon lämmönjohtumisen staattorin aktiiviosissa ja konvektion jäähdytysilmavirtaan. Mallissa on myös yksinkertainen painehäviölaskenta jäähdytysjärjestelmän komponenttien mitoittamista varten. Laskentamallilla lasketaan esimerkkitapauksena 4,3 MW:n kestomagneettigeneraattorin jäähdytystä eri toimintapisteissä. Tuloksia verrataan CFD-mallinnuksen antamiin tuloksiin sekä kokeellisten mittausten antamiin tuloksiin.

In the design process of rotating electrical machines thermal design has as important role as electrical and mechanical design. The aim of this master’s thesis is to develop a heat transfer model capable of predicting the temperature distribution in the stator of an air cooled permanent magnet generator. The developed heat transfer model utilizes three dimensional finite difference method, which takes account of heat conduction in stator active part and convection to cooling air. The model also incorporates simple pressure loss calculation in order to design cooling components. An example calculation with the developed model will be carried out regarding a 4,3 MW direct drive permanent magnet generator in different operating points. The results will be compared to the results received from the CFD-modelling and experimental measurements.