Design aspects of direct drive permanent magnet machines for wind power generation

Clean energy is necessary for the long-term growth of the sustainable society. Wind energy is rapidly expanding and contributes to many countries’ efforts to decrease greenhouse gas emissions. In the wind power industry, the debate on which generator and converter option makes for the best modern wind turbine drive trains is still going strongly. In this thesis we discussed the various aspects of PM machines for wind power Industry. Different type of generators are discussed and design aspects of permanent magnet machines also have been highlighted like mechanical structure, thermal behaviour and electromagnetic structure. In the end we will see the brief discussion about the 2MW direct drive train for wind turbine and its characteristics. In mechanical point of view, the solution for reducing the mechanical structure, DDPM for large wind turbines is to do without a shaft and torque arms. In thermal aspects, some main parameters for design like polar arc coefficient and air gap length on various parts of AFPM and RFPM were compared and studied, and we can conclude that, variations in heat source and thermal resistance are the fundamental causes of temperature changes. The majority of the characteristics used as the study object in this work have an impact on both the heat source and thermal resistance. For Electromagnetic design, we discussed both static and dynamic operation of PM machines and also some of the machine performance aspects.

L'energia pulita è necessaria per la crescita a lungo termine della società sostenibile. L'energia eolica è in rapida espansione e contribuisce agli sforzi di molti paesi per ridurre le emissioni di gas serra. Nel settore dell'energia eolica, il dibattito su quale opzione generatore e convertitore costituisca la migliore trasmissione per turbine eoliche moderne è ancora in corso. In questa tesi abbiamo discusso i vari aspetti delle macchine magneti permanenti per l'industria eolica. Vengono discussi diversi tipi di generatori e sono stati evidenziati anche gli aspetti di progettazione delle macchine a magneti permanenti come la struttura meccanica, il comportamento termico e la struttura elettromagnetica. Alla fine, vedremo la breve discussione sulla trasmissione diretta da 2 MW per turbina eolica e le sue caratteristiche. Dal punto di vista meccanico, la soluzione per ridurre la struttura meccanica, Magnete permanente a trasmissione diretta per grandi turbine eoliche è fare a meno di albero e bracci di reazione. Per quanto riguarda gli aspetti termici, sono stati confrontati e studiati alcuni parametri principali per la progettazione come il coefficiente dell'arco polare e la lunghezza del traferro su varie parti di Magnete permanente a flusso assiale e Magnete permanente a flusso radiale, e possiamo concludere che le variazioni nella fonte di calore e nella resistenza termica sono le cause fondamentali dei cambiamenti di temperatura. La maggior parte delle caratteristiche utilizzate come oggetto di studio in questo lavoro hanno un impatto sia sulla fonte di calore che sulla resistenza termica. Per la progettazione elettromagnetica, abbiamo discusso sia il funzionamento statico che dinamico delle macchine magnete permanente e anche alcuni aspetti delle prestazioni della macchina.