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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 한승호
- 발행연도
- 2014
- 저작권
- 동아대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수1
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대용량 직접 구동형 풍력발전기의 기계적 거동 특성 평가
Characteristics of Mechanical Behavior in Direct-Driven
Generator for Large-Scaled Wind Turbine
기계공학과 노 윤 철
지도교수 한 승 호
직접 구동형 방식의 발전기는 기어박스를 사용하지 않기 때문에 발전효율은 높지만, 큰 직경의 다극형 발전기가 사용됨에 따라 공극의 유지 및 동력전달을 위한 강도와 강성확보에 많은 문제점이 발생한다. 직접 구동형 발전기 중 주로 소형 발전기에 사용되어왔던 AFPM(Axial Flux Permanent Magnet) 방식은 RFPM(Radial Flux Permanent Magnet) 방식에 비해 그 효율이 높아 이를 대형화 하기위한 연구가 진행되고 있다. 하지만 축방향으로 작용하는 큰 전자기력에 대한 강성확보 및 이를 위한 지지구조물의 중량이 무거워지는 단점이 있다. 대용량 직접 구동형 풍력발전기의 경우 지지구조물이 전체 발전기 중량의 80% 이상을 차지한다는 연구결과를 고려하면 직접 구동형 발전기의 높은 중량은 여전히 큰 문제로 남아 있으며 이를 해결하기 위한 경량설계가 필요하다.
본 논문에서는 2.5MW 급 규모의 SLAFPM(Spiderless Axial Flux Permanent Magnet) 발전기를 제안하고 이를 기존의 AFPM과 비교하였으며, 경량설계를 위한 형상 최적화를 수행하였다. 구조적 거동 특성을 평가하기 위하여 전자기해석과 구조해석을 순차적으로 적용한 전자기-구조 연성해석을 수행하였으며 그 결과 SLAFPM은 기존 AFPM 대비 11tonf의 중량감소효과를 얻을 수 있었다. 또한, 신경망모델을 통하여 선정된 근사 최적해를 전자기-구조 연성해석을 통하여 검증한 후 SLAFPM의 초기값과 비교 분석한 결과, 초기대비 중량 Mass는 13.30%, 최대 응력 Smax는 13.38%가 개선된 최적해를 얻을 수 있었다.
주요어 : Direct-Drive Generator (직접구동형 발전기), Wind Turbine (풍력 발전기), Shape Optimization (형상 최적화), Orthogonal Array (직교배열), Design Space Exploration (설계영역탐색), Neural Network Model (신경망모델), Desirability Function (만족도함수)
Characteristics of Mechanical Behavior in Direct-Driven
Generator for Large-Scaled Wind Turbine
기계공학과 노 윤 철
지도교수 한 승 호
직접 구동형 방식의 발전기는 기어박스를 사용하지 않기 때문에 발전효율은 높지만, 큰 직경의 다극형 발전기가 사용됨에 따라 공극의 유지 및 동력전달을 위한 강도와 강성확보에 많은 문제점이 발생한다. 직접 구동형 발전기 중 주로 소형 발전기에 사용되어왔던 AFPM(Axial Flux Permanent Magnet) 방식은 RFPM(Radial Flux Permanent Magnet) 방식에 비해 그 효율이 높아 이를 대형화 하기위한 연구가 진행되고 있다. 하지만 축방향으로 작용하는 큰 전자기력에 대한 강성확보 및 이를 위한 지지구조물의 중량이 무거워지는 단점이 있다. 대용량 직접 구동형 풍력발전기의 경우 지지구조물이 전체 발전기 중량의 80% 이상을 차지한다는 연구결과를 고려하면 직접 구동형 발전기의 높은 중량은 여전히 큰 문제로 남아 있으며 이를 해결하기 위한 경량설계가 필요하다.
본 논문에서는 2.5MW 급 규모의 SLAFPM(Spiderless Axial Flux Permanent Magnet) 발전기를 제안하고 이를 기존의 AFPM과 비교하였으며, 경량설계를 위한 형상 최적화를 수행하였다. 구조적 거동 특성을 평가하기 위하여 전자기해석과 구조해석을 순차적으로 적용한 전자기-구조 연성해석을 수행하였으며 그 결과 SLAFPM은 기존 AFPM 대비 11tonf의 중량감소효과를 얻을 수 있었다. 또한, 신경망모델을 통하여 선정된 근사 최적해를 전자기-구조 연성해석을 통하여 검증한 후 SLAFPM의 초기값과 비교 분석한 결과, 초기대비 중량 Mass는 13.30%, 최대 응력 Smax는 13.38%가 개선된 최적해를 얻을 수 있었다.
주요어 : Direct-Drive Generator (직접구동형 발전기), Wind Turbine (풍력 발전기), Shape Optimization (형상 최적화), Orthogonal Array (직교배열), Design Space Exploration (설계영역탐색), Neural Network Model (신경망모델), Desirability Function (만족도함수)
목차
Ⅰ. 서론 11. 연구 배경 12. 연구 동향 43. 연구 목적 5Ⅱ. AFPM방식 직접 구동형 발전기 6Ⅲ. 대상체 및 해석방법 91. 전자기 해석 112. 전자기-구조 연성해석 16Ⅳ. SLAFPM방식 발전기의 형상 최적화 211. 형상최적화 문제의 정식화 212. 신경망 모델 기반 다목적 유전자알고리즘 적용 최적화 233. 만족도 함수를 적용한 최적해 선정 29Ⅴ. 결론 33참고문헌 34ABSTRACT 37
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