Analysis of Loss Components in a Synchronous Generator under Non-ideal Operating Conditions
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2019-05-06
Department
Major/Subject
Electrical Power and Energy Engineering
Mcode
ELEC3024
Degree programme
AEE - Master’s Programme in Automation and Electrical Engineering (TS2013)
Language
en
Pages
56
Series
Abstract
The wide use of high-power salient pole synchronous generators (SPSG) makes the understanding of losses and efficiency important. Factors such on-site conditions and applications affect the power losses of an SPSG. Recently, the effect of torque oscillation on the power losses of an SPSG have been studied and it was shown that torque oscillations may generate additional losses. Furthermore, it is well known, that current unbalance and temperature generate additional losses. All the mentioned effects may be present in on-site use of an SPSG. This thesis determines the effects of torque pulsations, unbalance phase currents and temperature rise on power losses of an SPSG. The different effects were simulated by in-house finite element software FCSMEK. In order to determine the effects of non-ideal conditions on the losses, the limitations for the simulation cases were defined. IEC standards effectively restrict the maximum temperatures and current unbalances of an SPSG. However, the torsional vibrations are not directly limited. Therefore, the measured torque profile of an internal combustion engine (ICE) was used in order to determine the torque oscillation frequencies and amplitudes. The results indicate that current unbalance and temperature increase power losses significantly. The low frequency torque pulsation of an ICE had less effect on the power losses probably due to the low amplitude of the torsional vibration. The temperature rise increases the losses linearly. However, constant temperature was assumed, thus meaning that the effect of the losses on the final temperature was not accounted for. The effect of temperature rise on losses is significant, but more predictable and the effect can be limited by cooling. Furthermore, results show that the negative sequence current may cause significant additional losses. Further investigation could involve introducing the losses into a thermal network to determine the total temperature rise.Avonapaisten sähkögeneraattorien (SPSG) laaja käyttö tekee niiden häviökomponenttien ja hyötysuhteen tutkimisesta tärkeää. Käyttösovellukset ja on-site -olosuhteet vaikuttavat SPSG:n häviöihin. Tutkimuksissa on huomattu, että erityisesti matalataajuuksinen momentin oskillointi saattaa lisätä SPSG:n häviöitä. Lisäksi on-site käytössä esiintyvä sähkökuorman epätasapaino ja korkeat lämpötilat saattavat lisätä häviöitä Tässä diplomityössä määritetään vääntövärähtelyn, sähkökuorman epätasapainon ja lämpötilan vaikutusta SPSG:n häviöihin. Eri tapaukset laskettiin numeerisesti elementtimenetelmällä FCSMEK -ohjelmistoa käyttäen. Edellä mainittujen epäideaalisten olosuhteiden raja-arvot määritettiin IEC standardien avulla. Standardit rajoittavat SPSG:n käyttölämpötioja ja virran epätasapainoa. Momentin oskillaatioille ei ole sitä suoraan rajoittavaa standardia, joten FEM malleissa käytettiin mitattua dieselkoneen (ICE) momenttikäyrää, josta erotettiin eri taajuuskomponentteja. Tulokset osoittivat, että lämpötilan nousu ja sähkökuorman epätasapaino lisäävät häviöitä merkittävästi. Simuloinnissa käytetty matalataajuuksinen sinimuotoisesti oskilloiva momentti lisäsi häviöitä vain vähän. Tämä saattoi johtua momentin matalasta amplitudista. Lämpötilan nousu kasvatti häviöitä lineaarisesti. Simulaatio sisälsi oletuksen, että kasvavat häviöt eivät lisää lämpötilaa, ja että lämpötila on tasainen läpi SPSG:n geometrian. Lisäys häviöissä oli merkittävä, mutta lineaarisuudesta johtuen helposti ennustettava ja rajoitettavissa esimerkiksi lisäämällä jäähdytystä. Lisätutkimuksia tarvitaan häviöiden vaikutuksesta koneen lopulliseen lämpötilaan.Description
Supervisor
Belahcen, AnouarThesis advisor
Shah, SahasKeywords
electrical machine, FEM, power losses, synchronous generator, torsional oscillation