Analysis of Losses and Radial Vibration in a PM Synchronous Machine with Physical Modularity

En ModHVDC-generator er en spesielt lukrativ løsning for havvind ettersom den bidrar til et redusert antall komponenter i systemet og samtidig øker tilgjengelighet. Her bruker man fysisk modularitet, der luftgap deler opp statoren i separate deler. Dette kan føre til nye utfordringer rundt endring i magnetisk ytelse og en mindre rigid struktur. Målet i denne oppgaven er å identifisere tap og radiell vibrasjon i en tidligere designet ModHVDC-maskin og sammenligne den med en ikke-modulær ekvivalent. Dette har vært gjort gjennom endelig elementmodellering i COMSOL. Tap i det elektriske stålet, magnetene og kobberet var estimert. Sammen utgjorde de tap på 259.8 kW ved full last i den modulære maskinen, og kobbertapene sto for hoveddelen av disse med 224.7 kW. Modularitet økte ståltap med 22 % ved full last og 31.5 % når maskinen roterer med åpne klemmer, samtidig som det hadde neglisjerbar påvirkning på magnettapene. Magnetsegmentering ble brukt for å redusere magnettap med 96 % ved full last, fra 281 kW til 10 kW. En harmonisk analyse av radielle krefter i luftgapet var kombinert med en mekanisk analyse for å evaluere vibrasjon. Amplituden til de harmoniske i de radielle kreftene var nesten lik for den modulære maskinen og den ikke-modulære ekvivalenten. Radiell vibrasjon ble ansett som usannsynlig på grunn av 1) den laveste subharmoniske hadde 32 poler, 2) tidsfrekvensen til de harmoniske var 26.67 Hz, langt fra 322 Hz, som var den laveste mekaniske egenfrekvensen til én modul.