การวิเคราะห์เครื่องกำเนิดพลังงานลมขนาดเล็กด้วยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์

Abstract

This thesis presents a performance analysis of wind generators suitable for wind speed of tall buildings by using the finite element method. The original wind generators were a 300-watt by asynchronous generator with a copper coil rotor and stator. The generator design focus on Rotor type change by changing from a copper coil rotor to a permanent magnet rotor which were used for analysis in the generators. For the size of permanent magnets are 5 mm thick, 60 mm long and for wide is 20 mm, 25 mm, and 30 mm.

Analysis results Three sizes of permanent magnet rotor modified generator based on analysis of average total magnetic flux and maximum magnetic flux. 20 mm magnet is 0.252T, 25 mm magnet is 2.033T, 30 mm. magnet is 0.326T and analysis of increasing the air gap of 11 rotor sizes at 1.mm – 6mm. The minimum magnetic flux of the generator results at 0.331T which is 4.5 mm. Due to total average magnetic flux is small value, resulting in less inductance between the iron core and the rotor caused better small wind turbine generators.

Results of original generators and generators designed using the finite element method by comparison of the power used to drive the generator at the load of 1.8 kΩ at speed 950.54 rpm. Speed is calculated from the average and maximum speed of wind in the target area, The generators designed by finite elements require power to drives less than the original generator at 100% load (1.8kΩ) is 46.0%. At 90% load (1.35kΩ) is 42.14%. At 80% load (875Ω) is 30.14%. And at 70% load (390Ω) is 5.67%.

วิทยานิพนธ์นี้นำเสนอการวิเคราะห์สมรรถภาพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานลมที่เหมาะสำหรับความเร็วลม ด้วยการใช้วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ โดยใช้เครื่องกำเนิดต้นแบบเป็นชนิดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอะซิงโครนัส ขนาด 300 Watt ด้วยโรเตอร์และสเตเตอร์ที่เป็นขดลวดทองแดง การออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะมุ่งเน้นที่การเปลี่ยนแปลงชนิดของโรเตอร์ โดยเปลี่ยนแปลงจากโรเตอร์แบบขดลวดทองแดงมาใช้โรเตอร์แม่เหล็กถาวรซึ่งถูกนำมาใช้วิเคราะห์ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า มีแม่เหล็กทั้งหมด 3 ขนาด มีขนาดความหนา 5 มม. ยาว 60 มม. และความกว้างแตกต่างกัน 3 ขนาด 20 มม. 25 มม.และ 30 มม.

ผลการวิเคราะห์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ปรับแปลี่ยนโรเตอร์เป็นแม่เหล็กถาวรทั้ง 3 ขนาด จากการวิเคราะห์ค่าเฉลี่ยฟลักซ์แม่เหล็กรวมของแม่เหล็กทั้ง 3 ขนาด แม่เหล็กขนาด 20 มม.และ 30 มม. มีค่าเฉลี่ยฟลักซ์แม่เหล็กรวมน้อยที่สุด เท่ากับ 0.252T, 0.326T ตามลำดับ และนำแม่เหล็กที่ได้ไปทดสอบต่อไป การวิเคราะห์การเพิ่มแอร์แก็ปของโรเตอร์ทั้ง 11 ขนาด ที่ระยะ 1 มม. – 6 มม. ค่าฟลักซ์แม่เหล็กรวมที่มีค่าน้อยที่สุดอยู่ที่ 0.331T คือระยะที่ 4.5 มม. เนื่องจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าใช้สำหรับกังหันลมขนาดเล็ก และ ระดับลมในพื้นที่ไม่สูงมาก ดังนั้นค่าเฉลี่ยฟลักซ์แม่เหล็กรวมที่มีค่าน้อยจะส่งผลให้การเหนี่ยวนำระหว่างแกนเหล็กและโรเตอร์นั้นมีค่าน้อยลงส่งผลให้กังหันลมสามารถขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้ง่ายขึ้น

ผลการทดสอบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าต้นแบบ และ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ออกแบบด้วยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์โดยทำการเปรียบเทียบกำลังไฟฟ้าที่ใช้ขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดขณะต่อโหลด 1.8 kΩ ที่ความเร็วรอบสูงสุด 950 rpm ซึ่งความเร็วรอบได้จากการคำนวณขนาดลมสูงสุดในเขตพื้นที่เป้าหมาย เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ออกแบบด้วยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ต้องการกำลังไฟฟ้าในการขับเคลื่อนน้อยกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าต้นแบบขณะต่อโหลด 100% (1.8kΩ) เท่ากับ 46.0% เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ออกแบบด้วยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ต้องการกำลังไฟฟ้าในการขับเคลื่อนน้อยกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าต้นแบบขณะต่อโหลด 90% (1.35kΩ) เท่ากับ 42.14% เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ออกแบบด้วยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ต้องการกำลังไฟฟ้าในการขับเคลื่อนน้อยกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าต้นแบบขณะต่อโหลด 80% (875Ω) เท่ากับ 30.14% เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ออกแบบด้วยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ต้องการกำลังไฟฟ้าในการขับเคลื่อนน้อยกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าต้นแบบขณะต่อโหลด 70% (390Ω) เท่ากับ 5.67%