There are presented the following parts in the final master diploma work: introduction, 4 chapters, conclusions and list of literature. Total coverage of diploma work- 57 pages, including 41 pictures and 6 charts. There are presented 51 sources of information. The goal of diploma work- to analyze traditional and protective technology of growth of sugar- beets and machines of soil treatment. To construe the movement of knifes of rotor cultivator in the soil. To investigate and compare sowing, harvest and qualitative indexes of growing the sugar- beets according different technologies. Main tasks of diploma work- to analyze technologies of growth of sugar beets; to overlook machines of soil treatment and their technological processes; to analyze the movement of vertical rotor cultivators and cultivators with horizontal roller in the soil; to investigate the influence of different technologies of soil treatment and sowing to quality of insertion of seeds of sugar- beets and to harvest of sugar beets and it’s qualitative indexes; to evaluate and to compare treatment of soil and sowing technologies of sugar beets by indexes of energy.

A wind turbine needs to be controlled to ensure its safe and optimal operation, especially during high wind speeds. The most common control objectives are to limit the power and rotational speed of the wind turbine by using pitch control. Aero Energy is a company based in Potchefstroom, South Africa, that has been developing and manufacturing wind turbine blades since 2000. Their most popular product is the AE1kW blades. The blades have a tendency to over-speed in high wind speeds and the cut-in wind speed must be improved. The objective of this study was to develop an active pitch control system for wind turbines. A prototype active pitch control system had to be developed for the AE1kW blades. The objectives of the control system are to protect the wind turbine from over-speeding and to improve start-up performance. An accurate model was firstly developed to predict a wind turbine’s performance with active pitch control. The active pitch control was implemented by means of a two-stage centrifugal governor. The governor uses negative or stalling pitch control. The first linear stage uses a soft spring to provide improved start-up performance. The second non-linear stage uses a hard spring to provide over-speed protection. The governor was manufactured and then tested with the AE1kW blades. The governor achieved both the control objectives of over-speed protection and improved start-up performance. The models were validated by the results. It was established that the two-stage centrifugal governor concept can be implemented on any wind turbine, provided the blades and tower are strong enough to handle the thrust forces associated with negative pitch control. It was recommended that an active pitch control system be developed that uses positive pitching for the over-speed protection, which will eliminate the large thrust forces. Keywords: pitch control, wind turbine, centrifugal governor, over-speed protection, cut-in wind speed, blade element-momentum theory, rotor, generator, stall, feathering. / Thesis (M.Ing. (Mechanical Engineering))--North-West University, Potchefstroom Campus, 2009.

A wind turbine needs to be controlled to ensure its safe and optimal operation, especially during high wind speeds. The most common control objectives are to limit the power and rotational speed of the wind turbine by using pitch control. Aero Energy is a company based in Potchefstroom, South Africa, that has been developing and manufacturing wind turbine blades since 2000. Their most popular product is the AE1kW blades. The blades have a tendency to over-speed in high wind speeds and the cut-in wind speed must be improved. The objective of this study was to develop an active pitch control system for wind turbines. A prototype active pitch control system had to be developed for the AE1kW blades. The objectives of the control system are to protect the wind turbine from over-speeding and to improve start-up performance. An accurate model was firstly developed to predict a wind turbine’s performance with active pitch control. The active pitch control was implemented by means of a two-stage centrifugal governor. The governor uses negative or stalling pitch control. The first linear stage uses a soft spring to provide improved start-up performance. The second non-linear stage uses a hard spring to provide over-speed protection. The governor was manufactured and then tested with the AE1kW blades. The governor achieved both the control objectives of over-speed protection and improved start-up performance. The models were validated by the results. It was established that the two-stage centrifugal governor concept can be implemented on any wind turbine, provided the blades and tower are strong enough to handle the thrust forces associated with negative pitch control. It was recommended that an active pitch control system be developed that uses positive pitching for the over-speed protection, which will eliminate the large thrust forces. Keywords: pitch control, wind turbine, centrifugal governor, over-speed protection, cut-in wind speed, blade element-momentum theory, rotor, generator, stall, feathering. / Thesis (M.Ing. (Mechanical Engineering))--North-West University, Potchefstroom Campus, 2009.

No description available.

The accurate prediction of rotor air loads is a current topic of interest in the rotorcraft community. The complex nature of this loading makes this problem especially difficult. Some of the issues that must be considered include transonic effects on the advancing blade, dynamic stall effects on the retreating blade, and wake vortex interactions with the blades, fuselage, and other components. There are numerous codes to perform these predictions, both aerodynamic and structural, but until recently each code has refined either the structural or aerodynamic aspect of the analysis without serious consideration to the other, using only simplified modules to represent the physics. More recent research has concentrated on combining high fidelity CFD and CSD computations to be able to use the most accurate codes available to compute both the structural and the aerodynamic aspects. The objective of the research is to both evaluate and extend a range of prediction methods comparing both accuracy and computational expense. This range covers many methods where the highest accuracy method shown is a delta loads coupling between an unstructured CFD code and a comprehensive code, and the lowest accuracy, but highest efficiency, is found through a free wake and comprehensive code coupling using simplified 2D aerodynamics. From here methods to improve the efficiency and accuracy of the CFD code will be considered through implementation of steady-state grid adaptation, a time accurate low Mach number preconditioning method, and the use of fully articulated rigid blade motion. The exact formulation of the 2D aerodynamic model used in the CSD code will be evaluated, as will efficiency improvements to the free wake code. The advantages of the free-wake code will be tested against a dynamic inflow model. A comparison of all of these methods will show the advantages and consequences of each combination, including the types of physics that each method is able to, or not able to, capture through examination of how closely each method matches flight test data.

The wind power research at the division of Electricity at Uppsala University is aimed towards increased understanding of vertical axis wind turbines. The considered type of wind turbine is an H-rotor with a directly driven synchronous generator operating at variable speed. The experimental work presented in this thesis comprises investigation of three vertical axis wind turbines of different design and size. The electrical, control and measurement systems for the first 12 kW wind turbine have been designed and implemented. The second was a 10 kW wind turbine adapted to a telecom application. Both the 12 kW and the 10 kW were operated against dump loads. The third turbine was a 200 kW grid-connected wind turbine, where control and measurement systems have been implemented. Experimental results have shown that an all-electric control, substituting mechanical systems such as blade-pitch, is possible for this type of turbine. By controlling the rectified generator voltage, the rotational speed of the turbine is also controlled. An electrical start-up system has been built and verified. The power coefficient has been measured and the stall behaviour of this type of turbine has been examined. An optimum tip speed ratio control has been implemented and tested, with promising results. Use of the turbine to estimate the wind speed has been demonstrated. This has been used to get a faster regulation of the turbine compared to if an anemometer had been used.

Zugl.: Darmstadt, Techn. Universiẗat, Diss.

Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στο τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας υπολογιστών του πανεπιστημίου Πατρών και το θέμα της αφορά τη μελέτη σφαλμάτων στο δρομέα τριφασικής σύγχρονης μηχανής έκτυπων πόλων με τη δημιουργία δισδιάστατου μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων. Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι η ανάλυση της λειτουργίας τριφασικού σύγχρονου κινητήρα έκτυπων πόλων κατά την ασύγχρονη εκκίνηση του σε τρείς περιπτώσεις, με σφάλμα σε μία μπάρα ενός έκτυπου πόλου, στο δακτύλιο βραχυκύκλωσης και χωρίς κανένα σφάλμα και σύγκριση των αποτελεσμάτων. Για την σχεδίαση του μοντέλου του τριφασικού κινητήρα χρησιμοποιήθηκαν τα κατασκευαστικά στοιχεία μιας πραγματικής τριφασικής μηχανής πού προορίζεται για λειτουργία σε υδροηλεκτρικό σταθμό παραγωγής ενέργειας με τη δυνατότητα λειτουργίας σαν αντλία. Για την κατασκευή και εξομοίωση του μοντέλου στις δύο διαστάσεις χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό Opera-2d, το οποίο χρησιμοποιεί την μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων, μια αριθμητική μέθοδο για να προσομοιώσει τη φυσική λειτουργία των ηλεκτρικών μηχανών. Για την επιτυχία του μοντέλου χρειάστηκαν αρκετές μετρήσεις και υπολογισμοί από τα δεδομένα που είχαμε τα οποία δεν παραθέτονται. Με την περάτωση του μοντέλου εξομοιώθηκαν διαφορετικές λειτουργίες στη μόνιμη κατάσταση για εξακρίβωση της ακρίβειας του μοντέλου που κατασκευάσαμε. Η διπλωματική εργασία χωρίζεται σε πέντε κεφάλαια, όπου αρχικά στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια γενική περιγραφή των βασικών εννοιών της ηλεκτρικής ενέργειας και των βασικών αρχών που διέπουν την κατασκευή και λειτουργία των σύγχρονων μηχανών και γενικότερα των τριφασικών σύγχρονων μηχανών έκτυπων πόλων. Στο κεφάλαιο 2 εξηγείται πιο αναλυτικά η λειτουργία του τριφασικού σύγχρονου κινητήρα και οι μέθοδοι της εκκίνησης του με έμφαση στην ασύγχρονη εκκίνηση. Επίσης παρουσιάζονται μερικά δεδομένα γενικά γύρω από τους υδροηλεκτρικούς σταθμούς και τον τρόπο λειτουργίας τους. Στη συνέχεια στο κεφάλαιο 3 δίνονται επιγραμματικά τα κυρίως βήματα που ακολουθήσαμε κατά την σχεδίαση του μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων μαζί με τα σχέδια των τμημάτων του κινητήρα και τα κυριότερα παράθυρα ελέγχου του λογισμικού Opera-2d. Στο κεφάλαιο 4 δίνονται τα βήματα και τα παράθυρα ελέγχου για τις παραμέτρους της ανάλυσης και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των εξομοιώσεων που για τις τρείς περιπτώσεις τους υγιούς μοντέλου, του μοντέλου με σπασμένη μπάρα και το μοντέλο με σφάλμα στο δακτύλιο βραχυκύκλωσης. Στο τέλος του κεφαλαίου 4 εξάγονται τα συμπεράσματα μας για την ασύγχρονη εκκίνηση του σύγχρονου κινητήρα και πως αυτή επηρεάζεται από τα σφάλματα σε μία μπάρα βραχυκύκλωσης και στο δακτύλιο βραχυκύκλωσης. / This thesis was produced in the department of Electrical Engineering and Computer Science at the University of Patras and involves the study of rotor errors in a three phase synchronous motor with salient poles with the help of finite element analysis. The purpose of this thesis is the monitoring of a three-phase synchronous motor with salient poles during asynchronous starting, with one broken bar, broken ring and in a healthy state for comparing the results. For the design of the motor we used the machine data of a real motor which is used in a pumped storage hydroelectric generator. For the creation of the model in two dimensions we used the software Opera-2d, which uses the finite element method to simulate the operation of electric machines. For the success of the design, a number of measurements and calculations was taken from the machine data which are not included in the thesis. Also, after the completion of the model, we run simulations in steady state to verify that the model was running according to designer parameters. The thesis is divided in five chapters. In the first chapter there is a general description of the basic knowledge of electric energy and the principles regarding the construction and operation of synchronous machines and in particular three-phase synchronous machines with salient poles. In chapter 2 there is a more detailed description of the operating characteristics of a three-phased synchronous motor and the starting methods, with emphasis at asynchronous starting. Additionally, there is some information regarding hydro-generator stations. Chapter 3 shows the main steps followed during the design stage of the model and it includes images of the main parts of the motor and the control windows of the software Opera-2d. Chapter 4 starts by showing the main steps and control windows for the analysis parameters and this is followed by the results of the simulations for the three cases: healthy motor, with broken bar and with broken ring. Finally the conclusions for the asynchronous starting of a synchronous motor and how it is affected by a broken bar and a broken ring at the rotor, are presented at the end of chapter 4.

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η προσομοίωση της λειτουργίας μιας ανεμογεννήτριας (Α/Γ) μεταβλητής ταχύτητας με γεννήτρια επαγωγής διπλής τροφοδότησης (ΓΕΔΤ) καθώς επίσης και ο έλεγχος της γωνίας βήματος των πτερυγίων. Η προσομοίωση γίνεται με τη βοήθεια του προγράμματος Matlab/Simulink. Αναλυτικότερα στο Κεφάλαιο1, γίνεται εισαγωγή στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ). Αναφέρονται τα είδη, τα πλεονεκτήματα και ο ενεργειακός τους ρόλος στην παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας σε εθνικό επίπεδο. Από τις ΑΠΕ, αναλύεται η αιολική ενέργεια. Γίνεται μια σύντομη ιστορική αναδρομή και παρουσιάζεται η χρησιμότητα της, τα προβλήματα που προκύπτουν από την σύνδεση Α/Γ στο δίκτυο και η θέση της στο παγκόσμιο ενεργειακό επίπεδο. Στο Κεφάλαιο 2, γίνεται παρουσίαση των μηχανών επαγωγής. Συγκεκριμένα, παρουσιάζεται η μαθηματική θεμελίωση της θεωρίας των μετασχηματισμών σε πλαίσιο αναφοράς δύο κάθετων αξόνων που περιστρέφεται με αυθαίρετη ταχύτητα και η μοντελοποίηση (δυναμικό μοντέλο) των ασύγχρονων ηλεκτρικών μηχανών επαγωγής. Στο Κεφάλαιο 3,γίνεται μια γενική παρουσίαση των αιολικών συστημάτων. Περιγράφονται τα δομικά στοιχεία της Α/Γ, η αεροδυναμική μετατροπή της ενέργειας του ανέμου σε ηλεκτρική, τα διάφορα συστήματα Α/Γ που χρησιμοποιούνται και δίνεται το μαθηματικό μοντέλο της γεννήτριας επαγωγής διπλής τροφοδότησης (ΓΕΔΤ). Στο Κεφάλαιο 4,παρουσιαζεται η συνολική στρατηγική ελέγχου Α/Γ μεταβλητής ταχύτητας με ΓΕΔΤ, η οποία περιλαμβάνει τον αεροδυναμικό έλεγχο της Α/Γ και τον ηλεκτρικό έλεγχο της γεννήτριας επαγωγής διπλής τροφοδότησης στην πλευρά του δρομέα (μηχανής) και στην πλευρά του στάτη (δικτύου). Στο Κεφάλαιο 5, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από δοκιμές που έγιναν με το μοντέλο προσομοίωσης που αναπτύχθηκε στο κεφάλαιο 4, ως προς την απόκριση του συστήματος υπό την επίδραση διαφόρων αλλαγών του ανέμου και μονοφασικού βραχυκυκλώματος στην γραμμή μεταφοράς. Τέλος, παρατίθενται γενικά σχόλια και συμπεράσματα της εργασίας για τη λειτουργία και απόκριση του συστήματος που αναπτύχθηκε. / The subject of this thesis is the analysis and simulation of a variable speed, pitch controlled wind turbine equipped with a doubly fed induction generator (DFIG). Simulation was made with the use of the software Matlab/Simulink©, ed. 7.0.1. Analytically, Chapter 1 is an introduction to renewable energy sources (RES). Are reported the types, the advantages and their energy role in the production of electric energy at national level. By the RES, the wind energy is analyzed. Begins a short historical retrospection and is presented its usefulness, the problems that result from connection in the electrical network and its place at the world energy level. Chapter 2, presents the induction machines. Specifically, are presented the mathematical base of theory of transformation to a reference frame which rotates at an arbitrary angular velocity and the modelling (dynamic model) of the induction machines. Chapter 3, is a general presentation of aeolian systems. The structural elements of wind turbine, the aerodynamic transformation of wind energy in electric and the various wind turbine systems that are used, are described. Moreover, the dynamic model of a double fed induction generator (DFIG) is given. In Chapter 4, the overall control strategy of variable speed doubly fed induction generator wind turbine is presented, which includes the aerodynamic control of the wind turbine and the electric control of the DFIG both at rotor side (machine) and at the stator side (grid). In Chapter 5, the results from the simulations of the developed model under different wind conditions and a fault on the 25 KV system are presented. Finally, general comments and conclusions on the operation and the results of the developed system are made.

Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στο τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστημίου Πατρών και το θέμα αφορά την μελέτη της σύγχρονης μηχανής με έκτυπους πόλους και τον υπολογισμό παραμέτρων της με την μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι ο υπολογισμός των επαγωγιμοτήτων της σύγχρονης μηχανής με έκτυπους πόλους. Πιο συγκεκριμένα θα υπολογίσουμε τις αυτεπαγωγιμότητες και τις αμοιβαίες επαγωγιμότητες του στάτη και του δρομέα. Για την σχεδίαση του μοντέλου της τριφασικής σύγχρονης μηχανής χρησιμοποιήθηκαν τα κατασκευαστικά στοιχεία μιας πραγματικής τριφασικής μηχανής που προορίζεται για λειτουργία σε υδροηλεκτρικό σταθμό παραγωγής ενέργειας. Για την κατασκευή και εξομοίωση του μοντέλου στις δύο διαστάσεις χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό Opera-2d, το οποίο χρησιμοποιεί την μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων, μια αριθμητική μέθοδο για να προσομοιώσει τη φυσική λειτουργία των ηλεκτρικών μηχανών. Για την επιτυχία του μοντέλου χρειάστηκαν αρκετές μετρήσεις και υπολογισμοί από τα δεδομένα που είχαμε τα οποία δεν παραθέτονται. Με την περάτωση του μοντέλου εξομοιώθηκαν διαφορετικές λειτουργίες στη μόνιμη κατάσταση για εξακρίβωση της ακρίβειας του μοντέλου που κατασκευάσαμε. Η διπλωματική εργασία χωρίζεται σε τέσσερα κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια αναφορά στις βασικές αρχές που διέπουν την κατασκευή και λειτουργία των σύγχρονων μηχανών και ειδικότερα τις τριφασικές σύγχρονες μηχανές με έκτυπους πόλους. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναφέρουμε την θεωρία του ηλεκτρομαγνητισμού πάνω στην οποία βασίζονται οι υπολογισμοί που υλοποιούμε με την χρήση του Opera 2d. Αναλύουμε την μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων που χρησιμοποιούμε για να κάνουμε τους υπολογισμούς. Στο τρίτο κεφάλαιο κάνουμε μια σύντομη αναφορά στην θεωρία των σύγχρονων μηχανών για τις αμοιβαίες επαγωγιμότητες και αυτεπαγωγιμότητες του δρομέα και του στάτη. Στο τελευταίο κεφάλαιο παρουσιάζουμε τα πειράματα που διεξήγαμε για να υπολογίσουμε τις επαγωγιμότητες του στάτη και του δρομέα της σύγχρονης μηχανής. Στην τελευταία παράγραφο υπολογίζουμε κάποιες επαγωγιμότητες και αντιστάσεις με την βοήθεια αναλυτικών τύπων που βασίζονται στην θεωρία των σύγχρονων μηχανών και συγκρίνουμε τα αποτελέσματα με αυτά του κατασκευαστή. / This thesis was produced in the department of Electrical Engineering and Computer Science at the University of Patrai and involves the study of synchronous machine with salient pole and with the help of finite element analysis. The aim of the thesis is to calculate inductances of synchronous machine with salient pole. We will calculate mutual and self inductances of stator and rotor. To design the motor, machine data of a real motor, used to pump a storage hydroelectric generator, were used. The software Opera-2d was used to create the model in two dimensions. The software uses the finite element method to simulate the operation of electric machines. To ensure the motor design is suitable for the aim of the thesis, a number of measurements and calculations were made from the machine data which are not included as they are beyond the scope of this thesis. Also, after completing the model, simulations were run in steady state to verify that the model was running according to designed parameters. The thesis is structured in four chapters. Chapter 1 introduces the literature review where there is the principles regarding the construction and operation of synchronous machines and in particular three-phase synchronous machines with salient poles. In chapter 2, we refer to the theory of electromagnetism based on the calculations that we implement using the Opera 2d.We analyze finite element method which we use for calculations. In chapter 3, we make a brief reference to theory of synchronous machine for mutual and self inductances of rotor and stator. In the last chapter we present experiments we had to compute inductances of stator and rotor of synchronous machine. In last paragraph we compute some inductances and resistances with analytical formulas based on the theory of synchronous machine and compare our results with those of the manufacturer.