Analysis of multipolar generators operating efficiently in low-speed water and wind flows using ansys maxwell program

2 Methodology  

The production of electricity using low wind and water 

flows  is  a  rather  complicated  process.  Since  many 

electrical  generators  generate  high  rated  speeds, 

additional  reducing  gears  are  required.  The  use  of 

reducing gears  leads  to  a  decrease  in  system  efficiency 

and  an  increase  in  capital  costs.  To  create  an  efficient 

generator  for  low-speed  wind  and  water  currents,  it  is 

necessary to determine its optimal size [7-9]. At the next 

stage,  a  virtual  model  is  created  based  on  its  optimal 

dimensions; its electromagnetic properties and resistance 

to  mechanical  stress  are  checked.  After  analyzing  the 

results, a copy of the device is created. If the device is 

created  without justification and  insufficient analysis  at 

the above stages, this will lead to an increase in the time 

and  cost  of  manufacturing  the  device.  In  his  research, 

Ansys Maxwell creates and simulates a virtual model of 

a bipolar permanent magnet generator of two types. The 

purpose  of  the  virtual  model  analysis  is  to  virtually 

observe  the  processes  occurring  in  both  generators, 

observe the magnetic induction lines of force generated 

in  them  and  compare  the  output  parameters.  By  doing 

such  research,  researchers  can  get  many  impressions 

from  creating  a  new  model  of  a  generator  that  works 

effectively in conditions of low wind and water currents. 

During the design process, the dimensions of all parts 

of the electric machine are entered (the outer and inner 

diameters of the stator, the number of poles, the number 

of grooves and the dimensions of the coil diameter and 

the connection group are entered). The ANSYS RMxprt 

program  in  the  Maxwell  program  is  a  special  program 

for the design of 19 types of electric motors, the program 

is  characterized  by  the  ease  of  entering  the  parameters 

used in the design of motors. It is much more convenient 

to use the materials in the program library to show what 

material  the  machines  are  made  of,  as  it  includes  the 

properties  of  the  materials  i.e.  magnetic  permeability, 

resistance, density and a number of other properties. 

The  calculation  used  the  ANSYS  RMxprt  program 

from the Maxwell program, which initially selected the 

generator  we  wanted  to  calculate  from  the  electric 

motors  or  generators  offered  by  the  program,  i.e.  the 

synchronous generator shown in the first column (fig-1). 

In step 1, the multipolar synchronous generator was 

designed  in  the  Ansys  Maxwel  program  and  the  basic 

parameters  of  the  machine  were  entered  i.e.  number  of 

poles  =  2,  rotor  position  =  external  rotor,  speed  =  250 

rpm, control method = alternating current (AC), then the 

stator  dimensions  on  the  inside  of  the  machine  section 

were entered, i.e. the outer diameter of the stator = 550 

mm, the inner diameter of the stator = 380 mm and other 

additional  parameters,  the  rotor  parameters  after  the 

stator dimensions were entered and a 10 mm thick XG-

196/96 type magnetic inner part covering 0.9 part. 

The  fact  that  the  device  has  such  functions  greatly 

contributes  to  the  fact  that  the  electric  vehicle  can 

operate in real time. 

After entering all the values, the analysis parameters 

were adjusted to analyze the synchronous machine. The 

machine  is  a  generator,  output  power  3000  W,  output 

voltage  220  volts,  rotation  speed  250  rpm,  outdoor  air 

temperature 25 ° C. 

After  analyzing  the  synchronous  machine,  a 

command  in  the  form  of  diagrams  was  selected  in  the 

panel at the top of the program. With this command, we 

can see many characteristics of the analyzed machine in 

the form of diagrams. 

The  following  list  shows  the  values  of  the 

synchronous  generator  calculated  in  the  Maxwell 

program.