Performance Enhancement Of A Salient-Pole Synchronous Generator Through Multi-Objective Geometric Optimization

Melda Eyüboğlu; Burak Yenipınar; Cemil Ocak

Makale detayları

Performance Enhancement Of A Salient-Pole Synchronous Generator Through Multi-Objective Geometric Optimization

Yazarlar:

Melda Eyüboğlu | Burak Yenipınar | Cemil Ocak

Yayıncı:

Gazi University

Ana Başlıklar:

Elektrik Makineleri ve Sürücüler

Dergi:

Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji Vol.13 Issue 3, pp.906-918

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

9/2025

Belge Dili:

Türkçe

Document ID (Org No.):

2001353689

pISSN:

2147-9526

Anahtar kelimeler:

Özet:

 This study presents a design methodology aimed at enhancing the electromagnetic performance of salient-pole synchronous generators through the optimization of key geometric parameters. An equivalent circuit and an electromagnetic model of the generator were developed, and the initial design was analytically formulated and subsequently modeled using ANSYS Maxwell software. Critical rotor and stator geometric variables were defined as optimization parameters and refined through a multi-objective genetic algorithm. The optimization process simultaneously targeted multiple performance indicators, including efficiency, total harmonic distortion THD, stator and rotor flux densities, and slot fill factor. The results reveal substantial performance improvements, with the THD of the full-load output voltage reduced by up to 64, the efficiency increased by approximately 0.8, and the total losses reduced by nearly 16. The final optimized design was validated through 2D finite element analysis FEA, confirming its compliance with flux density, current density, and thermal limit criteria.

 This study presents a design methodology aimed at enhancing the electromagnetic performance of salient-pole synchronous generators through the optimization of key geometric parameters. An equivalent circuit and an electromagnetic model of the generator were developed, and the initial design was analytically formulated and subsequently modeled using ANSYS Maxwell software. Critical rotor and stator geometric variables were defined as optimization parameters and refined through a multi-objective genetic algorithm. The optimization process simultaneously targeted multiple performance indicators, including efficiency, total harmonic distortion THD, stator and rotor flux densities, and slot fill factor. The results reveal substantial performance improvements, with the THD of the full-load output voltage reduced by up to 64, the efficiency increased by approximately 0.8, and the total losses reduced by nearly 16. The final optimized design was validated through 2D finite element analysis FEA, confirming its compliance with flux density, current density, and thermal limit criteria.

 This study presents a design methodology aimed at enhancing the electromagnetic performance of salient-pole synchronous generators through the optimization of key geometric parameters. An equivalent circuit and an electromagnetic model of the generator were developed, and the initial design was analytically formulated and subsequently modeled using ANSYS Maxwell software. Critical rotor and stator geometric variables were defined as optimization parameters and refined through a multi-objective genetic algorithm. The optimization process simultaneously targeted multiple performance indicators, including efficiency, total harmonic distortion THD, stator and rotor flux densities, and slot fill factor. The results reveal substantial performance improvements, with the THD of the full-load output voltage reduced by up to 64, the efficiency increased by approximately 0.8, and the total losses reduced by nearly 16. The final optimized design was validated through 2D finite element analysis FEA, confirming its compliance with flux density, current density, and thermal limit criteria.

 Bu çalışmada, çıkık kutuplu senkron generatörlerin elektromanyetik performanslarının artırılmasına yönelik olarak geometrik parametrelerin optimizasyonuna dayalı bir tasarım yaklaşımı sunulmuştur. Generatörün eşdeğer devresi ve elektromanyetik modeli geliştirilmiş, başlangıç tasarımı analitik olarak oluşturulmuş ve ANSYS Maxwell yazılımı kullanılarak modellenmiştir. Kritik öneme sahip rotor ve stator geometrisine ait parametreler optimizasyon değişkeni olarak tanımlanmış ve çok amaçlı genetik algoritma yöntemiyle optimize edilmiştir. Optimizasyon sürecinde verimlilik, toplam harmonik bozulma THB, stator ve rotor akı yoğunlukları ile oluk doluluk oranı gibi çok sayıda performans kriteri dikkate alınmıştır. Elde edilen sonuçlar, optimizasyonun generatör performansında anlamlı iyileşmelere yol açtığını göstermektedir. Tam yük çıkış gerilimi THB oranında 64e varan azalma sağlanırken, verimlilik yaklaşık 0.8 oranında artırılmış ve toplam kayıplarda 16ya yakın düşüş elde edilmiştir. Nihai tasarım, 2B sonlu elemanlar analizi SEA ile doğrulanarak akı yoğunluğu, akım yoğunluğu ve termal limitler açısından uygunluğu ortaya konmuştur.

Makale detayları

Performance Enhancement Of A Salient-Pole Synchronous Generator Through Multi-Objective Geometric Optimization

Yazarlar:

Melda Eyüboğlu | Burak Yenipınar | Cemil Ocak

Yayıncı:

Gazi University

Ana Başlıklar:

Elektrik Makineleri ve Sürücüler

Dergi:

Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji Vol.13 Issue 3, pp.906-918

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

9/2025

Belge Dili:

Türkçe

Document ID (Org No.):

2001353689

pISSN:

2147-9526

Salient-pole synchronous generator

geometric optimization

multi-objective genetic algorithm (MOGA)

total harmonic distortion (THD)

finite element analysis (FEA)Çıkık kutuplu senkron generator

geometrik optimizasyon

çok amaçlı genetik algoritma (ÇAGA)

toplam harmonik bozulma (THB)

Sonlu Elemanlar Analizi (SEA)

Sayı

Makale detayları

Yazarlar: Melda Eyüboğlu | Burak Yenipınar | Cemil Ocak

Yayıncı: Gazi University

Ana Başlıklar: Elektrik Makineleri ve Sürücüler

Dergi: Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji Vol.13 Issue 3, pp.906-918

Belge Tipi: Makale

Yayın Tarihi: 9/2025

Belge Dili: Türkçe

Document ID (Org No.): 2001353689

pISSN: 2147-9526

Sayı

Yazarlar:

Melda Eyüboğlu | Burak Yenipınar | Cemil Ocak

Yayıncı:

Gazi University

Ana Başlıklar:

Elektrik Makineleri ve Sürücüler

Dergi:

Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji Vol.13 Issue 3, pp.906-918

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

9/2025

Belge Dili:

Türkçe

Document ID (Org No.):

2001353689

pISSN:

2147-9526