I n t e r n a t io n a J o u r n a o f P o w e r   E le c t r o n ic s   a n d   Dr iv e   S y s t e m ( I J P E DS ) Vo l. 7 ,   No . 2 , J u n e 2 0 1 6 ,   p p . 3 2 2 ~ 3 2 7 I S S N: 2 0 8 8 - 8 6 9 4 3 2 2 J o u r n a h o m e p a g e : h ttp : //ia e s jo u r n a l. c o m/o n lin e /in d e x . p h p /I J P E DS Des ig Appro a ch T o   H ig Vo lt a g H ig P o w er  St ea m - T urbine Driv en  Al t erna t o r P r it is h   K u m a r   G h o s h * , Alo k   K u m a r   S h r iv a s t a v * * , P r a d ip   K u m a r   S a d h u * * * ,   A m a r n a t h   S a n y a l * * Id e a l   In s t i t u t e s   o f   E n g i n e e ri n g ,   K a l y a n i - 7 4 1 2 3 5 ,   N a d i a ,   I n d i a * * B a t a n a g a In s t i t u t e   o f   E n g i n e e r i n g   M a n a g e m e n t   &   S c i e n c e ,   K o l 1 4 1 ,   In d i a * * * I n d i a n   S c h o o l   o f   M i n e s ,   D h a n b a d - 8 2 6 0 0 4 ,   In d i a Ar t ic le   I n f o AB S T RAC T A r tic le   h is to r y : R e c e iv e d S e p   2 7 ,   2 0 1 5 R e v i s e d M a r 5 ,   2 0 1 5 A c c e p te d M a r   2 0 ,   2 0 1 6 T h e   p a p e d e a l s   w i t h   t h e   d e s i g n   m e t h o d o l o g y   o f   h i g h   v o l t a g e   h i g h   p o w e r a l t e rn a t o rs   d ri v e n   b y   s t e a m   t u rb i n e s .   T h e s e   a l t e rn a t o rs   ru n   a t   a   h i g h   s p e e d   o f 3 0 0 0   r p m   i n   m o s t   p a rt   o f   t h e   w o rl d   ( a t   3 6 0 0   rp m   i n   U S A )   a n d   a re   o f c y l i n d ri c a l   p o l e   c o n s t ru c t i o n .   T h e   d e s i g n   p ro c e d u re   s u g g e s t e d   i n   t h e   t e x t - b o o k s   o f   d e s i g n   d o e s   n o t   w e l l - s u i t   f o l a rg e   a l t e rn a t o rs   o f   m o d e rn   t i m e . M o d e r n   h i g h   p o w e a l t e rn a t o rs   a re   d e s i g n e d   w i t h   a   l o w   v a l u e   o f   S CR  t o re d u c e   t h e   s i z e ,   i n e rt i a a n d   c o s t   o f   t h e   ro t o r.   T h e   d i a m e t e i s   l i m i t e d   b y   t h e c o n s i d e ra t i o n   o f   c e n t ri f u g a l   s t re s s e s .   T h e   n o . o f   s t a t o s l o t s   a re   d e t e rm i n e d   b y t h e   n o .   o f   t u rn s .   T h e   v e n t i l a t i n g   c i rc u i t   h a s   t o   b e   d e s i g n e d   f o h y d ro g e n   a s c o o l a n t   a n d   i n   a d d i t i o n   w i t h   w a t e f l o w i n g   t h ro u g h   h o l l o w   c o n d u c t o rs ,   i f re q u i re d .   T h e   d a t a   f o t h e   d e s i g n   v a ri a b l e s   a n d   t h e   d e s i g n   c o n s t ra i n t s   a re q u i t e   d i f f e re n t   f ro m   t h o s e   f o s m a l l   p o w e ra t i n g s .   T h e   m a t e ri a l s   t o   b e   c h o s e n m u s t   b e   o f   v e r y   h i g h   q u a l i t y .   T h e   c o m p u t e p ro g ra m m e   h a s   b e e n   c h a l k e d   o u t a n d   t h e   c a s e - s t u d y   h a s   b e e n   c o n d u c t e d   k e e p i n g   a l l   t h e s e   p o i n t s   i n   v i e w . K e y w o r d : C e n tr i f u g a f o r c e C o n s tr a in t s C y l in d r ic a l p o le De s ig n   v a r ia b le s Hig h   v o lta g e S y n c h r o n o u s   g e n e r a to r Co p y r i g h t © 2 0 1 6 In s t i t u t e   o f A d v a n c e d   E n g i n e e r i n g   a n d   S c i e n c e . A l l r i g h t s   r e s e r v e d . C o r r e s p o n d in g   A u th o r : A lo k   Ku m a r   S h r iv a s ta v , De p a r te m e n o f   E le c tr ic a E n g in e e r in g , B a ta n a g a r   I n s tit u te   o f   E n g i n e e r in g M a n a g e m e n &   S c ie n c e ( A   U n it  o f   T e c h n o   I n d ia   Gr o u p ) , B 7 - 3 6 0   Ne w , W a r d   No .   3 0 ,   P u tk h a li, M a h e s h ta la , Ko lk a ta - 7 0 0 1 4 1 W e s B e n g a l,   I n d ia . E m a il: a lo k 5 4 9 7 @ g m a il. c o m 1 . I NT RO D UCT I O N D. C .   g e n e r a to r s   w e r e   u s e d   i n   th e   e a r lie r   r e g i m e .   T h e y   w e r e   in   u s e   u p to   f ir s f e w   d e c a d e s   o f   th e   2 0 th c e n tu r y .   L a te r   o n   th e y   w e r e   r e p la c e d   b y   A . C .   g e n e r a to r s   f o r   th e ir   v a r io u s   a d v a n ta g e s .   A . C .   g e n e r a to r s , p a r tic u la r l y   th e   s y n c h r o n o u s   t y p e   c a n   b e   d e s i g n e d   f o r   h i g h   g e n e r a tio n   v o lta g e   ( u p to   3 3   KV )   a n d   f o r   la r g e r a tin g   ( a s   h i g h   a s   1 2 5 0   M W )   [ 1 - 2 ] .   T h e   v o lta g e c a n   b e   s te p p e d   u p   o r   s te p p e d   d o w n   u s i n g   tr a n s f o r m e r   w h ic h is   n o p o s s ib le   i n   c a s e   o f   d . c .   g e n e r a tio n .   A . C .   p o w e r   c a n   b e   tr a n s f e r r e d   f r o m   o n e   p la c e   to   a n o th e r   b y   h ig h v o lta g e   tr a n s m i s s io n   lin k s   ( u p   to   a b o u 1 2 0 0   KV ) .   T h e s e   a d v a n ta g e s   o f   a . c .   h a v e   le d   to   th e d e v e lo p m e n o f in te r c o n n e c te d   p o w e r   s y s te m .   Hig h   v o lta g e   d . c .   lin k s   a r e   u s e d   a p la c e s   to   a v o id   th e   d if f ic u ltie s   a s s o c ia te d w it h   s y n c h r o n o u s   c o u p li n g   b u th e   g e n e r a to r s   a r e   o b v io u s l y   a . c .   g e n e r a to r s   [ 3 ] .   T h e r e   a r e   t h r e e   t y p e s   o f   A . C . g e n e r a to r s - s y n c h r o n o u s ,   in d u c tio n   a n d   in d u c to r - t y p e .   T h e   in d u c to r - t y p e   g e n e r a to r s   a r e   s p e c ia p u r p o s e g e n e r a to r s   a n d   a r e   n o u s e d   f o r   b u lk   p o w e r   p r o d u c tio n .   S o m e ti m e s   t h e y   f i n d   a p p lic a ti o n   in   t h e   e x c ita tio n s y s te m   o f   a n   a lte r n a to r .   I n d u c tio n   g e n e r a to r s   a r e   c h e a p e r   c o m p a r e d   to s y n c h r o n o u s   g e n e r a to r s   b u th e y   a r e in c a p a b le   o f   p r o d u c in g   t h e ir   o w n   e x c ita tio n .   T h e y   d r a w   th e ir   m a g n e tiz i n g   V AR   e it h e r   f r o m   t h e   s y s te m   o r th e y   a r e   b u ilt  u p   a s   s e lf - e x c iti n g   u n its   w it h   3 - p h a s e   c a p a c it o r - b a n k   i n   p a r a lle l.   T h e y   a r e   u s e d   o n l y   f o r   s m a ll r a tin g   e . g .   a s   u n i ts   c o u p le d   to   w i n d - t u r b in e s   e tc .   T h e   b u lk   p o w e r   is   p r o d u c e d   in   a   m o d e r n   p o w e r   s ta t io n   b y s y n c h r o n o u s   g e n e r a to r s   [ 4 - 5 ] . Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I S S N : 2 0 8 8 - 8 6 9 4 I J P E DS Vo l. 7 ,   No . 2 , J u n e   2 0 1 6 : 3 2 2 3 2 7 3 2 3 2 . CO NS T R UCT I O NAL   F E A T UR E S   O F   H . V.   AL T E RN AT O RS E x c e p f o r   s m a ll  r a ti n g s ,   t h e   s y n c h r o n o u s   g e n e r a to r s   h a v e   a   s ta tio n a r y   a r m a tu r e   a n d   a   r o ta tin g   f ie ld . T h e   f ie ld   is   h o u s e d   in   th e   r o to r   f o r   te c h n ic a a n d   e c o n o m ic   r e a s o n s .   I m a k e s   t h e   r o to r   lig h t,   r e d u c e s   t h e   s iz e a n d   lo s s e s   i n   th e   b e a r in g ,   m a k e s   t h e   c o o lin g   s i m p le r ,   a n d   t h e   r e s p o n s e   f a s t.   A l s o ,   it  i s   n o t   p o s s ib le   to   e x tr a c t la r g e   p o w e r   p r o d u c e d   in   a   r o t a tin g   a r m a t u r e   th r o u g h   s lip - r i n g s   a n d   b r u s h e s .   T h e r e f o r e   r o ta tin g   f ie ld s   a r e   u s e d f r o m   a b o u a   s iz e   o f   5 0 0   K w .   T h e   g e n e r a to r s   c o u p le d   to   s t e a m   t u r b in e s   i n   a   t h e r m a p o w e r   s ta tio n   r u n   a a h ig h   s p e e d   ( 3 6 0 0   r p m   in   U S ,   3 0 0   r p m   i n   o th e r   c o u n tr ie s ) .   I is   c o n v e n ie n to   u s e   c y li n d r ic a p o le s   f o r   th e m , th e   n u m b e r   o f   p o le s   b e in g   t w o .   O n   t h e   o t h e r   h a n d ,   th e   g e n e r a to r s   c o u p le d   to   w a te r   t u r b in e s   in   a   h y d r o - e le c tr ic   p o w e r   s ta tio n   r u n   a a   r e la tiv e l y   s lo w   s p e e d - t h e   s p e e d   d e p e n d s   o n   th e   h e i g h o f   t h e   w a te r   f a ll  a n d   th e q u a n tit y   o f   w a te r   i n   t h e   c a tc h m e n a r e a .   S a l ie n t   p o le   c o n s tr u c tio n   is   c o n v e n ie n tl y   u s e d   f o r   th e m   [ 6 - 8 ] .   I n   a s te a m - g e n e r a t in g   u n it,   t h e   tu r b in e   is   g e n e r a ll y T a n d e m - c o m p o u n d e d   h a v i n g   a   h ig h   p r e s s u r e ,   a n   i n te r m e d ia te p r e s s u r e   a n d   a   lo w p r e s s u r e   s ta g e ,   w it h   s i n g le   o r   d o u b le   r e h e a t.   T h e   a lte r n a to r s   a r e   b u ilt   in   s iz e s   u p   to   6 3 0 M w   in   I n d ia ,   r a ti n g s   o f   2 1 0   M w   a n d   5 0 0   M w   b e in g   m o r e   c o m m o n .   A t te m p t s   a r e   b e in g   ta k e n   to   d e v e lo p   u n i ts o f   s til h i g h e r   r a tin g   [ 9 ] .   T h e   a r m a tu r e   i s   h o u s e d   i n   t h e   s ta t o r   o f   th e   a lte r n a to r s   a n d   th e   f ie l d   in   th e   r o to r .   B o th tu r b o - a lte r n a to r s   a n d   h y d r o - a l te r n a to r s   a r e   o f   m a s s i v e   s iz e   a n d   o f   h i g h   c o s t,   t h e   s iz e   a n d   th e   c o s i n c r e a s i n g w it h   t h e   r a tin g .   S o ,   th e   d e s ig n   m u s b e   m a d e   c o s t - o p ti m a l l y ,   f u l f ill in g   a ll  te c h n ic a r e q u ir e m e n ts   a n d   w it h o u t v io la ti n g   g i v e n   c o n s tr a in t s   [ 1 0 - 1 1 ] .   T h e   tu r b o - a lte r n a to r s   a r e   c h a r a c te r iz e d   b y   la r g e   a x ia le n g th   a n d r e la tiv e l y   s h o r t - d ia m e te r .   T h e   d ia m e te r   is   li m ite d   b y   th e   m a x i m u m   a llo w a b le   c e n tr i f u g a s tr e s s .   T h e   s ta to r   is m a d e   u p   o f   s e c to r - s h a p e d   la m in a tio n s   o f   b e s t - g r a d e   C R GO S .   T h e s e   a r e   s ta m p e d   to   p r o d u c e   a   c o m b in a tio n   o f r a d ia a n d   a x ia d u c ts   to   f o r m   a   v e n tila ti n g   n e t w o r k .   H y d r o g e n ,   f o r   it s   v a r io u s   a d v a n ta g e s   is   u s e d   a s   c o o la n t. I is   f o r c e d   th r o u g h   t h e   v e n til a tin g   n e t w o r k   a n d   i c a r r ie s   o f f t h e   h e a p r o d u c e d .   T h e   o u t f lo w   i s   e x te r n a ll y c o o le d   b y   H y d r o g e n - c o o le r s .   F o r   a   s iz e   o f   2 0 0   M w   a n d   m o r e   H - c o o lin g   i s   n o s u f f i c ie n t.   I h a s   to   b e a u g m e n te d   w ith   w a te r - c o o lin g   o f   th e   c o n d u c to r s   f o r   w h i c h   th e   w i n d in g   h a s   to   b e   m a d e   u s in g   h o llo w c o n d u c to r s ,   p a r tly   o f   f u l l y .   W a te r - c o o lin g   o f   s ta to r   is   e n o u g h   u p   to   a   s iz e   o f   5 0 0   M w ,   a b o v e   w h ic h   th e   r o to r h a s   a l s o   to   b e   w a te r - c o o le d .   I n   s u c h   c a s e s   ( p u r e )   w a te r   i s   i n s e r te d   t h r o u g h   h o llo w   s h a f a o n e   e n d   a n d   ta k e n o u f r o m   t h e   o th e r   a f te r   it  h a s   c ir c u la te d   th r o u g h th e   v e n tila t io n   n e t w o r k . T h e   r o to r   c o r e   is   m a d e   u p   o f   f o r g e d   o r   c a s s te e o f   h i g h   m a g n e t ic   q u a li t y .   T h e   n o   o f   p o le s   is   t w o   o r f o u r ,   m o s tl y   t w o .   T h e   r o to r   is   m a d e   o f   s o lid   ir o n   to   m a k e   it  m e c h a n ic a l l y   s tr o n g e r   s o   th a it  c a n   w it h s ta n d   t h e h ig h   c e n tr i f u g a l s tr e s s e s   d e v e l o p e d   d u r in g   r o ta tio n .   I a ls o   a d d s   to   d a m p in g   b y   in d u c e d   e d d y   c u r r e n t s   i n   t h e s o lid   ir o n .   T h e   d a m p i n g   c r e a te d   b y   u n c o n s tr a i n e d   e d d y   c u r r e n ts   is   o f te n   s u f f ic ie n t   a n d   a   r e g u la r   d a m p e r w i n d i n g   m a y   b e   o m it te d .   A b o u t w o - th ir d   o f   t h e   s u r f a c e   o f   t h e   c y lin d r ic a r o to r   is   s lo tte d ,   le a v i n g   b e h i n d   t w o b ig   te e th   o p p o s ite   to   e a c h   o th e r .   T h e   d - a x is   p a s s e s   t h r o u g h   th e   a x i s   o f   t h e   b ig   te e t h .   A   li ttle   s lo t - s a lie n c y   i s in tr o d u c e d   d u e   to   th is .   He n c e   i is   b e tte r   to   m a k e   t h e   a n a l y s is   o f   th e   m a c h i n e   i n   2 - a x is   f r a m e w o r k   [ 1 2 ] . 3 . DE S I G AP P RO ACH   T O   H I G H   VO L T A G E   AL T E R NAT O RS A lte r n a to r s   a r e   d e s ig n e d   to   p r o d u c e   e le c tr ic a p o w e r   a t   a   r e la tiv e l y   h i g h   v o lta g e   e . g .   1 1   KV   to   3 3 KV .   A ls o   th e   p o w e r   r a tin g   o f   m o d e r n   a lte r n a to r s   is   v e r y   h ig h   c o m p a r e d   to   th o s e   o f   e a r lie r   r e g i m e . T h e r e f o r e g r e a c a r e   h a s   to   b e   ta k e n   w h i le   d e s ig n in g   th e m   i n   r e s p e c o f   in s u la tin g   t h e   h i g h   v o lta g e   w i n d i n g   a n d   c o o lin g th e   m a c h in e   w h ile   it  is   o p e r a t in g   a c o n ti n u o u s   m a x i m u m   r a tin g   ( C M R ) .   B e s g r a d e s   o f   i n s u la tio n   a r e   u s e d , b o th   f o r   s lo t - li n in g   a n d   f o r th e   c o n d u c to r s .   T h e   s ta to r   h a s   to   a c c o m m o d a te   th e   H. V .   w in d i n g .   S o   its   s lo ts   m u s t b e   s p a c io u s   s o   a s   to   h o u s e   t h e   in s u la ti n g   tr o u g h s   a n d   th e   in s u la te d   c o n d u c to r s .   C o o lin g   i s   m a d e   b y   c ir c u la ti n g h y d r o g e n   th r o u g h   th e   v e n tila t in g   n e t w o r k .   F o r   tu r b o g e n e r a t o r s , w a te r - c o o li n g   i s   a d d e d   if   th e   r a tin g   i s   m o r e th a n   2 0 0   M w .   A ls o   t h e   m e c h a n ic a a s p e c t s   a r e   q u ite   i m p o r ta n v iz .   th e   d ia m e te r   o f   th e   r o to r   a n d   th e   s h a f t , r a d ia f o r c e s   a n d   th e   w id th   o f   th e   w e d g e ,   c o n s tr u c tio n   o f   th e   r e ta in in g   r in g s   e tc .   T h e   r e ta in in g   r i n g s   a r e   m a d e o f   c o p p e r   b a n d s .   T h e   w h o le   s tr u c tu r e   i s   c o m p le te l y   e n c lo s e d   a n d   a ir - t ig h t.   T h e   p e r ip h e r a s p e e d   o f   m o d e r n tu r b o - a lte r n a to r s   m a y   b e   a s   h ig h   a s   2 2 0   m /s .   F o r   th e   h y d r o g e n e r a to r s ,   th e   p e r ip h e r a s p e e d   h a s   to   b e   lim ite d to   8 0 - 1 0 0   m / s ,   in   c o n s id e r a tio n   o f   th e   c e n tr i f u g a s tr e s s e s   t h a w o u ld   b e   p r o d u c e d   in   c a s e   o f   r u n - a w a y .   T h e s h a f m a y   b e   h o r iz o n ta o r   v e r tic a l,   th e   h o r iz o n ta l   c o n f ig u r a tio n   b e in g   m o r e   c o m m o n .   T h e s e   a r e   m u ltip o la r m a c h in e s ,   t h e   n o   o f   p o le s   d e p e n d in g   o n   th e   s p e e d .   T h e   r o to r   c o r e   is   la m i n a t e d   b u t   th e   p o le - s h o e   is   o f   s o lid ir o n .   An   a m o r tis s e u r   w in d i n g   is   a d d e d   f o r   d a m p in g   u n d e r   c o n d itio n s   o f   o s c illa tio n .   T h e   f u n c t io n   o f   s o lid   ir o n p o le - s h o e   i s   to   a d d   to   d a m p in g   p r o d u c e d   b y   t h e   r e g u la r   d a m p in g   w i n d in g . S i n g le   t u r n   o r   b a r   w in d i n g s   h a v e   t o b e   u s e d   f o r   th e   s ta to r .   T h e   s ta to r   c o n d u c to r s   a r e   s u b - d i v id e d   a n d   tr a n s p o s e d   to   r e d u c e   th e   e d d y   c u r r e n lo s s e s . S in g le   la y e r   c o n c e n tr ic   w i n d in g   i s   n o u s e d   to   a v o id   s tr a y   lo a d   lo s s e s   th o u g h   it  h a s   g o th e   a d v a n ta g e   o f e a s ie r   c la m p in g .   F o r   la r g e   a l te r n a to r s   it  is a   c o m m o n   p r a c tic e   to   u s e   a   d o u b le   la y e r   w i n d i n g   w it h   t w o c o n d u c to r s   p e r   s lo a n d   t w o   p a r a lle p a th s   in   th e   s ta to r   w in d in g .   T h is   g i v e s   t h e   a d v a n t a g e   o f   c h o r d in g   t o s u p p r e s s   s o m e   o f   th e   d o m i n a n h a r m o n ic s .   T h e   s ta to r   o v e r h a n g   m u s b e   p r o p e r ly   b r a c e d .   B e s g r a d e s   o f s ilic o n   s te e s ta m p in g s   h a v e   to   b e   u s e d   to   li m it   t h e   c o r e   lo s s .   T h e s e   a r e   c o m m o n l y   o f   s e g m e n ta t y p e , f a b r ic a te d   in   a   w a y   to   p r o v id e   f o r   th e   c o o lin g   d u c t s .     T h e   b e a r in g s   m u s b e   o f   h ig h   g r a d e   a n d   p r o v id e d   w it h Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J P E DS I S S N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 De s ig n   A p p r o a c h   T o   Hig h   V o lta g e   Hig h   P o w e r   S te a m - T u r b in e Dr iv e n   A lte r n a to r ( A lo k   K u ma r   S h r iv a s ta v ) 3 2 4 c o o lin g   a r r a n g e m e n t. T h e   r o to r   c o r e   h a s   to   b e   m a d e   o f   s o lid   ir o n   f o r g in g   o r   c a s tin g   f o r   t h e   tu r b o - g e n e r a to r s a n d   f o r   h y d r o - g e n e r a to r s ,   th e   p o le - s h o e s   m u s b e   o f   s o lid   ir o n .   T h is   p r a c tic e   e n h a n c e s   th e   d a m p i n g   a n d r e d u c e s   th e   o s c il la tio n s .   T h e   d e s ig n   is   m a d e   b y   u s i n g   s p e c ia ll y   c o n s tr u c te d   c o m p u t e r   p r o g r a m s   [ 1 2 - 1 4 ] . 4 . DE S I G VARI AB L E S   AN CO NS T R AI N T S T h e   d e s ig n   v a r ia b le s   m a y   i n iti a ll y   b e   c h o s e n   f r o m   d e s i g n   d a ta - b o o k   a n d   f r o m   d e s ig n e r s e x p e r ie n c e . B u c h a n g e s   a r e   to   b e   b r o u g h a b o u t   in   th e   v a r ia b le s   b y   t h e   c o m p u te r   p r o g r a m m e   f o r   m a k in g   t h e   d e s ig n v ia b le   a n d   f o r   o p ti m iz i n g   t h e   d e s ig n .   S o m e   o f   t h e   d e s ig n   v a r ia b le s   a r e   c o n ti n u o u s   a n d   s o m e   a r e   d is c r e te . S o m e   o f   th e m   a r e   d e c is io n   v a r ia b le s   e . g .   th e   c h o ic e   o f   m a te r ia ls ,   w h e t h e r   w a te r - c o o lin g   h a s   to   b e   a d d e d   e tc . T h e   e le c tr ic   a n d   th e   m a g n e ti c   lo a d in g   a r e   t w o   k e y   v a r ia b le s .   De p e n d in g   o n   th e   s iz e   a n d   th e   t y p e   o f   th e a lte r n a to r ,   th e   f l u x - d e n s it y   r a n g e s   f r o m   0 . 5 2   to   0 . 6 5   w b / m 2 ,   a n d   Am p .   C o n d u c to r / m r a n g e s   f r o m   5 0 , 0 0 0   to 1 5 0 , 0 0 0   o r   m o r e .   T h e   h e ig h t:  w id t h   r a tio   o f   th e   s lo t,   c o r e   f l u x - d e n s it y   in   s ta to r   a n d   in   r o to r ,   th e   n o .   o f   s ta c k s a n d   n o .   o f   s e g m e n ts   e tc .   a r e   o th e r   v a r ia b le s .   An o th e r   k e y   v a r ia b le   i s   th e   le n g t h p o le   p itc h   r a tio   w h ic h d ir e c tl y   a f f e c ts   t h e   o v e r - a l c o s t.   Ho w e v e r ,   f o r   v e r y   la r g e   r a tin g ,   th e   d ia m e te r   is   f i x e d   b y   t h e   a llo w a b le c e n tr if u g a f o r c e .   He n c e   t h i s   r a tio   c a n n o b e   c h a n g e d .   T h e   c o n s tr a in ts   a r e   o n   m a x i m u m   a llo w a b le te m p e r a tu r e   r is e   o f   s ta to r   a n d   th e   r o to r ,   te m p e r a tu r e   r is e   o f   o th e r p a r ts   lik e   b e a r in g s ,   th e   e f f ic ie n c y ,   th e   s h o r t - c ir c u it  r a tio   ( S C R ) ,   c r itic a s p e e d   e tc . 5 . P RO CE DUR E   T O W ARDS   O P T I M I Z AT I O N A ll   m a c h i n e s   s h o u ld   b e   d e s ig n e d   f o r   o p ti m iz i n g   a n   o b je c tiv e   f u n c tio n   i n   p r e s e n c e   o f   g i v e n c o n s tr a in ts .   T h e   o b j e c tiv e   f u n c tio n   m a y   b e   t h e   c o s o f   p r o d u c tio n ,   o r   a   w e i g h te d   c o m b i n a tio n   o f   th e   c o s o f p r o d u c tio n   a n d   t h e   r u n n in g   c o s t.   T h e   la te r   o n e   is   b e tte r   f r o m   t h e   p o in o f   v ie w   o f   o v e r - a ll  e c o n o m y . C o m m o n l y   u s e d   o p ti m iz a tio n   a lg o r it h m   li k e   g r a d ie n s e a r c h   te c h n iq u e   e tc .   c a n n o b e   g a i n f u ll y   u s e d   f o r   t h e d e s ig n   o f   a lte r n a to r s   a s   th e   p r a c tic e   v io la te s   t h e   c o n s tr a in t s .   T h e r e f o r e   a   h e u r is tic   s e a r c h   t e c h n iq u e   h a s   b e e n u s e d   f o r   f i n d in g   o u t h e   b e s v a lu e s   o f   d e s i g n   v a r ia b le s   to   m a tc h   t h e   s p e c i f ic a tio n s   w it h o u v io la ti n g   a n y   o n e o f   th e   d e s i g n   c o n s tr a i n ts   [ 1 0 - 1 1 ] . 6 . CAS E - S T UD I E S   O DE S I G O F   AL T E RNA T O R T w o   c a s e - s t u d ie s   h a v e   b e e n   m a d e   in   th e   f ie ld   o f   a lte r n a to r   d e s ig n   v iz . a . De s ig n   a n a l y s is   o f   a   2 1 0   M w   g e n e r a to r   o n   th e   b a s is   o f   d e ta i le d   d a ta   c o lle c te d   f r o m   t h e   m a n u f a c t u r e r . b . De s ig n   o f   a   1 2 0   M w ,   1 3 . 6   KV, 2 - p o le ,   3 0 0 0   r p m ,   5 0   Hz . T u r b o - g e n e r a to r . 7 . DE S I G ANA L YS I S   O F   T URB O - AL T E RN AT O R T h e   d e ta ils   o f   c o n s tr u c tio n ,   a n d   te s te d   p a r a m e te r s   h a v e   b e e n   c o lle c te d   f o r   a   2 1 0   M w .   t u r b o g e n e r a to r s e [ 9 ] .   A   c o m p u te r   p r o g r a m   h a s   b e e n   d e v e lo p e d   to   f i n d   o u th e   d e s ig n   v a r ia b le s   a n d   p e r f o r m a n c e   c r ite r ia   o f th e   m a c h i n e   f r o m   th is   c o lle c t e d   d a ta .   T h e   r e s u l ts   g i v e   in s ig h i n to   th e   d e s i g n   d e ta ils   o f   la r g e   t u r b o g e n e r a to r s o f   m o d e r n   ti m e s . 7 . 1 . Ra t in g A c ti v e   p o w e r   =   2 1 0   M W P o w e r   f a c to r   =   0 . 8 5   la g g in g ; L i n e   v o lta g e   =   1 5 . 7 5   KV, R e a c ti v e   p o w e r   = 1 3 0 . 1 5   M VA R a r m a t u r e   c u r r e n =   9 . 0 5 6 5   KA ,   No   o f   p o le s   =   2 F r e q u e n c y   =   5 0   Hz S p e e d   in   R P S   =   5 0 , Giv e n   d a ta :S ta to r /r o to r /a v e r a g e   d ia m e te r 1 . 2 1 5 m ; 1 . 0 7 5 m 1 . 1 4 5 m ,   S ta to r /r o to r /a v e r a g e   l e n g t h   : 4 . 4   m 4 . 2 m 4 . 3 m ,   No .   o f   s ta to r /r o to r   s l o ts : 6 0   3 6 ,   No   o f   c o n d u c to r s / s ta to r   s lo t/  No   o f   p a r a lle p a th s   in   s ta to r   w i n d i n g : 2   2   No   o f   tu r n s /p h a s e   o f   s ta t o r   w i n d in g   =   1 0     No   o f   s ta to r   s lo ts /p o le   =   3 0 S lo a n g le   =   6 o ;C o il   p itc h   in   n o . o f   s lo ts   =   2 7 An g le   o f   s h o r t - p itc h in g   =   1 8 o C a lc u la te d   v a lu e s   f o r   th e   s ta to r : P itc h   f a c to r ,   K p =   . 9 8 7 6 9 ; B r e a d th   f a c to r ,   K b =   0 . 9 5 5 3 5 ;   W in d in g   f a c to r ,   K w =   0 . 9 4 3 5 9 ,   P h a s e   v o lta g e   =   9 0 9 3   V;  Av e r a g e   f l u x - d e n s it y =   0 . 5 6 1 2 2   T e s la ,   D 2 L - p r o d u c t   =   5 . 6 3 7 4     m 3 Ou tp u c o e f f ic i e n =   8 7 6 . 5 ,   Am p - c o n d u c to r /m   =   1 5 0 4 6 7 L e n g th o f   a ir - g a p   =   7 0   m m ,   S ta to r   s lo t - p itc h   =   6 3 . 6 2 6   m m ,   B a s e   i m p e d a n c e ,   o h m =   1 . 0 0 4 1 ,   A r m a tu r e   r e s i s ta n c e , p u /o h m 0 . 0 0 1 8 9   1 . 8 9 7 7 E - 0 3 .   De p th   o f   c o n d u c to r   a n d   n o n - c o n d u c to r   p o r tio n s   i n   s ta to r   s lo in   m m   1 9 5 1 0 De p th   o f   w e d g e   a n d   lip   in   s ta to r   s lo in   m m 1 0 ; 5   S lo ts   a r e   p a r a lle l - s id e d   w it h   w id th   =   2 2   m m S ta to r   s lo t - o p e n in g   =   1 0   m m ,   De p t h   o f   s ta to r   s lo =   2 2 0   m m ,   L e n g t h   o f   m e a n   t u r n   =   1 4 . 2 9   m ,   C r o s s - s e c tio n   o f   s ta to r c o n d u c to r   =   8 6 6   m m 2 ,   C u r r e n d e n s i t y   i n   s ta to r   c o n d u c to r   =   5 . 2 2 9   A / m m 2 .   T h e   c o n d u c to r   h a s   1 6   s e c tio n s , e a c h   7 x 1 1   m m 2 ,   Alte r n a te   s e c tio n s   a r e   h o llo w   w it h   g a p   5 x 9   m m 2 ,   T h e   c o n d u c to r   C . S .   =   8 7 2   m m 2 .   T h e   a c t u a l C . S .   i s   a   l ittle   le s s   d u e   to   r o u n d in g   e f f e c t. No   o f   d u c t s ,   w id th   o f   d u c t   i n   m m 9 0 5   S ta c k in g   f a c to r   o f   s ta to r c o r e   =   0 . 9 7   Ne le n g th   o f   ir o n   = 3 . 8 3 1 5   m D ia m e te r   a s l o b o tto m   =   1 . 6 5 5   m   S ta c k i n g   f a c to r ,   E f f e c tiv e Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I S S N : 2 0 8 8 - 8 6 9 4 I J P E DS Vo l. 7 ,   No . 2 , J u n e   2 0 1 6 : 3 2 2 3 2 7 3 2 5 le n g th   o f   s ta to r ,   m . 9 7 , 3 . 8 3 1 5 ,   F lu x - d e n s it y   i n   s ta to r   c o r e   =   1 . 1 5   te s la .   De p th   o f   y o k e ,   o u te r   d ia m e te r ,   m : 0 . 4 9 2 6   2 . 6 4 0 2   C a lc u la te d   v a lu e s   f o r   t h e   r o to r : T h e   p e r ip h e r a v e l o c it y   o f t h e   r o to r   =   1 6 8 . 8 8   m /s , No   o f   r o to r s lo ts   u n d e r   a   p o le   =   1 8 ,     le a v i n g   b e h i n d   t w o   b ig   te e t h . R o to r   s lo ts   a r e   o f   o p e n   t y p e   a n d   p a r a lle l,   s lo w id t h   = 2 8   m m ,   R o to r   s lo t - p itc h   =   6 4   m m   No   o f   c o n d u c to r s / s lo in   th e   r o to r =   7 ,   N o   o f   tu r n s   o f   t h e   f ie ld   c o il  =   1 2 6   , De p th   o f   c o n d u c to r   &   n o n - c o n d u c to r   p o r tio n   i n   t h e   r o to r   s l o t, m m :   1 2 0   1 0     De p th   o f   we d g e   a n d   lip   i n   t h e r o to r   s lo t,   m m 1 5 5     T o ta d e p th   o f   r o to r   s lo t, m m 1 5 0 ,   P e r f o r m a n c e   a n a l y s i s C a r te r ' s   c o e f f ic ie n ta k e n   a s : 1 . 3 ,   A T   c o n s u m e d   b y   t h e   a ir - g a p   =   6 0 9 7 9 ,   A s s u m i n g   A T   f o r   ir o n   p a th   a s   3 2 . 5 % ,   to ta f ie ld   A T   =   8 0 7 9 7 , F ie ld   c u r r e n a r a te d   v o lta g e   =   9 1 6 . 0 7   A   ( T e s v a lu e   in   O C C   = 9 1 7   A )   ,   P a r a m e te r s   a n d   v a r ia b le s   a r e   in   p . u . , A r m a t u r e   le a k a g e   r e a c ta n c e   =   0 . 1 5 2   ( c a lc u la te d   f r o m   P o tie r s   tr ia n g le   o n   OC C ,   S C C &   Z P F ) ,   d - a x i s s y n c h r o n o u s   r e a c ta n c e   ( f r o m   OC C   &   S C C )   =   2 . 2 2 5 ,   q - a x is   s y n c h r o n o u s   r e a c ta n c e   ( g i v e n )   =   2 . 1 1 ,   d - a x is m a g n e tiz in g   r e a c ta n c e   =   2 . 0 7 3 ,   q - a x is   m a g n e tiz i n g   r e a c ta n c e   =   1 . 9 5 8 ,   th e   p o w e r   a n g le   a C M R   =   4 0 . 3 4 o .   T h e d - &   q - a x e s   c o m p o n e n t s   o f   te r m in a l v o lta g e 0 . 6 4 7 3 8 0 . 7 6 2 1 7 ,   T h e   d - &   q - a x e s   c o m p o n e n t s   o f   te r m i n a l c u r r e n t:    0 . 9 5 1 7 7     0 . 3 0 6 8 1 ,   I n d u c e d   v o lta g e   =   2 . 8 8 .   I is   f o u n d   f r o m   t h e   a b o v e   a n a l y s is   t h a th e   f lu x - d e n s it y to   b e   u s e d   f o r   t h e   d e s ig n   o f   a   l a r g e   t u r b o - a lte r n a to r   i s   w i th in   th e   b o u n d s   s p e c i f ie d   b y   te x t - b o o k s   b u th e   a m p - c o n d u c to r / m   i s   f a r   b e y o n d   th e   s p e c if ie d   r a n g e .   A   m u c h   h i g h e r   v a lu e   h a s   to   b e   c h o s e n   f o r   la r g e   r a tin g .   I d o e s n o p o s e   a n y   d e s i g n   d if f ic u lt y   a s   t h e   c o o lin g   c o n d itio n s   a r e   f a r   b e tte r .   A l s o ,   th e   m a x i m u m   d ia m e te r   is   li m ite d b y t h e   p e r ip h e r a v e lo c it y   ( a b o u 1 7 0   m / s )   n o b y   t h e   c o n s id e r a tio n   o f   b e s p o s s ib le   v a l u e   o f   le n g t h /p o le   p itc h . 7 . 2 . Co n s t r u c t io n   o f   T u r b o   Alt e r n a t o r No w   w e   s h a ll  ta k e   u p   t h e   d e s ig n   a n d   p e r f o r m a n c e   a n a l y s is   o f   a   t u r b o - a lte r n a to r   o f   la r g e   r a tin g . Us in g   a s p e c ia ll y   c o n s tr u c te d   p r o g r a m ,   th e   tu r b o   a lte r n a to r   h a s   b e e n   d e s i g n e d .   T h e   r a ti n g s   a n d   s p e c if ic a t io n s a r e   g iv e n   b e lo w .   1 2 0   M w ,   0 . 8 5   la g g i n g   p . f . ,   2 - p o le ,   c y li n d r ic a c o n s tr u c tio n ,   5 0   Hz ,   3 0 0 0   r . p . m . T h e   le a k a g e r e a c ta n c e   0 . 1 4 p . u . ,   th e   u n s a tu r a te d   s y n c h r o n o u s   r e a c ta n c e   1 . 9   p . u . ,   th e   e f f ic ie n c y > 9 8 %   a C M R .   T h e   r a ti n g is   s a m e   a s   t h a o f   t h e   u n it s   S a n ta ld ih T P S .   T h e   d e s ig n   d e ta i ls   a r e   g iv e n   b e lo w : 7 . 2 . 1 . Ra t in g T h e   r a te d   p o w e r   o f   t h e   g e n e r a to r   =   1 2 0   M w T h e   r a te d   p o w e r   f a c to r   =   0 . 8 5   la g g i n g ,   F r e q u e n c y   =   5 0 Hz No   o f   p o le s =   2 ,   C h o s e n   d e s ig n   v a r ia b le s Av e r a g e   f l u x - d e n s it y   =   0 . 5 5   te s la a m p . c o n d u c to r / m =   1 4 0 0 0 0 , A p p r o x .   w in d i n g   f a c to r   =   0 . 9 3 Ou tp u c o e f f ic ie n =   7 8 7 . 7 1   M a x i m u m   a llo w a b le   p e r ip h e r a s p e e d   =   1 5 5   m / s 7 . 2 . 2 . Co m p u t a t io n T h e   r a te d   KVA   =   1 4 1 1 7 6 . 5 S p e e d   in   r p s   =   5 0 S p e e d   in   r p m =   3 0 0 0 ,   Dia m e te r   o f   r o to r   =   0 . 9 8 5   m ; I n n e r   d ia m e te r   o f   s ta to r   =   1 . 1 2 9   m ;   L e n g t h   o f   s ta to r   =   2 . 8 1   m .   T h e   g e n e r a to r   is   Y - c o n n e c te d .   T h e   p h a s e v o lta g e   =   7 8 5 2   V,   T h e   p o le   p i tc h   =   1 . 7 6 7 1 5   m F l u x /p o le   =   2 . 7 5 0 6   W b .   No   o f   tu r n s /p h a s e   =   1 4 No   o f   s ta to r s lo ts =   8 4 S lo a n g le   =   4 . 2 8 5 7 o; T h e   c o il  p itc h   i n   n o   o f   s lo ts   =   3 5 A n g le   o f   s h o r t - p itc h in g   =   3 0 o ,   P itc h   f a c to r =   0 . 9 6 5 9 B r e a d th   f a c to r =   0 . 9 5 5 1 5     W in d i n g   f a c to r   =   0 . 9 2 2 6 .   P h a s e   c u r r e n =   5 9 9 3 . 3 A B a s e   i m p e d a n c e   = 1 . 3 1 .   A r e a   o f   s ta to r   c o n d u c to r   =   4 9 9 . 4 4   m m 2 ,   T h e r e   a r e   tw o   c o n d u c to r s /s lo t.   T h e   n o   o f   p a r a lle p a th s   =   2 , A r m a t u r e   A T ,   No   lo a d   f ie ld   AT ,   A ir g a p   A T 1 2 3 7 0 0 . 5 6 4 3 2 4 . 2 6 5 1 4 5 9 . 4 ,   L e n g th   o f   a ir g a p   =   7 2   m m S ta to r s lo p itc h   =   4 2 . 0 7 5   m m ,   A r e a   o f   c o n d u c to r ,   A r e a   o f   s lo in   m m 2 5 0 4 3 3 3 0 ,   C o n d u c to r s   a r e   o f e le c tr o l y tic   a ll y p u r e   c o p p e r .   T h e r e   a r e   1 2   s e c tio n s   f o r   e a c h   c o n d u c to r   ( C o n d u c to r s   a r e   s e c tio n a liz e d   to   r e d u c e   t h e   s k i n e f f e c t ) .   W a te r - c o o lin g   o f   s ta t o r   is   n o r e q u ir e d   b e lo w   a   s iz e   o f   2 0 0   M w .   S o   th e r e   is   n o   h o llo w   c o n d u c to r . W id th   a n d   h e i g h t   o f   c o n d u c to r - s e c tio n s   i n   m m 7   ;   1 2   He ig h o c c u p ie d   b y   th e   c o n d u c to r   p o r tio n   =   1 4 4   m m He ig h o c c u p ie d   i n s u la tio n   ( n o n - c o n d u c to r )   p o r tio n   = 1 5   m m     He ig h o c c u p ie d   b y   w e d g e   a n d   lip   in   m m :   8   3 W id th   o f   s lo t,   d e p th   o f   s lo i n   m m 2 1   1 7 0   L e n g t h   o f   m e a n   tu r n   o f   a r m a t u r e   c o ils   =   7 . 7 4 4   m   A r m a t u r e r e s is ta n c e /p h a s e   =   0 . 0 0 2 4 7 4   , F lu x   d e n s i t y   in   s ta to r   c o r e   =   1 . 3   te s la De p t h   o f   s ta to r   c o r e   =   0 . 4 2 6   m   O u te r d ia m e te r   o f   s ta to r   =   2 . 3 1 7   m   ,   A r e a   o f   r o to r   c o n d u c to r s /p o le   =   9 2 7 7 5   m m 2 ,   No   o f   r o to r   s l o ts   m u s t   b e   a n   o d d n u m b e r   h a v in g   n o   c o m m o n   f a c to r   w i th   s ta to r   n o   o f   s lo ts .   T h e r e   m u s b e   t w o   b ig   te e t h   o c c u p y i n g   r d .   o f   th e r o to r   p e r ip h e r y . No   o f   r o to r   s l o ts w o u n d   n o   o f   r o to r   s lo ts 5 7   4 0   L e n g th   o f   r o to r   =     2 . 8 1 m ,   k e e p in g   1 0   m m g a p   b e t w e e n   th e   e n d   o f   s ta to r   a n d   e n d   o f   r o to r   to   a v o id   c e n t e r in g   o f   f l u x .   E x c ite r   v o lta g e   is   ta k e n   a s :   7 2 0   V. Vo lta g e   a c r o s s   e a c h   f ie ld   c o il  2 8 8   V,   k e e p in g   2 0 %   a s   r e s e r v e . R o to r p o le   p itc h s lo p itc h 1 . 5 4 7 2   m   5 4 . 2 9 m m ,   M e a n   le n g t h   o f   t u r n   o f   f ie ld   c o il  =   9 . 4 1 8 6   m   C r o s s - s e c tio n   o f   f ie ld   c o n d u c to r   =   1 3 9 . 5 7   m m 2 .   No   o f c o n d u c to r s /r o to r   s lo =   1 7 No   o f   f ie ld   tu r n s /p o le   =   3 4 0 ;   F ie ld   r e s is ta n c e s /p o le ,   o h m =   0 . 5 2 7 7 F ie ld   c u r r e n t a f u ll   lo a d   =   5 4 5 . 7 4   A ,   S lo d i m e n s io n s   o f   r o to r - r o to r   s lo ts   a r e   p a r a lle l - s id e d . T h e   d e p th   o f   c o n d u c to r   a n d n o n - c o n d u c to r   p o r tio n ,   m m   1 1 9 1 0   T h e   d e p th   o f   w e d g e   a n d   lip ,   m m :   1 0 3 T o ta d e p th   o f   r o to r   s lo =   1 4 2 m m ,   E f f e c ti v e   a r e a   o f   r o to r   s lo =   3 5 0 1 . 6   m m 2 . Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J P E DS I S S N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 De s ig n   A p p r o a c h   T o   Hig h   V o lta g e   Hig h   P o w e r   S te a m - T u r b in e Dr iv e n   A lte r n a to r ( A lo k   K u ma r   S h r iv a s ta v ) 3 2 6 7 . 2 . 3 . E f f ic ie n c y , L e a k a g e   a n d   S y n c h r o n o u s   S e a c t a n c e F ie ld   c o p p e r   lo s s   in   K w   a n d   i n   %   3 1 4 . 3 4   K w   0 . 2 2 2 6 6   %   ,   A r m a t u r e   c o p p e r   lo s s   in   K w   a n d   in   %   : 2 6 6 . 5 8   K w   0 . 1 8 8 8 3 ,   Vo lu m e   o f   s ta to r   ir o n /   w e i g h t   o f   s ta to r   ir o n 7 . 2 7 6 8   m 3 5 5 6 6 8   Kg ,   W id th o f   s ta to r te e th   a 1 /3   r d   h e ig h t,   m m =   2 5 . 3 1 4   m m   ,   F lu x - d e n s it y   i n   te e th   a 1 /3   r d   h e ig h =   1 . 4 8 7 5   T e s la ,   I r o n   lo s s /Kg f o r   th is   f l u x - d e n s it y   =   1 4 . 3 8 3   W /k g   ,   W e ig h o f   te e t h C o r e   lo s   in   te e th 2 1 1 3 6 . 3 6   Kg   3 0 4 0 0 2   W ,   I r o n lo s s /K g   f o r   c h o s e n   s ta to r   c o r e   f l u x - d e n s it y   =   7 . 9 4 3   W   ,   W e i g h o f   s ta to r   c o r e   S ta to r   c o r e   lo s s 4 7 8 8 7 . 8 4     Kg 3 8 0 3 7 3   W   ,   T o ta l   ir o n   lo s s   in   s ta to r 6 8 4 3 7 6   W   0 . 4 8 4 7 7   %   ,   E s ti m a te d   f r ic tio n   a n d   w i n d a g e   lo s s   i n c lu s i v e o f   f a n n i n g   &   c ir c u la tio n   =   0 . 6   %   ,   T o ta %   lo s s   E f f ic ie n c y   a C M R 1 . 4 9 6     0 . 9 8 2 7   ,   ( a s   c o m p a r e d   to   0 . 9 8 5 f o r   th e   2 1 0   M w - s e t ) . L e a k a g e   r e a c ta n c e   ( e s ti m a te d )   =   0 . 1 3 5   p . u .   Un s a tu r a te d   v a l u e   o f   d - a x i s   s y n c h r o n o u s r e a c ta n c e   ( e s ti m a te d )   =   1 . 9 2   p . u . C o m p u ta tio n   o n   c o o lin g ,   d u c ts   e tc .   h a v e   n o b e e n   m a d e   a s   t h e   f o c u s   is   o n H. V.   p h e n o m e n a .   I m a y   b e   n o te d   th a th e   d i m e n s io n s   a n d   p a r a m e te r s   a r e   s i m ila r   to   th a o f   th e   2 1 0   M w   s e t . 8 . CO NCL U S I O N T h e   d e s ig n   o f   a   h i g h   v o lta g e   h ig h   c a p a c it y   a lte r n a to r   is   n o t   a a ll   a n   e a s y   ta s k .   M a n y   o f   th e   u s u a l p r o c e d u r e s   f o r   d e s ig n i n g   a   s m a ll  r a ti n g a lte r n a to r   d o e s   n o h o ld   g o o d   f o r   a lte r n a to r s   o f   la r g e   r a ti n g .   I n   t h i s c a s e   th e   e le c tr ic   a n d   m a g n e tic   lo a d in g   m u s b e   v e r y   h i g h   to   k e e p   th e   s iz e   o f   t h e   a lte r n a to r   r e a s o n a b l y   s m a l l. T h e   p e r ip h e r a c a p a c it y   h a s   t o   b e   k e p w i th i n   a   s p e c i f ie d   u p p e r   b o u n d .   T h e d ia m e te r   o f   th e   s h a f h a s   to   b e d e te r m in e d   f r o m   t h e   p o in t   o f   v ie w   o f   s tr e n g th   o f   m a te r ia l s .   B o th   to r s io n   a n d   b e n d i n g   n e e d   b e   c o n s id e r e d . T h e r e   is   n o   k e y .   T h e   r o to r - c o r e - s h a f t   s tr u c tu r e s   a r e   i n te g r a l l y   f o r g e d .   T h e   s tr u c t u r e   is   o f   s o lid   ir o n .   Of te n   a r e g u la r d a m p i n g   w i n d in g   m a y   b e   o m i tte d .   T h e   s ta to r   c o r e   la m i n a tio n s   a r e   s e c to r - s h a p e d .   T h e y   a r e   a s s e m b le d in   a   m a n n e r   to   p r o v id e   a   v e n ti la tio n   n e t w o r k .   T h e   w h o le   s tr u c tu r e   h a s   to   b e   s e a le d   a g a i n s t   le a k a g e .   H y d r o g e n g a s   h a s   to   b e   u s e d   a s   c o o la n f o r   its   m u c h   b e tte r   h e a tr a n s f e r   c a p a b ilit y .   M o r e o v e r   w a te r - c o o lin g   o f   s ta to r   a s w e ll   a s   r o to r   m a y   h a v e   to   b e   a d d e d   f o r   v e r y   la r g e   s iz e s   to   k e e p   th e   te m p e r a t u r e   r is e   w it h in   r e a s o n a b le   li m it. T o   g a in   a n   i n s i g h i n to   th e   n u m e r ic a v a lu e s   o f   d e s ig n   v a r ia b le s   u s e d   f o r   la r g e   a l te r n a to r s ,   a   d e s ig n   a n a l y s is h a s   b e e n   m a d e .   T h e   r e s u lts   o f   th e   a n a l y s i s   h a v e   g i v e n   th e   r e q u ir e d   d a ta - b a s e   ( n o a v a ila b le   in   s ta n d a r d   d a ta - b o o k s ) ,   a n d   f u r t h e r   w o r k   h a s   b e e n   m a d e   o n   it s   b a s i s .   T h e   d e s ig n   o f   a   1 2 0   M W ,   1 5   KV  tu r b o - a lte r n a to r s   h a s b e e n   ta k e n   u p .   T h e   r a tin g   i s   s a m e   a s   t h a o f   S a n ta ld T P S - u n its .   F o r   s u c h   a lte r n a to r s   o f   la r g e   r a tin g ,   g e n e r a ll y m o r e   a tte n tio n   is   p a id   to w a r d s   te c h n ic a l   f e a s ib ilit y   r a th e r   th a n   o n   e c o n o m ic   o p ti m iz a t io n .   T h e   i m p o r ta n t p o in ts   u n d e r   c o n s id e r a tio n   a r e   th e   lo s s e s   a n d   e f f ic ie n c y ,   th e   te m p e r a tu r e   p r o f ile   a t   r a te d   lo a d ,   th e   v ib r a tio n , th e   c r itic a s p e e d ,   th e   th e r m a e x p a n s io n ,   th e   b e a r in g s   a n d   lu b r ic a n t s   e tc .   A ll  la r g e   tu r b o   a lte r n a to r s   a r e c h a r a c te r iz e d   b y   a   la r g e   a x ia le n g t h   a n d   a   r e la ti v e l y   s h o r d ia m e te r   ( to   k e e p   t h e   c e n t r i f u g a l   f o r c e   w i th i n li m it ) .   T h e   r o to r   c o r e   is   o f   s o lid   ir o n   a n d   t h e   r e ta in in g   r i n g s   a r e   o f   m e ta l.   T h e   s o lid   ir o n   a d d s   to   d a m p i n g . M o r e   a n d   m o r e   d if f ic u lt y   is   e x p e r ie n c e d   a s   t h e   r a ti n g   b e c o m e s   h i g h e r .   I i s   d if f ic u lt  to   r e a c h   a   f e a s ib le   d e s i g n in   p r e s e n c e o f   s e v e r a g e o m e t r ic a c o n s tr a in t s .   T h e   p r o g r a m   h a s   b e e n   m a n e u v e r e d   to   r e a c h   th e   b e s p o s s ib le s o lu tio n   th r o u g h   h e u r is tic   s e a r c h   a n d   th e   r e s u lt s   h a v e   b e e n   g i v e n . RE F E R E NC E S [1 ] P . S .   Bi m b h ra ,   E l e c t ri c   m a c h i n e ry ,   K h a n n a   P u b l i s h e rs ,   IS BN :   8 1 - 7 4 0 9 - 0 1 6 - 9 [2 ] M . V .   Ba k s h i ,   U . A .   Ba k s h i ,   E l e c t ri c a l   m a c h i n e s - III” ,   T e c h n i c a l   P u b l i c a t i o n s ,   A 1 Bo o k s . c o . i n [3 ] D . P .   K o t h a ri ,   I . J .   N a g ra t h ,   P o w e s y s t e m   e n g i n e e ri n g ,   T M H ,   2 n d .   E d i t i o n ,   IS BN - 1 3 :   9 7 8 - 0 - 0 7 - 0 6 4 7 9 1 6 [4 ] I. J .   N a g ra t h   ,   D . P .   K o t h a ri ,   E l e c t ri c   m a c h i n e s ,   T M H   P u b l i c a t i o n s [5 ] P . K .   M u k h e rj e e   & S .   Ch a k ra b o rt y ,   E l e c t ri c a l   m a c h i n e s , D h a n p a t   Ra i   P u b l i c a t i o n s . [6 ] Ri c k i ,   e d i t e d   b y   L .   s t o n e c y p h e r,   A . C.   g e n e ra t o c o n s t ru c t i o n ,   b ri g h t h u b e n g i n e e ri n g . c o m [7 ] M . G i l m o re ,   D e s i g n   o f   a   p o l y p h a s e   a l t e rn a t o r” ,   t h e s i s   s u b m i t t e d   i n   A r m o u i n s t i t u t e   o f   t e c h n o l o g y ,   a rc h i e v e . o rg [8 ] R. K .   A g a r w a l ,     P ri n c i p l e s   o f   e l e c t ri c a l   m a c h i n e   d e s i g n ,   S . K .   K a t a ri a &   S o n s ,   1 s t E d i t i o n , IS BN - 9 7 8 - 9 3 - 8 0 0 2 7 [9 ] BH E L ,   H a n d b o o k   o n   2 1 0   M w   t u rb o a l t e rn a t o r. [1 0 ] K .   D e b ,   O p t i m i z a t i o n   f o e n g i n e e ri n g   d e s i g n ,   P H I,   2 0 1 0 .   IS BN   9 7 8 - 8 1 - 2 0 3 - 0 9 4 3 - 2 [1 1 ] S . S .   Ra o ,   E n g i n e e ri n g   o p t i m i z a t i o n - t h e o ry   a n d   p ra c t i c e ,   N e w   A g e   In t . ;   I S BN   9 7 8 - 8 1 - 2 2 4 - 2 7 2 3 - 3 [1 2 ] A . K .   S h a w n e y ,   A   c o u rs e   i n   e l e c t ri c a l   m a c h i n e   d e s i g n ,   D h a n p a t R a i &   S o n s ,   2 0 0 3 [1 3 ] M . G .   S a y ,   P e rf o rm a n c e   a n d   d e s i g n   o f   A m a c h i n e s ,   CBS   P u b l i s h e rs   a n d   D i s t ri b u t o rs   P v t .   L t d . [1 4 ] S .   K . S e n ,   P ri n c i p l e s   o f   e l e c t ri c a l   m a c h i n e   d e s i g n   w i t h   c o m p u t e p ro g ra m s ,   2 n d   E d i t i o n , [1 5 ] O x f o rd   u n i v e rs i t y   p re s s ,   IS BN - 1 0 - 8 1 2 0 4 1 5 2 1 3 [16] A .   S h a n m u g a u n d ra m ,   G .   G a n g a d h a ra n ,   R.   P a l a n i ,   D e s i g n   d a t a   h a n d   b o o k ,   W i l e y   E a s t e rn   L t d . Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I S S N : 2 0 8 8 - 8 6 9 4 I J P E DS Vo l. 7 ,   No . 2 , J u n e   2 0 1 6 : 3 2 2 3 2 7 3 2 7 B I O G RAP H I E S O F   AUT H O RS P r i ti s h   K u m a r   G h o s h W a s   Bo rn   O n   6 t h   J a n u a ry   1 9 8 0 .   H e   Co m p l e t e d   D i p l o m a   In   E l e c t ri c a l E n g i n e e ri n g   F ro m   W e s t   Be n g a l   S t a t e   Co u n c i l   O f   T e c h n i c a l   E d u c a t i o n   In   2 0 0 3 ,   B. T e c h   F ro m W e s t   Be n g a l   U n i v e rs i t y   O f   T e c h n o l o g y   In   2 0 0 6   A n d   M . T e c h F ro m   W e s t   Be n g a l   U n i v e rs i t y   O f T e c h n o l o g y   In   2 0 0 9 .   P re s e n t l y   W o rk i n g   A t   Id e a l   In s t i t u t e   O f   E n g i n e e ri n g ,   K a l y a n i   A s   A n A s s i s t a n t   P ro f e s s o A n d   T e a c h e r - In - Ch a rg e   In   E l e c t ri c a l   E n g i n e e ri n g   D e p a rt m e n t   A n d   P u rs u i n g P h d   A t   IS M   D h a n b a d ,   J h a rk h a n d .   H e   H e l d   T h e   P o s t   O f   F a c u l t y   M e m b e In   E l e c t ri c a l E n g i n e e ri n g   D e p a rt m e n t   A t   S a r o j   M o h a n   In s t i t u t e   O f   T e c h n o l o g y ,   G u p t i p a ra ,   a n d   H o o g h l y F ro m   2 0 0 7   T o   2 0 1 1 . H e   Is   A n A s s o c i a t e   M e m b e A n d   J o i n t   Co n v e n o ( E E   D i v i s i o n )   O f   T h e In s t i t u t i o n   O f   E n g i n e e rs   ( In d i a ) . A l o k   K u m a r S h r i v a s t a v re c e i v e d   h i s   B. T e c h d e g re e   i n   E l e c t ri c a l   &   E l e c t ro n i c s   E n g i n e e ri n g f ro m W e s t   B e n g a l U n i v e rs i t y o f   T e c h n o l o g y , W e s t   B e n g a l ,   In d i a ,   i n   2 0 0 9 ,   t h e   M . T e c h d e g re e   i n E l e c t ri c a l E n g i n e e ri n g   f ro m N IT   D u rg a p u r , W e s t   Be n g a l ,   In d i a ,   i n   2 0 1 3 ,   a n d p re s e n t l y p u rs u i n g P h . D .   p r o g ra m m e   a t   t h e   D e p a rt m e n t   o f   E l e c t ri c a l   E n g i n e e ri n g ,   In d i a n   S c h o o l   o f   M i n e s , D h a n b a d - 8 2 6 0 0 4 ,   I n d i a . H e   i s   p re s e n t l y A s s i s t a n t   P ro f e s s o r ,   Ba t a n a g a In s t i t u t e   o f   E n g i n e e ri n g , M a n a g e m e n t   a n d   S c i e n c e , M a h e s h t a l a ,   K o l k a t a . H i s   s p e c i a l   f i e l d   o f i n t e re s t   i s   i n p o w e q u a l i t y i n   d i s t ri b u t i o n   s y s t e m ,   p o w e f o l w   m o n i t o ri n g   a n d   s t a b i l i t y   a n a l y s i s . P r a d i p   K u m a r   S a d h u r e c e i v e d   h i s   Ba c h e l o r,   P o s t - G ra d u a t e   a n d   P h . D .   ( E n g i n e e ri n g )   d e g re e s   i n 1 9 9 7 ,   1 9 9 9   a n d   2 0 0 2   re s p e c t i v e l y   i n   E l e c t ri c a l   E n g g .   f ro m   J a d a v p u U n i v e rs i t y ,   W e s t   Be n g a l , In d i a .   Cu rre n t l y ,   h e   i s   w o rk i n g   a s   a   P r o f e s s o i n   E l e c t ri c a l   E n g i n e e ri n g   D e p a rt m e n t   o f   In d i a n S c h o o l   o f   M i n e s ,   D h a n b a d ,   In d i a .   H e   h a s   t o t a l   e x p e ri e n c e   o f   1 8   y e a rs   i n   t e a c h i n g   a n d   i n d u s t ry . H e   h a s   f o u P a t e n t s .   H e   h a s   s e v e ra l   j o u rn a l   a n d   c o n f e re n c e   p u b l i c a t i o n s   i n   n a t i o n a l   a n d i n t e rn a t i o n a l   l e v e l .   H e   i s   p ri n c i p a l   i n v e s t i g a t o o f   f e w   G o v t .   f u n d e d p ro j e c t s .   H e   h a s   g u i d e d   a l a rg e   n o .   o f   d o c t o ra l   c a n d i d a t e s   a n d   M .   T e c h   s t u d e n t s .   H i s   c u rre n t   a re a s   o f   i n t e re s t   a re   p o w e r e l e c t ro n i c s   a p p l i c a t i o n s ,   a p p l i c a t i o n   o f   h i g h   f re q u e n c y   c o n v e rt e r,   e n e rg y   e ff i c i e n t   d e v i c e s , e n e rg y   e ff i c i e n t   d ri v e s ,   c o m p u t e a i d e d   p o w e s y s t e m   a n a l y s i s ,   c o n d i t i o n   m o n i t o ri n g ,   l i g h t i n g a n d   c o m m u n i c a t i o n   s y s t e m s   f o u n d e rg ro u n d   c o a l   m i n e s . P r o f. A m a r N a th   S a n y a l re c e i v e d h i s   B. E . E .   d e g re e   i n   E l e c t ri c a l   E n g i n e e ri n g   f ro m   CE T , J a d a v p u U n i v e rs i t y   i n   1 9 6 1   a n d   M . E .   d e g re e   i n   t h e   s a m e   s t re a m   f ro m   B. E .   Co l l e g e ,   C a l c u t t a U n i v e rs i t y   i n   1 9 7 8 .   H e   h e l d   t h e   p o s t   o f   f a c u l t y   m e m b e r   i n   E l e c t ri c a l   E n g i n e e ri n g   a t   v a ri o u s l e v e l s   a t   G o v t .   P o l y t e c h n i c ,   G o v t .   E n g i n e e ri n g   Co l l e g e   a n d   F E T ,   J a d a v p u U n i v e rs i t y   f ro m   1 9 6 2 t o   2 0 0 1 .   H e   a l s o   h e l d   t h e   p o s t   o f   H O D   f o t w o   t e r m s .   A f t e r   s u p e ra n n u a t i o n ,   h e   h e l d   t h e   p o s t   o f D i re c t o r,   P ri n c i p a l ,   E m e ri t u s   P r o f e s s o r,   A c a d e m i c   g u i d e   e t c .   i n   a   n o .   o f   p ri v a t e   e n g i n e e ri n g c o l l e g e s   a n d   u n i v e rs i t y .   N o w   h e   i s   a t t a c h e d   t o   CIE M ,   T a l l y g a u n g ,   a n d   U E M .   Ra j a H a t   e t c .   a s P r o f e s s o r/   A c a d e m i c   g u i d e .   H e   h a s   m o re   t h a n   7 0   p u b l i s h e d   p a p e rs   i n   n a t i o n a l /   i n t e rn a t i o n a l j o u r n a l s   t o   h i s   c re d i t   a n d   3 7   p u b l i s h e d   p a p e rs   i n   c o n f e re n c e s .   H e h a s   g u i d e d   5   M E   t h e s i s   a n d   6 P h D   t h e s i s   t o   s u c c e s s .   H e   i s   a   f e l l o w   o f   t h e   In s t i t u t i o n   o f   E n g i n e e rs   ( In d i a ) . Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.