I nte rna t io na l J o urna l o f   Appl ied P o w er   E ng ineering   ( I J AP E )   Vo l. 6 ,   No . 1 A p r il   201 7 ,   p p .   1 ~1 2   I SS N:  2252 - 8 7 9 2   DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j ap e. v 6 . i1 . p p 1 - 12          1       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l . co m/o n lin e/in d ex . p h p /I J APE   S m a ll S ca le Win d  G en eratio n Sys te m :  P a r t   I ex peri m en tal  Verific a tion  of  Fl ux  Reversa l Gene ra tor Blo ck       B .   Vidh y a ,   K .   N.   Srini v a s   De p a rtme n o f   El e c tri c a a n d   El e c tro n ics   E n g in e e rin g ,   B.   S .   A b d u Ra h m a n   Un iv e rsit y ,   Ch e n n a i,   In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Feb   11 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   Ma r et   1 0 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   Ma r et  2 6 ,   2 0 1 7       T h is  re se a rc h   w o rk ,   ti tl e d   S m a ll   S c a le  W in d   G e n e ra ti o n   S y ste m ,   re p o rted   in   p a rt  a n d   p a rt  II,   p ro p o se s   m o d e li n g ,   a n a l y sis  a n d   c o n tro o f   a   s m a ll   sc a le   w in d   e n e rg y   c o n v e rsio n   s y ste m   e m p lo y in g   a   d irec d riv e n   F lu x   Re v e rsa l   G e n e r a to (F RG c o n n e c ted   to   th e   m icro   g rid   th ro u g h   a   Qu a si - Z - S o u rc e   In v e rter   (QZS I) .   T h e   a p p li c a ti o n   o f   QZS u sin g   F RG  to   f e e d   m i c ro   g rid   is  p ro p o se d   f o th e   f irst  ti m e   in   t h is  re se a rc h   w o rk .   T h e   QZS c a n   re a li z e   b u c k /b o o st,  in v e rsio n   a n d   p o w e c o n d it i o n i n g   in   a   sin g le  st a g e   w it h   im p ro v e d   re li a b il it y .   A lso   it   f e a t u re a   w id e   ra n g e   o f   v o lt a g e   g a in   w h ich   is  su it a b le  f o a p p li c a ti o n i n   w in d   sy ste m s,  d u e   to   th e   fa c th a t   th e   w in d   g e n e ra to o u tp u v a ries   w id e l y   with   w in d   v e lo c it y .   In   a d d it io n ,   t h e   m o d if ied   S p a c e   V e c to P W M   (S VP W M t e c h n iq u e   is  p r o p o se d   in   th is  p a p e to   sa ti sfy   th e   sh o o t - th r o u g h   c h a ra c teristic  o f   QZS I.   T h is  a lso   a d d to   th e   c o n tri b u t io n   o f   th is  re se a r c h   w o rk .   In   th is  p a rt  o f   th is  f u ll   re se a r c h ,   m o d e ll in g   o f   th e   s m a ll   sc a le  F RG   f o w in d   sy st e m   u sin g   F in i te  El e m e n A n a l y sis  (F EA is  p re se n ted .   T h e   m a jo p a ra m e ter   o f   F R v i z ,   v o lt a g e ,   c u rre n t,   to rq u e   a n d   p o w e a re   a n a l y z e d ,   v a li d a ted   a n d   t h e n   re p re se n ted   in   d - q   m o d e l.   T h e   sim u latio n   re su lt a re   v a li d a ted   w it h   th e   a n a ly ti c a re su lt s.  A n   e x p e rime n tal  se t - u p   t o   r u n   th e   f u ll   p r o c e d u re   r e p o rted   in   th is   p a p e r.   T h e se   re su lt f o rm   th e   b a sis f o p a rt  II  o f   th is  re se a rc h   wo rk .   K ey w o r d :   AC   m icr o   g r id   Flu x   R e v er s al  Ge n er ato r   S m all  s ca le  w i n d   p o w er   Gen er atio n   s y s te m   Co p y rig h ©   2 0 1 7   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   K.   N.   Srin iv a s   Dep ar t m en t o f   E lectr ical  an d   E lectr o n ics E n g i n ee r in g ,   B .   S.  A b d u r   R ah m a n   Un iv er s i t y ,   C h e n n ai,   I n d ia .   E m ail:  k n s r in iv a s @ b s a u n i v . ac . in       1.   I NT RO D UCT I O N   I n cr ea s in g   e x h au s tio n   o f   co n v en t io n al  f u els   an d   t h s ev er i t y   o f   en v ir o n m e n tal  p o ll u tio n s   n a v i g at e   g r ee n   e n er g y   i n s tallatio n   b y   th r en e w ab le  en er g y   s o u r ce s .   I n   s u c h   k in d   o f   s ce n ar io   r en e wab le  en er g y   s o u r ce s   ar p r o v id in g   g o o d   s o lu tio n   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   P h o to v o ltaic  ( P V)   ce ll   an d   w i n d   en er g y   s y s te m   ar av ailab le  co m m o n l y   an d   in   p len t y .   I n   p ar ticu lar ,   w i n d   en er g y   i s   o n o f   th f a s test   g r o w i n g ,   co s ef f ec ti v e,   lig h w e ig h t,  h ig h   ef f icien c y   a n d   en v ir o n m e n ta ll y   ac ce p ted   m ea n   o f   elec t r ic  p o w er   g e n er atio n .   W h e n   m icr o   g r id s   ar e   co n ce r n ed ,   s m all - s ca le  w i n d   p o w er   is   u s ed   m o r f r eq u e n tl y .   R esear ch e s   o n   th i s   ar ca ll  o f   th d a y .   T h s m a ll   s ca le  w in d   p o w er   h as  t u r b in in   s m aller   s ize s .   T h is   r ed u ce s   th co s o f   i n s tallatio n .   F u r th er ,   it  is   ab le  to   p r o d u ce   p o w er   at  lo w er   w i n d   s p ee d s .   T h ese  s alie n cies  a llo w   s m all  w i n d   u n i ts   to   b p r ac tical  an d   w o r k ab l e   o p tio n   th an   th e ir   lar g co u n ter p ar t.  Var io u s   ty p es  o f   ele ctr ical  m ac h i n es  ar u s ed   i n   s m all  s ca le  w i n d   g en er ato r   i n   th p as t,  in cl u d i n g   P er m a n e n Ma g n et  S y n c h r o n o u s   Ma c h in e   (P MSM )   w i d ely ,   [ 3 ] - [ 7 ] .   T h s p ee d   co n tr o o f   w in d   en er g y   s y s te m   i s   ac h ie v ed   b y   ad o p tio n   o f   d io d b r id g r ec tif ier   an d   b ac k   to   b ac k   p u ls w id t h   m o d u latio n   b ased   v o lta g s o u r ce   i n v er ter   [ 8 ] - [ 1 0 ] .   Ho w e v er ,   in   r ec en t   y ea r s ,   f lu x   r ev er s a tec h n o lo g y   is   o cc u p y i n g   m aj o r   p lace   in   w i n d   p o w e r   g en er atio n ,   [ 1 1 ] - [ 1 3 ] .   Flu x   R e v er s al  Mo to r   ( FR M) ,   w it h   it s   g o o d   ef f icie n c y ,   r eliab ilit y ,   h i g h er   p o w er   d en s it y ,   co m p ac s m all  s ize  an d   r elativ el y   lig h w ei g h [ 1 4 ] ,   h as  b ec o m an   i n s ep ar ab le  p ar in   w in d   p o w er   g en er at io n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8792   IJ A P E   Vo l.  6 ,   No .   1,   A p r il   2 0 1 7   : 1     12   2   w it h i n   t h e   last   o n d ec ad e.   I n   p ar ticu lar ,   th elec tr ical  g ea r   r atio   ( K)   co n ce p o f   FR [ 1 2 ] - [ 1 5 ]   m ad it  w ell   s u ited   ca n d id ate  f o r   lo w   s p e ed   ap p licatio n s .   I n   th s ce n a r io   w h er ei n   co n v e n tio n al  in d u ctio n   m o to r s   an d   s y n ch r o n o u s   m o to r s   ca n   n o t   a p p r ec iab ly   h an d le   th e   lo w   s p ee d   lo w   p o w er   ap p licatio n s ,   F R h as   ex te n d ed   it s   h elp in g   h a n d s   to   ad d r ess   th i s   i s s u f a v o r ab l y .   T h u s ,   t h ap p licatio n   o f   lo w   s p ee d   FR f o r   p o s s ib le   i n teg r atio n   w i th   m icr o   g r id s   is   p r ese n ted   i n   t h e   f ir s p ar o f   t h is   r e s ea r ch   w o r k .   T h is   p ar I   p r esen t s   d esi g n   o f   F R G   f o r   s m al s ca le  w i n d   co n n ec ted   to   th e   m icr o   g r id   v ia  q u a s i - z - s o u r ce   i n v er ter   w h ich   u s e s   m o d i f ied   S VP W M   tech n iq u e.     I n   co n v en t io n al  P MSG,   t h A C   o u tp u i s   g iv e n   to   t h g r id   t h r o u g h   AC /D C   co n v er ter   f o r   ea ch   p o w er   g en er atio n   s y s te m   ( w i n d ,   s o lar ,   b atter y   an d   s o   o n ) .   T h en   th e   o u tp u DC   lin k   v o lta g f r o m   all  th ese  s o u r ce s   is   co n v er ted   in   to   an   AC   th r o u g h   co m m o n   Vo ltag So u r ce   I n v er ter   ( VSI ) .   Her e,   in p u DC   v o ltag o f   t h VSI   m u s b e   g r ea ter   t h a n   t h AC   o u tp u t   v o lta g e.   T h er ef o r e,   t h VSI   is   to   b e   d esi g n ed   to   w it h s tan d   t h h i g h   s tr es s   an d   w i th   h i g h   ca p ac it y   d e v ice s .   I n   o r d er   to   av o id   th is ,   b u ck   b o o s cir cu it  is   u s ed   in   t h DC   li n k   to   k ee p   t h DC   v o lta g co n s ta n t a n d   to   r e d u ce   th V SI  s tr es s   [ 1 6 ] .   T h is   in cr ea s es  th co s t o f   t h s y s te m   h ea v il y .   A l s o   th i s   ca u s e s   r ed u ctio n   in   t h o v e r all  ef f ic ien c y   o f   t h s y s te m .   T o   o v er co m th ab o v m e n tio n ed   is s u e s ,   th i s   r esear ch   p r o p o s es a s   QZ SI .   T h is   in v er ter   ex h ib it s   b o th   b u ck   a n d   b o o s ca p ab ilit y   at   s i n g le   s ta g e.   T h Q Z SI  i s   d ev e l o p ed   f r o m   th tr ad itio n al  z - s o u r ce   in v er t er   an d   th er ef o r t h s a m co n tr o m eth o d   w h ich   is   u s ed   i n   Z SI  ca n   b u s ed   f o r   QZ SI .   T h SVP W M   co n tr o m et h o d s   ar co m m o n l y   u s ed   i n   i n d u s tr y   to   co n tr o Z SI  [ 1 7 - 1 9 ]   b ec au s o f   lo w er   cu r r en h ar m o n ics,  h ig h   m o d u latio n   in d e x   an d   h ig h   v o lta g u t il izatio n   ef f icie n c y .   A p p ly in g   t h is   co n tr o l   m et h o d   to   QZ SI  d o es  n o o n l y   co n s er v th ad v a n ta g es  o f   SVP W b u it  also   p r o v id es  o th er   p er f o r m a n ce   b en ef it s   s u c h   as  g o o d   b u ck /b o o s ca p ab ilit y ,   lo w er   co m p o n en r ati n g s ,   r ed u ce d   s o u r ce   s tr ess   an d   r ed u ce d   co m p o n e n t   co u n t.  T h is   m a k e s   th s tr u ct u r i n   to   co m p ac s ize  an d   it  b ec o m e s   h ig h l y   r eliab le  w it h   lo co s t.  Mo s o f   t h r esear c h   wo r k   is   ca r r ied   o u o n   ap p lica tio n   o f   Q Z SI   ar o f   P s y s t e m s   [ 2 0 ] ,   an d   f e w   p u b licatio n s   ar av a ilab le  in   a p p licatio n   o f   QZ S I   to   P MSG  w i n d   g e n er atio n   [ 2 1 ] .   A p p licatio n   o f   Q Z SI  f o r   t h w i n d   p o w er   g e n er atio n   e m p l o y i n g   lo w   s p ee d   FR co n n e cted   to   AC   m icr o   g r id   p r o p o s ed   in   th is   p ap er   is   n e w .   T h is   f o r m s   th co n t r ib u tio n   o f   th is   r esear ch   w o r k .   I n   th is   f o c u s ,   p ar I   o f   t h is   r esear ch   p ap er   d is cu s s es  t h m ac h i n m o d elin g   a lo n e.   T h Q Z SI  r e s ea r ch   is   p r es en ted   i n   it s   p ar I I   co u n ter p ar t.  T h is   p ar I   is   o r g a n ized   in   to   th f o llo w i n g   s ec ti o n s T h d esi g n   o f   6 /1 4   lo w   s p ee d   FR f o r   w i n d   g en er a tio n   i s   d e m o n s tr ated   i n   s ec tio n   I I .   T h d - q   m o d el  r ep r esen tat i o n   o f   F R i s   d er iv ed   i n   s ec tio n   I I I ,   w h ic h   is   ess e n tial  f o r   f u r t h er   m o d elin g   s ta g es.  An al y tical  p r o o f s   to   v alid ate  t h s m all  s p ee d   FR d esi g n   ar e   ap p r o p r iately   g i v en .   Fi n all y ,   s ec tio n   I co n clu d es t h p ar t I   o f   th p ap er .       2.   E L E C T RO M AG NE T I C H ARAC T E RI Z A T I O AN ANALY T I CAL  V E R I F I CATI O O F   T H E   P RO P O SE 6 /1 4   F RG     T h co n s tr u ctio n   a n d   p r in ci p le  o f   o p er atio n   b eh i n d   t h e   f l u x   r ev er s a m ac h i n e s   ca n   b w ell   u n d er s to o d   i n   [ 2 2 ]   an d   h e n ce   ar s k ip p ed   h er e.   Dep en d i n g   u p   o n   t h o u tp u p o w er ,   t h s p ee d   o f   t h s m al l   s ca le   w in d   t u r b in v ar ie s   b etw ee n   1 4 0   R P t o   3 0 0   R PM.   T h w i n d   tu r b i n s p ee d   d ec r ea s es  w h e n   th e   ca p ac it y   o f   t h m ac h i n i n cr e ases .   T h r ated   s p ee d   o f   1   k W   m ac h i n is   2 1 4   R P M.   Fo r   th is   r ated   s p ee d ,   th e   s u itab le   F R co n f ig u r atio n   is   1 2 /1 6   an d   6 /1 4   p o le.   T h 6 /1 4   p o le  h as  m o r p o w er   d en s it y   th a n   1 2 /1 6   p o le  m ac h in b ec a u s t h s ta to r   f l u x   l in k a g o f   6 /1 4   p o le  is   t w ice  t h at  o f   1 2 /1 6   p o le.   Hen ce   6 /1 4   p o le   co n f i g u r atio n   is   s elec ted   f o r   th p r o p o s ed   an al y s i s .     T h d esig n   s p ec i f icatio n s   o f   6 /1 4   FR at  1 . 8   KW ,   5 0   Hz,   2 1 4   R P is   g iv en   i n   T ab le  1 .   B ased   o n   th d esi g n   s p ec i f icatio n s   m ai n   d i m en s io n s   o f   6 /1 4   FR was  ca lcu lated   u s i n g   th e   d esi g n   eq u at io n   g i v en   in   [ 2 3 ] .   T h d im e n s io n s   ar g i v e n   in   T ab le  2 .   B ased   o n   th is   d i m en s io n s ,   th p r o p o s ed   6 /1 4   p o le  FR is   m o d eled   f o r   elec tr o m ag n etic  f i n ite  ele m en t a n al y s is .   T h cr o s s   s ec tio n   o f   6 /1 4   FR is   s h o w n   i n   Fi g u r 1 .   I h a s   6   s tato r   p o le  an d   1 4   r o to r   p o le.   E ac h   s tato r   p o le  co n s is ts   o f   f o u r   P er m an e n t M a g n ets ( P M)   an d   m ai n   f ie ld   w i n d i n g .   T h ese  t w o   f o r m   t h ex cita tio n   s y s te m   f o r   s tato r .   R o to r   h as n o   P Ms a n d   w i n d in g s .       T ab le  1 .   Gen er ato r   Sp ec if icatio n s   p a r a me t e r   v a l u e   G e n e r a t o r   p o w e r   1 KW   R a t e d   v o l t a g e     1 7 0 V   R a t e d   c u r r e n t   3 , 7 ,   A   F r e q u e n c y   5 0   Hz   G e n e r a t o r   sp e e d   2 1 4 ,   RP M       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ A P E     I SS N:  2252 - 8792       S ma ll S ca le  W in d   Gen era tio n   S ystem :   P a r t I ex p erimen ta V erif ica tio n   o f F lu R ev ers a l…  ( B .   V id h ya )   3   T ab le  2 .   Dim e n s io n   o f   F R G   p a r a me t e r   v a l u e   S t a t o r   o u t e r   d i a me t e r   mm ,    S t a t o r   b o r e   d i a me t e r   mm ,   S t a t o r   i n n e r   d i a me t e r   mm ,   P M   h e i g h t   ( N d F e b )   mm , .    A i r   g a p   mm , .   R o t o r   o u t e r   d i a me t e r   mm ,   R o t o r   i n n e r   d i a me t e r   mm ,   S h a f t   d i a me t e r   mm ,    S t a c k   l e n g t h   mm ,   R o t o r   p o l e   a r c     d e g , .    S t a t o r   p o l e   a r c   d e g ,    C o i l   t y p e   25 S w g           Fig u r 1 .   C r o s s   s ec tio n   o f   F R G       2 . 1 .   Sta t ic  cha ra c t er iza t io n   T h f lu x   d en s it y   d i s tr ib u tio n   at  n o   lo ad   is   1 . 4   m Wb /   as  s h o w n   i n   Fig u r 2 .   T h f lu x   d en s it y   alo n g   t h p er ip h er y   o f   t h m ac h in at  th ce n ter   o f   t h s tato r   p o le  is   s h o w n   Fig u r 3 .   Fro m   th Fi g u r 2   an d   3 ,   it  is   o b s er v ed   t h at  t h 6 /1 4   p o le  FR G   h a s   2   p o le  f l u x   p atter n .   T h p h ase  f l u x   li n k a g es  o f   FR ar s h o w n   i n   Fig u r 4 .   T h f l u x   li n k a g e s   a r s in u s o id al,   h en ce   th e   in d u c ed   v o ltag is   al s o   s i n u s o id al.   T h n o   lo ad   p h a s v o ltag e s   ar s h o w n   in   Fig u r 5 .   B ased   o n   th e   f lu x   li n k a g t h to tal  in d u cta n ce   is   ca lc u lated   as     i L PM l o a d     ( 1 )     T h q u an titi e s   l o a d   an d   PM   ar th lo ad   an d   n o   lo ad   f lu x   l in k a g es   o f   th co il.  T h e y   ar o b tain e d   f r o m   FEA   b ased   s i m u latio n .   T h to tal  ca lcu lated   s el f   i n d u cta n ce   is   0 . 0 5   an d   th m u t u al  in d u ct an ce   is   0 . 4 8   H.   T h s i m u la ted   r esu lts   o f   t h is   p ap er   a r v alid ated   th r o u g h   r i g o r o u s   an al y ti ca ap p r o ac h   [ 2 3 ]   an d   ar e   g iv e n   as i n f er en ce   i n   ea ch   s ec t io n .   R es u lts   a n d   Dis c u s s io n s :   T h f lu x   d en s i t y   i n   t h air   g ap   is   ca lcu lated   b y ,   m st re r g h g K B B ) 1 ( 1 0 ,   w it h   r B ,   th e   r esid u al  f l u x   d en s it y   a s   T , . r ,   th r ec o il  p er m ea b ilit y   a s   1 . 0 5 ;   st K ,   s atu r atio n   f ac to r   as  0 . 0 5 m h th m a g n et  th ick n es s   as  mm  . an d   g ,   th air   g ap   as  mm . .   T h ca lcu la ted   air   g ap   f lu x   d en s it y   g B   is   T , .  .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8792   IJ A P E   Vo l.  6 ,   No .   1,   A p r il   2 0 1 7   : 1     12   4   Flu x   is   g iv e n   b y   Wb l B K g fr , ) ( ,   w h er l   is   s tack   len g t h   o f   th g en er ato r ,   an d   is   p o le   p itch ,   w h ich   is   g i v e n   b y   ) g D ( r 2 28 fr K   is   f r i n g in g   f ac to r   ( fr K =0 . 4 ) .   r D   is   d ia m eter   o f   th e   r o t o r   an d   g   is   air g ap   ( r ef er   T ab le  2 ) .   T h s u b s tit u tio n   g iv e s ,   Wb . 0 0 4 9 0 .   T h u s   f l u x   l in k a g e ,   T u r n s Wb . N 53 0 ,   w h er N is   th n u m b er   o f   tu r n s   p er   co il,  w h ic h   is   o b tain e d   in   th s i m u la tio n   r esu lt o f   Fig u r 4 .     T h in d u ce d   E MF  ( p er   p h ase)   o f   th FR is   g iv e n   by PM p f r i n g r m B n K D l n N E . . . ) ( ,   V/p h w h er e   n r o to r   s p ee d   in   r ad /s ec .   is   p n   is   th e   n u m b er   o f   p er m a n en m a g n et  p air   p er   s tato r   p o le  as  2 .   T h is   g i v es . / ph V E m    w h ic h   is   clo s e l y   o b tain ed   in   t h s i m u lat io n   r es u lts   o f   Fi g u r 5.           Fig u r 2 .   Flu x   d is tr ib u tio n   at  n o   lo ad           Fig u r 3 .   Flu x   d en s i t y   alo n g   t h p er ip h er y   o f   t h m ac h i n at   th ce n ter   o f   t h s ta to r   p o le           Fig u r 4 .   Flu x   lin k a g es o f   t h co il   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ A P E     I SS N:  2252 - 8792       S ma ll S ca le  W in d   Gen era tio n   S ystem :   P a r t I ex p erimen ta V erif ica tio n   o f F lu R ev ers a l…  ( B .   V id h ya )   5       Fig u r 5 .   No   lo ad   in d u ce d   v o ltag e       2 . 2 .   Dy na m ic  c ha ra ct er iza t io n   Fin ite  e le m e n d y n a m ic  a n al y s is   o f   FR is   ca r r ied   o u to   f i n d   th v o ltag a n d   cu r r en ch a r ac ter is tics   o f   th m ac h i n at  2 1 4   R P M.   T h is   s i m u la tes  t h ac t u a p r ac tical  r u n   o f   t h m ac h i n [ 2 4 ] .   T h s p ee d   ch ar ac ter is ti i n   d eg / s ec   is   s h o w n   i n   Fi g u r 6 .   I n   th g r ap h   1 2 8 4   d eg   / sec  in d icate s   2 1 4   r p m .     T h s i m u lated   r e s u l ts   o f   t h d ev elo p ed   to r q u is   s h o w n   in   F ig u r e   7   an d   Fi g u r 8 .   T h a v e r ag v a lu e   o f   th f u l l lo ad   to r q u is   3 9   N m .     T h g en er ato r   o u tp u p h ase  v o ltag an d   cu r r en ar s h o w n   i n   Fi g u r 9   an d   1 0 .   T h s im u la ted   r esu lt s   o f   v o ltag r eg u latio n   o f   th g en er ato r   f o r   v ar y in g   r esis ti v lo ad   ar e   o b tain ed   at  2 4 1   R PM  an d   ar s h o w n   i n   Fig u r 1 1 .   I t v ar ies b et w ee n   2 % to   1 0 %,  w h ic h   is   i n   ac ce p ta b le  li m it.   R es u lts   a n d   Dis c u s s io n s :   T h r ated   cu r r en is   g iv e n   by 2 3 2 m E NT I w h er is   th r o to r   s p ee d   in   R P M;   T   is   th to r q u as  3 9   Nm .   T h is   g iv e s   th I =3 . 4 A   w h ic h   is   clo s el y   o b tain ed   in   t h s i m u latio n   r esu lts   o f   Fig u r 5.           Fig u r 6 .   Sp ee d   o f   FR G           Fig u r 7 .   Dev elo p ed   to r q u e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8792   IJ A P E   Vo l.  6 ,   No .   1,   A p r il   2 0 1 7   : 1     12   6       Fig u r 8 .   Dev elo p ed   to r q u e a v er ag e           Fig u r e   9 .   I n d u ce d   p h ase  v o lta g e           Fig u r 1 0 .   P h ase  cu r r en t           Fig u r 1 1 .   Vo ltag r eg u lat i o n   o f   FR G   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ A P E     I SS N:  2252 - 8792       S ma ll S ca le  W in d   Gen era tio n   S ystem :   P a r t I ex p erimen ta V erif ica tio n   o f F lu R ev ers a l…  ( B .   V id h ya )   7   T h s i m u lated   r esu l ts   o f   to r q u e,   f l u x   lin k a g es  a n d   in d u cta n ce s ,   w h ich   ar o b tain ed   f r o m   t h ab o v e   elec tr o m ag n etic   f in ite   ele m e n a n al y s i s   o f   t h m ac h i n e,   ar ca r r ied   o v er   to   t h n e x s ec tio n   f o r   d - r ep r esen tatio n   o f   t h F R G.         3.   F I CT I T I O US E L E T R I CA L   G E A AND  D - Q   RE P R E S E NT AT I O O F   F RG   3 . 1 .   F ict it io us   elec t rica l g ea r   T h f r eq u en c y   a n d   s p ee d   r elatio n s h ip   f o r   th F R is   g i v en   b y       r n f n    ( 2 )   w h er n   is   t h r o to r   s p ee d   in   R P M,   f   is   f r eq u e n c y   in   Hz  an d   r n nu m b er   o f   r o to r   p o les.  T h Fig u r 2   an d   3   s h o w s   th at  6 /1 4   p o le   FR h as  2   p o le  p atter n .   Hen ce   th s p ee d   o f   th f l u x   p atter n   ( fp n )   is   r ep r esen ted   as f n f n r fp   .   I s h o w s   th a s p ee d   o f   th r o to r   an d   s p ee d   o f   th f lu x   p atter n   is   d if f er e n t.  T h is   d if f er en ce   o f   r o to r   s p ee d   an d   f l u x   p at ter n   s p ee d   i s   r ep r ese n ted   i n   f ic titi o u s   elec tr ica g ea r   r at io   ( K ) ,   w h ic h   i s   r ep r esen ted   as   / eq r p n K   ( 3 )   w h er eq p   is   th e   n u m b er   o f   f l u x   p o le  p atter n   w h ic h   i s   2   f o r   6 / 1 4   p o le  FR G.   Hen ce   t h g ea r   r atio   f o r   6 / 1 4   p o le   FR is   1 4 .       3 . 2 .   d - m o del o f   F RG   T h 6 /1 4   p o le  FR co n s id er ed   as a   2   p o le  P MSG.   T h d - q   r ep r esen tatio n   o f   th F R i s   g i v en   b y ,     q r d eq d d K P Ri v   ( 4 )     d r q eq q q K P Ri v   ( 5 )     q q d i L   ( 6 )     af d d q i L   ( 7 )   T h elec tr ical  to r q u is   g iv e n   b y     ) ) ( ( q d q d q af eq e i i L L i K P T   ( 8 )     w h er e,   R   is   th s tato r   r esis ta n ce   in   o h m   ,   d L   an d   Lq   ar th d   an d   q   ax is   in d u c tan ce   i n   H d an d   q   ar th an d   q   a x is   f lu x   li n k a g es  ( Wb ) .   T h r   is   t h r o to r   s p ee d   in   r ad /s ec .   d i   an d   q i   ar th d   a n d   ax i s   s tato r   cu r r en i n   Am p s .   i d   is   z er o   in   t h i s   m ac h in e   an d   th e   v a lu o f   i q   is   o b tain ed   i n   Fi g u r e   1 0 .   B y   m ai n tai n i n g   th d   a x i s   c u r r en t   to   ze r o ,   F R i s   co n tr o lled   w it h   co n s ta n f l u x   u p   to   b ase   s p ee d   a n d   q   ax i s   c u r r en is   m ai n tai n ed   in   p h a s w it h   b ac k   e m f   o f   th e   m ac h i n e.   All  t h e s p ar a m eter s   ar o b tain ed   u s i n g   FE A   s i m u latio n s   as e x p lai n ed   in   t h p r ev io u s   s e c tio n ,   an d   ar lis ted   in   T ab le  3 .   As  M A T L A B   h as  n o   r ea d y - m ad FR m o d el,   th ab o v e   eq u atio n s   o f   v o lta g es  an d   to r q u in   d - f r a m ar d er iv ed .   T h e y   ar s ep ar ately   m o d elled   in   s i m u li n k   b lo ck   w h er as s h o w n   i n   Fi g u r 1 2 .             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8792   IJ A P E   Vo l.  6 ,   No .   1,   A p r il   2 0 1 7   : 1     12   8   T ab le   3 .   P ar am eter s   o f   FR G   S . N O   P a r a me t e r s   V a l u e   1   K   14   2   r ra d / se c   2 2 . 4   3   R   o h m   0 . 1 7 4   4   q d L L H   0 . 0 5   5   q i ( A )   3 . 2           Fig u r 1 2 .   FR d - q   m o d el       T h in p u to   th r ec tif ier   i s   V abc .   B u th ab o v d esig n ed   s u b   s y s te m   o f   FR h as  V d   a n d   V q   as  th o u tp u ts ,   t h at  is   i n   d - q   f r a m e.   So ,   f o r   tr an s f o r m atio n   o f   d - q   to   ab c ,   th s u b s y s te m   o f   FR d - q   m o d el  is   in ter f ac ed   w it h   dq   to   abc   tr an s f o r m a tio n   b lo ck   an d   th e n   t h 3 - p h ase  v o lta g is   co n n ec te d   to   r ec tif ier   b lo ck   th r o u g h   t h co u p ler .   I is   u s ed   to   c o u p le  th tr an s f o r m at io n   b lo ck   ( dq0 - abc )   to   s i m s ca p r ec tif ier .   T h co n tr o ll ed   v o lta g s o u r ce   b lo ck   o f   co u p ler   co n v er t s   t h s i m u lin k   in p u s i g n al   i n to   an   eq u iv ale n t   v o lta g e   s o u r ce .   T h ese  ar as  s h o w n   in   Fig u r 1 3 .   T h s u b s y s te m   o f   co u p ler   is   s h o w n   in   Fi g u r e   1 4 .   T h FR 3   p h ase   ou tp u t v o lta g i s   s h o w n   i n   Fi g u r 1 5 .     I is   to   b n o t ed   t h at  t h FE A   s i m u la ted   3   p h ase  v o ltag e   o f   FR a s   s h o w n   i n   Fi g u r e   9   an d   th d - m o d elled   3   p h a s v o lta g o f   FR a s   s h o w n   in   Fig u r e   15   ar th s a m e,   an d   t h e y   tall y   w it h   t h a n al y tical   in f er en ce .             Fig u r 1 3 .   d - q   v o ltag es o f   FR co n v er ted   to   abc   v o ltag es.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ A P E     I SS N:  2252 - 8792       S ma ll S ca le  W in d   Gen era tio n   S ystem :   P a r t I ex p erimen ta V erif ica tio n   o f F lu R ev ers a l…  ( B .   V id h ya )   9       Fig u r 1 4 .   C o u p ler   f o r   tr an s f o r m atio n   ( dq0 - a b c)   to   s i m s ca p e   r ec tif ier           Fig u r 1 5 .   V abc   v o ltag e       4.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O NS   T h to r q u f r o m   s m al t u r b in e   w h ic h   w o r k s   as  th p r i m m o v er   to   FR G   is   t h m ac h i n e’ s   in p u t.  T h e   p er f o r m a n ce   o f   F R u n d er   t h is   co n d itio n   w a s   m o d eled   a n d   s i m u lated   in   s ec tio n   I I .   T h r elev a n m ac h in e   p ar am eter s   th u s   o b tain ed   ar e   u s ed   in   s i m u li n k   m o d eli n g   t o   in ter f ac th m ac h i n w ith   th r ec tif ier .   T h is   in ter f ac in g   o f   F R w i t h   r ec ti f ier   is   s h o w n   in   F ig u r e   1 3 ,   an d   th s i m u lated   r esu lt s   o f   t h D C   o u tp u v o ltag i s   s h o w n   in   F ig u r e   1 6 .     T h is   DC   v o lta g w ill  f o r m   t h e   in p u f o r   th n e x s tag t h at   is   QZ SI  s ta g e.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8792   IJ A P E   Vo l.  6 ,   No .   1,   A p r il   2 0 1 7   : 1     12   10       Fig u r 1 6 .   R ec tif ier   o u tp u t v o l tag ( V dc )       T h co m p lete  s i m u la tio n   an d   an al y tica w o r k s   ca r r ied   o u o n   th FR p ar o f   th is   w i n d   en er g y   s y s te m   h a s   b ee n   ex p er i m en ta ll y   s et - u p   a n d   v er i f ied .   T h p ar t - I I   p ar o f   th i s   p ap er   m a k es  u s e   o f   al t h e   ex p er i m e n tall y   o b tain ed   r e s u l ts   o f   F R G.   T h ex p er i m en tal  s et - u p   s h o w i n g   all  th ac ce s s o r ies  ar s h o w n   i n   Fig u r e   17.           Fig u r 1 7 .   P r o to ty p o f   S m all  s ca le  FR f it  f o r   w in d   en er g y   s y s te m       4.   CO NCLU SI O   I n   th i s   p ar I   r esear ch   p ap er   o n   s m a ll  s ca le  w i n d   g e n er atio n   s y s te m   u s in g   f lu x   r ev er s al  tech n o lo g y   co n n ec ted   to   m icr o   g r id   t h r o u g h   q u asi - z - s o u r ce   in v er ter ,   t h FR h a s   b ee n   d es ig n ed ,   m o d eled   an d   an al y ze d   to   g i v t h e   r ec tifie d   V dc   i n p u v o ltg e   to   t h Q Z SI.   Fo r   w i n d   p o w er   g e n er atio n   a n d   f o r   its   i n ter - co n n ec t io n   w it h   th m icr o   g r id ,   th s u itab ilit y   o f   FR h as  b ee n   b r o u g h o u t.  T h r u d i m en t s   o f   F R m o d eli n g   a n d   an al y s i s   f o r   th s a m e   p u r p o s e,   w h ich   is   n e w   ad d itio n   in   F R l iter at u r e,   h as   b ee n   p r ese n ted .   Fi g u r 1 7   s h o w s   th e   en t ir p r o to ty p o f   th s m all  s p ee d   FR an d   its   g en er ato r   v o lta g co m p ar is o n s   m ad at  th u n i v er s i t y   u s i n g   its   r esear ch   f u n d i n g .   T h o th er   m aj o r   p ar o f   t h is   r esear ch   a r QZ SI  a n al y s is   a n d   f in al   i n ter co n n ec tio n   w it h   m icr o   g r id ,   w h ic h   ar p r esen te d   in   p ar t I I   o f   th is   r esear ch       RE F E R E NC E S   [1 ]   L .   He ,   Y.  L a n d   R.   Ha rle y ,   " No v e a d a p ti v e   p o w e c o n tro o f   a   Dire c t - d riv e   P M   w in d   g e n e ra ti o n   sy ste m   in   a   m icro   g rid , "   2 0 1 2   IE EE   P o we r E lec tro n ics   a n d   M a c h i n e s in   W in d   A p p l ica ti o n s ,   De n v e r,   CO,  2 0 1 2 ,   p p .   1 - 8.   [2 ]   H.  A l - G h o ss in i,   H.  L iu ,   F .   L o c m e n a n d   M .   S e c h il a ri u ,   " Esti m a ti o n   o f   sp e e d   ro tatio n   f o M P P T   u se d   b y   s m a ll   sc a le   w in d   g e n e ra to in teg ra ted   in   DC  m icro g rid   e x p e ri m e n tal  v a li d a ti o n , "   IECON  2 0 1 4   -   4 0 th   A n n u a l   C o n fer e n c e   o f   t h e   IEE In d u stri a E lec tro n ics   S o c iety ,   Da ll a s,  T X ,   2 0 1 4 ,   p p .   2 0 8 2 - 2 0 8 8 .   [3 ]   A .   Ha m a d i,   S .   Ra h m a n i,   K.  A l - H a d d a d   a n d   K.  A d d o w e e sh ,   " M icro   g rid   b a se d   P M S G   f e e d in g   iso late d   lo a d s,"   2 0 1 4   IEE Ap p li e d   Po we El e c tro n ics   Co n fer e n c e   a n d   Ex p o siti o n   -   AP EC  2 0 1 4 ,   F o r W o rth ,   T X ,   2 0 1 4 ,   p p .   3 1 6 0 - 3 1 6 5 .   J.  H.  J.  P o tg iete a n d   M .   J.  Ka m p e r,   " De si g n   Op ti m i z a ti o n   o f   Dire c tl y   G rid - Co n n e c ted   P M   M a c h in e f o W in d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.