Aktiivisten magneettilaakereiden ohjauslaitteiston vaatimusmäärittely ja toteutus

Abstract

Aktiivinen magneettilaakeri on järjestelmä joka mahdollistaa pyörivän kappaleen, esimerkiksi sähkökoneen roottorin, leijuttamisen magneettikentässä ilman fyysistä kontaktia vastakappaleiden välillä. Tekniikalla on joitain merkittäviä etuja muihin laakerointijärjestelmiin verrattuna erityisesti suurnopeuksisissa tai puhdastiloissa käytettävissä sähkökäytöissä. Magneettilaakereiden yleistymistä nopeuttaisi ja niiden hintaa laskisi mikäli laakereiden säätöön ja tehonsyöttöön voitaisiin käyttää standardeja teollisuusautomaatiolaitteita erityisesti tätä käyttötarkoitusta varten kehitettyjen laitteiden sijaan.

Tässä työssä luodaan menetelmä määrittää vähimmäisvaatimukset aktiivisen magneettilaakerin säätöalgoritmien suorittamiseen käytetylle säätöjärjestelmälle ja anturoinnille sekä laakerin toimintaan tarvittavalle tehoelektroniikalle. Näiden vaatimusten perusteella luodaan katsaus soveltuviin laitteisiin ja kootaan esimerkkikokoonpanot kahdelle erilaiselle magneettilaakeroitavalle kohteelle. Lisäksi työssä esitellään LUT:ssa vuosina 2014-2015 kehitetty magneettilaakerin teholähdeprototyyppi ja selvitetään edellytykset käyttää laitetta laakerijärjestelmän osana.

Active magneic bearing is a bearing system that levitates a rotating shaft with electromagnetic actuators without mechanical contact between counterparts. Compared to other bearing systems, it has significant benefits especially in applications that require high rotational speed or specially clean conditions. The downside is that systems usually require usage of expensive proprietary controllers and power electronics. It would be beneficial if the control and the supply of power could be accomplished with standard industrial automation devices.

In this work a method to approximate the minimal requirements for control hardware, sensors and power electronics is introduced. With these requirements, suitable devices to build two different magnetic bearing applications are selected and evaluated. In addition, a magnetic bearing power supply prototype designed and built in LUT is introduced and the suitability of the power supply as a part of magnetic bearing system is evaluated.