Mechanical design and dynamic analysis of drum wound stator
Kurvi, Joona (2022)
Diplomityö
2022
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022042731021
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022042731021
Tiivistelmä
Electric machines are constantly developing in the wide area of industries. New ideas and innovations are investigated to find more advanced solutions. This thesis focuses on one of the rarer cases of drum wound machine. The aim of this study was to find a functional solution for fastening stator to a frame of the machine in a way that it allows cooling and pathways for windings on the outer body of the stator.
The design process was step-by-step process of developing new design aspects to the fastening solution based on the knowledge obtained. The literature reviewing and consulting experts led to a functional end solution which took into account the necessary design elements for the machine as well as the electromechanical aspects. This design was taken into dynamical testing to test the side-by-side performance with the conventional machine to get an idea of the behavior in different structural frequencies.
Finite element analysis gave a good indication that the designed structure could work in the real-world environment. However, it would need the manufacturing of the machine in real life and further experimental testing since the modal analysis alone does not give the absolute truth. To further study the frequencies gathered from finite element method should be analysed with the harmonic responses. This would give the most critical frequencies for the structure which should be avoided in end design of the machine. Sähkökoneet kehittyvät jatkuvasti laajasti monilla teollisuuden aloilla. Uusia ideoita ja innovaatioita etsitään kehittyneiden ratkaisujen toivossa. Tämä diplomityö keskittyy harvinaisempaan rumpukäämittyyn koneeseen. Työn tarkoitus on kehittää toimiva kiinnitysratkaisu staattorin kiinnittämiselle runkoon, sillä tavoin, että se mahdollistaa jäähdytyksen ja käämien kierron staattorin ulkopinnalla.
Suunnitteluprosessi eteni askel kerrallaan sitä myötä, kun uusia asioita mallin ominaisuuksiin liittyen tuli julki kiinnitysmenetelmään liittyen. Kirjallisuuskatsauksen ja asiantuntijoiden lausunnot johtivat lopulta toimivaan ratkaisuun, joka otti huomioon tarpeelliset suunnittelu elementit ja sähkömekaaniset näkökannat. Valmistunut malli laitettiin dynaamiseen testaukseen ja sitä verrattiin rinnakkain perinteisen koneen vierellä, jotta saatiin idea sen käytöksestä eri rakenteellisilla taajuuksilla.
Elementtimenetelmän perusteella voitiin tulkita, että suunniteltu ratkaisu olisi toiminnallinen oikeassa elämässä. Koneesta täytyisi kuitenkin valmistaa oikea prototyyppi, jolle tehdä kokeellisia testejä tulosten validoimiseksi, sillä moodianalyysi itsessään ei kerro absoluuttista totuutta. Saatuja taajuuksia tulisi tulevaisuudessa tarkastella harmonisien taajuuksien kanssa, jotta selviää mitkä taajuudet ovat kriittisiä ja tulisi välttää lopullista koneen mallin suunnittelua tehtäessä.
The design process was step-by-step process of developing new design aspects to the fastening solution based on the knowledge obtained. The literature reviewing and consulting experts led to a functional end solution which took into account the necessary design elements for the machine as well as the electromechanical aspects. This design was taken into dynamical testing to test the side-by-side performance with the conventional machine to get an idea of the behavior in different structural frequencies.
Finite element analysis gave a good indication that the designed structure could work in the real-world environment. However, it would need the manufacturing of the machine in real life and further experimental testing since the modal analysis alone does not give the absolute truth. To further study the frequencies gathered from finite element method should be analysed with the harmonic responses. This would give the most critical frequencies for the structure which should be avoided in end design of the machine.
Suunnitteluprosessi eteni askel kerrallaan sitä myötä, kun uusia asioita mallin ominaisuuksiin liittyen tuli julki kiinnitysmenetelmään liittyen. Kirjallisuuskatsauksen ja asiantuntijoiden lausunnot johtivat lopulta toimivaan ratkaisuun, joka otti huomioon tarpeelliset suunnittelu elementit ja sähkömekaaniset näkökannat. Valmistunut malli laitettiin dynaamiseen testaukseen ja sitä verrattiin rinnakkain perinteisen koneen vierellä, jotta saatiin idea sen käytöksestä eri rakenteellisilla taajuuksilla.
Elementtimenetelmän perusteella voitiin tulkita, että suunniteltu ratkaisu olisi toiminnallinen oikeassa elämässä. Koneesta täytyisi kuitenkin valmistaa oikea prototyyppi, jolle tehdä kokeellisia testejä tulosten validoimiseksi, sillä moodianalyysi itsessään ei kerro absoluuttista totuutta. Saatuja taajuuksia tulisi tulevaisuudessa tarkastella harmonisien taajuuksien kanssa, jotta selviää mitkä taajuudet ovat kriittisiä ja tulisi välttää lopullista koneen mallin suunnittelua tehtäessä.