Epäkeskisyyden aiheuttama magneettisten voimien epätasapaino aktiivimagneettilaakeroidussa sähkökoneessa

Abstract

Magneettisten voimien epätasapaino eli Unbalanced Magnetic Pull, lyhyemmin UMP, johtuu magneettikentän epätasaisesta jakautumisesta ilmavälissä. Tämä työ käsittelee sähkökoneen epäkeskisyyttä sekä miten UMP voidaan mallintaa ja laskea. Työn tavoitteena on luoda aktiivimagneettilaakeroidulle induktiomoottorille UMP simulointimalli, joka laskee epäkeskisyyden aiheuttaman UMP:n roottorin x- ja y-suuntaisten paikanmittausten perusteella. Malli luodaan Matlab Simulink-ohjelmalla ja käyttämällä työn teoriaosuudessa esiteltyjä yhtälöitä. Laskentaa helpotetaan käyttämällä tiettyjä oletuksia. UMP simulointimalli lisätään LUT-yliopiston aktiivimagneettilaakeroidun induktiomoottorin roottorimalliin, jonka jälkeen suoritetaan simulointeja UMP vaikutuksien havainnoimiseksi.

Simuloinneista havaitaan, että aktiivimagneettilaakerit pitävät roottorin epäkeskisyyden pienenä, jonka ansiosta myös UMP pysyy pienenä. Kun roottorille lisätään epätasapainoa, roottorin epäkeskisyys ja UMP kasvavat. UMP simulointimallia tulisi kehittää tarkemmaksi niin, että se ottaisi huomioon sähkömoottorin rakenteen ja magneettisen saturaation.

Unbalanced Magnetic Pull (UMP) is caused by an uneven distribution of the magnetic field in the air gap. This study addresses the eccentricity of an electric machine and how UMP can be modelled and calculated. The goal of this thesis is to create a UMP simulation model for an active magnetic bearing induction motor that calculates the UMP caused by eccentricity based on rotor position measurements in the x- and y-directions. The model is created using Matlab Simulink and by applying the equations introduced in the theoretical part of the thesis. The calculations are simplified by making certain assumptions. The UMP simulation model is integrated into the rotor model of an active magnetic bearing induction motor which is given by LUT University after which simulations are performed to observe the effects of UMP.

The simulations reveal that the active magnetic bearings keep the rotor’s eccentricity small, which in turn keeps the UMP low. When imbalance is added to the rotor, both eccentricity and UMP increase. The UMP simulation model should be further refined to account for the structure of the electric motor and magnetic saturation.