Rotor dynamics modelling of electrical machines
Sui, Ari (2025)
Diplomityö
2025
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2025061971956
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2025061971956
Tiivistelmä
The focus of master´s thesis was to research rotor dynamics and modelling of electrical machines. The rotor dynamics was inspected from general point of view as well as form electrical machines point of view. The aim of this master’s thesis was to produce information from rotor dynamics modelling in Ansys and to compare the reliability of the results from the experimental test setup.
The development of the finite element method (FEM) model of the rotor-bearing assembly (electrical machine) and its modal analysis are carried out with Ansys mechanical. The results from Ansys were than compared to the nominal frequency measurements conducted on the electrical machine. Instructions are also created for FEM-modelling from rotor dynamics perspective utilizing Ansys to support the Ansys users.
To match the natural frequencies of the developed FEM-model with the electrical machine, the physical parameters such as density and Youngs modulus of elasticity of the rotor lamination are adjusted. Critical speed map was created and plotted from simulation to create an interface between the simulation and real world. Tässä diplomityössä keskityttiin tutkimaan sähkökoneen roottoridynamiikkaa ja sen mallintamista. Roottoridynamiikkaa tarkasteltiin sekä yleisestä, että sähkökoneen näkökulmasta. Diplomityön tavoite oli tuottaa tietoa roottoridynamiikan mallintamisesta Ansyksellä ja vertailla tuloksien luotettavuutta kokeelliseen järjestelyyn.
Diplomityössä tehtävän roottori -laakeri FEM-mallin kokoonpano ja moodianalyysi suoritettiin Ansys mechanical- ohjelmalla. Ohjelmasta saatuja tuloksia verrattiin tässä diplomityössä sähkökoneelle suoritettuun ominaistaajuus analyysin. Roottoridynamiikan FEM-mallinnuksesta Ansyksellä laadittiin ohje Ansys käyttäjien tueksi.
Jotta sähkökoneen FEM-mallin tulokset saatiin vastaamaan ominaistaajuus analyysin tuloksia, piti mallin fyysisiä parametrejä kuten tiheyden ja kimmomoduulin arvoja säätää roottorin laminoinnille. Simulaatiosta tehtiin kartta kriittisistä nopeuksista, jotta pystyttiin luomaan yhteys simulaatiosta todelliseen maailmaan.
The development of the finite element method (FEM) model of the rotor-bearing assembly (electrical machine) and its modal analysis are carried out with Ansys mechanical. The results from Ansys were than compared to the nominal frequency measurements conducted on the electrical machine. Instructions are also created for FEM-modelling from rotor dynamics perspective utilizing Ansys to support the Ansys users.
To match the natural frequencies of the developed FEM-model with the electrical machine, the physical parameters such as density and Youngs modulus of elasticity of the rotor lamination are adjusted. Critical speed map was created and plotted from simulation to create an interface between the simulation and real world.
Diplomityössä tehtävän roottori -laakeri FEM-mallin kokoonpano ja moodianalyysi suoritettiin Ansys mechanical- ohjelmalla. Ohjelmasta saatuja tuloksia verrattiin tässä diplomityössä sähkökoneelle suoritettuun ominaistaajuus analyysin. Roottoridynamiikan FEM-mallinnuksesta Ansyksellä laadittiin ohje Ansys käyttäjien tueksi.
Jotta sähkökoneen FEM-mallin tulokset saatiin vastaamaan ominaistaajuus analyysin tuloksia, piti mallin fyysisiä parametrejä kuten tiheyden ja kimmomoduulin arvoja säätää roottorin laminoinnille. Simulaatiosta tehtiin kartta kriittisistä nopeuksista, jotta pystyttiin luomaan yhteys simulaatiosta todelliseen maailmaan.