Erään radiaalivuokestomagneettitahtigeneraattorin roottorin demagnetoituminen
Vieri, Maria Johanna (2019-11-20)
20.11.2019
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019112644265
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019112644265
Tiivistelmä
Radial-flux permanent magnet synchronous machine has been developed especially for the demands of paper industry, which requires high torque in a slow rotation speed applications. Permanent magnet materials has been developed rapidly in last decades and use of permanent magnetic technology in different application has expanded for example to high speed wind plants. Rotor of radial-flux permanent magnet synchronous machine has manufactured a permanent magnets. Permanent magnets have a strong magnetic field and
sequently power factor and efficiency are higher compared to a externally magnetized machines with a traditional induction rotor.
The purpose of this thesis is to study the phenomenon of rotor demagnetization in a high speed permanent magnet synchronous generator prototype, and investigate the reasons which caused the demagnetization of rotor. Research of prototype was done to simulate a different power-frequency combinations by using calculation program based on element method. By analyzing the simulation results as well as the measured test results, attempt was made to determine the limit value of permanent magnet in a power loss densities and power losses. Especially the amount of eddy current losses were observed in the simulations of prototype. Eddy current losses are frequency dependent and it was assumed the high eddy current losses were the main reason for the rotor demagnetization. Demagnetazion of rotor was observed as an increase in current and a power factor collapse during testing.
The topic of thesis was also to increase a practical understanding the BH curve of permanent magnet materials. Demagnetization can be predicted by comparing the flux of permanent magnets at different simulation points to the BH curve produced by the permanent magnet manufacturer.
As a result of this thesis confirmed in the engineering of permanent magnet synchronous generator must be understood the characteristics of magnetic material, influence of temperature and frequency to permanent magnets to avoid a demagnetizing of rotor. Radiaalivuotyyppinen kestomagneettitahtikone on kehitetty paperiteollisuuden vaatimuksiin, joissa tarvitaan isoa vääntömomenttia ja hidasta pyörimisnopeutta. Kestomagneettiteknologian kehityksen myötä kestomagneettitahtikoneiden käyttö on laajennut mm. tuulivoimaloihin, joissa pyörimisnopeudet ovat isoja. Kestomagneettitahtikoneen roottorissa sijaitsevat kestomagneetit muodostavat magneettivuon ilman ulkoista magnetointia. Kestomagneettien ansiosta häviöt roottorissa vähenevät huomattavasti verrattuna vierasmagnetoituun tahtikoneeseen. Korkea tehokerroin ja hyötysuhde ovat ominaista kestomagneettitahtikoneelle.
Diplomityön tutkimuskohteena oli nopean kestomagneettitahtigeneraattorin prototyyppi, jonka roottori oli menettänyt magneettisuutensa eli demagnetoisoitunut. Työn tavoitteena oli selvittää tekijät, mitkä aiheuttivat roottorin demagnetisoitumisen. Tutkimuksessa simuloitiin eri teho-taajuus-yhdistelmiä elementtimenetelmällä. Analysoimalla simulointituloksia sekä mitattuja testituloksia yritetiin määrittää empiirisesti sallittua raja-arvoa kestomagneettien häviöille ja häviötiheydelle. Pääpaino tutkimuksessa oli kestomagneettien pyörrevirtahäviöissä, jotka ovat riippuvaisia taajuudesta. Oletuksena oli, että juuri pyörrevirtahäviöt aiheuttivat roottorin demagnetisoitumisen. Kestomagneettitahtigeneraattoriprototyypin testituloksia analysoimalla huomattiin roottorin demagnetisoituminen virran kasvuna sekä tehokertoimen romahtamisena.
Työn tavoitteena oli myös lisätä käytännön ymmärrystä kestomagneettien BH-käyrän tulkintaan. Demagnetisoitumista voidaan ennakoida vertailemalla kestomagneettien vuontiheyksiä eri simulointipisteissä kestomagneettivalmistajan tuottamaan BH-käyrään.
Työn tuloksena vahvistui käsitys, että kestomagneettitahtikoneen suunnittelussa on ymmärrettävä häviöiden, lämpötilan ja taajuuden vaikutus kestomagneettimateriaaliin, jotta vältyttäisiin kestomagneettien demagnetisoitumiselta roottorissa.
sequently power factor and efficiency are higher compared to a externally magnetized machines with a traditional induction rotor.
The purpose of this thesis is to study the phenomenon of rotor demagnetization in a high speed permanent magnet synchronous generator prototype, and investigate the reasons which caused the demagnetization of rotor. Research of prototype was done to simulate a different power-frequency combinations by using calculation program based on element method. By analyzing the simulation results as well as the measured test results, attempt was made to determine the limit value of permanent magnet in a power loss densities and power losses. Especially the amount of eddy current losses were observed in the simulations of prototype. Eddy current losses are frequency dependent and it was assumed the high eddy current losses were the main reason for the rotor demagnetization. Demagnetazion of rotor was observed as an increase in current and a power factor collapse during testing.
The topic of thesis was also to increase a practical understanding the BH curve of permanent magnet materials. Demagnetization can be predicted by comparing the flux of permanent magnets at different simulation points to the BH curve produced by the permanent magnet manufacturer.
As a result of this thesis confirmed in the engineering of permanent magnet synchronous generator must be understood the characteristics of magnetic material, influence of temperature and frequency to permanent magnets to avoid a demagnetizing of rotor.
Diplomityön tutkimuskohteena oli nopean kestomagneettitahtigeneraattorin prototyyppi, jonka roottori oli menettänyt magneettisuutensa eli demagnetoisoitunut. Työn tavoitteena oli selvittää tekijät, mitkä aiheuttivat roottorin demagnetisoitumisen. Tutkimuksessa simuloitiin eri teho-taajuus-yhdistelmiä elementtimenetelmällä. Analysoimalla simulointituloksia sekä mitattuja testituloksia yritetiin määrittää empiirisesti sallittua raja-arvoa kestomagneettien häviöille ja häviötiheydelle. Pääpaino tutkimuksessa oli kestomagneettien pyörrevirtahäviöissä, jotka ovat riippuvaisia taajuudesta. Oletuksena oli, että juuri pyörrevirtahäviöt aiheuttivat roottorin demagnetisoitumisen. Kestomagneettitahtigeneraattoriprototyypin testituloksia analysoimalla huomattiin roottorin demagnetisoituminen virran kasvuna sekä tehokertoimen romahtamisena.
Työn tavoitteena oli myös lisätä käytännön ymmärrystä kestomagneettien BH-käyrän tulkintaan. Demagnetisoitumista voidaan ennakoida vertailemalla kestomagneettien vuontiheyksiä eri simulointipisteissä kestomagneettivalmistajan tuottamaan BH-käyrään.
Työn tuloksena vahvistui käsitys, että kestomagneettitahtikoneen suunnittelussa on ymmärrettävä häviöiden, lämpötilan ja taajuuden vaikutus kestomagneettimateriaaliin, jotta vältyttäisiin kestomagneettien demagnetisoitumiselta roottorissa.