Oikosulkurenkaan pituuden vaikutus suurnopeusmoottorin suoritusarvoihin

Abstract

Lähtökohtana oli tutkia elementtimenetelmän avulla suurnopeusmoottorin oikosulkurenkaiden pituuden vaikutusta moottorin ominaisuuksiin. Työn kohteena oli 20 kW:n massiiviroottorinen suurnopeusmoottori, jonka nimellisnopeus on 50 krpm ja jota käytetään asiakkaan pakokaasujen kierrätysjärjestelmässä. Elementtimenetelmään perustuvilla laskelmilla moottorin tehokerrointa, roottorin pyörrevirtojen aiheuttamia virtalämpöhäviöitä eli Joule-häviöitä ja hyötysuhdetta vertaillaan oikosulkurenkaiden pituuksilla 0, 10, 20, 30, 40 ja 50 mm.

Suurnopeusmoottorissa tavanomaisen häkkikäämiroottorin tilalle on vaihdettu yhtenäisestä materiaalista valmistettu massiiviroottori suuren pyörimisnopeuden ja termisen rasituksienkestokyvyn vuoksi. Roottorin rakenteisiin on monia toteutustapoja ja ratkaisuja, mutta tässä työssä keskityttiin lopulta tutkimaan 2 mm:n kuparikerroksella päällystetyn teräsroottorin sisältävän moottorin ominaisuuksia. Koska häviöt ja niiden hallinta on olennainen osa tehokkaan suurnopeusmoottorin suunnittelua, työn teoriaosuudessa käydään läpi moottorin teknisten ratkaisujen vaikutukset moottorissa syntyviin häviöihin. Lisäksi diplomityö sisältää lyhyen elementtimenetelmän esittelyosuuden.

Simulointien perusteella voitiin todeta, että oikosulkurengas on tarpeellinen massiiviroottorissa. Ilman oikosulkurengasta moottorin sähköiset arvot ja teho olivat huonoimmat verrattuna kaikkiin muihin simuloituihin rakenteisiin. Simulointien perusteella sopiva oikosulkurenkaan pituus on 10 mm tai 20 mm. Mitä lyhyempi oikosulkurengas on, sitä korkeammalle se nostaa roottorin kriittistä taajuutta, mikä mahdollistaa moottorin ajamisen korkeammalla pyörimisnopeudella. Tästä on etua kompressorisovelluksissa, missä ahdinpyörän hyötysuhde paranee nopeuden kasvaessa.