Vaasan yliopiston opinnäytteet

Teknillinen tiedekunta, 2013

Vesti, Jussi

Kupariroottorin käyttö korkean hyötysuhteen oikosulkumoottorissa

Ohjaaja/Valvoja (DI):
TkT Jouni Ikäheimo / Prof. Timo Vekara
Tutkinto:
Diplomi-insinööri
Pääaine:
Sähkötekniikka
Koulutusohjelma:
Sähkö- ja energiatekniikan koulutusohjelma (DI)
Tutkielman kieli:
Suomi
Sivumäärä:
83
Pyrkimys saavuttaa tämän hetken korkein IEC-hyötysuhdeluokka IE4 on osoittautunut haastavaksi etenkin pienissä oikosulkumoottoreissa. Oikosulkumoottorin tulisi täyttää asetetut korkeat hyötysuhdevaatimukset mahdollisimman kilpailukykyisellä rakenteella. Yhtenä merkittävänä parannuksena nähdään tässä työssä tutkittu kupariroottorin hyödyntäminen. Tyypillisesti roottorin käämitysmateriaalina käytetyn alumiinin korvaaminen kuparilla laskee roottorin virtalämpöhäviöitä ja parantaa täten hyötysuhdetta. Kuparin käyttö vaikuttaa kuitenkin myös moottorin muihin suoritusominaisuuksiin ja vaatii roottoriuramuodon optimointia kuparille sopivaksi.

Työn tarkoituksena on perehtyä kupariroottorin hyödyntämiseen korkean hyötysuhteen oikosulkumoottorissa julkaistujen tutkimusten, simulointien ja prototyyppimoottorin kautta. Simulointeja varten valittiin kolme kupariroottorin käytölle potentiaalista moottoria runkokooltaan 90, 132 ja 200. Simuloinneissa moottoreiden roottorikäämitys vaihdettiin kupariin ja moottoreille suoritettiin uramuodon optimointi Adept-ohjelmiston Optimizer-työkalun avulla. Optimoidulla uramuodolla pyritään saavuttamaan mahdollisimman hyvät moottorin suoritusarvot säilyttäen samalla kuparin avulla saavutettu hyötysuhteen korotus.

Simuloiduista moottoreista prototyyppimoottoriksi valittiin runkokoon 90 oikosulkumoottori. Aikaa vievän ja haasteellisen painevalun vuoksi sen roottorin valmistus toteutettiin kuparitangoilla ja tankojen päihin juotetuilla oikosulkurenkailla.

Työn tuloksena saatiin selvitys kuparin potentiaalista hyötysuhteen parantamisessa. Kirjallisuus tutkimuksen ja simulointien perusteella kuparilla olisi mahdollista saavuttaa noin 1–2 %:n parannus hyötysuhteeseen. Optimizer-työkalun avulla saatiin ehdotukset kolmen eri moottorin kupariroottorien uramuodoille. Lisäksi rakennetun prototyypin avulla saatiin arvokasta käytännön kokemusta kupariroottorin käytöstä tulevaisuuden jatkotutkimuksia varten.
Avainsanat:
Painevalukupariroottori, oikosulkumoottori, hyötysuhde, painevalaminen
© Tritonia 2014-2019