An Anisotropic Model of a Synchronous Machine with a Rotor Made of Grain-oriented Electrical Steel
No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Author
Date
2020-08-17
Department
Major/Subject
Electrical Power and Energy Engineering
Mcode
ELEC3024
Degree programme
AEE - Master’s Programme in Automation and Electrical Engineering (TS2013)
Language
en
Pages
41+7
Series
Abstract
Salient pole synchronous machines are widely used in the industry, which is why there is a desire to continuously improve their efficiency. The electrical steel sheets used in the construction of the synchronous machines have a significant influence on the operating characteristics of the machine. All electrical steel sheets, especially grain-oriented electrical steel sheets, represent anisotropic behavior. The anisotropy has major effect on the magnetic properties of the electrical steel sheets depending on the direction of magnetization. This thesis determines the effects of grain-oriented electrical steel sheets in the rotor of a salient pole synchronous machine. The effect of anisotropy in the pole shoe of a salient pole machine is studied with the material model developed in the thesis. The developed material model is implemented into an in-house finite element program FCSMEK, which is used to analyze electrical machines. The effect of anisotropy is studied by simulating the operating characteristics of two salient pole synchronous machines. The results indicate that the shape of the pole shoes is not optimal for grain-oriented electrical steel sheets. The design of the pole shoe has been optimized for isotropic materials, and when the material of the pole shoe is changed into anisotropic material, the operating characteristics change significantly. Further research is needed in order to study the effect of anisotropy on the losses of the synchronous machines.Avonapaisia tahtikoneita käytetään laajalti teollisuudessa, jonka vuoksi niiden hyötysuhdetta halutaan jatkuvasti kehittää. Tahtikoneiden valmistuksessa käytettävillä sähkölevyillä on suuri vaikutus tahtikoneen toimintaan, ja kaikki sähkölevyt, eritoten kidesuunnatut sähkölevyt osoittavat anisotrooppista käyttäytymistä. Anisotropialla on suuri vaikutus sähkölevyn magneettisiin ominaisuuksiin, sillä sen magneettiset ominaisuudet ovat riippuvaisia magnetoinnin suunnasta. Tässä diplomityössä määritetään kidesuunnatun sähkölevyn vaikutus avonapaisen tahtikoneen roottorissa. Anisotropian vaikusta napakengässä tutkitaan työssä kehitetyn materiaalimallin avulla. Kehitetty materiaalimalli liitetään osaksi ABB:n käyttämää FCSMEK mallinnusohjelmistoa, jota käytetään sähkökoneiden analysointiin. Anisotropian vaikutusta tutkittiin simuloimalla kahta eri avonapaista tahtikonetta käyttäen roottorimateriaalina kidesuunnattua sähkölevyä. Diplomityön tulokset osoittavat, että avonapaisen tahtikoneen napakengän muoto ei ole ideaalinen kidesuunnatulle materiaalille. Napakengän muoto on optimoitu isotrooppiselle materiaalille, ja kun napakengän materiaali muutetaan anisotrooppiseksi, tahtikoneiden toimintapisteet muuttuvat huomattavasti. Lisätutkimuksia tarvitaan, jotta kidesuunnatun materiaalin vaikutukset tahtikoneen lopullisiin häviöihin voidaan selvittää.Description
Supervisor
Belahcen, AnouarThesis advisor
Martin, FloranJanhunen, Tuomas
Keywords
anisotropy, grain-oriented, finite, element, synchronous
