Weight reduction of a frequency converter's cabinet through structural design

Abstract

Tässä työssä pyritään löytämään kevytrakenteisia ratkaisuja, joilla saadaan kevennettyä suuritehoisen kaapitetun taajuusmuuttajan kokonaispainoa. Työssä selvitetään aluksi taajuusmuuttajan yleinen sähköinen toiminta, joka sittemmin yhdistetään koko rakenteen käyttötarkoitukseen. Edellisen pohjalta selvitetään rakenteen osa-alueet, jotka soveltuvat painon vähentämiseen mekaanisen suunnittelun kannalta. Parhaaksi vaihtoehdoksi saadaan tällöin taajuusmuuttajan runkorakenne.

Rajauksen jälkeen listataan standardit, jotka asettavat vaatimuksia runkorakenteelle. Näiden pohjalta suunnitellaan kevyempi runkorakenne ottaen huomioon myös laitteen kokoonpanoystävällisyys sekä hinta. Suunnittelussa annetaan kolme eri vaihtoehtoa, joilla keventäminen on mahdollista. Kyseisiä vaihtoehtoja tutkitaan kriittisesti, mikä johtaa kahden rakenteen hylkäämiseen. Työssä päädytään käyttämään teräskennorakenteista runkorakennetta, jonka ytimenä käytetään v-kennoa. Koska rakenteen teoreettinen tutkiminen tehdään FEM-ohjelmistolla, käydään läpi myös käytetyn ohjelmiston perustoiminnot sekä laskukaavat.

Ohjelmiston esittelyn jälkeen verrataan teoreettisesti teräskennorakennetta nykyiseen runkopalkkirakenteeseen. Vertailussa käytettäviä kriteereitä ovat jäykkyys, paino, hinta, ominaistaajuudet muotoineen sekä dynaaminen vaste. Vertailua suoritettaessa, ongelmaksi muodostui tietokoneen rajallinen kapasiteetti, joten ominaistaajuudet ja -muodot sekä dynaaminen vaste jouduttiin selvittämään kokeellisesti.

Vertailtaessa kokeellisesti saatuja tuloksia teoreettisesti saavutettujen kanssa nähdään selvästi, että teräskennorakenne on huomattavasti kevyempi, jäykempi sekä lähestulkoon samanhintainen kuin runkopalkkirakenne. Tämä näkyy ominaistaajuuksien vertailutuloksissa sekä dynaamisen vasteen huipusta huippuun siirtymäarvoissa. Tuloksiin perustuen rakennetta suositellaan käytettäväksi taajuusmuuttajan kuormaa kantavana rakenteena. Lisäksi työssä esitetään muutama jatkotutkimusehdotus rakenteelle.