Matalajännitteisen muotokuparitahtikoneen laskentalogiikan kehittäminen

Abstract

Insinöörityössä kehitettiin laskentalogiikkaa ABB:n matalajännitteisten muotokuparitahtikoneiden mitoittamista varten. Tavoitteena oli löytää tapa, jolla sähkölaskenta voitaisiin toteuttaa automaattisesti mitoituksessa. Nykyisellään käytössä oleva laskentalogiikka on suunniteltu korkeajännitteisiä koneita silmällä pitäen, joten se ei täysin sovellu matalajännitteisten koneiden mitoitukseen.

ABB:n valmistamat muotokuparitahtikoneet ovat suurimmaksi osaksi olleet korkeajännitteisiä, joten matalajännitteisten osalta ei ole ollut suurta tarvetta automaattiselle mitoitukselle, koska yksittäiset tapaukset on voitu mitoittaa käsin. Mikäli matalajännitteisiä muotokuparitahtikoneita halutaan alkaa valmistamaan suurempia määriä, niiden mitoittamiselle on pitänyt kehittää uusi laskentalogiikka, jonka pohjalta voidaan kehittää automaattista mitoitusohjelmaa.

Kehitystyö aloitettiin perehtymällä nykyiseen laskentalogiikkaan ja sen yhtälöihin. Tämän jälkeen logiikkaa tutkittiin hyödyntämällä manuaalista mitoitusohjelmaa, jolla mitoitettiin erilaisia muotokuparitahtikoneita eri jännite- ja tehokokoluokissa. Tätä kautta alettiin ymmärtämään matalajännitteisten koneiden mitoitukseen liittyviä ongelmia. Yhdeksi merkittäväksi ongelmaksi havaittiin staattorikäämityksen tehollisten johdinkierrosten vähäinen lukumäärä, joka teki mitoituksesta kankeaa, koska vanha logiikka perustui niiden muuttamiseen.

Lopputuloksena syntyi staattoriurien muuttamiseen perustuva uusi laskentalogiikka, joka on periaatteessa jatke vanhaan logiikkaan. Se voidaan ohjelmoida mitoitusohjelmaan, jolloin matalajännitteisten koneiden mitoituksesta tulee nopeampaa. Mikäli matalajännitteisten koneiden valmistusmääriä kasvatetaan tulevaisuudessa, on niiden automaattiselle mitoitukselle olemassa nyt laskentalogiikka, joka voidaan ottaa käyttöön.

In this bachelor’s study, calculation logic was developed for dimensioning ABB’s low voltage form wound synchronous machines. The goal was to find a way in which electric calculation could be done automatically during dimensioning. The calculation logic that’s in use currently has been designed for high voltage machines, so it doesn’t completely work when dimensioning low voltage machines.

Form wound machines, which are produced by ABB, have mostly been high voltage. There hasn’t been a high demand for an automatic low voltage dimensioning, because it has been possible to dimension individual cases manually. If the production rate for low voltage form wound machines will be increased, a new calculation logic for their dimensioning would be required to be developed. From that an automatic dimensioning program could be developed further.

The development was started by studying the current calculation logic and its formulas. After this a manual dimensioning program was used to study the logic further by dimensioning different form wound machines with different voltage and power values. This way an understanding of the problems with the dimensioning of low voltage machines started to form. One significant problem was observed to be the low number of the effective conductor turns in stator winding, which caused the dimensioning to be not very flexible. This is because the old logic was based on changing the turns.

The end result is a new logic which is based on changing stator slots. The logic is basically a continuation to the old calculation logic and it can be programmed into a dimensioning program, which will make the dimensioning of low voltage machines faster. If the production quantity of low voltage machines is increased in the future, there is now a calculation logic for automatic dimensioning that can be used.