Komplexní analýza modálních vlastností elektrických strojů točivých

Abstract

Tato disertační práce se zabývá problematikou výpočtového modelování dynamické odezvy struktury točivého elektrického stroje na působení magnetických sil. Kromě dynamické odezvy ideálně symetrického stroje je v práci také zkoumán vliv nesymetrie vzduchové mezery na dynamickou odezvu stroje. Uvažován je základní typ nesymetrie vzduchové mezery způsobený excentrickým uložením rotorového svazku na hřídeli rotoru. V první části práce je proveden výpočet závislosti magnetických sil, na čase a velikosti nesymetrie vzduchové mezery. K tomuto účelu je použit výpočtový model magnetického pole točivého elektrického stroje založený na řešení sdružené elektromagnetické úlohy metodou konečných prvků. Druhá část práce se zabývá analýzou vlivu magnetického tahu a tuhosti vybraných částí stroje na modální vlastnosti řešeného stroje. V třetí části práce je proveden výpočet dynamické odezvy stroje při ustáleném chodu a posouzen vliv vyosení rotorového svazku na dynamickou odezvu stroje. Provedené výpočty ukázaly, že tečné složky magnetických sil, které působí na statorový svazek, vybudí významné torzní vibrace statoru stroje. Kromě vibrací statoru stroje je v práci zkoumán vliv vyosení rotorového svazku na akustický výkon stroje, vibrace rotoru, zatížení ložisek a nesymetrii vzduchové mezery.

This dissertation thesis deals with the computational modelling of the dynamic response of the rotating electrical machine structure on the application of the magnetic forces. Apart from the dynamic response of the ideal symmetrical machine, the influence of the air gap eccentricity on the dynamics response is studied in this work. A basic type of the air gap eccentricity, which is caused by eccentric mounting of the rotor pack on the shaft of the rotor, is considered. The calculations the dependence of the magnetic forces on the time and a misalignment of the rotor pack are performed as first. The computational model of the magnetic field of the rotating electrical machine, which is based on solution of the electromagnetic coupled field analysis by finite element method, is used for this purpose. An analysis of the influence of the unbalanced magnetic pull and the stiffness of some parts of the machine on the modal properties of the machine is performed in the second part of this thesis. A third part of this thesis is focused on the calculation of the dynamic response of the machine during the steady state operation of the machine and the influence of the rotor pack misalignment on the dynamic response is studied. The obtained results showed that the tangential components of the magnetic forces, which act on the stator pack, excite significant torsional vibration of the stator. Besides the vibration of the stator of the machine, the influence of the rotor pack misalignment on the sound power of the machine, vibration of the rotor, loads of rotor bearings and air gap eccentricity is studied in this thesis.