Návrh metodiky k výpočtu modálních vlastností kostry se statorem u 2-pólového asynchronního elektromotoru

Abstract

Cílem diplomové práce je navržení výpočetní metodiky pro modální analýzu sestavy kostry se statorovým svazkem a vinutím u asynchronního elektromotoru. V úvodu práce je popsán princip činnosti, konstrukční uspořádání a postup výroby třífázového asynchronního elektromotoru. Na základě provedené literární rešerše jsou představeny přístupy k tvorbě výpočetního modelu kostry, statorových plechů a vinutí. Dále jsou prezentovány dvě testovací úlohy realizované v programovém systému ANSYS. První úloha se zabývá zahrnutím kontaktu do modální analýzy. V druhé úloze je testován vliv nastavení kontaktních algoritmů na předepjatou modální analýzu šroubového spoje. V praktické části práce byly v programovém systému ANSYS sestaveny výpočtové modely kostry, statorových plechů, vinutí a statorového svazku s vinutím nalisovaného do kostry. Vypočítané modální vlastnosti jsou srovnány s modálními vlastnostmi získanými z měření na dvou elektromotorech od společnosti Siemens, s.r.o. Ve výpočtových modelech je zkoumán vliv materiálových parametrů a výrobních operací elektromotoru na vlastní frekvence. Mezi výrobní operace patří například laminace plechů, stažení svazku a nalisování svazku do kostry. Na základě dosažených výpočetních a experimentálních výsledků byla navržena výpočetní metodika.

The main goal of the diploma thesis is to propose a computational methodology for modal analysis of the enclosure assembly with a stator stack and windings of an asynchronous electric motor. The introductory of this work describes working principles, design and a manufacturing of a three-phase asynchronous electric motor. Based on the literature search, approaches to the creation of a computational model of the enclosure, stator sheets and windings are presented. Furthermore, two test examples implemented in ANSYS software are presented. The first test example deals with the inclusion of contacts in the modal analysis. In the second test example, the influence of contact algorithm settings on a pre-stressed modal analysis of a bolted joint is tested. In the practical part, the computational model of the enclosure, stator sheets, windings and the enclosure with pressed stator stack with windings were created in ANSYS software. The calculated modal properties are compared with the modal properties obtained from measurements on two electric motors from the company Siemens. The influence of material parameters and electric motor production operations on natural frequencies is investigated in computational models. These manufacturing operations include, for example, stator sheet lamination and packing and pressing of stator stack into the enclosure. Based on the achieved computational and experimental results, a computational methodology was proposed.