High-Speed Solid-Rotor Induction Machine – Electromagnetic Calculation and Design

Within the latest decade high-speed motor technology has been increasingly commonly applied within the range of medium and large power. More particularly, applications like such involved with gas movement and compression seem to be the most important area in which high-speed machines are used. In manufacturing the induction motor rotor core of one single piece of steel it is possible to achieve an extremely rigid rotor construction for the high-speed motor. In a mechanical sense, the solid rotor may be the best possible rotor construction. Unfortunately, the electromagnetic properties of a solid rotor are poorer than the properties of the traditional laminated rotor of an induction motor. This thesis analyses methods for improving the electromagnetic properties of a solid-rotor induction machine. The slip of the solid rotor is reduced notably if the solid rotor is axially slitted. The slitting patterns of the solid rotor are examined. It is shown how the slitting parameters affect the produced torque. Methods for decreasing the harmonic eddy currents on the surface of the rotor are also examined. The motivation for this is to improve the efficiency of the motor to reach the efficiency standard of a laminated rotor induction motor. To carry out these research tasks the finite element analysis is used. An analytical calculation of solid rotors based on the multi-layer transfer-matrix method is developed especially for the calculation of axially slitted solid rotors equipped with wellconducting end rings. The calculation results are verified by using the finite element analysis and laboratory measurements. The prototype motors of 250 – 300 kW and 140 Hz were tested to verify the results. Utilization factor data are given for several other prototypes the largest of which delivers 1000 kW at 12000 min-1.

Suurnopeuskameran käyttö kiintoaineen palamisprosessin tutkimisessa

Suurnopeuskameroiden kehitys ja niiden käytön yleistyminen on tuonut teknologian helposti saataville. Suurnopeuskameroita on eri hintaluokissa moniin eri käyttötarkoituksiin. Suurnopeuskameran käyttö tarjoaa tutkimuksen tekemisessä useita hyötyjä. Kuvaaminen itsessään ei yleensä häiritse kuvattavaa prosessia, sekä suurnopeuskameralla saadaan kuvattua erittäin nopeitakin reaktioita ja tapahtumia. Haittoihin lukeutuu tulosten analysoinnin työläys ja tallennustilan optimointi. Kuvattavaa prosessia analysoitaessa täytyy ottaa huomioon, kuinka pitkään täytyy kuvata, kuinka suurella resoluutiolla sekä kuinka monta kuvaa sekunnissa tarvitaan. Tallennustilan optimoinnissa nämä kolme asiaa toimivat parametreina. Suurnopeuskameran käyttöä tutkitaan tekemällä tutkimus jäännöshiilen palamisesta. Työssä tutkitaan muodon ja lämpötilan vaikutusta jäännöshiilen palamiseen. Tulokset saadaan videoista Matlab-sovelluksen avulla. Videot muokataan binääriseen muotoon ja ne analysoidaan kuva kuvalta. Koon kehityksestä piirretään kuvaajat Excelillä. Korkeammissa lämpötiloissa kappaleet paloivat nopeammin. Myös muodon suhteellinen vaikutus palamisnopeuteen näytti tulosten valossa olevan suurempi korkeammissa lämpötiloissa.