The dynamic performance analyses and tests for a 50kW turbo-generator (KIMM-TG50) were carried out. The operating concept of this machine is that it gets the initial driving force from the built-in motor-generator until it reaches its self-sustaining speed of 40,000 rpm, and then the driving mode is changed to self-operating mode by the combustor installed between the centrifugal compressor and the turbine. Due to winding mistake of motor-generator, the system could go only up to 22000 rpm by the motor so that high pressure air externally fed into the turbine was utilized to get the system to run up to 62,000 rpm thereafter. The vibration data collected during the tests revealed that the first bending critical speed is in near 5,600 rpm as predicted in the design stage of the rotor-bearing system, and that there were no other identifiable critical speeds up until 62,000 rpm due to high damping from the squeeze film damper-bearings supporting the rotor. This paper presented some of the experimental results along with dynamic performance predictions made in the design stage as a part of progress being made.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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제2권2호
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pp.159-164
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2013
Difficulty of torque measurements in high-speed permanent magnet (HSPM) motors has necessitated the development of improved torque calculations. Hence, this paper presents an analytical torque calculation of a high speed permanent magnet (HSPM) motor based on the power factor angle. On the basis of analytical magnetic field solutions, the equations for circuit parameters such as back-emf and synchronous inductance are derived analytically. All analytical results are validated extensively by non-linear finite element (FE) calculations and measurements. The internal angle (${\delta}$) between the back-emf and the phase current is calculated according to the rotor speed by using analytical circuit parameters and the measured power factor because this angle is not measured but estimated in case of sensorless drive of the HSPM motor, significantly affecting torque calculation. Finally, the validity of the torque analysis method proposed in this paper is confirmed, by showing that the torque calculated on the basis of the internal angle is in better agreement with the measurements.
Structure-borne noise and vibration is one of the main complaints of home appliances such as refrigerators, washing machines, air conditioners, etc. There have been many efforts to reduce the emitting noise and vibration. Mostly the efforts have been concentrated to optimize the mounts shape and its material properties realizing that the vibration power is mainly transmitted to the structure via mounts. It is known that softer mounts have the better vibration isolation effect. But mounts have another important function in addition to the vibration isolation. That is to support the motor and compressor safely. Thus mounts should be stiff enough to resist the supporting items. But the two properties, stiff and soft, are contradict each other. So the designer should compromise the two complicity properties properly in between. Noticing that, motors and compressors themselves are very quite until they are connected to the base structure via mounts, wire connecting idea was proposed in this work. Instead of using conventional mounts, as shown in Fig 4, compressor was mounted using six wires as shown in Fig 5. Since wire is very flexible in bending but stiff in tension, we can realize the ideal mount design requirements, stiff enough to support and soft enough to isolate vibration power. The suggesting idea was tested with an air conditioner outdoor unit.
Today, as the demands for home appliances are increasing, the understanding of noise and vibration characteristics have become more important. It is hard to control its vibration and noise characteristics, because its mechanical structure is very complex. In this study a model of reciprocating compressor is developed. Spring, frame, and LDT are modeled as flexible body, and the other parts are modeled as rigid. FEM model of frame is simplified in order to save the simulation time. We validated the simple model by comparing their natural frequencies and mode shapes. Motor torque is applied to a rotor, and the piston is subjected to a gas pressure. The vibrational characteristics of compressor is analyzed with LS-DYNA. Its results are compared with the simulation results of rigid body frame. The effect of LDT is also studied by comparing the vibration of frame with the results of simulation with no LDT.
본 논문은 수직 오리피스 이젝터의 혼합유동 및 산소전달 특성에 대한 실험적 연구를 목적으로 한다. 실험장치는 전동 모터-펌프, 오리피스 이젝터, 순환 수조, 공기압축기, 고속 카메라 시스템 그리고 제어 및 측정기기로 구성하였다. 측정된 구동유체 및 유입공기의 유량을 이용하여 유량비를 도출하였다. 이적터에서 분출된 혼합유동의 가시화를 통해 정성적 거동을 고찰하였으며, 용존산소 농도를 측정하여 총괄 산소전달계수를 도출하였다. 구동유체의 유량이 일정하고 압축기의 공기압이 높아지면 유량비와 산소전달계수는 증가하며, 압축기의 공기압이 일정하고 구동유체의 유량이 증가하면 유량비는 감소하지만 산소전달계수는 증가하였다. 기포의 크기에 따른 체류시간 및 확산도와 수직 혼합유동의 도달거리는 2 상의 접촉면적과 시간에 크게 영향을 미치기 때문에 산소전달율의 중요한 변수임을 유추할 수 있다.
In the Part I has been reported a rotordynamic analysis of the driving motor-bull gear rotor-bearing system of a turbo-chiller. In this study, Part II, a rotordynamic analysis is performed with the turbo-chiller compressor pinion-impeller rotor system supported on two fluid film bearings. The pinion-impeller rotor system is driven to a rated speed of 14,600 rpm through a speed-increasing pinion-bull gear. It is modeled utilizing the finite element method for analysis. As loadings on the bearings due to the gear action are significant in the system considered, each resultant bearing load is calculated statically by considering the generalized forces of the gear action as well as the rotor itself. The two support bearings, the generalized forces of the gear action as well as the rotor itself. The two support bearings, partial and 3-axial groove bearings, are designed to take their varying loads along with their varying load angles, and they are also analyzed to give their rotordynamic coefficients. Then, a complex rotordynamic analysis of the compressor pinion-impeller rotor-bearing system is carried out to evaluate its stability, whirl natural frequencies and mode shapes, and unbalance responses under various loading conditions. Results show that the bearings and entire rotor system are well designed regardless of operating conditions, i.e., loads and operating speeds.
본 연구의 목적은 EV 경상용차에 적용되는 히트펌프 시스템에 대한 냉방 성능 특성을 실험적으로 분석하는 것이다. EV 경상용차가 운전되는 냉방 운전조건인 외기온도 35 ℃, 내기온도 25 ℃ 상황에서, 히트펌프 시스템의 냉방 특성을 분석하고자, 냉각수의 온도조건, 전동식 압축기 회전수 조건 변화에 대해서, 실험을 진행하였고, 그 결과를 분석하였다. 전동식 압축기 회전수가 증가할수록 냉방 성능이 평균 8.0 %가 증가하였고, 전동식 압축기 소비전력은 27 %가 증가하여서, 시스템 효율은 16.4 %가 감소하는 결과를 보여주고 있다. 전자장비 냉각을 위한 냉각수의 폐열을 활용하기 위하여서, 냉매랑 냉각수가 열교환 하는 칠러를 본 시스템에 적용하였다. 칠러에 적용되는 냉각수의 온도를 35 ℃에서 55℃로 변화시켰을 때, 응축 열원의 증가로 인하여서, 시스템 효율이 평균적으로 18.2 %가 떨어지는 결과를 보여주고 있다. 냉각수 유량 변화 측면에서, 운전 조건을 변화시켰지만, 냉방 성능에는 큰 변화를 보이고 있지 않았다. 향후, 냉각수 폐열을 사용하여서, 히트펌프 시스템에 대한 난방 성능 향상을 위한 연구가 필요한 상황에서, 관련 연구에 추가 할 예정이다.
The paper presents the rotordynamic performance measurements and model predictions of a fuel cell electric vehicle (FCEV) air compressor supported on gas foil bearings (GFBs). The rotor has an impeller on one end and a thrust runner on the other end. The front (impeller side) and rear (thrust side) gas foil journal bearings (GFJBs) are located between the impeller and thrust runner to support the radial loads, and a pair of gas foil thrust bearings are located on both sides of the thrust runner to support the axial loads. The test GFJBs have a partial arc shim foil installed between the top foil and bump strip layers to enhance hydrodynamic pressure generation. During the rotordynamic performance tests, two sets of orthogonally installed eddy-current displacement sensors measure the rotor radial motions at the rotor impeller and thrust ends. A series of speed-up and coast-down tests to 100k rpm demonstrates the dominant synchronous (1X) rotor responses to imbalance masses without noticeable subsynchronous motions, which indicates a rotordynamically stable rotor-GFB system. Finite element analysis of the rotor determines the rotor free-free (bending) natural modes and frequencies well beyond the maximum rotating frequency. The predicted damped natural frequencies and damping ratios of the rotor-GFB system reveal rotordynamic stability over the speeds of interest. The imbalance response predictions show that the predicted critical speeds and rotor amplitudes strongly agree with the test measurements, thus validating the developed rotordynamic model.
This paper presents the characteristic analysis of thermal behavior of a single-phase line-start permanent magnet motor(LSPM) for high-efficiency design. By analyzing of thermal behavior, it can consider demagnetization characteristics of permanent magnets. In addition, by calculating the allowable current density it will be able to reduce the size of the stator. For this reason single-phase LSPM is necessary to examine the thermal analysis. Thermal analysis was performed using heat source mapping, and it is verified by finite element method.
본 논문은 영구자석 매입형 브러시리스 직류 전동기를 회전자 위치 센서 없이 구동하는 센서리스 드라이브의 개발에 관한 연구이다. 영구자석 매입형 전동기는 회전자의 위치에 따라 각 상의 인덕턴스가 크게 변화한다. 회전자의 위치를 간접적으로 검출하기 위해 인덕턴스 변화에 따른 단자전압 파형의 특성을 분석하고 이에 적합한 회전자 위치 간접검출 방법을 제시하였다. 또한 87c196mc 원 칩 마이크로프로세서를 이용하여 실용적이고 경제성 있는 센서리스 드라이브를 제작하여 에어콘 콤프레서의 구동에 적용하였다. 제시된 실험 결과는 본 연구에서 제안한 간접검출 방법의 타당성과 개발된 드라이브의 유용성을 보여준다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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