Custom Design and Analysis of Modular High Voltage DC Generator

Abstract

Denne masteroppgaven er skrevet som en del av den første fasen til ModHVDC-generator prosjektet, som er planlagt å utgjøre et EU-finansiert prosjekt med deltakere fra flere ulike land og institusjoner. Målet med ModHVDC teknologien er å matche det fremtidige strømnettet som skal baseres på likestrøm for langdistanse energitransport. Arbeidet som ligger til grunn for denne oppgaven er et bidrag til en iterasjonsbasert designprosess av generatorkjernen, der et enkelt Engineer-to-Order-system har blitt utviklet i Siemens NX.

To generatorkonsept har blitt valgt, basert på kravene som foreligger i prosjektforslaget til ModHVDC og en studie av tradisjonelle elektriske maskiner. De to konseptene har deretter blitt parametrisk modellert og presentert i en skreddersydd brukermeny, basert på verktøyet ”Product Template Studio” i Siemens NX. En løsning for automatisk genering av produksjonsunderlag har også blitt implementert, basert på parametriske tegnings-maler som har blitt laget for hver generatorkomponent. Tegningene kan eksporteres direkte fra brukermenyen til PDF-format ved hjelp av et program som er skrevet basert på NX sitt API, NX Open. Videre har også maler for automatiske modalanalyser blitt laget og implementert for begge konsepter. Disse gjør det mulig å utføre modalanalyser på innfestningsmekanismen til statoren, uten behov for manuell pre-prosessering av modellen. For å håndtere den automatiske pre-prosesseringsprosessen har et NX Open-script blitt skrevet for hvert av de to konseptene, som påsetter materialer og mesh-egenskaper for de ulike komponentene, basert på enkel input i brukermenyen. Til slutt har systemet blitt validert ved å teste en rekke ulike generatorkonfigurasjoner. Metodene som er brukt i denne løsningen presenteres i oppgaven.

This thesis is written as part of the first phase for the ModHVDC generator project, which is planned to constitute an EC funded project with stakeholders from several countries and institutions. The ModHVDC generator technology aims to match the future power grids that will operate with direct current (DC) for long-distance energy transportation. The work is a contribution towards an iteration-based design process of the generator core, by creating a simple Engineer-to-Order system within Siemens NX.

Two generator concepts have been chosen, based on the requirements from the ModHVDC project proposal and a study of traditional electrical machines. Furthermore, the selected concepts have been parametrically modelled and presented in a tailor-made user menu, based on Product Template Studio within Siemens NX. Automatic generation of manufacturing drawings has been implemented to the product template, by creating parametrically controlled drawing templates for each generator component. The drawings can be exported directly to PDF from the product template menu, using an executable program that is written based on the NX Open API. Modal analysis templates have also been created for both concepts, making it possible to run modal analyses on the stator fastening mechanism without having to manually pre-process the FE-model. To deal with the automatic pre-processing, a NX Open script has been written for each concept, which applies the desired materials and mesh parameters based on simple user input in the template menu. Finally, the system has been validated by testing several different generator configurations. The methods used in this solution will be presented in the thesis.